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音视频基础扫盲之视频码率控制策略（CBR、VBR还是ABR）

🕗 发布于 2024-11-26 08:25 音视频  实时音视频  音视频基础  ABR VBR CBR区别  视频编码  

视频码率控制策略

CBR（Constant Bit Rate）、VBR（Variable Bit Rate）和ABR（Average Bit Rate）是三种常见的比特率控制方式，以视频码率控制为例，视频码率控制策略主要是在保证视频质量的前提下，尽可能地降低码率以减少存储和传输成本。

一、固定码率（CBR）

  1. 原理：

    • 固定码率控制策略使视频在整个编码过程中保持恒定的码率。无论视频内容的复杂程度如何变化，编码器都会努力将输出码率控制在一个固定的值。
    • 编码器通过调整量化参数（QP）等参数来实现码率的稳定。当视频画面比较复杂时，可能会牺牲一定的图像质量以保持码率不超过设定值；当画面相对简单时，也不会降低码率以提高图像质量。

  2. 应用场景：

    • 适用于对带宽要求严格的场景，如网络直播、视频会议等。在这些场景中，稳定的码率可以确保视频流的流畅传输，避免因码率波动导致的卡顿和缓冲。
    • 例如，在网络直播中，如果码率波动过大，可能会导致观众端的播放卡顿，影响观看体验。使用 CBR 可以保证直播流的码率稳定，让观众能够流畅地观看直播。

二、可变码率（VBR）

  1. 原理：

    • 可变码率控制策略允许码率根据视频内容的复杂程度动态变化。编码器会分析视频的每一帧，对于复杂的帧分配较高的码率以保证图像质量，对于简单的帧分配较低的码率以节省空间。
    • VBR 通常有不同的质量模式可供选择，如高质量模式、中等质量模式和低质量模式等。高质量模式会在保证图像质量的前提下尽量提高码率，而低质量模式则会更严格地控制码率以降低文件大小。

  2. 应用场景：

    • 适用于对视频质量要求较高的场景，如视频制作、电影存储等。在这些场景中，可以根据视频内容的复杂程度自动调整码率，以在保证图像质量的同时尽可能地减少文件大小。
    • 例如，在制作高清电影时，使用 VBR 可以在保证画面质量的前提下，对于一些静态场景或简单画面降低码率，从而减少存储成本。

三、平均码率（ABR）

  1. 原理：

    • 平均码率控制策略是一种介于 CBR 和 VBR 之间的方法。它设定一个平均码率目标，编码器在编码过程中会尽量使整个视频的平均码率接近这个目标值。
    • 与 CBR 不同的是，ABR 允许码率在一定范围内波动；与 VBR 不同的是，ABR 会更加注重整体的平均码率控制，而不是完全根据每一帧的复杂程度来调整码率。

  2. 应用场景：

    • 适用于一些对码率稳定性和视频质量都有一定要求的场景，如在线视频播放、视频点播等。在这些场景中，既需要保证视频流的相对稳定，又希望能够在一定程度上根据视频内容调整码率以提高图像质量。
    • 例如，在在线视频播放平台上，使用 ABR 可以在保证视频流基本稳定的前提下，对于一些精彩的画面或复杂场景适当提高码率，以提升用户的观看体验。

四、基于内容感知的码率控制

  1. 原理：

    • 这种码率控制策略利用人工智能和机器学习技术，对视频内容进行分析和理解。编码器会根据视频的场景、物体、运动等特征来动态调整码率分配。
    • 例如，对于画面中的重要物体或人物，可以分配较高的码率以保证清晰显示；对于背景或不太重要的区域，可以分配较低的码率以节省空间。

  2. 应用场景：

    • 适用于对视频质量和用户体验要求较高的场景，如智能监控、虚拟现实等。在这些场景中，通过对视频内容的智能分析，可以更好地满足用户的需求，提高视频的观看效果。
    • 例如，在智能监控系统中，基于内容感知的码率控制可以对监控画面中的关键区域（如入口、重要设备等）分配较高的码率，以便在需要时能够清晰地查看这些区域的情况。

应用举例

以大牛直播SDK的Android平台RTMP推送模块为例，我们在视频软、硬编码设计接口设计的时候，也做了相应的支持。

以硬编码为例，接口设计如下：

/*
 * SmartPublisherJniV2.java
 * Copyright © 2014~2024 daniusdk.com All rights reserved.
 * WeChat: xinsheng120
 */
 /**
  * Set Video H.264 HW Encoder, if support HW encoder, it will return 0(设置H.264硬编码)
  * 
  * @param kbps: the kbps of different resolution.
  * 
  * @return {0} if successful
  */
public native int SetSmartPublisherVideoHWEncoder(long handle, int kbps);

/**
 * Set Video H.265(hevc) hardware encoder, if support H.265(hevc) hardware encoder, it will return 0(设置H.265硬编码)
 *
 * @param kbps: the kbps of different resolution.
 *
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetSmartPublisherVideoHevcHWEncoder(long handle, int kbps);

/**
 * 设置视频硬编码是否使用 Native Media NDK, 默认是不使用, 安卓5.0以下设备不支持
 * @param handle
 * @param is_native: 0表示不使用, 1表示使用, sdk默认是0.
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetNativeMediaNDK(long handle, int is_native);

/*
* 设置视频硬编码码率控制模式
* @param hw_bitrate_mode: -1表示使用默认值, 不设置也会使用默认值, 0:CQ, 1:VBR, 2:CBR, 3:CBR_FD, 请参考:android.media.MediaCodecInfo.EncoderCapabilities
* 注意硬编码和手机硬件有关，多数手机只支持部分码率模式, 另外硬编码设备差异很大，不同设备同一码率控制模式效果可能不一样
* @return {0} if successful
*/
public native int SetVideoHWEncoderBitrateMode(long handle, int hw_bitrate_mode);


/*
 * 设置视频硬编码复杂度, 安卓5.0及以上支持
 * @param hw_complexity: -1表示不设置, 请参考:android.media.MediaCodecInfo.EncoderCapabilities.getComplexityRange() 和 android.media.MediaFormat.KEY_COMPLEXITY
 * 注意硬编码和手机硬件有关，部分手机可能不支持此设置
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetVideoHWEncoderComplexity(long handle, int hw_complexity);

/*
 * 设置视频硬编码质量, 安卓9及以上支持, 仅当硬编码器码率控制模式(BitrateMode)是CQ(constant-quality mode)时才有效
 * @param hw_quality: -1表示不设置, 请参考:android.media.MediaCodecInfo.EncoderCapabilities.getQualityRange() 和 android.media.MediaFormat.KEY_QUALITY
 * 注意硬编码和手机硬件有关，部分手机可能不支持此设置
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetVideoHWEncoderQuality(long handle, int hw_quality);

/*
 * 设置H.264硬编码Profile, 安卓7及以上支持
 * @param hw_avc_profile: 0表示使用默认值, 0x01: Baseline, 0x02: Main, 0x08: High, 0x10000: ConstrainedBaseline, 0x80000: ConstrainedHigh;
 * 注意: ConstrainedBaseline 和 ConstrainedHigh 可能多数设备不支持,
 * H.264推荐使用 High 或者 ConstrainedHigh, 如果您使用的手机硬解码解不了，那还是设置Baseline
 * 如果设置的Profile硬编码器不支持，应编码器会使用默认值
 * 具体参考:android.media.MediaCodecInfo.CodecProfileLevel
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetAVCHWEncoderProfile(long handle, int hw_avc_profile);

/*
 * 设置H.264硬编码Level, 这个只有在设置了Profile的情况下才有效, 安卓7及以上支持
 * @param hw_avc_level: 0表示使用默认值, 0x100: Level3, 0x200: Level3.1, 0x400: Level3.2,
 * 0x800: Level4, 0x1000: Level4.1, 0x2000: Level4.2,
 * 0x4000: Level5, 0x8000: Level5.1,  0x10000: Level5.2,
 * 0x20000: Level6, 0x40000: Level6.1,  0x80000: Level6.2,
 * 如果设置的level太高硬编码器不支持，SDK内部会做相应调整
 * 注意: 640*480@25fps最小支持的是Level3, 720p最小支持的是Level3.1, 1080p最小支持的是Level4
 * 具体参考:android.media.MediaCodecInfo.CodecProfileLevel
 * @return {0} if successful
 */
public native int SetAVCHWEncoderLevel(long handle, int hw_avc_level);

感兴趣的开发者，可以酌情参考，有问题可以单独跟我探讨。


原文地址：https://blog.csdn.net/renhui1112/article/details/144032696

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