【音视频处理】H264/H265详解，为什么H264更常用？

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本期我们介绍视频编码格式H264。

H264是视频画面最常用的编码格式了，几乎所有的播放器都支持这个编码格式，当然浏览器也不例外。

我们按这样的顺序讨论H264 ：

1、  编码格式的作用 

2、  I帧、P帧、B帧、GOP 

3、  不同使用场景需要关注的点 

4、  H264、H265的选择

编码格式的作用

在往期《音视频转码工作原理》中介绍过，一个视频文件实际上是分三层的：封装、编码、基础数据。

封装的作用请看往期《封装格式》。

编码的作用是为了压缩数据 ，限制最终文件的大小。

以视频为例，视频是由一帧一帧图像组成的，一帧图像的大小是由基础数据格式决定的，视频的基础数据格式一般为色彩空间模型。

如分辨率为1920*1080，色彩空间模型为YUV420的话 ，那么一帧图像的大小为3MB左右。

如果视频长度为1分钟，每秒25帧的话，理论视频文件的大小为4GB左右。

但是一般视频文件是没有这么大的。因为视频在编码阶段会压缩数据，所以平常几分钟的高清视频也就几百兆。​

编码的过程是由编码格式决定的，每个编码格式对应不同的压缩/解压缩算法，每个编码格式也对应不同的编码器/解码器，如果播放器不支持某个编码格式的话是播放不出来的。

这里顺便一提，一般只有对视频文件大小产生影响的基础参数才会作用在编码阶段，如码率、最大码率等。编码阶段会按这些参数限制文件大小，但同时也可能会产生有损压缩，影响画面质量。

其他基础参数，如分辨率、帧率等，都不是编码阶段处理的，这需要转码程序对原始帧的基础数据进行操作。

如降低帧率的修改，需要转码程序重新计算视频帧的时间戳，并抛弃一些多余的帧数据，当然FFmpeg等框架都提供这些处理接口。

I帧、P帧、B帧、GOP

H264是最常用的视频编码格式，这里的视频指的是图像。H264并不能处理音频数据。

H264的压缩工作原理是比较典型的，它的压缩算法加入了运动补偿、运动补充等概念。

也就是对于相似度较高的一段区间，并不需要记录所有的数据，而是根据前一个图像或前后图像计算出当前图像，这样整个文件的数据将会减少。

具体的压缩算法是不需要搞清楚的，但需要清楚对应的H264特殊概念，I帧、P帧、B帧、GOP。

I帧是能独立播放的一帧图像，数据量是最大的。

P帧需要根据前一个I帧或P帧计算所得，数据并不完整，数据量比I帧少，视频中大多数都是P帧。

B帧需要根据前一个和后一个I帧或P帧计算所得，数据最不完整，数据量是最少的。

GOP指的是一组完整的视频帧，如gop设置为25，那么编码器会让每25帧的第一帧必定为I帧 。如果帧率也是25帧，那每秒的第一帧就必定是I帧。

不同使用场景需要关注的点

知道H264这些概念有什么用呢？在某些场景，这些概念起到关键作用。

首先无论是什么场景，都需要关注码率、最大码率的设置。

因为码率是影响数据量最直观的参数，它会限制最终数据量的大小，毕竟很多时候，存储空间、网络带宽都是需要考虑的。

码率、分辨率、帧率等相关参数的讲解和具体建议，请参考往期《视频参数》，这里不作展开。

接下来是在线播放的场景 ，I帧、B帧、P帧、GOP这些一般都是不需要特别关心的。 

但是如果出现未加载完视频跳转不太流畅等问题的话，则可能是视频的某两个I帧相隔特别远，为了防止这种问题，可以将GOP设置为帧率的4-5倍，保证每4-5秒必有一个I帧。

在直播的场景下，这些概念则需要特别关注。I帧是独立的帧，B帧、P帧的播放实质上都需要依赖I帧，所以流媒体服务器需要设置缓存I帧，这样首屏花屏的问题会得到一定程度缓解。

但还是会出现局部花屏的问题，我们还需要设置GOP，GOP一般设置为帧率的1-2倍，保证每1-2秒必有I帧，这样的话，理论上只有在1-2秒这个间隙中开始拉流才会出现花屏问题。

但是1-2秒的帧大都是相似的，且有又设置了I帧缓存的话，则即使有局部花屏，很多时候也是感觉不出来的。​

直播流一般需要禁止生成B帧，虽然B帧数据量是最小的，但是由于它需要后一个帧数据才能计算出来，所以禁止B帧有利于直播的流畅。

H264、H265的选择

近些年，H265也是有一些热度的，相同的视频H265编码的文件会比H264编码的文件小很多，一些时候甚至接近50%。

所以理论上，在相同带宽的前提下，H265的在线视频、直播流会拥有更高的画质，相同画质的情况下，H265也能更节省带宽/流量。

但这是建立在编码、解码计算量为代价的，也就是说，播放H265视频，会比H264视频更消耗性能。

这是H264、H265最大的区别，H265比H264拥有压缩率更高的压缩算法。但同时，也损耗更多的性能，H264、H265的选择，更多是根据实际场景下，容量、带宽对比用户、服务器性能，哪个更为重要的考量。

但比这些更重要的是，H265的普及度并没有想象中高，不是所有浏览器都支持H265的。

所以即使基于种种考量选用了H265，但是客户端不支持的话，那也是行不通的。所以H264目前还是比较常用的，毕竟H264编码的视频哪里都能播放，H265则不一定。

总结

本期介绍了最常用的视频编码格式H264，当然，有比H264无损压缩度更高，或者比H264功能更丰富的编码格式，但是普及程度决定了H264更为常用。