H.264(MPEG-4 AVC)级别(Level),DPB与MaxDpbMbs详解

    对于H.264(MPEG-4 AVC)而言,级别(Level)是与档次(Profile)同等重要的参数。但很多文章说的很简略,只是说标清视频一般用3.1,高清用4,具体含义语焉不详。于是我做了一番研究。

一、级别详表

级别(Level)是用来约束 分辨率、帧率 和 码率 的。详细信息请看H.264级别计算器网页版中的附录A表格。

术语表:

Level:级别。
Max macroblocks:最大宏块数。注:宏块尺寸是16x16的。
per second:每秒(的最大宏块数)。可用于约束帧率。
per frame:每帧(的最大宏块数)。可用于约束分辨率。
Max video bit rate (kbit/s):最大视频码率。不同档次(Profile)下会有区别。
BP:Baseline Profile,基线档次。
XP:Extended Profile,进阶档次。
MP:Main Profile,主要档次。
HiP:High Profile,高级档次。
Hi10P:High 10 Profile,高级10位档次。
Hi422P:High 4:2:2 Profile,高级4:2:2档次。
Hi444PP:High 4:4:4 Predictive Profile,高级4:4:4(实验性?)档次。
Examples for high resolution @ frame rate (max stored frames):范例:高
   分辨率@帧率(最大存储帧数)。

二、推算分辨率与帧率

  在视频压制时,码率的挑选是很容易判断的。而分辨率与帧率 和 级别 的关系,就没那么明显了。所以我们需要找到计算方法。
  首先看看常见视频分辨率所配套的级别——
    480P(800×480):若帧率低于13.5用2.2,若帧率在13.5至27之间就用3,帧率高于27时用3.1。
    720P(1280×720):一般为3.1。
    1080P(1920×1080):一般为4。

  可以看到480P(800×480)有点特殊,所以我以它为例来讲解如何推算分辨率与帧率。
  因宏块尺寸是16×16的,我们根据此信息计算出 水平宏块数(PicWidthInMbs) 和 垂直宏块数(FrameHeightInMbs)——
    水平宏块数 = ceil(视频宽度 / 16) = ceil(800 / 16) = ceil(50.0) = 50
    垂直宏块数 = ceil(视频高度 / 16) = ceil(480 / 16) = ceil(30.0) = 30
  注:ceil(x)是向顶舍入函数,返回的是大于等于x的最小整数。

  然后计算每帧宏块数(macroblocks per frame)——
    每帧宏块数 = 水平宏块数 * 垂直宏块数 = 50 * 30 = 1500

  查上面的级别详表,可知支持 每帧宏块数1500 的最低级别是2.2。
  级别2.2所允许的 每秒最大宏块数(Max macroblocks per second) 是 20250。20250 / 1500 = 13.5。即最高支持每秒13.5帧。
  提高一个级别,级别3所允许的 每秒最大宏块数 是 40500。40500 / 1500 = 27。即最高支持每秒27帧。
  再提高一个级别,级别3.1所允许的 每秒最大宏块数 是 108000。108000 / 1500 = 72。即最高支持每秒72帧,够用了。

  当宏块数超过级别的约束时,x264会显示这样的警告信息——
    x264 [warning]: frame MB size (120×68) > level limit (5120)

三、最大存储帧数、DPB 与 MaxDpbMbs

  在前面的级别详表中,还有一个神秘的字段——最大存储帧数(max stored frames)。它是从何而来的呢?

  最大存储帧数与DPB有关——DPB:decoded picture buffer,解码图片缓存区。在做视频解码时,需要将最近的若干幅参考帧缓存起来,这个缓冲区就叫做DPB。所以最大存储帧数也是最大参考帧数(ref)。DPB一般以宏块数为单位(DpbMbs),计算公式为——
DpbMbs = ref(参考帧数) * PicWidthInMbs(水平宏块数) * FrameHeightInMbs(垂直宏块数)

  在不同的级别(Level)下,最大的解码图片缓存区宏块数(MaxDpbMbs)是不同的——

Level	MaxDpbMbs
1	396
1b	396
1.1	900
1.2	2,376
1.3	2,376
2	2,376
2.1	4,752
2.2	8,100
3	8,100
3.1	18,000
3.2	20,480
4	32,768
4.1	32,768
4.2	34,816
5	110,400
5.1	184,320

  我们可根据 MaxDpbMbs约束 倒推出 最大的参考帧数——
max_ref = min(floor(MaxDpbMbs / (PicWidthInMbs * FrameHeightInMbs)), 16)
注1:floor(x)是向底舍入函数,返回的是小于等于x的最大整数。
注2:因参考帧数(ref)最大只能为16。

点击打开:H.264级别计算器(h264 level calculator)(JavaScript网页版)

原文地址:http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/12/08/h264_level.html

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