x264的码率控制
码率控制基本概念
码率控制是指视频编码中决定输出码率的过程。首先介绍一下 X264 中使用到的与码率控制相关的几个概念:
CQP(Constant QP) 恒 定QP(Quantization Parameter),追求量化失真的恒定,瞬时码率会随场景 复杂度而波动,该模式基本被淘汰(被 CRF 取代),只有用”-pq 0”来进行无损编码还有价值。
CRF(Constant Rate Factor),恒定质量因子,与恒定 QP 类似,但追求主观感知到的质量恒定,瞬时码率也 会随场景复杂度波动。对于快速运动或细节丰富的场景会适当增大量化失真(因为人眼不易注意到),反之 对于静止或平坦区域则减少量化失真。
ABR(Average Bitrate),平均码率,追求整个文件的码率平均达到指定值(对于流媒体有何特殊之处?)。瞬时码率也会随着场景复杂度波动,但最终要受平均值的约束。
CBR(Constant Bitrate),恒定码率。前面几个模式都属于可变码率(瞬时码率在波动),即VBR(Variable Bitrate);恒定码率与之相对,即码率保持不变。
x264 并没有直接提供 CBR 这种模式,但可以通过在 VBR 模式的基础上做进一步限制来达到恒定码率的目标。CRF 和 ABR 模式都能通过--vbv-maxrate --vbv-bufsize来限制码率波动。
关于这几个概念的参考如下:
1.Waht are CBR,VBV and CPB?
2.FFmpeg and H.264 Encoding Guide
3.CRF Guide(Constant Rate Factor in X264 and X265)
4.MeGUI/x264 setting
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X264 中码率控制
X264 中对于码率控制方法有三种:X264_RC_CQP、X264_RC_CRF、X264_RC_ABR。默认情况是选择 CRF 方法,设置是在 x264_param_default函数里设置的
param->rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
param->rc.f_rf_constant = 23;
关于这三种方法,网上有提到优先级是ABR>CQP>CRF的,但分析 X264 的源码,并没有看出有优先级顺序,关于码率控制方法的设置代码如下:
OPT("bitrate")
{
p->rc.i_bitrate = atoi(value);
p->rc.i_rc_method = X264_RC_ABR;
}
OPT2("qp", "qp_constant")
{
p->rc.i_qp_constant = atoi(value);
p->rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
}
OPT("crf")
{
p->rc.f_rf_constant = atof(value);
p->rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
}
X264 中关于 QP设置
首先看一段 X264 中关于 QP 值的代码,该段代码在x264_ratecontrol_new:
rc->ip_offset = 6.0 * log2f(h->param.rc.f_ip_factor);
rc->pb_offset = 6.0 * log2f(h->param.rc.f_pb_factor);
rc->qp_constant[SLICE_TYPE_P] = h->param.rc.i_qp_constant;
rc->qp_constant[SLICE_TYPE_I] = x264_clip3(h->param.rc.i_qp_constant - rc->ip_offset + 0.5, 0, QP_MAX);
rc->qp_constant[SLICE_TYPE_B] = x264_clip3(h->param.rc.i_qp_constant + rc->pb_offset + 0.5, 0, QP_MAX);
从上面的代码可以看出,默认的i_qp_constant或者通过命令行传入的qp qp_constant实际设置的是 P 帧的 QP。I 帧和 B 帧的 QP 设置是根据f_ip_factor f_pb_factor计算得到。
在研究编码算法的时候,一般会选用 CQP 方法,设定 QP 为 24、28、32、36、40等(一般选 4 个 QP 值),然后比较算法优劣。在 X264 中,关于QPmin、QPmax、QPstep的默认设置如下:
param->rc.i_qp_min = 0;
param->rc.i_qp_max = QP_MAX;
param->rc.i_qp_step = 4;
QPmin,默认值:0. 定义 X264 可以使用的最小量化值,量化值越小,输出视频质量越好。当 QP 小于某一个值后, 编码输出的宏块质量与原始块极为相近,此时没必要继续降低 QP。如果开启了自适应量化器(默认开启),不建议 提高 QPmin 的值,因为这会降低平滑背景区域的视觉质量。
QPmax,默认值:51. 定义 X264 可以使用的最大量化值。默认值 51 是 H.264 规格中可供使用的最大量化值。如果 想要控制 X264 输出的最低品质,可以将此值设置的小一些。QPmin 和 QPmax 在CRF,ABR方法下是有效的,过低的设置 QPmax,可能造成 ABR 码率控制失败。不建议调整该参数。
QPstep,默认值:4.设置两帧间量化值的最大变化幅度。
帧间 QP 变化,帧内宏块 QP 不变,输出码率未知,各帧输出视觉质量有变化(高 QP 低码率的情况下会更明显)。
. 比较三种码率控制方式如下:
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