h.264码率控制

      h.264的码流传输是基于目前有限的网络带宽来进行的，以目前的压缩效率来说，运动不算剧烈、细节不多的影像，在720p的情况下，1000kbps压缩损耗较少（psnr较大），能达到比较好的观赏效果，1080p则需要2000kbps。

      当然，随着图像运动剧烈程度加大，细节增多的情况，则需要更大的bps来保证图像效果。

      另外由于图像序列中，并非所有的图像都有相同的细节，因此应该在细节多的图像上分配更多的bit，而细节少的图像则分配更少的bit。

      同一道理，在一张图像上，可能某些位置的细节较多，那就应该在那里分配跟多的bit，否则分配更少的bit。

      h.264的编码码率控制就是考虑到以上的这些情况，制定了码率控制标准。以下以JVT-H017r3为例，分析h.264码率控制模块。

      如前面所说，h.264码率控制可以分为三个过程：

      1.GOP级码率控制

      2.Picture级码率控制

      3.basic unit级码率控制

GOP级的码率控制

      h.264的码流控制是建立在存在虚拟参考解码器的基础上的，即希望通过码率控制做到：编码端编码出来的码流，在经过设定好的bps传输后，解码端解码播放时是同步的（不延迟），下面的outflow可以看做是传输到解码端。

      可以通过上图加以理解，途中为某个GOP在某一时刻的编码状态，Not coded 为未编码图像，coded为已编码图像，图像编码后会以Bit Stream(码流)的形式输出到Virtual Buffer中，这里的Virtual Buffer 并不一定实际存在于实际编码器中，而是算法虚拟出来的缓存区，主要是维护码流的输入与输出，在缓冲区中的码流会以某一速率进行输出（outflow）。

对于Virtual Buffer的大小，是可计算的

i表示第i个GOP，j表示第i个GOP的第j幅图像，

如果是视频序列的第一帧，那么以编码数为0，缓存区大小肯定为0，

如果是其他GOP的第一帧，那么缓存区大小则为上一个GOP剩下来的大小。

在其他情况下，缓存区大小为上一帧的缓存区大小加上上一帧编码后码流大小，减去码流流出的大小。

对于当前GOP未编码的图像的bit大小，是未知的，因此需要进行预测

      在设定初始值的时候，-Vi(j)，这么做其实是为了清空缓存区，

      B + V = R/f * N，设定左右两边相等，也就是说希望在码流流出为N帧的时间里，能把当前GOP中所有的bit以及原本Virtual Buffer中存放的bit一同清空，减少接受端的延迟。

      在其他情况下，预测值B收到上一帧的预测值影像，也收到带宽的变化影响，最后当然要减去上一帧编码所用的bit数。

      在码率没有变化的情况下，会被简化成：

      对于一个GOP，首当其冲是要设定好它第一帧（I、IDR）的QP，

      如果是视频序列的第一帧，也就是第一个GOP的第一帧：

      Nptxel是一张图像的像素点个数，

      对于QCIF/CIF，有 l1=0.15, l2=0.45, l3=0.9  

      对于大于CIF的图像，l1=0.6, l2=1.4, l3=2.4

      而对于其他GOP，有

      平滑处理：

Picture级码率控制

      对于B帧，都是以B帧两端的参考帧的QP来计算当前B帧QP值。分两种情况，假设两个参考帧间的B帧数为L。

      当L = 1

      当L > 1

      对于P帧，需要引入一个新的概念，目标缓存级别（target buffer level）。

      这个级别用来修正待编码图像对清空缓存区的贡献，基本思想是清空缓存区的工作应该更多由非参考图像来承担，由于B帧的QP普遍会比两端的P帧大，也就是相对来说会占用更小的缓存区域，那么P帧就可以降低QP来提高图像编码质量，那么P帧编码为码流后占用的缓存区会更大。

      target buffer level 代表的就是P帧在缓存区的占用情况，当有B帧时的target buffer level 会比没有B帧时的大。

      计算方式如下：

      Wp是P帧的权重，Wb是B帧的权重。

      当没有B帧时，可以简化为：

      这表明target buffer level会越来越小，在当前GOP末尾会趋向于0。

      最后结合Virtual buffer，Remain bit，target buffer level三者求出当前P帧的目标bit。

      当然还有上下界判断（略）。

      得到目标bit后就可以求当前P帧的量化步长（求解下面一元二次方程），然后通过量化步长得到量化参数。

      其中，为上一P帧的复杂度，为当前P帧复杂度的预测值，则是当前P帧的运动向量以及头部大小。

      最后也少不了对比上一P帧进行平滑QP的处理（略）。

basic unit级码率控制

      这个其实跟Picture级的码流控制差不多，只是把Picture分开了成basic unit然后再一一计算，对当前basic unit进行码率控制、编码，然后轮到下一个basic unit。。。

      首先需要求当前basic unit的目标bit数。

      其中为当前basic unit复杂度的预测值，该预测值是通过上一P帧的对应basic unit位置来进行预测的，预测方法同上方Picture级，采用线性预测，Tr则是用当前帧的目标bit数Ti(j)。

      第二步要预测当前P帧的basic unit平均的头部大小（包括mv等）。

      其中，是当前basic unit已经产生的header bit数，是上一个P帧的basic unit的header bit的平均值。

      然后用目标bit减去header bit得到预测的纹理bit数。

      最后就是求量化参数了，这个跟上面Picture级的一样，只是把复杂度换成了以basic unit为单位。

      还有就是平滑（略）。

h.264码率控制,布布扣,bubuko.com

h.264码率控制

原文：http://www.cnblogs.com/TaigaCon/p/3593036.html