ビデオエンコードレート制御
- レート制御:一連のエンコード パラメータを選択することで、ビデオ エンコード後のビット レートが必要なレート制限をすべて満たし、エンコードの歪みを最小限に抑えることができます。
- レート制御はレート歪み最適化のカテゴリに属し、レート制御アルゴリズムの焦点は、レートに関連する量子化パラメータ (Quantization Parameter、QP) を決定することです。
- レート制御の主な作業は、符号化レートと量子化パラメータの間の関係モデルを確立し、目標ビット レートに従ってビデオ符号化パラメータ内の量子化パラメータを決定することです。
- 実際の符号化率制御方式は通常、次の 2 つのステップに分かれます。
○ 空間領域と時間領域での映像の相関を考慮し、総目標ビット数に応じて各符号化単位の最適な目標ビット数を決定します。ビット割り当てと呼ばれる; ○ 符号化率の量子化パラメータとの関係モデルに従って、量子化パラメータは、
目標ビット数に応じて符号化単位ごとに独立して決定されます。 - 符号化単位の符号化率は主に量子化パラメータに関係し、他の符号化パラメータの影響はほとんどないため、符号化率は量子化パラメータと比較的明確な関係があり、符号化単位の量子化パラメータは、以下に基づいて直接決定できます。この関係は、コーディングユニットの目標ビット数に基づいて決定されます。
- 量子化パラメータが一定の場合、ビデオ シーケンスの空間領域および時間領域の複雑さが高くなるほど、生成される符号化ビットの数も多くなります。
バッファ機構
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ビデオのエンコード レートは、エンコード パラメータ、エンコード構造、ビデオ コンテンツなどの多くの要素と密接に関係しており、レート制御アルゴリズムは通常、実際のエンコード レートがターゲット レートとまったく同じであることを保証できません。
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実際の符号化レートと目標レートの差を小さくするために、通常、エンコーダとチャネルの間に「バッファ機構」と呼ばれるデータバッファ領域を設け、符号化レートとチャネルレートの差を平滑化します。
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バッファ メカニズムを使用すると、エンコード レートをチャネル レートとよりよく一致させることができますが、バッファ メカニズムが存在すると、一定量のストレージ スペースが消費されるだけでなく、遅延も発生するため、一般にバッファのサイズは、最大許容遅延と運用コストによって決まります。。
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バッファーゾーンを使用した速度制御アルゴリズムを設計するために、通常、バッファーゾーンの動的変化プロセスは流体流れモデルで表されます。
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バッファの役割を効果的に果たすためには、チャネルレートの変化や、符号化レートと目標レートとの一致誤差に対応して、バッファ内のデータ量を一定レベルに維持する必要があります。
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バッファを使用したビデオエンコードレート制御の基本的な考え方: 実際のエンコードレートが利用可能なチャネル帯域幅より高い場合、余分なビットがバッファに蓄積されます; バッファ内のビット数が一定の高さに蓄積されると、レート制御アルゴリズムは、バッファの占有率を下げるために実際のエンコード レートを下げる特定の措置を講じます。逆に、バッファの占有率が特定のレベルよりも低い場合、レート制御アルゴリズムは実際のエンコード レートを適切に増加させて、バッファの占有率を下げます。一定のレベルまで上がります。
レート制御テクノロジー
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まず、符号化ユニットに対して目標ビット割り当てが実行されます。つまり、ビデオコンテンツ、バッファステータス、チャネル帯域幅に応じて、適切な目標ビット数が符号化ユニットに割り当てられ、その後、量子化パラメータが個別に決定されます。割り当てられた目標ビットを達成するために符号化単位を決定する必要があり、鍵となるのは量子化パラメータを決定することであるため、この救済策は量子化パラメータ決定と呼ばれます。
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ターゲット ビット割り当て
ビデオ シーケンスには多数のコーディング ユニットがあり、ターゲット ビットをコーディング ユニットに直接割り当てるのは複雑すぎるため、通常、階層的な方法がターゲット ビット割り当ての問題を単純化するために使用されます (GOP レベルなど)。画像レベル、およびマクロブロック レベルの順に
、実際のコーディング単位の歪みは加算されず、ビデオ シーケンスの品質はすべての画像の品質の合計または平均ではなく、画像の品質はすべての画像の品質の合計または平均ではありません。すべてのマクロブロックの品質の平均、ビデオ時空間領域の品質の一貫性、レート制御アルゴリズムのパフォーマンスを測定する重要な側面となっています。 -
量子化パラメータの決定
■ 重要なのは、レート量子化パラメータ(R-QP)モデルを確立することです。
h265 レート制御
- 以前の規格で推奨されていたレート制御アルゴリズムは、h265 では直接使用できません。主な理由は次のとおりです: 時間領域予測技術により、フレーム間のレートと歪みのパフォーマンス関係が複雑になる; 新しいフレーム内予測と動き情報の空間予測により、 CTU 間ではレートと歪みのパフォーマンスにも複雑な依存関係があります。新しい CABAC テクノロジーは変換係数間の相関をより適切に利用し、RQ 関係をより複雑にします。
- h265 は依然として従来の 2 段階の方法を採用しています: ターゲット ビット割り当てと量子化パラメータ決定; ○
ターゲット ビット割り当ての核心は、画像レベルのターゲット ビット割り当てを達成するためにビデオ フレーム レートの歪み間の相互依存性を考慮し、CTU レベルを考慮することです。ターゲットビット割り当て; ○
量子化パラメータの核心は、ビデオコンテンツに応じて符号化ビット数と量子化パラメータの間の関係モデルを確立することです。
JCTVC-K0103 レート制御アルゴリズム
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JCTVC-K0103 は、h265 テスト モデル HM10.0 のレート制御アルゴリズムです。レート制御アルゴリズムは主に 2 つのステップに分かれています: ターゲット コード レートに従って、ターゲットのビット数を異なるコーディング ユニットに割り当てます。R およびラグランジュ因子、ラグランジュ ランガー因子と QP の間の関係モデルは、さまざまなコーディング単位の量子化パラメーターを決定します。
○ターゲット ビット割り当て: GOP レベルのターゲット ビット割り当て、イメージ レベルのターゲット ビット割り当て、CTU レベルのターゲット ビット割り当て
○量子化パラメータの決定:双曲線関数は、h265 ビデオ ビット レートと歪みの関係をよく反映します。
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量子化パラメータ QP とラグランジュ係数の関係:
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量子化パラメータが決定された後、現在の画像を符号化できます。画像の符号化が完了した後、実際の符号化ビット数 bpp^ を取得できます。bpp^ を使用して、パラメータ Alpha および Baita を更新してレート制御に使用できます。候補画像の。
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CTU レベルでの量子化パラメータの決定方法は画像レベルと同様です。まず、目標ビット数とラグランジュ係数の関係に従ってラグランジュ係数を取得します。m 番目の CTU のラグランジュ係数は次のようになります。
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2 つの隣接する CTU 間の QP 差は 1 を超えてはならず、現在の CTU とそのイメージの間の QP 差は 2 を超えてはいけないことに注意してください。
参考
- 新世代の高効率ビデオコーディング H.265HEVC の原理、標準、実装 [Wan Shuai および Yang Fuzheng 編集] 2014 年版。