x264码率控制方法介绍
2015-10-21 17:51
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1. X264显式支持的一趟码率控制方法有:ABR, CQP, CRF. 缺省方法是CRF。这三种方式的优先级是ABR > CQP > CRF.
if ( bitrate ) rc_method = ABR;
else if ( qp || qp_constant ) rc_method = CQP;
else rc_method = CRF;
bitrate和QP都没有缺省值,一旦设置他们就表示要按照相应的码率控制方法进行编码,CRF有缺省值23,没有任何关于编码控制的设置时就按照CRF缺省值23来编码。
一般的使用建议:
CQP – not recommended anymore unless you know you want it
CRF – good for one pass when the priority is quality and file size/bit rate is not really a concern
1 pass ABR – good for streaming purposes or targeting a bit rate when two-pass is unfeasible
2 pass VBR – good for targeting a bit rate when you have the time to spend on two passes (though the first pass can be quite fast) and are writing to a file
2. CQP,恒定QP. 无缺省值
最简单的码率控制方式,每帧图像都按照一个特定的QP来编码,每帧编码后的数据量有多大是未知的。
参数qp_constant设置的是P帧的QP。I,B帧的QP根据f_ip_factor, f_pb_factor,计算得到。
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 );
连续多个B帧时,QP会渐增。
x264 YUV420格式 8比特采样的QP范围是[0, 51]。QP值越小,编码视觉质量越好。QP=0为无失真编码。
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),编码得到RD曲线,然后比较算法优劣。
相同视觉质量时,CQP编码输出的文件会比CRF模式更大。一般而言CRF都能代替CQP方法,不过CQP因为完全不需要预测所以它会运行得更快一些。
帧的重要级别为:IDR帧 > I帧 > P帧 > 做参考的B帧 > 不做参考的B帧。QP可以依次增大。
qpmin,默认值: 0。定义X264可以使用的最小量化值。量化值越小,输出视频质量就越好。
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,这时没必要继续降低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。不建议调整这个参数。
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)。
3. CRF,恒定Rate Factor (码率系数)缺省值23
CQP是把某个量化值作为目标,bitrate是把某个输出文件大小作为目标,而CRF则是把某个输出“视觉质量”作为目标。
CRF可以提供跟QP一样的视觉质量,但是文件更小,CRF是通过降低那些“less important”帧的质量来达到此目的的。
“less important”的意思是那些过于耗费码率又难以用肉眼察觉的帧,比如复杂或者高速运行的场景。省下来的码率会分配给其它更有效的帧。
在X264编码器内部CRF和bitrate采用了相同的调整策略,只是它不遵循一个特定的输出码率。
它也是通过改变不同重要级别帧(I,P,B类型),以及帧内不同宏块类型(高速运动,复杂纹理,平坦区域)的QP值,以此来调整输出视觉质量。
和QP的范围一样RF的范围也是[0, 51]。其中0为无损模式,23为缺省,51质量最差。和QP一样的趋势。RF值加6,输出码率大概减少一半;减6,输出码率翻倍。
从主观上讲,18~28是一个合理的范围,18往往被认为从视觉上看是近似无损的。
帧间QP变化,帧内宏块QP变化,输出码率未知,各帧输出视觉质量基本恒定。
4. ABR, 恒定平均目标码率。想要选择这种码率控制方法,必须先设置bitrate。
X264中bitrate的单位是Kbps(K bit per sec). --bitrate 128指的是设置目标码率为128Kbps, 这样一秒钟的数据量为 128/8比特 = 16K字节。
如果输入为352x288@15fps,相当于128Kbit/(352*288*15) = 0.086比特每像素。编码后每个像素平均分配不到0.1个比特。
与ABR相应的技术有CBR,VBR。这些码率控制技术首先都是在音频编码中采用,是解决音频编码采用什么样的比特率最优的问题。
CBR编码码比特率基本保持恒定在目标比特率,有利于流式播放。
CBR的缺点在于复杂场景码率不够用,简单场景码率浪费,因此编码内容的视觉质量不稳定。通常在较低比特率下,这种质量的变化会更加明显。
VBR编码为简单场景分配较大的QP,为复杂的场景分配较小的QP,得到基本稳定的输出视觉质量。
相对于CBR,在相同文件大小的条件下,VBR的输出结果要比CBR好的多,这有利于媒体下载和本地存储。
VBR的缺点在于输出码流大小不可控。同时对于复杂度恒定的内容(例如新闻播音)没什么优势。
ABR编码为简单场景分配较少的比特,从而留出足量的比特用于生成高质量的复杂部分。使得有限的比特数能够在不同的场景间合理分配,这类似于VBR。
同时ABR分配码率,使得在一定时间内,平均码率趋近于目标码率,这样可以控制输出文件大小,这点类似于CBR。
因此可以认为ABR是CBR和VBR的一种折中优化方案。
分析视频编码码率控制可以通过三个因素:
1. 视觉质量稳定性,利于视觉主观质量;
2. 即时输出码率,相当于每帧编码输出比特数;
3. 输出视频文件大小可控,利于传输,存储。
比较这三种码率控制方式如下:
# 视觉质量稳定性 即时输出码率 输出文件大小
CBR 不稳定 恒定 可控
VBR 稳定 变化 不可控
ABR 基本稳定 变化 可控 (即时码率变化,但一段时期内平均码率趋近目标码率)
5. 在当前X264版本中(version 142),选用ABR需要注意两个设置,1.fps;2.输出帧pts计算。
1. fps。ABR会根据帧率来估算每帧的平均数据量,bitrate/fps为平均一帧数据量。
当输入视频源为YUV数据,需要显式的指定正确的帧率--fps,否则X264会用缺省的25fps来计算,有可能控制不到设定的目标码率。
2. pts计算。ABR算法中用到不同帧的pts作为帧间距离,如果没有设置输出帧的pts值,X264会报“non-strictly-monotonic PTS”警告。
编码出来的视频文件码率很小,根本达不到bitrate的设置,同时视频质量很差,几乎都为马赛克。两种方法解决这个问题:
a. 设置param.b_vfr_input = 0,这时根据fps而不是timebase,timestamps来计算帧间距离。
b_vfr_input=1是X264缺省设置,在zerolatency有=0的配置。
b. 在解码后主动增加 pic_out.i_pts++; 语句。
这两个方法可以同时使用。ABR 需要设置 bitrate, fps, 以及param.b_vfr_input = 0。
1. X264显式支持的一趟码率控制方法有:ABR, CQP, CRF. 缺省方法是CRF。这三种方式的优先级是ABR > CQP > CRF.
if ( bitrate ) rc_method = ABR;
else if ( qp || qp_constant ) rc_method = CQP;
else rc_method = CRF;
bitrate和QP都没有缺省值,一旦设置他们就表示要按照相应的码率控制方法进行编码,CRF有缺省值23,没有任何关于编码控制的设置时就按照CRF缺省值23来编码。
一般的使用建议:
CQP – not recommended anymore unless you know you want it
CRF – good for one pass when the priority is quality and file size/bit rate is not really a concern
1 pass ABR – good for streaming purposes or targeting a bit rate when two-pass is unfeasible
2 pass VBR – good for targeting a bit rate when you have the time to spend on two passes (though the first pass can be quite fast) and are writing to a file
2. CQP,恒定QP. 无缺省值
最简单的码率控制方式,每帧图像都按照一个特定的QP来编码,每帧编码后的数据量有多大是未知的。
参数qp_constant设置的是P帧的QP。I,B帧的QP根据f_ip_factor, f_pb_factor,计算得到。
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 );
连续多个B帧时,QP会渐增。
x264 YUV420格式 8比特采样的QP范围是[0, 51]。QP值越小,编码视觉质量越好。QP=0为无失真编码。
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),编码得到RD曲线,然后比较算法优劣。
相同视觉质量时,CQP编码输出的文件会比CRF模式更大。一般而言CRF都能代替CQP方法,不过CQP因为完全不需要预测所以它会运行得更快一些。
帧的重要级别为:IDR帧 > I帧 > P帧 > 做参考的B帧 > 不做参考的B帧。QP可以依次增大。
qpmin,默认值: 0。定义X264可以使用的最小量化值。量化值越小,输出视频质量就越好。
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,这时没必要继续降低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。不建议调整这个参数。
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)。
3. CRF,恒定Rate Factor (码率系数)缺省值23
CQP是把某个量化值作为目标,bitrate是把某个输出文件大小作为目标,而CRF则是把某个输出“视觉质量”作为目标。
CRF可以提供跟QP一样的视觉质量,但是文件更小,CRF是通过降低那些“less important”帧的质量来达到此目的的。
“less important”的意思是那些过于耗费码率又难以用肉眼察觉的帧,比如复杂或者高速运行的场景。省下来的码率会分配给其它更有效的帧。
在X264编码器内部CRF和bitrate采用了相同的调整策略,只是它不遵循一个特定的输出码率。
它也是通过改变不同重要级别帧(I,P,B类型),以及帧内不同宏块类型(高速运动,复杂纹理,平坦区域)的QP值,以此来调整输出视觉质量。
和QP的范围一样RF的范围也是[0, 51]。其中0为无损模式,23为缺省,51质量最差。和QP一样的趋势。RF值加6,输出码率大概减少一半;减6,输出码率翻倍。
从主观上讲,18~28是一个合理的范围,18往往被认为从视觉上看是近似无损的。
帧间QP变化,帧内宏块QP变化,输出码率未知,各帧输出视觉质量基本恒定。
4. ABR, 恒定平均目标码率。想要选择这种码率控制方法,必须先设置bitrate。
X264中bitrate的单位是Kbps(K bit per sec). --bitrate 128指的是设置目标码率为128Kbps, 这样一秒钟的数据量为 128/8比特 = 16K字节。
如果输入为352x288@15fps,相当于128Kbit/(352*288*15) = 0.086比特每像素。编码后每个像素平均分配不到0.1个比特。
与ABR相应的技术有CBR,VBR。这些码率控制技术首先都是在音频编码中采用,是解决音频编码采用什么样的比特率最优的问题。
CBR编码码比特率基本保持恒定在目标比特率,有利于流式播放。
CBR的缺点在于复杂场景码率不够用,简单场景码率浪费,因此编码内容的视觉质量不稳定。通常在较低比特率下,这种质量的变化会更加明显。
VBR编码为简单场景分配较大的QP,为复杂的场景分配较小的QP,得到基本稳定的输出视觉质量。
相对于CBR,在相同文件大小的条件下,VBR的输出结果要比CBR好的多,这有利于媒体下载和本地存储。
VBR的缺点在于输出码流大小不可控。同时对于复杂度恒定的内容(例如新闻播音)没什么优势。
ABR编码为简单场景分配较少的比特,从而留出足量的比特用于生成高质量的复杂部分。使得有限的比特数能够在不同的场景间合理分配,这类似于VBR。
同时ABR分配码率,使得在一定时间内,平均码率趋近于目标码率,这样可以控制输出文件大小,这点类似于CBR。
因此可以认为ABR是CBR和VBR的一种折中优化方案。
分析视频编码码率控制可以通过三个因素:
1. 视觉质量稳定性,利于视觉主观质量;
2. 即时输出码率,相当于每帧编码输出比特数;
3. 输出视频文件大小可控,利于传输,存储。
比较这三种码率控制方式如下:
# 视觉质量稳定性 即时输出码率 输出文件大小
CBR 不稳定 恒定 可控
VBR 稳定 变化 不可控
ABR 基本稳定 变化 可控 (即时码率变化,但一段时期内平均码率趋近目标码率)
5. 在当前X264版本中(version 142),选用ABR需要注意两个设置,1.fps;2.输出帧pts计算。
1. fps。ABR会根据帧率来估算每帧的平均数据量,bitrate/fps为平均一帧数据量。
当输入视频源为YUV数据,需要显式的指定正确的帧率--fps,否则X264会用缺省的25fps来计算,有可能控制不到设定的目标码率。
2. pts计算。ABR算法中用到不同帧的pts作为帧间距离,如果没有设置输出帧的pts值,X264会报“non-strictly-monotonic PTS”警告。
编码出来的视频文件码率很小,根本达不到bitrate的设置,同时视频质量很差,几乎都为马赛克。两种方法解决这个问题:
a. 设置param.b_vfr_input = 0,这时根据fps而不是timebase,timestamps来计算帧间距离。
b_vfr_input=1是X264缺省设置,在zerolatency有=0的配置。
b. 在解码后主动增加 pic_out.i_pts++; 语句。
这两个方法可以同时使用。ABR 需要设置 bitrate, fps, 以及param.b_vfr_input = 0。
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