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什么是闭合GOP和开放GOP?

news 来源：原创 2024/5/12 3:00:17

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翻译 | Alex

技术审校 | 李忠

本文来自OTTVerse，作者为Krishna Rao Vijayanagar。

GOP

Easy Tech

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在本文中，我们将了解闭合GOP和开放GOP的概念。这两种类型的GOP在视频流化中非常常见，并会影响视频压缩效率、错误恢复以及ABR的切换能力。

什么是GOP?

GOP（A Group of Pictures）是指一组按照编解码和显示顺序排列好的图片。

注意：如果你不熟悉视频压缩和帧的类型，可以先阅读这篇文章：Easy Tech：什么是I帧、P帧和B帧？

一个GOP包含不同类型的图片（帧）。这些基本的帧类型有：

I帧（仅帧内预测）
P帧（仅参考前一帧预测）
B帧（可参考前、后帧预测，即双向预测）

好，现在有了这些最基本的帧类型，我们就可以构建GOP了：

一个GOP通常以I帧开头，紧接着是P帧和B帧序列
两个连续I帧之间的距离被称为GOP长度
连续P帧之间的距离被称为mini-GOP大小

P帧和B帧参考其他帧进行时域预测。用作预测的帧既可以是I帧和P帧，也可以是被参考的B帧。H.264/AVC允许将这三种类型的帧组合起来形成多个预测帧。

问题来了——分析显示顺序（Display Order）时，预测/参考帧的位置在哪里？换言之，P帧和B帧可以参考几个GOP之前的帧吗？这样做也许会呈现最好的效果，为什么不这样做呢？

为了回答这些问题，我们需要先理解闭合GOP和开放GOP的概念。让我们继续吧！

什么是闭合GOP?

顾名思义，闭合GOP是指不对外开放的GOP。一个属于闭合GOP的帧只能参考本GOP之内的帧。

在上面的图片中，第一个GOP以P帧而不是B帧结束，这就意味着编码器不会将下一个GOP中的帧用作参考帧。多补充一点，如果GOP的最后一帧是B帧，你认为会发生什么？难道B帧不就是设计用来参考前、后帧的吗？

在这种情况下，编码器应该确保后一参考帧是空帧。后面那一帧如果是空帧，B帧这时就发挥了P帧的作用。然而，编码器总会确保最后一帧是P帧，这样一来，就简化了“关闭”GOP的过程。

闭合GOP在视频流化和压缩中非常有用，它是视频中的独立片段，和其他GOP有清晰的隔断，所有在闭合GOP出现的问题都不会影响到其他GOP。

闭合GOP以一个被称为IDR（Instantaneous Decoder Refresh，即时解码刷新）的I帧开始。之所以称之为IDR，是因为当解码器遇到 IDR 帧时，由于在 IDR 之前出现的任何帧都不能用作在该 IDR 之后出现的图片的参考帧，它可以刷新其解码图片缓冲区（Decoded Picture Buffer 或 DPB）。这就形成了图片序列的彻底中断。

所以，IDR和闭合GOP到底有什么用处？

ABR视频流：在ABR视频流中，播放器可以根据带宽和解码器缓冲器的填充程度在不同配置文件（组合不同码率和分辨率的视频）之间切换。如果播放器要从1080p切换到360p，那么它就需要这种利落的切换。此时IDR发挥作用，这样播放器就能刷新缓冲，让360p的视频流进入。如果你不了解ABR，请阅读这篇文章：理解ABR及其工作原理。

错误恢复：如果你在流化视频时使用HLS，并且每个视频片段都以IDR开始，这意味着片段中的所有帧都不能参考前、后片段中的帧。所以如果因为某个错误而失去其中一个片段，播放器仍然能继续接收下一个视频片段。有趣的是，Apple 的 HLS 规范提到应该每两秒使用一次 IDR。（注意：规范没有说视频片段持续时间应该是两秒，而是指 GOP 的大小是两秒）。

快进快退（Trick Mode）：我们之前提到过，IDR非常有助于实现快进快退。播放器需找到距离最近的IDR，然后开始从这一点播放视频流。

现在你已经理解闭合GOP了吧，让我们继续学习开放GOP。

什么是开放GOP?

开放GOP正好和闭合GOP相反，允许其内的帧参考其他GOP内的帧。请看下图第二个I帧。来自前一个GOP的B帧被用作参考帧，这意味着这是一个开放GOP（由黄色箭头表示）。