Кадр, как единица экранного языка. Характеристики кадра

Кадр («оправа, рамка») — фрагмент кино- или видеоряда, отдельное изображение или отрезок киноплёнки.

Виды:
Кадр как одиночное изображение
Кадр фотографический — единичное фотографическое изображение объекта съёмки. Границы кадра устанавливаются кадрированием на этапах съёмки, обработки и печати.
Кадр телевизионный — полное однократное телевизионное изображение, обычно состоящее из двух полукадров, первый из которых содержит только нечётные, а второй — только чётные строки кадра.

2. Монтажный кадр
Монтажный кадр, монтажный план — отрезок киноплёнки или часть видеозаписи между двумя монтажными склейками или от момента пуска камеры до её остановки. Монтажный кадр является основной производственной единицей кинофильма и содержит определённый смысловой отрезок (момент действия).
Работа монтажёра заключается в соединении монтажных кадров в фильм в соответствии с монтажным листом или режиссёрским сценарием.

Сценарный кадр — в постановочном сценарии фильма описание соответствующего монтажного кадра, происходящего в нём действия.
Кадр — монтажное понятие в кинематографе, обозначающее отрезок киноплёнки, на котором запечатлено непрерывное действие между пуском и остановкой киносъёмочного аппарата, или между двумя монтажными склейками.
Неподвижное фотографическое изображение на киноплёнке (в мультфильме — один из рисунков) называется «кадриком». Обычно одна секунда звукового кинофильма содержит 24 кадрика (в малобюджетном мультфильме — 12 кадриков). Размер одного кадрика на 35-мм киноплёнке обычного формата составляет 22×16 мм, широкоэкранного — 22×18 мм.

Формат кадра — размеры единичного изображения на фотоматериале, определяющиеся конструкцией фотоаппарата или киносъёмочного оборудования и соответствующие размерам кадрового окна аппарата

Типы кадров в сжатом видеопотоке — способы кодирования и хранения информации об очередном кадре, отличающиеся друг от друга наличием или отсутствием зависимостей этого кадра от предыдущих и последующих.
Кадр – это основная структура кодирования. С кадром связаны следующие параметры: время, тип кадра, признак инициализации буфера, разрешение векторов движения и их порядок и пользовательские данные
Обычно кадр разбивается на квадратные макроблоки, и тип ссылки для каждого из макроблоков определяется индивидуально, однако с ограничением, заданным типом всего кадра:

I-кадры (англ. Intra-coded frames, также называются «ключевыми» — keyframes — или «опорными») могут содержать только макроблоки, сжатые независимо от других кадров.
P-кадры (англ. Predicted frames, «разностные» кадры) могут содержать как независимо сжатые макроблоки, так и макроблоки со ссылкой на другой, предыдущий, I- или P-кадр.
B-кадры (англ. Bi-predicted frames, «двунаправленные», «обратные» кадры) могут содержать следующие макроблоки: независимые (intra), со ссылкой на предыдущий кадр (predicted) или со ссылкой на 2 кадра (в mpeg-2) — предыдущий и последующий (bi-predicted); либо на несколько предыдущих и последующих кадров (H.264). B-кадры ссылаются на I-, P- или другие B-кадры.
D-кадры (англ. DC direct coded picture) независимо сжатые с большой потерей качества. Используются только при быстром поиске.
В новом стандарте MPEG-4 AVC/H.264 также вводится понятие SI- и SP-кадров.

Описание типов кадров
I-кадры кодируются аналогично кадрам JPEG. В варианте алгоритма, где имеются только I-кадры видеопоследовательность превращается в M-JPEG. I-кадры могут использоваться для произвольного доступа, поскольку им не требуется дополнительная информация. I-кадры имеют самую низкую степень сжатия.
P-кадры кодируются с использованием прошлых I и P-кадров. Например, кадр, который следует сразу за I-кадром, использует неизменную информацию из этого I-кадра и дополняет ее своей межкадровой разностью. Если за этим P-кадром следует еще один Р-кадр, то он в свою очередь берет неизменную информацию из предыдущего P-кадра (который в свою очередь использовал неизменную информацию I-кадра) и дополняет ее своей межкадровой разностью.

В-кадры используются как интерполяция между предыдущим и последующим кадрами как I так и Р типа.
D-кадры
MPEG-1 имеет уникальный тип кадра, которого нет в более поздних стандартах видео. На D-кадры никогда не ссылаются I-, P- или B-кадры. D-кадры используются только для быстрого предварительного просмотра видео, например, при быстром поиске нужного фрагмента видео.
При наличии немного более производительного оборудования декодирования, предварительный просмотр может быть выполнен путем декодирования I-кадров вместо D-кадров. Это обеспечивает более качественный предварительный просмотр, поскольку I-кадры, сжаты с меньшими потерями. Если кодер может предположить, что в декодерах доступна возможность быстрого декодирования I-кадров, он может сэкономить биты, не посылая D-кадры (таким образом, улучшая сжатие видеоконтента). По этой причине D-кадры редко используются в кодировании видео MPEG-1, а функция D-кадра не была включена ни в какие более поздние стандарты кодирования видео.

Группа кадров (Group of Pictures, GOP) представляет собой наименьшую независимую структуру кодирования в видеопоследовательности. С точностью до группы кадров возможен произвольный доступ к видеопоследовательности. Связанная с группой кадров информация включает в себя временной код, флаг закрытого состояния и пользовательскую информацию.
Структура GOP часто обозначается двумя числами, например M = 3, N = 12. Первое число указывает расстояние между двумя якорными рамами (I или P). Второй сообщает расстояние между двумя полными изображениями (I-кадрами): это размер GOP. Для примера M = 3, N = 12 структура GOP - это IBBPBBPBBPBBI. Вместо параметра M можно использовать максимальное количество B-кадров между двумя последовательными кадрами привязки.

Типы групп кадров
I
В кодеках MJPEG и DV видеопотока все кадры — I-типа.
I P
Семейство кодеков MPEG4 «третьей версии» (наиболее популярен был DivX 3.11, также известны DivX 4.12 и OpenDivX) имеет два типа кадров — I и P. B-кадры не предусмотрены. Такая же ситуация в семействе кодеков от On2: VP3, VP6, VP8.
Кроме того, многие современные кодеки имеют возможные настройки, выключающие создание B-кадров для снижения затрат процессорной мощности на обработку в реальном времени.
В стандартах на сжатие видео, принятых ITU-T VCEG и ISO/IEC MPEG, обычно сжимается только разность между кадрами. Например, в сцене, где человек идёт на фоне неподвижных объектов, требуется сохранять только информацию об изменяющихся областях (к примеру, используя компенсацию движения, при которой сохраняется вектор изменения положения блока или, если похожая область в предыдущем кадре не найдена, данная область сжимается как независимое изображение). Части сцены, которые не изменяются, не сохраняются в поток, за счёт чего значительно возрастает степень сжатия по сравнению с форматами, использующими независимое сжатие каждого кадра.

I P B
В сжатом видеокодеком потоке по стандартам MPEG-2, MPEG-4, H.261, H.263 и H.264 используются кадры трёх основных типов: I-кадры (от англ. Intra pictures), P-кадры (от Predicted pictures) и B-кадры (от Bi-predictive pictures или Bi-directional pictures).
Использование B-кадров означает, что данный кадр ссылается на два соседних I- или P-кадра в потоке, в этом случае вид цепочки кадров может быть таким: IBPBPBPBPBPBPBPBP. Чаще используются цепочки IBBPBBPBBPBBPBBPBBPBBPBBP, при которой B-кадры по прежнему ссылаются на два ближайших соседних I- или P-кадра и независимы между собой.
Данная структура позволяет в 2—3 раза ускорить время получения произвольного кадра в потоке, поскольку для его получения необходимо распаковать только каждый второй (третий) кадр (являющийся P-кадром), начиная с I-кадра. Также в несколько раз возрастает скорость «быстрой перемотки с показом».