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码率控制策略：从GOP模式到VBR/CBR/FIXQP详解

来源：花匠小妙招时间：2025-05-13 18:48

文章目录 SinglePAdvSinglePDualP模式SmartP 模式AdvSmartP 模式BiPredB 模式CBRVBRCVBRFIXQP

码率控制
一、最简单的就是设置qp了，可以大幅度降低静态场景下码率，但降低码率的同时，视频质量也会相应下降。
二、拉长GOP时间用于减少IDR帧数量，减小P帧大小，增加B帧。为什么要拉长GOP呢？因为IDR大小是P帧的几倍、几十倍甚至上百倍，减少IDR数量，可以大大降低了码率。至于B帧，也叫中间帧，比P帧更小。具体来说，可以使用到如下GOP模式。

SingleP

特点：该GOP结构仅由IDR帧和normal P帧组成，每个normal P帧参考前一帧，IDR帧之间的间隔相同，具体见下图。
优点：结构简单清晰，IDR帧之间的间隔越大，码流越小。
缺点：丢帧或误码后，需要较长的恢复时间，故IDR帧之间的间隔不宜设得过大。
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AdvSingleP

如上图所示，非智能编码的时候，默认SingleP模式，也就是每个P帧只参考一个前向参考帧。在这个基础上，增加虚拟I帧（本质上还是一个P帧），虚拟I帧不是参考前一个P帧而是参考IDR帧，这样可以在拉长GOP时间的同时，解决了丢帧或误码后很长时间视频无法恢复的问题，以及从任意时间点播录像时需要解码前向IDR帧到点播时间帧之间的所有P帧造成的解码性能浪费和解码时间过长的问题；
特点：该GOP结构由IDR帧、虚拟I帧和normal P帧组成。其中，虚拟I帧（本质为P帧）直接参考IDR帧，normal P帧参考前一帧，虚拟I帧之间间隔相同，IDR帧之间的间隔相同，具体见图海思GOP模式。
优点：丢帧或误码后，恢复时间比SingleP结构的短，IDR帧之间的间隔可以设得更大。

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DualP模式

该模式下P帧参考就近的两个前向参考帧，能够利用更多参考帧的时域相关性提升编码压缩性能。主要应用在运动且有低延时要求的场景，DualP 压缩性能低于BipredB 模式但高于SingleP模式。DualP由于两个参考帧均使用前向参考帧，因此不存在编码和解码延时。
特点：该GOP结构由IDR帧和双前向参考P帧组成，每个P帧参考前面最近的两个帧，具体见图海思GOP模式。
优点：相比SingleP结构，能够更好地利用时域相关性，进一步提高压缩性能。

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SmartP 模式

该模式下P帧参考IDR帧（长期参考帧）和前向参考帧（短期参考帧），利用两个参考帧的时域相关性提升编码压缩性能。主要应用在监控场景。
此场景的特点是摄像头固定安装，场景中的人和物体有静止有运动。
在静止区域，利用长期参考帧和当前帧的时域相关性可以大幅降低码率，并减少呼吸效应和拖尾效应；
在运动区域，利用短期参考帧进行运动估计。SmartP模式拉长IDR 帧间隔，中间定期插入虚拟I 帧，能够大幅度降低监控场景的码率并提升图像质量，码率节省可以达到30%~50%,但对于摄像头运动的场景不适用。
特点：该GOP结构由IDR帧、虚拟I帧和双前向参考P帧组成，其中P帧参考IDR帧（长期参考帧）和前一个帧（短期参考帧），具体见图海思GOP模式。
优点：非常适合用于摄像头固定的监控场景，画面可分为静止区域和运动区域。在静止区域，利用与长期参考帧的时域相关性，可大幅节省码率，并有效减少呼吸效应和拖尾效应。在运动区域，利用短期参考帧进行运动估计。插入虚拟I帧，可最大限度拉长IDR间隔，有效减少码率和提高图像质量。

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AdvSmartP 模式

该模式与SmartP模式GOP结构基本一样，差别在于长期参考帧IDR帧是编码器内部生成的帧，播放器不显示。
特点：该GOP结构与SmartP结构一样，但长期参考帧由编码器内部生成，不会输出显示。

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BiPredB 模式

该模式在相邻两个P帧中插入1~3个B 帧，B 帧不做参考，使用一个前向参考帧和一个后向参考帧。对于运动场景，双向预测能够更好的做运动估计并且可以支持加权预测，可以提升编码器的压缩性能。
特点：该GOP结构由IDR帧、P帧和双向参考B帧组成，其中B帧参考一个前向帧和一个后向帧，具体见图海思GOP模式。加入B帧的GOP模式可以用在上述所有GOP结构中，此处仅展示最简单的一种带B帧的结构。
优点：运动估计效果比P帧更好，支持加权预测，压缩性能更好。
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CBR（ Constant Bit Rate）固定比特率。
即在码率统计时间内保证编码码率平稳。
当运动发生时，由于码率恒定，只能通过增大QP来减少码字大小，图像质量变差，当场景静止时，图像质量又变好，因此图像质量不稳定。
优点是压缩速度快，缺点是每秒流量都相同容易导致空间浪费。
多用于网络流媒体视频编码，持续的码率可以保证视频在播放时，不会有卡顿缓冲等现象

VBR

VBR（ Variable Bit Rate）动态比特率
即允许在码率统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳。
码率可以随着图像的复杂程度的不同而变化，因此其编码效率比较高，Motion发生时，马赛克很少。
码率控制算法根据图像内容确定使用的比特率，图像内容比较简单则分配较少的码率(似乎码字更合适)，图像内容复杂则分配较多的码字，这样既保证了质量，又兼顾带宽限制。这种算法在画质相同的前提下，可以缩小文件体积。
以 H.264 编码为例， VENC 模块提供用户可设置 MaxQp，MinQp， MaxBitrate 和 ChangePos。