ffmpeg码率控制模式详解

一、概述

　　在视频编码中，码率控制是决定输出视频质量和文件大小的核心环节。不同的场景对码率和视频质量有不同的要求。所以非常有必要了解一下编码器是如何控制码率。

以便应对不同的应用场景。

二、码率控制模式说明

• 平均比特率 (ABR, Average Bitrate)

  • 原理：编码器在整个视频中维持平均码率，但允许帧间波动（复杂场景高码率，简单场景低码率）。
  • 作用：平衡画质与文件大小，适合带宽稳定的场景。

    第一种方式：
    AVCodecContext *c;
    int br = 400000;  //400kb
    c->bit_rate = br;
    
    第二种方式：
    // FFmpeg示例（H.264）
    av_opt_set(c->priv_data, "b:v", "2000k", 0);  // 平均2Mbps
    av_opt_set(c->priv_data, "maxrate", "3000k", 0);  // 峰值3Mbps
    av_opt_set(c->priv_data, "bufsize", "4000k", 0);  // 缓冲区大小

  • 应用场景：流媒体、本地存储。

• 恒定质量 (CQP, Constant Quantization Parameter)

  • 原理：固定量化参数（QP），复杂场景自动分配更多比特，简单场景更少。
  • 作用：保证视觉一致性，但文件大小波动大。

    // FFmpeg示例（H.264）
    av_opt_set(c->priv_data, "qp", "23", 0);  // QP范围：0（无损）-51（最差）

  • 应用场景：直播（如 Twitch）、网络带宽有限且波动小的场景。

• 恒定速率因子 (CRF, Constant Rate Factor)

  • 原理：动态调整码率以维持目标画质，结合了 CQP 和 ABR 的优点。
  • 作用：在文件大小和画质间取得最优平衡，推荐优先使用。

    // FFmpeg示例（H.264）
    av_opt_set(c->priv_data, "crf", "23", 0);  // 默认值，范围18-28
    // H.265（HEVC）推荐+2：
    av_opt_set(c->priv_data, "crf", "25", 0);

  • 应用场景：离线转码（如压制电影）、存储容量有限的场景。

• 约束编码 (VBV, Video Buffering Verifier)

• 原理：限制瞬时码率，确保解码器缓冲区不会溢出（通过maxrate和bufsize）。
• 作用：防止播放器卡顿，适合网络传输。

  // FFmpeg示例（H.264）
  av_opt_set(c->priv_data, "maxrate", "4000k", 0);  // 最大4Mbps
  av_opt_set(c->priv_data, "bufsize", "8000k", 0);  // 2秒缓冲区

• 应用场景：流媒体（需适应不同带宽）、蓝光 / DVD 制作。

• GOP详解

  • 定义：GOP（Group of Pictures）是一组连续的视频帧，以 I 帧开始，包含 P 帧和 B 帧。
  • gop_size越大视频质量越高，反之视频质量越差。
  • • 参数：
      • gop_size：GOP 的长度（帧数）。
      • keyint_min：最小 I 帧间隔（避免场景切换时延迟插入 I 帧）。
      • bframes：两个参考帧之间的 B 帧数（影响编码延迟）。
    • 作用：
      • 随机访问：I 帧是解码起点，小 GOP（如 30）支持快速跳转。
      • 压缩效率：大 GOP（如 120）允许更多 B/P 帧，提高压缩比。

        // FFmpeg示例（H.264）
        av_opt_set(c->priv_data, "gop_size", "120", 0);  // 每120帧一个I帧
        av_opt_set(c->priv_data, "keyint_min", "30", 0);  // 场景切换时至少30帧
        av_opt_set(c->priv_data, "bframes", "3", 0);  // 两个参考帧间插入3个B帧

         

• 场景选择建议

  场景	推荐模式	参数配置
  直播（低延迟）	CBR + VBV	b:v=目标码率, maxrate=峰值, bufsize=小
  流媒体（适应性）	ABR + VBV	b:v=平均码率, maxrate=2×平均, bufsize=大
  离线存储（画质优先）	CRF	crf=18-20, preset=slow
  实时监控（保留细节）	CQP	qp=20-25
  蓝光 / DVD 制作	CRF + VBV	crf=18, maxrate=无, bufsize=大

• 性能对比

  模式	画质稳定性	文件大小	编码速度	延迟	带宽要求
  CQP	高	波动大	快	低	不稳定
  CBR	低	稳定	快	低	恒定
  ABR	中	较稳定	中	中	波动小
  CRF	高	较稳定	慢	中	波动中