H.264（MPEG-4 AVC）级别（Level）、DPB 与 MaxDpbMbs 详解(zz)
转摘:http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/12/08/h264_level.html
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。详细信息请看表格——
| Level | Max macroblocks | Max video bit rate (kbit/s) | Examples for high resolution @ frame rate (max stored frames) | ||||
| per second |
per frame | BP, XP, MP | HiP | Hi10P | Hi422P, Hi444PP | ||
| 1 | 1,485 | 99 | 64 | 80 | 192 | 256 | 128×[email protected] (8) 176×[email protected] (4) |
| 1b | 1,485 | 99 | 128 | 160 | 384 | 512 | 128×[email protected] (8) 176×[email protected] (4) |
| 1.1 | 3,000 | 396 | 192 | 240 | 576 | 768 | 176×[email protected] (9) 320×[email protected] (3) 352×[email protected] (2) |
| 1.2 | 6,000 | 396 | 384 | 480 | 1,152 | 1,536 | 320×[email protected] (7) 352×[email protected] (6) |
| 1.3 | 11,880 | 396 | 768 | 960 | 2,304 | 3,072 | 320×[email protected] (7) 352×[email protected] (6) |
| 2 | 11,880 | 396 | 2,000 | 2,500 | 6,000 | 8,000 | 320×[email protected] (7) 352×[email protected] (6) |
| 2.1 | 19,800 | 792 | 4,000 | 5,000 | 12,000 | 16,000 | 352×[email protected] (7) 352×[email protected] (6) |
| 2.2 | 20,250 | 1,620 | 4,000 | 5,000 | 12,000 | 16,000 | 352×[email protected](10) 352×[email protected] (7) 720×[email protected] (6) 720×[email protected] (5) |
| 3 | 40,500 | 1,620 | 10,000 | 12,500 | 30,000 | 40,000 | 352×[email protected] (12) 352×[email protected] (10) 720×[email protected] (6) 720×[email protected] (5) |
| 3.1 | 108,000 | 3,600 | 14,000 | 17,500 | 42,000 | 56,000 | 720×[email protected] (13) 720×[email protected] (11) 1280×[email protected] (5) |
| 3.2 | 216,000 | 5,120 | 20,000 | 25,000 | 60,000 | 80,000 | 1,280×[email protected] (5) 1,280×1,[email protected] (4) |
| 4 | 245,760 | 8,192 | 20,000 | 25,000 | 60,000 | 80,000 | 1,280×[email protected] (9) 1,920×1,[email protected] (4) 2,048×1,[email protected] (4) |
| 4.1 | 245,760 | 8,192 | 50,000 | 62,500 | 150,000 | 200,000 | 1,280×[email protected] (9) 1,920×1,[email protected] (4) 2,048×1,[email protected] (4) |
| 4.2 | 522,240 | 8,704 | 50,000 | 62,500 | 150,000 | 200,000 | 1,920×1,[email protected] (4) 2,048×1,[email protected] (4) |
| 5 | 589,824 | 22,080 | 135,000 | 168,750 | 405,000 | 540,000 | 1,920×1,[email protected] (13) 2,048×1,[email protected] (13) 2,048×1,[email protected] (12) 2,560×1,[email protected] (5) 3,680×1,[email protected] (5) |
| 5.1 | 983,040 | 36,864 | 240,000 | 300,000 | 720,000 | 960,000 | 1,920×1,[email protected] (16) 4,096×2,[email protected] (5) 4,096×2,[email protected] (5) |
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（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)
现在来做做练习题，巩固一下所学知识吧——
1. 720P（1280x720）视频在级别3.1下，最高支持每秒多少帧？
2. 1080P（1920x1080）视频在级别4下，最高支持每秒多少帧？
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。
练习题——
1. 720P（1280x720）视频在级别3.1下，最高支持多少个参考帧（最大存储帧数）？级别3.2、4 下呢？
2. 1080P（1920x1080）视频在级别4下，最高支持多少个参考帧（最大存储帧数）？级别5、5.1 下呢？
（完）
参考文献
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http://en.wikipedia.org/wiki/H.264
H.264/MPEG-4 AVC