3.4.3  VBR技术

VBR是可变码率的意思，它的英文全称是Variable Bit Rate。与它相对的概念是CBR（Constant Bit Rate，固定码率），CBR是保持每个图像组（GOP）都有相同的平均码率，而VBR就是根据不同的图像组使用不同的码率，每个图像组的平均码率是可变的，根据图像的内容改变。例如，在使用MPEG-4的VBR技术压缩网球比赛视频时时，当摄像机扫过观众席时，其瞬时码率是2～3Mb/S，而拍摄内容为近距离的教练时其码率只有500～800Kb/S，而拍摄背景为观众，前景为网球运动员时码率也在1Mb/S左右。

CBR技术使用的是“码率预分配方案”，虽然在每个图像组中的每帧的码率不同，但对于每一个图像组而言它们的码率是相同的。CBR的优点是压缩速度快且只需要对图像进行一次压缩就可以实现，在现在的计算机硬件水平下压缩一部分辨率为720x480、24位色的高清晰度影片的速度可以达到甚至超过1：1，其速度和观看它的时间相同或更快。但是由于视频码率是固定的，而图像内容千变万化（有时活动，有时静止，有时纹理较多，有时平坦区较多，有时色彩鲜艳，有时色彩平淡等），其后果是：解码后重建的图像的主观质量必然是变动的，而不可能是恒定的。这样由于码率没有随着实际的需求情况而改变造成了解压缩后的影片一些片段清晰而另一些图像有明显锯齿，这种情况在高速运动和色彩鲜艳的画面中特别明显。因此，这类固定码率技术的视频编码算法虽然简单易行，但其实际编码效率不，使得传输媒体和存储媒体的资源存在大量难以避免的浪费。

与CBR技术相比，VBR的优点是显著的减少了“填充比特”，大大的提高了传输和存储媒体的资源的利用率。并且就主观图像质量而言，它可以明显的消除在固定码率压缩中出现的高速运动和色彩鲜艳的图像中的锯齿，缺点是编码器的技术难度大，压缩速度慢或最终的影片的平均码率不好控制。VBR技术已在一些公司中得到了应用，例如，用RealNetworks 公司的rmvb 格式的电影就使用了VBR技术，rmvb格式的电影在码率大于1Mbit/秒时基本拥有近乎完美的接近于DVD品质的视听效果，而且占用的磁盘空间很小，非常适合做为流媒体在网络中传输并且进行播放。

VBR技术的原理就是对低速运动甚至静止的画面使用较高的压缩率，而对于高速运动的一段片段用较低的压缩率。通过降低一部分画面质量减小其码率来补偿另一部分画面对带宽的额外需求，就可以达到与原来相同或相近的图像效果。鉴于VBR技术具有压缩速度慢且平均码率不好控制等特点，可以在压缩时使用不同的VBR实现，

如果对图像有特殊要求的话，就在编码图像时通过设定“图像质量”参数把编码器的输出限制在一个特定的质量等级上，或者设定一个图像质量的等级范围把编码器的输出图像质量限制在这个范围以内。这种实现压缩速度快，和CBR方式一样可以用于实时采集中。其缺点是码率的变化无法控制，可能有时会很小而有时会很大，这在网络带宽有限或带宽波动大的情况下很容易造成数据丢失导致播放时出现严重的花屏现象。

如果要控制压缩码率的化，就在编码图像的过程中首先取得每一帧图像在指定的码率下进行压缩后的图像质量等级、纹理信息、运动参数等，然后通过第一步收集的信息来决定将哪些视频帧的码率可以降低、哪些视频帧的码率可以升高，进而把原始视频信号以图像组为单位分为数个片段，每个片段用一个特定的图形质量参数来进行压缩。在这种实现方式下可以进行有效地码率分配，因为通过第一次对图像的处理可以明显的看出哪些片段由于画面运动快需要较高的码率，哪些片段运动平缓可以用较低的码率。这种方式还有个优点是它最终的平均输出码率可以被控制到非常接近指定的压缩码率，也不会出现一段时间占用带宽很大而另一段时间由占用很小的情况。这种实现的缺点是，压缩时间长，是CBR方式的两倍以上，无法实时采集。