H.264 編碼的級別LEVEL，檔次PROFILE

對於H.264（MPEG-4 AVC）而言，級別（Level）是與檔次（Profile）同等重要的參數。但很多文章說的很簡略，只是說標清視頻一般用3.1，高清用4，具體含義語焉不詳。於是我做了一番研究。

一、級別詳表

級別（Level）是用來約束 解析度、幀率 和 碼率 的。詳細資訊請看表格——

Level：級別。

Max macroblocks：最大宏塊數。注：宏塊尺寸是16×16的。

per second：每秒（的最大宏塊數）。可用於約束幀率。

per frame：每幀（的最大宏塊數）。可用於約束解析度。

Max video bit rate (kbit/s)：最大視頻碼率。不同檔次（Profile）下會有區別。

BP：Baseline Profile，基線檔次。

XP：Extended Profile，進階檔次。

MP：Main Profile，主要檔次。

HiP：High Profile，高級檔次。

Hi10P：High 10 Profile，高級10位檔次。

Hi422P：High 4:2:2 Profile，高級4:2:2檔次。

Hi444PP：High 4:4:4 Predictive Profile，高級4:4:4（實驗性？）檔次。

Examples for high resolution @ frame rate (max stored frames)：範例：高解析度@幀率(最大存儲幀數)。

二、推算解析度與幀率

在視頻壓制時，碼率的挑選是很容易判斷的。而解析度與幀率 和 級別 的關係，就沒那麼明顯了。所以我們需要找到計算方法。

首先看看常見視頻解析度所配套的級別——

480P（800×480）：若幀率低於13.5用2.2，若幀率在13.5至27之間就用3，幀率高於27時用3.1。

720P（1280×720）：一般為3.1。

1080P（1920×1080）：一般為4。

可以看到480P（800×480）有點特殊，所以我以它為例來講解如何推算解析度與幀率。

因宏塊尺寸是16×16的，我們根據此資訊計算出 水準巨集塊數（PicWidthInMbs） 和 垂直宏塊數（FrameHeightInMbs）——

水準巨集塊數 = ceil(視頻寬度 / 16) = ceil(800 / 16) = ceil(50.0) = 50

垂直巨集塊數 = ceil(視頻高度 / 16) = ceil(480 / 16) = ceil(30.0) = 30

注：ceil(x)是向頂舍入函數，返回的是大於等於x的最小整數。

然後計算每幀宏塊數（macroblocks per frame）——

每幀巨集塊數 = 水準巨集塊數 * 垂直巨集塊數 = 50 * 30 = 1500

查上面的級別詳表，可知支援 每幀宏塊數1500 的最低級別是2.2。

級別2.2所允許的 每秒最大宏塊數（Max macroblocks per second） 是 20250。20250 / 1500 = 13.5。即最高支持每秒13.5幀。

提高一個級別，級別3所允許的 每秒最大宏塊數 是 40500。40500 / 1500 = 27。即最高支持每秒27幀。

再提高一個級別，級別3.1所允許的 每秒最大宏塊數 是 108000。108000 / 1500 = 72。即最高支持每秒72幀，夠用了。

當宏塊數超過級別的約束時，x264會顯示這樣的警告資訊——

x264 [warning]: frame MB size (120×68) > level limit (5120)

現在來做做練習題，鞏固一下所學知識吧——

1. 720P（1280×720）視頻在級別3.1下，最高支持每秒多少幀？
2. 1080P（1920×1080）視頻在級別4下，最高支持每秒多少幀？

三、最大存儲幀數、DPB 與 MaxDpbMbs

在前面的級別詳表中，還有一個神秘的欄位——最大存儲幀數（max stored frames）。它是從何而來的呢？

最大存儲幀數與DPB有關——DPB：decoded picture buffer，解碼圖片緩存區。在做視頻解碼時，需要將最近的若干幅參考幀緩存起來，這個緩衝區就叫做DPB。所以最大存儲幀數也是最大參考幀數（ref）。DPB一般以巨集塊數為單位（DpbMbs），計算公式為——

DpbMbs = ref（參考幀數） * PicWidthInMbs（水準宏塊數） * FrameHeightInMbs（垂直宏塊數）

在不同的級別（Level）下，最大的解碼圖片緩存區巨集塊數（MaxDpbMbs）是不同的——