DATE: 2019-1-12
0、前言
視頻編碼中的碼率控制是一種重要的編碼技術，旨在保證碼率平穩或者圖像質量平穩，在實際應用中，碼率控制應用很多，這里分析一下常用的碼率控制算法。主要以當前海思IPC芯片中實現的碼率控制方式為例進行分析。
1、常用碼率控制算法分析
1.1、CBR
CBR（Constant Bit Rate）固定比特率。 即在碼率統計時間內保證編碼碼率平穩。碼率
穩定主要由兩個量來評估。
- 碼率統計時間 u32StatTime
單位為秒(s)，碼率統計時間越長，每幀圖像的碼率波動對於碼率調節的影響越
弱，碼率的調節會更緩慢，圖像質量的波動會更輕微；碼率統計時間越短，每幀
圖像的碼率波動對於碼率調節的影響越強，圖像碼率的調節會更靈敏，圖像質量
的波動會更劇烈。 - 行級碼率控制調節幅度 u32RowQpDelta
行級碼率控制調節幅度是一幀內行級調節的最大范圍，其中行級以宏塊行為單
位。調節幅度越大，允許行級調整的 QP 范圍越大，碼率越平穩。對於圖像復雜
度分布不均勻的場景，行級碼率控制調節幅度設置過大會帶來圖像質量不均勻。
1.2、VBR
VBR（Variable Bit Rate）可變比特率，即允許在碼率統計時間內編碼碼率波動，從而保證編碼圖像質量平穩。
以 H.264 編碼為例，VENC 模塊提供用戶可設置 MaxQp，MinQp，MaxBitrate 和 ChangePos。MaxQp，MinQp 用於控制圖像的質量范圍，MaxBitrate 用於鉗位碼率統計時間內的最大編碼碼率，ChangePos 用於控制開始調整Qp 的碼率基准線。
- 當編碼碼率大於 MaxBitrate*ChangePos 時，圖像 qp 會逐步向MaxQp 調整，如果圖像 QP 達到 MaxQp，QP 會被鉗位到最大值，MaxBitrate 的鉗位效果失效，編碼碼率有可能會超出 MaxBitrate。
- 當編碼碼率小於 MaxBitrate*ChangePos時，圖像 QP 會逐步向 MinQp 調整，如果圖像 QP 達到 MinQp，此時編碼的碼率已經達到最大值，而且圖像質量最好。
1.3、FIXQP
Fix Qp 固定 Qp 值。在碼率統計時間內，編碼圖像所有宏塊 Qp 值相同，采用用戶設定的圖像 Qp 值，I 幀、P 幀和B幀的 QP 值可以分別設置。
1.4、AVBR
AVBR（Adaptive Variable Bit Rate）可變比特率，即允許在碼率統計時間內編碼碼率波動，從而保證編碼圖像質量平穩。
核心思想：碼率控制內部會檢測當前場景的運動靜止狀態，在運動時用較高碼率編碼，在靜止時主動降低目標碼率。
以 H.264 編碼為例，VENC 模塊提供用戶可設置 MaxBitrate，ChangePos 和 MinStillPercent。MaxBitrate 表示運動場景下的最大碼率，MaxBitrate*ChangePos*MinStillPercent 表示靜止情況下的最小碼率。根據運動程度的不同目標碼率會在最大碼率和最小碼率間調整。MaxQp，MinQp 用於控制圖像的質量范圍，碼率控制以 QP 鉗位為最高優先級，超出 MinQp，MaxQp 范圍內碼率控制將失效。
1.5、QPMAP
QPMAP Qp 表，該碼控模式下，碼控的策略由用戶決定，且一幀編碼圖像以 16*16 塊為單位，每一個 16*16 塊的 Qp 值，采用用戶設定的相應塊的 Qp 值。所有這些塊的QP 值組成 QP 表，該表中 QP 值的組織方式如圖 6-3 所示。
1.6、CVBR
CVBR(Constrained Variable Bit Rate) 是以VBR為基礎，旨在提供平穩的圖像質量的碼率，同時對VBR的碼率進行限制，以滿足傳輸寬帶以及存儲空間的要求。
具體來說，CVBR設置了瞬時，短期和長期碼率的限制。其中，瞬時碼率的限制保證網絡帶寬對傳輸帶寬的要求；長期碼率保證了在長時間視頻錄制時，存儲設備有足夠的空間存儲數據；同時，短期碼率會根據長期碼率的設置和實際使用情況進行調節，以在場景復雜的情況下提供更加平穩的圖像質量，並在場景簡單時節省碼率。
1.7、QVBR
QVBR(Quality Variable Bit Rate) 基於主觀質量的可變比特率，該方式是利用實時統計的PSNR的大小來動態調整碼率，從而保證編碼圖像質量平穩。在PSNR較小時主動升高目標碼率，PSNR較大時主動降低碼率。
參考：《Hi3559A HiMPP V4.0 媒體處理軟件開發參考.pdf》