X264码率控制总结1——ABR,CQP,CRF

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X264码率控制总结1——ABR,CQP,CRF

1.  X264显式支持的一趟码率控制方法有：ABR, CQP, CRF. 缺省方法是CRF。这三种方式的优先级是ABR > CQP > CRF.

    if ( bitrate )                rc_method = ABR;
    else if ( qp || qp_constant ) rc_method = CQP;
    else                          rc_method = CRF;    

    bitrate和QP都没有缺省值，一旦设置他们就表示要按照相应的码率控制方法进行编码，CRF有缺省值23，没有任何关于编码控制的设置时就按照CRF缺省值23来编码。        

    一般的使用建议：    
    CQP – 一般不推荐使用，在一些算法验证工作中会使用这种模式     
    CRF – 适合在关注一遍编码质量而输出文件大小或码率不是太紧要的场景下使用，一般网络压片使用CRF。     
    1 pass ABR – 适用于流媒体或者目标码率受限的实时应用场景。    
    2 pass VBR – 适用于有目标码率限制而又有时间可以进行二次编码的非实时应用。

2. CQP，恒定QP. 无缺省值
        最简单的码率控制方式，每帧图像都按照一个特定的QP来编码，每帧编码后的数据量有多大是未知的。

        参数qp_constant设置的是P帧的QP。I,B帧的QP根据f_ip_factor， f_pb_factor，计算得到。

        rc->ip_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_ip_factor );
        rc->pb_offset = 6.0 * log2f( h->param.rc.f_pb_factor );
        rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
        rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX );
        rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3( h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX );

        连续多个B帧时，QP会渐增。        x264 YUV420格式 8比特采样的QP范围是[0, 51]。QP值越小，编码视觉质量越好。QP=0为无失真编码。

        在研究编码算法的时候，一般会选用CQP方法，设定QP为24，28，32，36，40等（一般选4个QP值），编码得到RD曲线，然后比较算法优劣。 

        相同视觉质量时，CQP编码输出的文件会比CRF模式更大。一般而言CRF都能代替CQP方法，不过CQP因为完全不需要预测所以它会运行得更快一些。 

        帧的重要级别为：IDR帧 > I帧 > P帧 > 做参考的B帧 > 不做参考的B帧。QP可以依次增大。  

       QPmin，默认值: 0。定义X264可以使用的最小量化值。量化值越小，输出视频质量就越好。
               当QP小于某一个值后，编码输出的宏块质量与原始块极为相近，这时没必要继续降低QP。
               如果开启了自适应量化器（默认开启），不建议提高QPmin的值，因为这会降低平滑背景区域的视觉质量。

       QPmax，默认值: 51。定义X264可以使用的最大量化值。默认值51是H.264规格中可供使用的最大量化值。
               如果想要控制X264输出的最低品质，可以将此值设置的小一些。
               QPmin和QPmax在CRF，ABR方法下是有效的，过低的设置QPmax，可能造成ABR码率控制失败。不建议调整这个参数。

       QPstep，默认值: 4。设置两帧间量化值的最大变化幅度。 

       帧间QP变化，帧内宏块QP不变，输出码率未知，各帧输出视觉质量有变化（高QP低码率的情况下会更明显）。

3. CRF，恒定Rate Factor （码率系数）缺省值23
       CQP是把某个量化值作为目标，bitrate是把某个输出文件大小作为目标，而CRF则是把某个输出“视觉质量”作为目标。

       CRF可以提供跟QP一样的视觉质量，但是文件更小，CRF是通过降低那些“less important”帧的质量来达到此目的的。

       “less important”的意思是那些过于耗费码率又难以用肉眼察觉的帧，比如复杂或者高速运行的场景。省下来的码率会分配给其它更有效的帧。

       在X264编码器内部CRF和bitrate采用了相同的调整策略，只是它不遵循一个特定的输出码率。

       它也是通过改变不同重要级别帧（I,P,B类型），以及帧内不同宏块类型（高速运动，复杂纹理，平坦区域）的QP值，以此来调整输出视觉质量。

       和QP的范围一样RF的范围也是[0, 51]。其中0为无损模式，23为缺省，51质量最差。和QP一样的趋势。RF值加6，输出码率大概减少一半；减6，输出码率翻倍。

       从主观上讲，18~28是一个合理的范围，18往往被认为从视觉上看是近似无损的。

       帧间QP变化，帧内宏块QP变化，输出码率未知，各帧输出视觉质量基本恒定。

4. ABR, 恒定平均目标码率。想要选择这种码率控制方法，必须先设置bitrate。
       X264中bitrate的单位是Kbps(K bit per second). --bitrate 128指的是设置目标码率为128Kbps, 这样一秒钟的数据量为 128/8比特 = 16K字节。

       如果输入为352x288@15fps，相当于128Kbit/(352*288*15) = 0.086比特每像素。编码后每个像素平均分配不到0.1个比特。

       与ABR相应的技术有CBR,VBR。这些码率控制技术首先都是在音频编码中采用，是解决音频编码采用什么样的比特率最优的问题。

CBR编码码比特率基本保持恒定在目标比特率，有利于流式播放。 CBR的缺点在于复杂场景码率不够用，简单场景码率浪费，因此编码内容的视觉质量不稳定。通常在较低比特率下，这种质量的变化会更加明显。

VBR编码为简单场景分配较大的QP，为复杂的场景分配较小的QP，得到基本稳定的输出视觉质量。 相对于CBR，在相同文件大小的条件下，VBR的输出结果要比CBR好的多，这有利于媒体下载和本地存储。 VBR的缺点在于输出码流大小不可控。同时对于复杂度恒定的内容（例如新闻播音）没什么优势。

ABR编码为简单场景分配较少的比特，从而留出足量的比特用于生成高质量的复杂部分。使得有限的比特数能够在不同的场景间合理分配，这类似于VBR。 同时ABR分配码率，使得在一定时间内，平均码率趋近于目标码率，这样可以控制输出文件大小，这点类似于CBR。 因此可以认为ABR是CBR和VBR的一种折中优化方案。

       分析视频编码码率控制可以通过三个因素：
       1. 视觉质量稳定性，利于视觉主观质量；
       2. 即时输出码率，相当于每帧编码输出比特数；
       3. 输出视频文件大小可控，利于传输，存储。
       比较这三种码率控制方式如下：
       #        视觉质量稳定性         即时输出码率        输出文件大小
       CBR          不稳定               恒定               可控
       VBR           稳定                变化              不可控
       ABR         基本稳定               变化               可控 （即时码率变化，但一段时期内平均码率趋近目标码率）

       在当前X264版本中（version 142），选用ABR需要注意两个设置，1.fps；2.输出帧pts计算。  

       1. fps。ABR会根据帧率来估算每帧的平均数据量，bitrate/fps为平均一帧数据量。

          当输入视频源为YUV数据，需要显式的指定正确的帧率--fps，否则X264会用缺省的25fps来计算，有可能控制不到设定的目标码率。

       2. pts计算。ABR算法中用到不同帧的pts作为帧间距离，如果没有设置输出帧的pts值，X264会报“non-strictly-monotonic PTS”警告。
          编码出来的视频文件码率很小，根本达不到bitrate的设置，同时视频质量很差，几乎都为马赛克。两种方法解决这个问题：
          a. 设置param.b_vfr_input = 0，这时用fps而不是timebase,timestamps来计算帧间距离
          b. 在解码后主动更新pts, pic_out.i_pts++;
         这两种方式都可以避免ABR码率控制失效的问题。 

 

from： https://www.cnblogs.com/lakeone/p/5398337.html

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   x264是一个 H.264/MPEG4 AVC 编码器，本指南将指导新手如何创建高质量的H.264视频。

    对于普通用户通常有两种码率控制模式：crf（Constant Rate Factor)和Two pass ABR。码率控制是一种决定为每一个视频帧分配多少比特数的方法，它将决定文件的大小和质量的分配。

    如果你在编译和安装libx264 方面需要帮助，请查看ffmpeg和x264编译指南：

    http://ffmpeg.org/trac/ffmpeg/wiki/CompilationGuide

crf（Constant Rate Factor)：

    该方法在输出文件的大小不太重要的时候，可以使整个文件达到特定的视频质量。该编码模式在单遍编码模式下提供了最大的压缩效率，每一帧可以按照要求的视频质量去获取它需要的比特数。不好的一面是，你不能获取一个特定大小的视频文件，或者说将输出位率控制在特定的大小上。

    1 选择一个CRF值

    量化比例的范围为0~51，其中0为无损模式，23为缺省值，51可能是最差的。该数字越小，图像质量越好。从主观上讲，18~28是一个合理的范围。18往往被认为从视觉上看是无损的，它的输出视频质量和输入视频一模一样或者说相差无几。但从技术的角度来讲，它依然是有损压缩。  

    若Crf值加6，输出码率大概减少一半；若Crf值减6，输出码率翻倍。通常是在保证可接受视频质量的前提下选择一个最大的Crf值，如果输出视频质量很好，那就尝试一个更大的值，如果看起来很糟，那就尝试一个小一点值。

    注释：本文所提到的量化比例只适用于8-bitx264（10-bit x264的量化比例 为0~63），你可以使用x264 --help命令在Output bit depth选项查看输出位深，在各种版本中，8bit是最常见的。

   2 选择一个预设

     预设是一系列参数的集合，这个集合能够在编码速度和压缩率之间做出一个权衡。一个编码速度稍慢的预设会提供更高的压缩效率（压缩效率是以文件大小来衡量的)。这就是说，假如你想得到一个指定大小的文件或者采用恒定比特率编码模式，你可以采用一个较慢的预设来获得更好的质量。同样的，对于恒定质量编码模式，你可以通过选择一个较慢的预设轻松地节省比特率。

     如果你很有耐心，通常的建议是使用最慢的预设。目前所有的预设按照编码速度降序排列为：                      ultrafast,superfast,veryfast,faster,fast,medium,slow,slower,veryslow,placebo

 缺省预设为medium,请忽略 placebo因为它是毫无用处的（参看下面的问答）。你可以使用--preset来查看预设列表，也可以通过x264 --fullhelp来查看预设所采用的参数配置。

    你可以基于输入内容的独特性通过使用--tune来改变参数设置。当前的 tune包括：film,animation,grain,stillimage,psnr,ssim,fastdecode,zerolantency。假如你的压制内容是动画，你可以使用animation，或者你想保留纹理，那就是用grain。如果你不确定使用哪个选项或者说你的输入与所有的tune皆不匹配，你可以忽略--tune 选项。你可以使用--tune来查看tune列表，也可以通过x264 --fullhelp来查看tune所采用的参数配置。

    另外一个可选的参数是--profile，它可以将你的输出限制到一个特定的 H.264  profile,该选项可以被忽略除非你的播放设备只支持某种profile。当的所有profile 包括：baseline,main.high,high10,high422,high444 。注意使用--profile选项和无损编码是不兼容的。

    如下所示，作为一种快捷方式，你可以通过不声明 preset和tune得内容来为ffmpeg罗列所有可能的内部preset和tune。

   ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset -tune dummy.mp4

  3 使用你的预设

   一旦你选择了一个预设，请把它应用到你的剩余的尚未编码的视频，这样可以确保它们有同样的视频质量。   

CRF例子：

接下来将使用x264编码一个视频，使用一个比普通预设稍慢的预设，这样可以得到比默认设置稍好一点的视频质量。

ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset slow -crf 22-c:a copy output.mkv

注意在这个例子中，输入文件的音频流被简单地拷贝到输出，并没有重编码。

两遍模式：

如果你的目标是一个确定大小的文件而且帧与帧之间的视频质量并不重要，这个方法很适用。这通过一个例子可以得到很好地解释。你的视频有10分钟（600秒）的时长同时要求输出为50MB，因为比特率=文件大小/时长，

   50MB*8192（MB转kilobits)/600秒=683 kbps（全局比特率）

   ,683kbps-128kbps(音频比特率）=555kbps（视频比特率）,

两边编码的例子：

  ffmpeg -y -i input -c:v libx264 -preset medium -b:v 555k -pass 1 -an -f mp4 /dev/null &&

  ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset medium -b:v 555k -pass 2 -c:a libfdkaac -b:a 128k mp4 output.mp4

注意 windows 用户应该使用NUL来取代/dev/null

当使用CRF时，请选择使用你所能容忍的最慢预设。

  同时建议你看一下《制作高质量的 MPEG4 DVD电影视频剪辑》，这是一篇 MPEG4 编码器编码指南，它会让你深刻的了解当你面临存储空间受限时，两边编码模式对于有效的使用每一个bit是多么的重要。

 无损H.264

你可以使用-qp 0或者-crf 0 来编码一个无损输出，对于无损压缩我们提倡使用-qp 胜过-crf。因为8 bitx264和10 bitx264中的 crf 针对无损模式使用了不同的值。对此ultrafast和veryslow是两个非常有用的预设，因为飞快的编码速度和出色的压缩比通常是两个非常重要的因素。大部分的非 ffmpeg播放器不能播放无损模式，所以如果考虑到兼容性问题，你可能不能使用无损模式。

 无损压缩的例子（快速编码）

 ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset ultrafast -qp 0 output.mkv 

 无损压缩的例子（高压缩比）

 ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset veryslow -qp 0 output.mkv 

重写缺省预设

你可以使用-x264opts来重写预设或者使用 libx264的私有选项（可以通过ffmpeg -h来完整的查看 libx264选项)。我们并不建议你这么做除非你知道你在做什么。所有预设均是由x264的开发者创建的，想通过微调参数来提高输出质量通常是在浪费时间。

例子：

ffmpeg -i input -c:v libx264 -preset slow -crf 22 -x264opts   keyint=123:min-keyint=20 -c:a copy output.mkv 

附加信息：

ABR（Average Bit Rate)

ffmpeg -i input -c:v libx264 -b:v 1000k ....

它提供了某种“运行均值”的目标，终极目标是最终文件大小匹配这个“全局平均”数字（因此基本上来说，如果编码器遇到大量码率开销非常小的黑帧，它将以低于要求的比特率编码，但是在接下来几秒内的非黑帧它将以高质量方式编码方式使码率回归均值）使用两边编码模式是这个方法变得更加有效，你可以和“max bit rate ”配合使用来防止码率的波动。

CBR（Constant Bit Rate）

事实上根本就没有CBR这种模式，但是你可以通过补充ABR参数“模拟”一个恒定比特率设置，比如：

ffmpeg -i input -c:v libx264 -b:v 4000k -minrate 4000k -maxrate 4000k -bufsize 1835k out.m2v

在这个例子中，-bufsize是一个“码率控制缓冲区”,因此它会在每一个有用的1835k视频数据内强制一个你所要求的均值（此处为4000k），所以基本上我们会认为接收端/终端播放器会缓冲那么多的数据，因此在这个数据内部波动是没有问题的。

当然，如果只有黑帧或者空白帧，它所花费的的比特率将少于需求位率（但它会尽可能的提高质量水平，直到crf）。

最大比特率的CRF模式

你可以通过声明-crf和-maxrate设置来使用带有最大比特率crf模式，比如：

ffmpeg -i input -c:v libx264 -crf 20 -maxrate 400k  -bufsize 1835k  

这将会有效的将crf值锁定在20，但是如果输出码率超过400kbps，在这种情况下编码器会将质量降低到低于crf 20。

低延迟

x264提高了一个 -tune zerolatency 选项。

兼容性：

 

如果你想让你的视频最大化的和目标播放设备兼容(比如老版本的的ios或者所有的android 设备），那么你可以这做：

-profile:v baseline 

这将会关闭很多高级特性，但是它会提供很好的兼容性。也许你可能不需要这些设置，因为一旦你用了这些设置，在同样的视频质量下与更高的编码档次相比会使比特率稍有增加。

关于profile列表和关于它们的描述，你可以运行x264 --fullhelp

要牢记apple quick time 对于x264编码的视频只支持 YUV 420颜色空间，而且不支持任何高于 mian profile编码档次。这样对于quick time 只留下了两个兼容选项baseline和 main。其他的编码档次qucik time均不支持，虽然它们均可以在其它的播放设备上回放。

使用-ss和-t选项可以编码一个段落而不是整个视频，这样可以快速的了解视频编码输出情况。

-ss 从起始值算起的偏移时间，这个值可以以秒为单位或者HH：MM：SS格式

-t  输出时延，这个值可以以秒为单位或者HH：MM：SS格式

 

 

问题与解答：

1 两遍编码模式能够比CRF模式提供更好的质量吗？

  不能，但它可以更加精确地控制目标文件大小。

2 为什么 placebo 是一个浪费时间的玩意儿？

 与 veryslow相比，它以极高的编码时间为代价换取了大概1%的视频质量提升，这是一种收益递减准则，veryslow 与 slower相比提升了3%；slower 与 slow相比提升了5%；slow 与 medium相比提升了5%~10%。

3 为什么我的无损输出看起来是无损的？

这是由于rgb->yuv的转换，如果你转换到yuv444,它依然是无损的。

4 显卡能够加速x264的编码吗？

不，x264没有使用（至少现在没有），有一些私有编码器使用了GPU加快了编码速度，但这并不意味着它们经过良好的优化。也有可能还不如x264，或许速度更慢。总的来说，ffmpeg到目前为止还不支持GPU。

 翻译注释：x264在2013版中已经开始支持基于opencl的显卡加速，用于帧类型的判定。

5 为Quick time 播放器压制视频

你需要使用-pix_fmt yuv420p来是你的输出支持QT 播放器。这是因为对于H.264视频剪辑苹果的Quick time只支持 YUV420颜色空间。否则ffmpeg会根据你的视频源输出与Quick time 不兼容的视频格式或者不是基于ffmpeg的视频。

 

from： https://blog.csdn.net/vblittleboy/article/details/8982857