VVC码率控制改进

Posted 2022-08-18 Dillon2015

  本文来自提案JVET-Y0105 《An improved VVC rate control scheme》，提案对VVC的码率控制做了一些改进，主要包括三部分，第一，CTU级的skip和非skip块码率分配。第二，基于GOP size和IntraPeriod设置滑动窗口。第三，将QDF扩展到低帧率情况。

简介

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CTU级码率分配

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当前的CTU级码率分配方式中，每个CTU的初始权重由帧级lambda和内容相关的因子alpha和beta决定，

  

  

默认的RD模型无法精准描述skip块的特征，因此提案对skip和非skip块单独处理，首先，skip CTU的码率计算如下，

  

其中scale是经验因子，设为0.4，P_skip是skip CTU的像素数量。则非skip CTU的码率分配问题就变为以下约束优化问题，

  

转换为非约束优化问题，

 其中可以使用牛顿法求  参数以使non-skip CTU分配的码率最优，

  

  

牛顿法最大迭代次数设为20，可以根据下面条件提前终止，

  

滑动窗口设置 

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在GOP级码率分配中，滑动窗口SW用于使码率变化更平滑。SW会影响GOP级和帧级码率，

  

  

由于intra帧的影响，  经常会算出负数导致GOP级码率被截断为200比特。在HM中当SW设为40时，LD和RA配置的GOP size分别为4和8。在VTM中，LD和RA配置的GOP size分别为32和8，固定SW不适合当前配置和将来扩展，因为提案根据GOP size和IntraPeriod(IP)计算SW，

  

alpha和beta分别设为20和60。

QDF扩展到低帧率配置

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在VTM中根据下列条件判断是否使用基于QDF的码控，

if (encRCSeq->getAdaptiveBits() > 0 && encRCSeq->getLastLambda() > 0.1)m_lastLambda = encRCSeq->getLastLambda()

m_lastLambda在GOP Size=IntraPeriod配置（低帧率）下不会更新。

为了将QDF扩展到低帧率，上述条件修改为，

m_encRCSeq->getAdaptiveBits() > 0 && m_listRCPictures.size() >= m_encRCSeq->getGOPSize()

实验结果

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实验平台为VTM14.0，提案方法在LDB和RA配置下YUV的BD-Rate分别为-0.65%/-0.65%/-0.51%和 -1.38%/-1.59%/-1.63%，如表1，

提案的CTU级码率分配方法的结果如表2，

提案的SW设置方法结果如表3，

提案的CTU级码率分配方法和SW设置同时开启的结果如表4，

表5是将QDF扩展到低帧率的结果，

表6是同时开启SW和QDF的结果，

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