X264代码走读一（ABR算法码控）

一、码控简介

x264码率控制主要分为单次编码（1pass）和多次编码（2pass）两大类，其中单次编码主要分如下三种：

1. CRF(constant Rate Factor)：恒定质量编码(运动/纹理复杂场景，码率上升；静态/纹理简单的画面，码率下降)
2. CQP(constant quantization parameter)：固定的量化参数，随着视频运动情况,码率会上升和下降。但是码率不可控，码率大小取决于残差大小。
3. ABR(average bitrate)：编码出来的视频码率在一个恒定值左右波动。该模式下，当目标码率和峰值码率配置相等的时候，就是CBR。

二、ABR算法简介

参考《X264的平均比特率控制算法优化》文档，知道X264的ABR码控流程如下：

 

 

算法公式如下：

三、实现过程

1）计算图像的satd

X264对当前图像做抽样滤波，得到分辨率是原来一半的小图。在小图上做半像素精度预测，与原图相减得到残差Xd，再对Xd做hadamond变换并求绝对和得到SATD。

1）x264_frame_init_lowres函数中会根据原图像生成一个宽高都为原图一半的子图像，保存在frame->lowres中。

2）x264_rc_analyse_slice获取当前帧的SATD。satd保存在frames->i_cost_est变量里面。frames->i_cost_est计算过程如下图所示：

2）计算图像模糊复杂度blurred_complexity

rate_estimate_qscale函数：

3）计算量化等级参数qscale。

get_qscale函数：

4）计算rate_factor

rate_estimate_qscale函数：

5）overflow计算

rate_estimate_qscale函数：

6）根据qscale计算QP

qscale2qp函数：

至此，初始帧级QP计算出来了。但是还需要根据实际编码码率和目标码率继续微调。

7）根据VBV buffer调整帧级QP

VBV（Video Buffering Verifier，视频缓存检验器），处理各帧编码后大小不一和恒定输出码率的矛盾。可将VBV想象一个水池，水池的入口连接着encoder的输出，出口为恒定码率的网络输出。为使输出恒定，encoder必须保证水池既不上溢也不下溢。下溢会导致无数据输出，上溢会导致数据丢失。所以encoder在编码一帧时会参考当前vbv的充盈情况，并由此计算出，当前帧应当编码出多少比特，从而保证既不上溢（增加QP）也不下溢（减少QP）。

clip_qscale函数

8）关于自适应量化功能

• X264_AQ_NONE

        不开启AQ模式，帧内宏块全部使用同一QP或者固定的QP表

• X264_AQ_VARIANCE

        使用方差动态计算每个宏块的QP。

        

• X264_AQ_AUTOVARIANCE

        方差自适应模式，会先遍历一次全部宏块，统计出一些中间参数，之后利用这些参数，对每个宏块计算QP。

        

 

• X264_AQ_AUTOVARIANCE_BIASED

         

x264_adaptive_quant_frame函数

 

六、参考

http://www.joca.cn/CN/abstract/abstract16235.shtml

https://blog.youkuaiyun.com/u011875342/article/details/78110181