当前，随着我国三网融合工作的开展，以H.264为代表的新一代编码技术在IPTV、互联网电视、手机电视等新媒体领域中得到广泛应用。为此，深入了解H.264的编码特性，做好H.264编码节目的编辑、存储、播出具有十分重要的意义。作者结合在新媒体领域中对H.264编码标准的应用，对其编码中IDR帧的意义与应用试做分析。
一. IDR帧的概念
在H.264编码中为了提高编码效率，采用了与传统MPEG-2编码不同的帧预测方式，在H.264编码中的B、P帧与MPEG-2中的B、P帧具有不同的帧间预测特性，H.264中的B、P帧能以多个视频帧做为参考帧，以获取更高的压缩比，正是这些新的特性进一步提高了H.264编码的压缩效率。为此，也在H.264编码中引入了一个关键帧的概念即IDR帧。
IDR帧是一个GOP（Group of Pictures）中的首个I帧，即从IDR帧开始，重新开始一个新的序列编码，它的作用是使解码器立即刷新，从而使预测错误不致传播，并提供随机访问的能力。一个GOP中可以有很多的I帧，但只能有一个IDR帧。IDR帧一定是I帧，但I帧不一定是IDR帧。对IDR帧的编码处理与I帧的处理相同：(1)进行帧内预测，决定所采用的帧内预测模式。(2)像素值减去预测值，得到残差。(3)对残差进行变换和量化。(4)变长编码和算术编码。(5)重构图像并滤波，得到的图像作为其它帧的参考帧。
H.264与MPEG-2编码的不同是，相对普通的I帧，位于其之后的B帧和P帧可以引用位于其之前的图像帧最为参考，而对于IDR帧来说，在IDR帧之后的所有帧都不能引用其之前的帧的内容。由此可以看出，从随机存取的视频流中，播放器永远可以从一个IDR帧播放，因为在它之后没有任何帧引用之前的帧。但是，不能在一个没有IDR帧的视频中从任意点开始播放，因为后面的帧总是会引用前面的帧进行帧间预测。
二. IDR帧在节目拆条编辑制作中的作用
在IPTV等新媒体领域，由于节目内容服务平台节目生产的需要，在节目拆条编辑中，需要对H.264编码的多条素材或单条素材进行快速剪辑，编辑后的节目直接输出并不需再转码，以提高效率。但如果我们选用的素材在编码过程中，没有指定IDR帧作为关键帧，则在快编时编辑点后的所有图像都需要重新计算编码后再输出，大大降低了信号质量和生产效率。IDR就是这样一种特殊的I帧，它确保后面的任何帧一定不参考其前面的帧，可以放心地作为关键帧，而将快编后的重新编码计算量限定在编辑点前后2个GOP之内。
天津卫视IPTV直播编码中的一个视频片段的帧结构及语法如图1所示。
图1 H.264编码的帧结构及语法
为了分析方便，可以将上图的帧结构更直观的表示为如表1所示：
表1 帧与序号对照表
通过IDR帧的原理，我们可以看出，如果一个视频流的GOP的第一帧不是IDR帧而是普通I帧，会因为H.264采用了多帧预测，有可能I帧后的P、B会参考I帧前的帧，这样在编辑时如果以任意帧为编辑点，则随后的帧都应重新进行预测编码，这无疑会增加设备的运算量，降低编辑效率。
一幅图像根据概念来分可以分为两种：IDR图像和非IDR图像。一幅图像是否是IDR图像是由组成该图像的NALU值决定的，如果组成该图像的NALU如“图1”语法结构中nal_unit_type值为5，则该图像为IDR帧，否则为非IDR帧。由此我们可以得出这样的结论：
（1）nal_unit_type值为5的NALU只会出现在IDR帧中，而IDR帧中的所有NALU都是nal_unit_type 值为5的NALU；
（2）我们以组成一幅图像的帧的类型来区分该图像是否是IDR图像是不对的。一个图像序列中的所有帧都是I帧并不代表这个图像就是IDR图像。因为I帧也可以从属于nal_unit_type值为1的NALU。
可见，在编码器设置中进行参数设定，适时指定IDR帧十分重要。
三. 天津IPTV节目快编问题的解决
在天津IPTV试验播出阶段，我们发现，由于开始播出平台采用的编码器没有设置IDR帧或编码器预设的IDR帧间隔太大（48帧），这不仅造成IPTV信号传输后可能出现预测错误传播，而且会直接导致我们的播出信号经收录后不能进行快速拆条编辑或造成编辑点严重马赛克现象。
为此，我们将所有的编码器均设置了IDR帧，同时为了保证收录后节目的快编效率，在兼顾视频码率的情况下，采用短GOP即24帧的图像组结构，如“图1”所示。保证在拆条编辑时，重新编码的图像仅限于编辑点的前后两个GOP，在提高快编效率的同时，保证了视频质量，满足了IPTV节目收录后快速拆条编辑的业务需要。目前，天津IPTV内容服务平台快编系统生产效率高，运行稳定。
四. 结束语
随着信源编码技术的发展，H.264编码作为一项更加高效的信源编码标准，在IPTV、网络电视、手机电视等新媒体领域得到广泛应用。为此，作为广电技术人员加强对H.264编码标准的学习研究，掌握其技术特点和编码特性，应用好IDR帧这一技术，对提高新媒体电视信号播出质量和节目生产效率具有十分重要的意义。B&P
参考文献：
（1）刘峰编著，视频图像编码技术及国际标准，北京邮电大学出版社，2005年7月1日
（2）邓中亮、段大高、崔岩松等著，基于H.264的视频编\解码与控制技术，北京邮电大学出版社，2010年7月1日