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

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

发表于 2012 年 2 月 16 日 由 keith70

    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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