第二章 H.264/AVC視訊壓縮標準
2.3 視訊壓縮位元串列架構
標準的 MPEG 視訊可分為六個階層，如圖 2.6，由上而下依序為： Sequence、
Group of Pictures (GOP)、Picture、Slice、Macroblock(Sub-Macroblock)以及 Block。
以下就各層的功能作簡單的介紹：
1. Sequence layer
Sequence layer 是 MPEG 架構中最高階的一層，它包含了解碼時所需的參數，
例如：畫面尺寸，畫面播放速率，以及數個連續的 GOP。
2. Group of pictures ( GOP ) layer
GOP 是由一或多張連續畫面構成，每個 GOP 內有三種不同類別的畫面，分 別是 I 畫面(Intra-Coded Picture)、P 畫面(Predictive-Coded Picture)和 B 畫面 (Bidirectionally Predictive-Coded Picture)。通常一個 GOP 包含一張 I 畫面，數張 P 畫面及數張 B 畫面，一個典型的 GOP 樣式為 IBBPBBPBBPBBPBB。I 畫面和 P 畫面又稱為 Anchor Frame，因為它們是用來做向前 (Forward) 或向後(Backward) 估測的基準。根據 MPEG 的定義，兩張最接近的 I 畫面之距離為 N，也就是一個 GOP 的長度；兩張最接近的 Anchor Frame 之距離為 M，即任兩張 Anchor Frame 中間有 M-1 張 B 畫面。參數 N 和 M 的大小可由編碼器或使用者自由選擇，沒有 硬性規定。一般 N 的值被設定為 12 到 15，M 的值為 1 到 3。GOP 主要是用來提 供隨機播放(Random Access)的功能。圖 2.7 為一個 GOP 的示意圖，N 為 12，M 為 3。
圖 2.6 MPEG 視訊位元串列架構
圖 2.7 GOP 示意圖。N = 12，M = 3
3. Picture layer
在 MPEG 視 訊 中 ， 一 張 畫 面 是 由 一 個 Luminance(Y) 畫 面 以 及 兩 個 Chrominance(Cb、Cr)畫面組成，其中 Y 代表亮度，Cb 和 Cr 代表顏色。依照編 碼方式的不同，MPEG 定義了三種不同類型的畫面：
z I 畫面( Intra-Coded Frame，簡稱 I-Frame )
I 畫面在編碼時只利用單張影像畫面本身的資訊，先進行離散餘弦轉換 及量化，再以 Entropy Coding 的方式編碼，過程中不需參考其他畫面的 資訊，故稱為 Intra-Coded Frame。I 畫面可以做為視訊資料流中的索引 點，提供隨機存取的能力，並在解碼時做為 P 及 B 畫面的參考影像來 源。
z P 畫面( Predictive-Coded Frame )
P 畫面的編碼過程，是先以前一個 I 或 P 畫面作為參考畫面，進行運動
B 畫面的編碼過程類似 P 畫面，但是它使用的參考畫面是雙向的。B 畫 面使用前面及後面的 I 或 P 或 B 畫面當作參考畫面，進行雙向的運動估 測和補償，產生向前及向後的運動向量，再將餘下的誤差編碼。
由上面的敘述可知，I 畫面可以完全獨立解碼；P 畫面必須等前面的參考畫面 解出之後，才能進行解碼；B 畫面則必須等前後的參考畫面都解出來後才能解 碼。因此，在 MPEG 影片中，資料存放的順序與實際播放的順序有所不同。舉 例來說，若 MPEG 影片播放的順序為：
I(1) B(2) B(3) P(4) B(5) B(6) P(7) B(8) B(9) I(10) B(11) B(12) P(13) 則存放在 MPEG 視訊串流內的順序為：
I(1) P(4) B(2) B(3) P(7) B(5) B(6) I(10) B(8) B(9) P(13) B(11) B(12)
4. Slice layer
Slice 是由一連串任意數目的巨區塊組成。每個 Slice 至少有一個巨區塊，且 各 Slice 包含的巨區塊不可重疊。在編碼時，每一張畫面被切割成數個 Slice，分 開來解碼，可以避免解碼時產生的錯誤影響到整張畫面。Slice 的長度由編碼器 決定。
5. Macroblock layer
Macroblock layer (簡稱 MB layer )是 MPEG 串流中最重要的一層，MB 是進行 運動估測和運動補償的基本單位。在畫面上， MB 是一個 16*16 大小的大區 塊，根據不同的色彩取樣格式，一個 MB 內所包含的區塊個數亦不同。在 MPEG 中( 4:2:0 格式)，一個 MB 有 4 個 Y、1 個 Cb 和 1 個 Cr 總共 6 個區塊。