【转载】【Codec系列】之常用码率控制算法分析

来源：博客园，

作者：SoaringLee_fighting

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0、前言

    视频编码中的码率控制是一种重要的编码技术，旨在保证码率平稳或者图像质量平稳，在实际应用中，码率控制应用很多，这里分析一下常用的码率控制算法。主要以当前海思IPC芯片中实现的码率控制方式为例进行分析。

1、常用码率控制算法分析

1.1、CBR

CBR（Constant Bit Rate）固定比特率。 即在码率统计时间内保证编码码率平稳。码率
稳定主要由两个量来评估。（保带宽，牺牲图像质量）

1. 码率统计时间 u32StatTime
   单位为秒(s)，码率统计时间越长，每帧图像的码率波动对于码率调节的影响越
   弱，码率的调节会更缓慢，图像质量的波动会更轻微；码率统计时间越短，每帧
   图像的码率波动对于码率调节的影响越强，图像码率的调节会更灵敏，图像质量
   的波动会更剧烈。
2. 行级码率控制调节幅度 u32RowQpDelta
   行级码率控制调节幅度是一帧内行级调节的最大范围，其中行级以宏块行为单
   位。调节幅度越大，允许行级调整的 QP 范围越大，码率越平稳。对于图像复杂
   度分布不均匀的场景，行级码率控制调节幅度设置过大会带来图像质量不均匀。

1.2、VBR

VBR（Variable Bit Rate）可变比特率，即允许在码率统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳。
以 H.264 编码为例，VENC 模块提供用户可设置 MaxQp，MinQp，MaxBitrate 和 ChangePos。MaxQp，MinQp 用于控制图像的质量范围，MaxBitrate 用于钳位码率统计时间内的最大编码码率，ChangePos 用于控制开始调整Qp 的码率基准线。（保图像质量）

• 当编码码率大于 MaxBitrate*ChangePos 时，图像 qp 会逐步向MaxQp 调整，如果图像 QP 达到 MaxQp，QP 会被钳位到最大值，MaxBitrate 的钳位效果失效，编码码率有可能会超出 MaxBitrate。
• 当编码码率小于 MaxBitrate*ChangePos时，图像 QP 会逐步向 MinQp 调整，如果图像 QP 达到 MinQp，此时编码的码率已经达到最大值，而且图像质量最好。

1.3、FIXQP

Fix Qp 固定 Qp 值。在码率统计时间内，编码图像所有宏块 Qp 值相同，采用用户设定的图像 Qp 值，I 帧、P 帧和B帧的 QP 值可以分别设置。（所有宏块的Qp值相同意味着巨大的带宽，图像质量要视Qp值与实际图像情况来匹配，如剧烈变化的画面和静止画面都使用相同的Qp值，不太合理，个人感觉仅仅用于调试和排查问题时用）

1.4、AVBR

AVBR（Adaptive Variable Bit Rate）可变比特率，即允许在码率统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳。
核心思想：码率控制内部会检测当前场景的运动静止状态，在运动时用较高码率编码，在静止时主动降低目标码率。
以 H.264 编码为例，VENC 模块提供用户可设置 MaxBitrate，ChangePos 和 MinStillPercent。MaxBitrate 表示运动场景下的最大码率，MaxBitrate*ChangePos*MinStillPercent 表示静止情况下的最小码率。根据运动程度的不同目标码率会在最大码率和最小码率间调整。MaxQp，MinQp 用于控制图像的质量范围，码率控制以 QP 钳位为最高优先级，超出 MinQp，MaxQp 范围内码率控制将失效。（这种控制策略应该是最有，但实际部署时每个网络环境的MaxBitrate可能不同，需要根据场景定制化参数，有点难用）

1.5、QPMAP

QPMAP Qp 表，该码控模式下，码控的策略由用户决定，且一帧编码图像以 16*16 块为单位，每一个 16*16 块的 Qp 值，采用用户设定的相应块的 Qp 值。所有这些块的QP 值组成 QP 表，该表中 QP 值的组织方式如图 6-3 所示。

1.6、CVBR

CVBR(Constrained Variable Bit Rate) 是以VBR为基础，旨在提供平稳的图像质量的码率，同时对VBR的码率进行限制，以满足传输宽带以及存储空间的要求。
具体来说，CVBR设置了瞬时，短期和长期码率的限制。其中，瞬时码率的限制保证网络带宽对传输带宽的要求；长期码率保证了在长时间视频录制时，存储设备有足够的空间存储数据；同时，短期码率会根据长期码率的设置和实际使用情况进行调节，以在场景复杂的情况下提供更加平稳的图像质量，并在场景简单时节省码率。

1.7、QVBR

QVBR(Quality Variable Bit Rate) 基于主观质量的可变比特率，该方式是利用实时统计的PSNR的大小来动态调整码率，从而保证编码图像质量平稳。在PSNR较小时主动升高目标码率，PSNR较大时主动降低码率。

参考：《Hi3559A HiMPP V4.0 媒体处理软件开发参考.pdf》