x264 vbv 码控测试分析

测试环境

测试视频是一个街拍视频，画面纹理复杂度较高，截图如下：

源视频信息：

• 1920x1080，30fps

测试编码信息：

• 关闭 b 帧
• 只编码前 2 分钟的视频
• 预设为 x264 medium 挡位
• 目标码率为 3000k

码流查看工具：

• FFBitrateViewer

ABR 对比 CBR

abr 编码指令：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000" -profile main -preset medium output.mp4

cbr 编码指令：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=3000" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• abr 和 cbr 码控，均能实现平均码率达到目标码率
• abr 码控的码率波动程度更大
• 当前 vbv 约束参数无法实现完全的码率恒定，但是确实码率波动比 abr 模式小

CBR 码控，关闭 scenecut

关闭 scenecut 编码指令：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=3000:no-scenecut=1:keyint=120" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• 两者平均码率均能达到目标码率
• vbv 约束参数依然无法实现完全的码率恒定
• 关闭 scenecut 后，码率波动会比开启的更大

调整 vbv-bufsize 对 CBR 码控的影响

高 vbv-bufsize 编码指令 (vbv-bufsize 调整为 9000k)：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=9000" -profile main -preset medium output.mp4

低 vbv-bufsize 编码指令 (vbv-bufsize 调整为 1000k)：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=1000" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• buf 较大时，码率波动更大，且平均码率能够超过目标码率
• buf 较小时，码率波动最小，但是平均码率会更小于目标码率

调整 vbv-maxrate 对 CBR 码控的影响

高 vbv-maxrate 编码指令 (vbv-maxrate 调整为 6000k)：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=6000:vbv-bufsize=3000" -profile main -preset medium output.mp4

低 vbv-maxrate 编码指令 (vbv-maxrate 调整为 2000k)：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=2000:vbv-bufsize=3000" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• maxrate 较大时，码率波动更加大，但是平均码率还是接近目标码率
• maxrate 较小时，码率波动与 normal 差不多，但是平均码率远小于目标码率，约等于设置的 maxrate

实现完全的恒定码率

参考：https://forum.doom9.org/showthread.php?p=1967003

将 vbv-bufsize 设置为单帧大小，这里即 3000 / 30 = 100 kbps：

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=100" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• 码率相对来说非常稳定
• 但是平均码率远小于目标码率

另外，还可以设置 x264 支持的 HRD 特性，即设置 nal_hrd=cbr:

• ffmpeg -i guangzhou_1920x1080.mp4 -t 00:02:00 -r 30 -c:v libx264 -x264-params "psnr=1:bframes=0:bitrate=3000:vbv-maxrate=3000:vbv-bufsize=100:nal_hrd=cbr" -profile main -preset medium output.mp4

对比如下：

现象：

• 码率非常稳定，变成了一条直线
• 平均码率也等于目标码率

看起来很好，但是这是有代价的，例如我们看一下 x264 输出的 psnr 值：

• cbr-normal：PSNR Mean Y:33.053 U:44.057 V:43.988 Avg:34.636 Global:34.261 kb/s:2950.10
• nal-hrd：PSNR Mean Y:31.861 U:43.442 V:43.375 Avg:33.464 Global:32.946 kb/s:3000.00

可以看到，psnr 掉了 1.2 个点 (感觉还好，代价不是很大)。