阶段 2 · 压缩编码基础22 分钟

I 帧、P 帧、B 帧：画面如何引用过去与未来

Intra、Forward Prediction、Bi-prediction 与参考关系

用帧依赖图理解 I 帧独立编码、P 帧向前参考、B 帧双向预测，以及解码顺序为何可能不同于显示顺序。

LEARNING GOALS

先明确本课目标

区分 I/P/B 帧的参考关系

理解参考帧与非参考帧

解释 B 帧为何引入重排序

MENTAL MODEL · 再建立心智模型

I 帧是一张完整地图，P 帧写“从过去怎么改”，B 帧还可以同时参考过去和未来，用更少描述换取更复杂的依赖。

MINIMAL EXAMPLE

为什么 I B B P 会以 I P B B 进入解码器？

两个 B 帧需要同时参考前面的 I 和后面的 P。解码器必须先拿到并解码 P，才能重建依赖它的 B 帧，最终再按 PTS 显示。

最小例子javascript

const displayOrder = ['I0', 'B1', 'B2', 'P3'];
const decodeOrder = ['I0', 'P3', 'B1', 'B2'];

const pts = { I0: 0, B1: 1, B2: 2, P3: 3 };
const dts = { I0: 0, P3: 1, B1: 2, B2: 3 };

先解码前参考 I0 独立重建并进入参考帧集合。
提前解码后参考 P3 参考 I0，随后成为 B1/B2 的未来参考。
按 PTS 恢复展示 输出队列最终按 0、1、2、3 展示。

码流按依赖可解码的顺序传递，播放器按展示时间戳恢复观众看到的顺序。

本课概念

I-frame P-frame B-frame Reference Frame +3 个

●OPTIONAL · 按需查阅完整术语表与概念边界

遇到陌生术语时再展开，不打断主线实验。

展开⌄

音视频原理I-frame仅使用当前画面内部信息编码的图像，不依赖其他帧进行像素预测。音视频原理P-frame主要使用过去已解码参考图像进行帧间预测的编码图像。音视频原理B-frame可利用前后参考列表进行双向预测的编码图像，常引入解码与显示重排。音视频原理Reference Frame被后续图像用于运动补偿和预测的已解码图像。音视频原理PTSPresentation Timestamp，表示解码后帧应在媒体时间轴上展示或播放的时间。音视频原理DTSDecode Timestamp，表示压缩数据应按什么时刻或顺序进入解码器。音视频原理Frame Reordering存在双向预测帧时，压缩数据的解码顺序与画面的呈现顺序不同，解码器需按 PTS 重新排队输出。音视频原理Decode Order压缩图像送入解码器并建立参考关系的先后顺序，常由 DTS 表达；存在 B 帧时可能不同于展示顺序。音视频原理Presentation Order解码后画面真正显示给观众的先后顺序，常由 PTS 表达；播放器需将重排后的帧按此顺序输出。

LIVE EXPERIMENT · 先获得反馈

边改边运行

浏览器加载后会激活代码编辑器、独立运行环境与实时输出。

本课挑战

给定一组参考关系，计算最早可输出每一显示帧的时刻。

DEEP DIVE · 实验之后

回到原理，解释刚才发生了什么

先用结果建立反馈，再按运行流程、核心原理和知识关系逐层深入。

CORE IDEA

核心讲解

帧类型描述预测方式

I 帧只使用帧内信息；P 帧通常参考过去已解码帧；B 帧可同时使用前后参考。实际 Codec 还允许更灵活的参考列表。

未来参考必须先解码

显示顺序 I B B P 中，P 必须先解码才能重建前面的 B，因此编码码流中的解码顺序可能是 I P B B。

●OPTIONAL · 迁移时查阅Web 与原生实现对照

主线实验完成后，再用完整映射处理跨平台或跨 API 迁移。

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API COMPARISON

Web 与原生接收到的压缩帧遵循同一依赖图，原生更常直接管理重排序队列。

WebGL

FFmpeg 解码器接收 Packet 并输出 Frame，播放器依据 PTS 进入展示队列。

WebGPU

video 元素隐藏解码顺序；WebCodecs 通过 Chunk timestamp 和输出 VideoFrame 交付排序结果。

不要用“收到包的顺序”直接决定显示顺序，B 帧存在时必须尊重时间戳。