HEVC/H.265编码HM码率控制
HEVC/H.265编码标准HM平台码率控制流程
研究生期间了解过HM平台的码率控制过程，现在时隔2年多又回顾了一下HM平台的码控流程，发现相较之前多了CpbSaturationEnabled这么个机制，其开关由参数m_CpbSaturationEnabled控制。粗略了解了一下改工具类似于x265的VBV机制，目的应该是在保证码控精度的情况下防止码率波动过大，也就是buffer的上、下溢，对这个原理不太了解的小伙伴可以看看我的另外一篇博客x265码率控制-VBV更新过程
关于码率控制分类，回顾一下大致可以分为CBR, VBR, CVBR，HM平台的码率控制应该是属于CBR，目前我也对CBR比较熟悉，三者的区别不同码率控制类型：
CBR（Constant Bit Rate）是以恒定比特率方式进行编码，有Motion发生时，由于码率恒定，只能通过增大QP来减少码字大小，图像质量变差，当场景静止时，图像质量又变好，因此图像质量不稳定。这种算法优先考虑码率(带宽)。
VBR（Variable Bit Rate）动态比特率，其码率可以随着图像的复杂程度的不同而变化，因此其编码效率比较高，Motion发生时，马赛克很少。码率控制算法根据图像内容确定使用的比特率，图像内容比较简单则分配较少的码率(似乎码字更合适)，图像内容复杂则分配较多的码字，这样既保证了质量，又兼顾带宽限制。这种算法优先考虑图像质量。
CVBR（Constrained VariableBit Rate）,这样翻译成中文就比较难听了，它是VBR的一种改进方法。但是Constrained又体现在什么地方呢？这种算法对应的Maximum bitRate恒定或者Average BitRate恒定。这种方法的兼顾了以上两种方法的优点：在图像内容静止时，节省带宽，有Motion发生时，利用前期节省的带宽来尽可能的提高图像质量，达到同时兼顾带宽和图像质量的目的。这种方法通常会让用户输入最大码率和最小码率，静止时，码率稳定在最小码率，运动时，码率大于最小码率，但是又不超过最大码率。进入正题，HM平台的码率控制过程。HM平台的码控大致可以分为GOP层、Slice层以及CTU层。自上而下，首先为整个GOP分配总的目标码率，然后实际编码到每一帧的时候根据当前GOP剩余bit以及当前帧权重计算目标bit，在编码每个CTU时又根据slice剩余bit以及CTU权重计算目标bit。目标bit与编码参数lambda存在一下关系：
其中参数alpha和bate可以根据实际编码bit进行更新，另外alpha和bate可以分为slice以及CTU，即不同类型的slice、同slice不同位置的CTU的alpha和bate参数都不同。
HM平台关于码率控制的总流程以及主要调用函数如下关系图所示，想要仔细了解HM码控流程可以对着流程图去平台代码找关键函数并熟悉其计算过程：
其中，GOP目标码率的计算如下图：
SW为滑动窗口，主要用于平滑码率；
Slice目标码率计算如下图：
wpic表示当前帧在GOP中的权重，一般位置越重要（被参考）的帧权重越大；
CTU层的目标码率计算如下：
同样wbu表示当前CTU的权重，该CTU权重在slice层目标bit计算过程中根据CTU层的alpha和bate计算。
总结：HM平台的码率控制总的过程大致就是根据剩余bit以及目标bit之间的关系，调整当前Slice/CTU的目标bit，并根据参数alpha和bate计算编码参数lambda和QP；在实际编码完之后更新参数alpha和bate；另外为了防止码率波动过大还在Slice层限制了Slice目标bit的计算；
个人理解：HM增加的Cpb机制相比x265略显粗糙，只是粗暴的在CpbFullness即将上、下溢时强制增加、减小帧目标bit，且增加、减小的bit为CpbFullness超过Bound部分，个人感觉该方法太粗暴，并不一定能够有效的防止码率的波动情况。
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