详解H.264的型和级

H.264有四种画质级别,分别是BP、EP、MP、HP：

　　1、BP-Baseline Profile：基本画质。支持I/P 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
　　2、EP-Extended profile：进阶画质。支持I/P/B/SP/SI 帧，只支持无交错（Progressive）和CAVLC；
　　3、MP-Main profile：主流画质。提供I/P/B 帧，支持无交错（Progressive）和交错（Interlaced），
　　　 也支持CAVLC 和CABAC 的支持；
　　4、HP-High profile：高级画质。在main Profile 的基础上增加了8x8内部预测、自定义量化、 无损视频编码和更多的YUV 格式；

想要说明H.264 HP与H.264 MP的区别就要讲到H.264的技术发展了。JVT于2003年完成H.264基本部分标准制定工作，包含Baseline profile、Extended profile和Main profile，分别包括不同的编码工具。之后JVT又完成了H.264 FRExt（即：Fidelity Range Extensions）扩展部分（Amendment）的制定工作，包括High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P）4个profile。

　　H.264 Baseline profile、Extended profile和Main profile都是针对8位样本数据、4:2:0格式的视频序列，FRExt将其扩展到8～12位样本数据，视频格式可以为4:2:0、4:2:2、4:4:4，设立了High profile（HP）、High 10 profile（Hi10P）、High 4:2:2 profile（Hi422P）、High 4:4:4 profile（Hi444P） 4个profile，这4个profile都以Main profile为基础。

在相同配置情况下，High profile（HP）可以比Main profile（MP）节省10%的码流量，比MPEG-2 MP节省60%的码流量，具有更好的编码性能。根据应用领域的不同，Baseline profile多应用于实时通信领域，Main profile多应用于流媒体领域，High profile则多应用于广电和存储领域。

H.264 Baseline Profile对应MPEG-4 SP 
H.264 Main Profile对应MPEG-4 ASP 
H.264 Extended Profile对应MPEG-4 ARTS or FGS 
H.264 Baseline Profile对应MPEG-4 Studio。

 

以下是反映H.264 Profile、Level、Encoder之间关系的三张简图

 h.264 profile

 级别（Level）是用来约束 分辨率、帧率 和 码率 的。详细信息请看表格——

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)。

h.264 software encoder

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。

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（800x480）：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（1280x720）：一般为3.1。

1080P（1920x1080）：一般为4。

可以看到480P（800x480）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16x16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 (120x68) > level limit (5120)

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——

LevelMaxDpbMbs13961b3961.19001.22,3761.32,37622,3762.14,7522.28,10038,1003.118,0003.220,480432,7684.132,7684.234,8165110,4005.1184,320

 

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。

转载地址：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/12/08/h264_level.html

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