可變比特率

可變比特率（VBR）是在電信和計算機中使用的涉及聲音或視頻編碼中使用的比特率的術語。 VBR檔案改變每個時間段的輸出數據量，與相同數據的CBR檔案相比，它產生更好的質量 - 空間比，但是編碼可能需要更多的時間。Opus，Vorbis，MP3，WMA和AAC音頻檔案可以選擇在VBR中編碼。

基本介紹

• 中文名：可變比特率
• 外文名：variable bitrate
• 縮寫：VBR
• 特點：比特率越高，傳送的數據越大
• 適用檔案：Opus，Vorbis，MP3，WMA和AAC
• 編碼方式：多通道、單通道、固定質量等

定義

可變比特率（VBR）是在電信和計算機中使用的涉及聲音或視頻編碼中使用的比特率的術語。 與恆定比特率（CBR）相反，VBR檔案改變每個時間段的輸出數據量。 VBR允許將較高的比特率（因此需要更多的存儲空間）分配給更複雜的媒體區塊，而將較少的空間分配給較不複雜的段。 可以計算這些速率的平均值，以產生檔案的平均比特率。

適用檔案

Opus，Vorbis，MP3，WMA和AAC音頻檔案可以選擇在VBR中編碼。可變比特率編碼也通常用於MPEG-2視頻，MPEG-4第2部分視頻（Xvid，DivX等），MPEG-4 Part 10 / H.264視頻，Theora，Dirac和其他視頻壓縮格式。 另外，可變速率編碼是無損壓縮方案中固有的，例如FLAC和Apple Lossless。

優缺點

優點

VBR的優點是與相同數據的CBR檔案相比，它產生更好的質量 - 空間比。可用的位更靈活地用於更準確地編碼聲音或視頻數據，在較少要求的通道中使用較少的位，並且在難以編碼的段落中使用更多的位。

缺點

缺點是，因為過程更複雜，並且某些硬體可能不兼容VBR檔案。當瞬時比特率超過通信路徑的數據速率時，VBR也可能在傳輸期間造成問題。通過在編碼期間限制瞬時比特率或通過擴大播放緩衝器（以增加的等待時間為代價）可以避免這些問題。

此外，VBR編碼的語音（或包括視頻的其他信號）的加密僅提供有限的隱私，因為比特率的變化的模式可以揭示正在使用的語言。

在過去，許多硬體和軟體播放器不能正確地解碼可變比特率檔案，部分是因為使用的各種VBR編碼器開發出現問題。為了兼容性，這導致CBR在VBR上的共同使用。截至2006年12月，僅支持CBR編碼檔案的設備大部分已經過時，因為絕大多數現代攜帶型音樂設備和軟體支持VBR編碼檔案。

在大多數現代數字音頻播放器（包括Apple，Microsoft，Creative Technology和SanDisk發布的音頻播放器）中都可以找到支持AAC和MP3檔案中的VBR。早期VBR算法在編碼單調或最小音調（例如有聲讀物和聲學音樂）時偶爾引入可聽到的偽影。隨著VBR編碼算法的改進，這些問題在VBR標準的後續版本中得到了解決。

編碼方式

可變比特率（VBR）方法的選擇僅影響編碼過程。在所有情況下，都執行VBR流的解碼，而不管編碼器如何選擇分配比特。

多通道編碼和單通道編碼

使用所謂的單遍編碼或多遍編碼來創建VBR。

單通道編碼分析和“即時”編碼數據，並且它也用於恆定比特率編碼。當編碼速度最重要時使用單遍編碼，用於實時編碼。單通VBR編碼通常由固定質量設定或位速率範圍（最小和最大允許位速率）或平均位速率設定控制。

當編碼質量最重要時，使用多遍編碼。多通道編碼不能用於實時編碼，實時廣播或實況流。多通道編碼比單通道編碼需要更長的時間，因為每個通道意味著一次通過大量的輸入數據（通常是通過整個輸入檔案）。多通道編碼僅用於VBR編碼，因為CBR編碼不提供任何靈活性來改變比特率。最常見的多遍編碼是兩遍編碼。在兩遍編碼的第一遍中，分析輸入數據，並且將結果存儲在日誌檔案中。在第二遍中，使用來自第一遍的收集的數據來實現最佳編碼質量。在視頻編碼中，雙通道編碼通常由平均位速率設定或位速率範圍設定（最小和最大允許位速率）或目標視頻檔案大小設定控制。

固定質量

VBR編碼的一種手段是固定量化器或固定質量編碼。它通常是單次通過編碼。用戶指定給定的主觀質量值，並且編碼器根據需要分配比特以實現給定的質量水平。這確保輸出流將具有一致的質量。質量水平通常具有相關聯的比特率範圍。該編碼方法的缺點是平均比特率（以及因此的檔案大小）不會提前知道，並且達到一定的平均比特率需要嘗試和錯誤。這通常比視頻更關心音頻，因為檔案大小更大，編碼可能需要更長的時間。

比特率範圍

這種VBR編碼方法允許用戶指定比特率範圍 - 最小和/或最大允許比特率。一些編碼器以平均比特率擴展該方法。最小和最大允許的比特率集合邊界，其比特率可能變化。這種方法的缺點是平均比特率（以及檔案大小）不會提前獲取。比特率範圍也用於某些固定質量編碼方法中，但通常沒有改變特定比特率。

平均比特率

平均位速率（ABR）編碼可用於確保輸出流實現可預測的長期平均位速率。這通常使用多通道編碼來實現，其中使用一個或多個初始通過的流上收集數據，並且最終通過使用該數據來以指定的平均位速率實現均勻的質量。

或者可以通過輸出的較小塊執行ABR，或通過增加或減少總體質量對ABR中的波動做出反應來使用周期性平均。這些可以在單程中實現ABR，但是不產生與多程ABR相同程度的均勻性。一些編碼器使用“ABR編碼”和“多通道編碼”來分別指代單通道和多通道ABR編碼。

一些編碼器還允許用戶指定最大允許的比特率或最大質量值。這有時被稱為約束可變比特率（CVBR），並且通常套用於ABR算法。

單通ABR編碼（具有或不具有CVBR）的缺點是與固定量化器VBR相反 - 輸出的大小是提前知道的，但是所得到的質量是未知的，儘管仍然優於CBR。指定較高的平均值或最大值可能只是使檔案更大，沒有可辨別的質量效果，並且增加的最大比特率可能在流傳輸檔案時引入噪聲。然而，將這些標準降低太低將最終導致相當嚴重的質量損失。對視頻的影響通常是增加的塊效應，因為幀在其渲染中不再是完全詳細的狀態。

多通道ABR編碼更類似於固定量化器VBR，因為更高的平均值將大幅度提高質量。[9]

在視頻編碼中，ABR沒有理想的“一刀切”的設定。對於使用MPEG-1或MPEG-2編碼的低解析度（320或640行）視頻，平均位速率可低至1000 kbit / s，並仍可實現結果。對於諸如1080的高解析度視頻，該平均值可能需要為6000kbit / s或更高。確定最小視頻比特率的主要因素是視頻的編碼效率。使用更高效的視頻編碼（例如MPEG-4）將有助於提高較低的比特率，而大量的運動或白噪聲將需要較高的比特率來編碼而沒有可見的偽像。最後，用戶可能必須通過以給定比特率編碼然後觀看結果使用試錯法來實現給定視頻流的最小檔案大小。

檔案大小

使用檔案大小設定的VBR編碼通常是多遍編碼。它允許用戶指定特定的目標檔案大小。在第一遍中，編碼器分析輸入檔案並自動計算可能的比特率範圍和/或平均比特率。在最後一遍，編碼器分配整個視頻中的可用比特以實現均勻的質量。