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VBR動態比特率_CBR固定碼率_ABR三者有什么區別

日期: 2018-09-18
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VBR(Variable Bit Rate)動態比特率,又稱可變比特率或者非固定比特率,是在視頻或者音頻進行編碼壓縮時采用的一種方式。使用編碼壓縮的目的是為了在保證視頻或者音頻最低或者最好質量的前提下,盡可能的壓縮文件或者數據流的大小,以方便傳輸或者在傳輸線路上能夠承載更多的數據量。即可以選擇從最差音質/最大壓縮比到最好音質/最低壓縮比之間最佳匹配。

在MP3文件編碼之時,程序軟件會嘗試保持選定文件的品質,將文件的不同部分用不同的比特率來編碼,比如將復雜部分用高比特率編碼如224KBit/s進行壓縮,簡單部分用低比特率編碼如32KBit/s進行壓縮;,通過這種動態調整編碼速率的方式,得到音質和文件體積之間的平衡。其優點是保證一定品質要求,缺點是編碼時無法估計壓縮后的文件大小。對于視頻,VBR碼率隨著圖像復雜程度的不同而不同,編碼效率高,快速運動畫面的馬賽克很少。

VBR編碼軟件在壓縮時,根據視頻數據,即時確定使用什么比特率,既保證了質量又兼顧文件大小。使用VBR編碼程序可以選擇從最差音視頻質量(一般此時壓縮比最高)到最好音視頻質量(一般此時壓縮比最低)之間的各種視頻質量。在視頻文件編碼的時候,編碼程序會嘗試保持所選定的整個文件的品質,對視頻文件的不同部分選擇不同的比特率來編碼。


CBR(Constant bitrate)固定碼率,又稱為靜態比特率,是一種固定采樣率的壓縮方式。CBR對于視頻壓縮實現的方式為:編碼器先檢測每一幀圖像的復雜程度,然后計算出碼率。如果碼率過小,就填充無用數據使之與指定碼率保持一致;如果碼率過大,就降低碼率使之與指定碼率保持一致。固定碼率模式的編碼效率比較低。在快速運動畫面部分,由于畫面細節較多需要更多的比特來描述,但由于強行降低碼率,會丟失部分畫面的細節信息,出現畫面模糊、不清晰或者是馬賽克。CBR對于音頻壓縮來說,比特率是最重要的因素,它用來表示每秒鐘的音頻數據占用了多少個比特,這個值越高,音質就越好。使用固定比特率編碼音頻,MP3從頭至尾為固定值如128 kbps進行編碼。在雜文音頻那段有介紹,有興趣的可以點擊這里進行更多了解。

對于音視頻編碼,CBR方式編碼的優點是壓縮快,能被大多數軟件和設備支持;當在一個帶寬受限的信道中進行多媒體通訊的時候,CBR是非常有用的,因為這時候受限的是最高碼率,CBR可以更好的易用這樣的信道。但是缺點是占用空間相對大,不適合進行存儲,因為CBR將導致沒有足夠的碼率對復雜的內容部分進行編碼,從而導致質量下降,同時在簡單的內容部分會浪費一些碼率。


ABR(average bitrate)也被稱為“safe VBR”,它可以將生成的 MP3 控制在給定的 bitrate 上。如指定用 300kbps、ABR 對一段 wav 文件進行編碼,LAME 會將該文件的 90% 用300kbps 編碼,對剩余 10% 進行優化,復雜部分用高于 300kbps 來編碼、簡單部分用低于 300kbps 來編碼。與 300kbps的CBR 相比,300kbps的ABR在文件大小上相差不多,音質卻能提高。

使用VBR編碼的編碼調制器

三者對比

使用Windows Media編碼器:用CBR或VBR分別對音視頻內容進行編碼。

CBR編碼在流式播放方案中最為有效。比特率在流的進行過程中基本保持恒定并且接近目標比特率,始終處于由緩沖區大小確定的時間窗內。缺點在于編碼內容的質量不穩定。

VBR編碼當計劃提供內容供用戶下載、將內容在本地播放或者在讀取速度有限的設備(如CD或DVD播放機)上播放時非常有效。(計劃流式播放內容時也可以采用峰值VBR編碼模式)當編碼內容中混有簡單數據和復雜數據(在快動作和慢動作間切換的視頻)時,VBR 編碼是很有優勢的。系統自動為內容的簡單部分分配較少的比特,留出足量的比特用于生成高質量的部分。對混合內容使用 VBR 編碼時,在文件大小相同的條件下,VBR編碼的輸出結果要比CBR編碼的輸出結果質量好得多。在某些情況下,與CBR編碼文件質量相同的VBR編碼文件,其大小可能只有前者的一半。

ABR 編碼在速度上是 VBR 編碼2 -3 倍,在 128-256kbps 范圍內質量要好于 CBR。?? VBR有三個參數分別是MAX(視頻的最大比碼率),Average(平均碼率)和MIN(最小碼率)。有MAX,ARG和MIN三個參數,采用VBR壓縮輸出視頻的時候,計算機會先進行一下逐幀的掃描把運動量大的畫面碼率調高,運動量小或是靜止的畫面碼率調低并保證平均后的碼率等于ARG值。VBR的優點就體現出來了畫面質量相對高,但是缺點也出來了運算量大壓縮時間長,更嚴重的對解碼算法的要求就復雜了很多相對的對解碼器的CPU要求就也高了(很多手機可以播出CBR的RM視頻卻播不了VBR的RMVB視頻的原因,是因為手機的CPU還沒有足夠的強,內存也不能運算如此復雜的解碼算法)。 在MPEG4級壓縮的應用還出現了Bitrate VBR和Quality VBR即碼率控制與質量控制,前者是單純的調整碼率達到平均值,后者復雜一些是根據圖像質量而定,所以并不能先給出一個平均值來,只是保證每一幀畫面的質量達到要求,至于這一幀畫面為了保證質量會達到什么樣的碼率值并不是提前知道的,當然這種運算就更復雜了。更高級保持質量的壓縮方式Two-pass即Two-pass Encoding 的先對影片作一次分析,即First-pass。此時整個影片檔案會被先作掃描,定義影片中的影格是動態或是靜態,所以再決定相應的每一幀畫面的碼率來進行壓縮,當然處理的時間也更長。


? ? 一般合成相同質量視頻,采用CBR合成時間會短一些,但文件的長度會大一些。CBR是以恒定的碼率編碼,因為家用DVD機需硬件解碼,使用的是固化的硬件解碼器,只能讀取恒定碼流的Mpeg文件,所以如果你刻錄的光盤是在DVD機上觀看,一般家庭選擇CBR比較合適,兼容性較好。VBR是指系統根據圖像數據量改變的大小決定用多大的碼率編碼,這種格式的解碼需軟件調節,故刻錄的光盤如果是在電腦的DVD光驅中播放可以采取這種方式。以下作為CBR、ABR與VBR三種方式的總結對比:

??? 1、VBR 適合的應用場景是媒體存儲,而不是網絡傳輸。

??? 2、網絡傳輸中所謂的 CBR 一般是 ABR,即只要是單位時間內把碼率控制在額定碼率就可以,編碼輸出本來就有緩沖從而起到平滑波動的作用。

??? 3、嚴格意義上的 CBR 是每一幀都分配同樣的碼字,這樣編下來,整體序列質量會忽好忽壞發生跳變。ABR 才是最適合網絡傳輸的方案。

??? 4、無論是 CBR、ABR 還是 VBR 都是屬于碼率控制,而碼率控制是視頻編碼的開放部分,它不會改變碼流結構的合法性,因此無論在 MPEG2、MPEG4 還是 H.263、H.264 當中都沒有做規定;

5、由于目前的視頻編碼標準都是基于塊編碼的混合編碼框架,因此一個碼率控制算法可以用到任何協議上(當然有時候需要做點小的改動),只不過是控制效果好不好的問題,沒有哪個 RC 是專屬哪個協議的。


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