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

转自：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	128×96@30.9 (8) 176×144@15.0 (4)
1b	1,485	99	128	160	384	512	128×96@30.9 (8) 176×144@15.0 (4)
1.1	3,000	396	192	240	576	768	176×144@30.3 (9) 320×240@10.0 (3) 352×288@7.5 (2)
1.2	6,000	396	384	480	1,152	1,536	320×240@20.0 (7) 352×288@15.2 (6)
1.3	11,880	396	768	960	2,304	3,072	320×240@36.0 (7) 352×288@30.0 (6)
2	11,880	396	2,000	2,500	6,000	8,000	320×240@36.0 (7) 352×288@30.0 (6)
2.1	19,800	792	4,000	5,000	12,000	16,000	352×480@30.0 (7) 352×576@25.0 (6)
2.2	20,250	1,620	4,000	5,000	12,000	16,000	352×480@30.7(10) 352×576@25.6 (7) 720×480@15.0 (6) 720×576@12.5 (5)
3	40,500	1,620	10,000	12,500	30,000	40,000	352×480@61.4 (12) 352×576@51.1 (10) 720×480@30.0 (6) 720×576@25.0 (5)
3.1	108,000	3,600	14,000	17,500	42,000	56,000	720×480@80.0 (13) 720×576@66.7 (11) 1280×720@30.0 (5)
3.2	216,000	5,120	20,000	25,000	60,000	80,000	1,280×720@60.0 (5) 1,280×1,024@42.2 (4)
4	245,760	8,192	20,000	25,000	60,000	80,000	1,280×720@68.3 (9) 1,920×1,080@30.1 (4) 2,048×1,024@30.0 (4)
4.1	245,760	8,192	50,000	62,500	150,000	200,000	1,280×720@68.3 (9) 1,920×1,080@30.1 (4) 2,048×1,024@30.0 (4)
4.2	522,240	8,704	50,000	62,500	150,000	200,000	1,920×1,080@64.0 (4) 2,048×1,080@60.0 (4)
5	589,824	22,080	135,000	168,750	405,000	540,000	1,920×1,080@72.3 (13) 2,048×1,024@72.0 (13) 2,048×1,080@67.8 (12) 2,560×1,920@30.7 (5) 3,680×1,536@26.7 (5)
5.1	983,040	36,864	240,000	300,000	720,000	960,000	1,920×1,080@120.5 (16) 4,096×2,048@30.0 (5) 4,096×2,304@26.7 (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