FFmpeg的GOP（I帧）对齐问题

起因

在DSAH视频系统（服务器&播放器）搭建中，当使用mp4dash对多个分辨率的视频进行切片时，遇到了一个错误：

Parsing media file 1: f1080p.mp4
Parsing media file 2: f720p.mp4
Parsing media file 3: f480p.mp4
Parsing media file 4: f360p.mp4
Parsing media file 5: f144p.mp4
WARNING: video duration mismatch between "File 2#1" and "File 1#1"
WARNING: video duration mismatch between "File 3#1" and "File 2#1"
ERROR: video tracks are not aligned ("File 2#1" differs from File 1#1)

提示不同分辨率的Video Track没有对齐。通过查阅资料，发现应该是GOP（I帧）不对齐的问题。

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溯源

在之前的编码中，已经通过-g 48明确指定了GOP长度（48帧，即2s），具体命令为：

ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 1920x1080 -c:v libx264 -g 48 -an ED1920x1080.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 1280x720 -c:v libx264 -g 48 -an ED1280x720.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 896x504 -c:v libx264 -g 48 -an ED896x504.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 640x360 -c:v libx264 -g 48 -an ED640x360.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 256x144 -c:v libx264 -g 48 -an ED256x144.mp4

为了验证，使用上述命令重新编码了5个分辨率的视频，输出分别为：





留意各图中第二行的frame I，可以看出，各个Track的I帧数量确实是不同的。

明明已经指定了GOP长度，为什么会出现这种情况呢？这是因为编码器会根据场景切换自动添加I帧（确切来说是IDR帧）。我们知道，I帧是帧内预测编码，即根据本帧的图像信息独立编码，不需要依赖其他帧；而B、P帧为帧间预测，会根据本帧与其他帧间的变化进行编码。帧间预测在画面变动不大的情况下可以明显降低视频码率，但是如果遇到了大的场景切换，效果就会很差。因此，编码器为了编码后的视频质量考虑，默认会进行场景识别，从而在合适的地方自动添加I帧——这也就导致了不同分辨率Track下的I帧不对齐问题。

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解决

既然知道了原因，解决思路就很明确了。只需要在使用ffmpeg进行编码的时候引入两个选项即可：

• -keyint_min 48：keyint表示关键帧（IDR帧）间隔，这个选项表示限制IDR帧间隔最小为48帧，与之前设置的GOP等长
• -sc_threshold 0：禁用场景识别，即禁止自动添加IDR帧

因此，保证GOP对齐的编码命令应该为：

ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 1920x1080 -c:v libx264 -keyint_min 48 -g 48 -sc_threshold 0 -an ED1920x1080.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 1280x720 -c:v libx264 -keyint_min 48 -g 48 -sc_threshold 0 -an ED1280x720.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 896x504 -c:v libx264 -keyint_min 48 -g 48 -sc_threshold 0 -an ED896x504.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 640x360 -c:v libx264 -keyint_min 48 -g 48 -sc_threshold 0 -an ED640x360.mp4
ffmpeg -i elephants_dream_1080p24.y4m -s 256x144 -c:v libx264 -keyint_min 48 -g 48 -sc_threshold 0 -an ED256x144.mp4

*不过，强制IDR帧对齐可能会导致视频质量下降

更为详细的信息，参见：

• I帧 B帧 p帧 IDR帧的区别
• ffmpeg scenecut
• 使用ffmpeg编码时，如何设置恒定码率，并控制好关键帧I帧间隔