H.264的码率控制策略
H.264码率控制的算法研究及硬件设计
个 Ｇ Ｐ的所 有 Ｐ帧 的 Ｑ Ｏ Ｐ之 和 ，与 Ｑ ｏ 似 ， Ｐ Ｐ类 Ｑ
（） １ 比特 数 的分 配 假设 Ｎ 表示 一 帧 中宏块 的个 数 ， ｖ＿ Ｄ表 示 Ａ ｇ ＭＡ
一
也 随 Ｇ Ｐ长 度和 信道 带宽 变化 而变 化 。 Ｏ ２２ 帧层 的码率 控 制算法 ．
帧 图像 中各 个 宏 块 的平 均 ＭＡ ＭＡ ［［ 表示 第 ｉ Ｄ， Ｄ ｉｊ ｌ］
特 率 大都是 可 变 的 ， 了能 够在 恒定 比特率 的 通信信 为
道 和 网络 中传 输 压缩 后 的码 流 ， 要 引入 一 个缓 冲 区 需 机制 ， 先将 压 缩后 的码 流存 入 缓 冲 区 ， 后 以恒 定码 然 率输 出 。因此 ， 码率 控制 的任务 就 是为 了在 特定 码 率 下高效 地传 输 数据 ， 在保 证 缓 冲器 不产 生上 溢 和下 溢 的前 提下 ， 通过 调 整一些 编 码参 数 （ 量化参 数 、 测 如 预 模式 ） 来使 编码 比特 率达 到期 望值 。
编 码 标 准 。本 文 参 考 了 Ｊ Ｖ Ｇ０ ２会 议 文 档 。完 成 了 码 率 控 制 的 硬 件 设 计 。 并 对 硬 件 实 现 的 方 法 进 行 了 优 化 。 Ｔ — １ Ｍｏ ｅＳ ｍ 仿 真 和 ＤＣ 综 合 结果 表 明本 系统 不 仅 功 能 正 确 。 能 满 足 时 序 要 求 。 ｄ ｌｉ 且 关 键 词 ： ２ ４ Ａ Ｃ 码 率 控 制 量 化 参 数 Ｈ．６ ／ Ｖ
帧 中第 ｊ 宏块 的 ＭＡ Ｔ表 示 当前 帧所 分 配 的 目标 个 Ｄ， 比特数 。因此第 ｉ 中第 ｊ 帧 个宏 块 所分 配 的 目标 比特
帧层 的码 率控 制分 为 两个 阶段 ： 一 阶段 为每 一 第 个 Ｐ帧计 算 一个 目标 比特 数 ， 二 阶段 持续 地 更新 率 第 失真模 型 的各 个参数 。 假设 只有一 组 图像 （ Ｏ ） 并 且 图像 序 列 的编 码 Ｇ Ｐ，
率失真理论及经典的码率控制算法
率失真理论及经典的码率控制算法一、视频编码的率失真思想率失真理论研究的是限失真编码问题：能使限失真条件下比特数最小的编码为最佳编码。
设信源为},...,,{21m m a a a A =，经过编码后，信宿为},...,,{21n n b b b B =，定义信源、信宿概率空间分别为)}(),...,(),({Q )}(),...,(),({2121n m b Q b Q b Q a P a P a P P 、。
定义平均失真函数)(Q D 如下： ∑∑∑∑======m j j k j nk k j m j k j n k k j a b Q a P b a d b a P b a d Q D 1111)|()(),(),(),()(其中，),(k j b a d 为失真度，度量准则可是均方误差MSE 、绝对差分和SAD 或差分平方和SSD 等。
若信源概率分布)(j a P 已知，则平均失真仅仅取决于条件概率)|(j k a b Q ，从而必然存在这样一个条件概率)|(j k a b Q 使得D Q D ≤)(，即：))((D Q D Q Q D ≤=即D Q 为保证平均失真)(Q D 在允许范围D 内的条件概率集合。
进一步，定义),(Y X I 为接收端获取的平均信息量：)()|(log)|()(),(1k j k m j j k j b Q a b Q a b Q a P Y X I ∑==同样，在给定的)(j a P 前提下，),(Y X I 的大小也只取决于。
现在率失真函数)(D R 定义为在D Q 范围内寻找最起码的信息量，即：),()(min Y X I D R DQ Q ∈=该公式的含义：在允许的失真度为D 的条件下，信源编码给出的平均信息量的下界，也就是数据压缩的极限数码率。
当数码率R 小于率失真函数)(D R 时，无论采用什么编码方式，其平均失真必大于D 。
视频压缩是典型的限失真编码，率失真理论同样适应于视频编码。
基于卡尔曼滤波的H.264头信息量估计及其在帧级码率控制中的应用
Ｅｓｉ ａ ｉｎ ｏ ｈ ｍ ｂｅ ｆＨｅ ｄｅ ｔ ｉ ｌ ａ ｌｅ ｔｍ ｔｏ ｆｔ ｅ Ｎｕ ｒ ｏ ａ ｒ ＢｉｓＵｓｎｇ Ｋａｍ ｎ Ｆｉｔｒ ａ ｔ ｐ ｉａ ｉ ｎ ｉ ａ ｅ Ｌａ ｅ ｔ ｎ ｒ ｌｆ ｒ Ｈ ． ６ ｎｄ ＩｓＡｐ ｌｃ ｔｏ ｎ Ｆｒ ｍ ｙ ｒ Ｒａ ｅ Ｃｏ ｔ ｏ ｏ ２ ４
ｉ ｍｐｒｖｅ ｔｅ ｐｒ ｃｓｏｎ ｏ ｓｉ ｔｎ ｈ ｍｂｅ ｆｔｅ ｈｅ ｄｅ ｔ ｔｔｅ ｆａ ａ ｅ ，ａ ｄ ｉ ｃ ｒ ｒ ｔ ｈ ｓｉ ｔｏ ｄ ｌｔ ｏ ｈ ｅ ｉｉ ｆｅ ｔｍａ ｉｇ ｔｅ ｎｕ ｒｏ ｈ ａ ｒｂｉｓａ ｈ ｒ ｍｅ ｌｙ ｒ ｎ ｎ ｏｐｏ ａｅ ｔｅ ｅ ｔｍａ ｉｎ ｍｏ ｅ ｏ
ｆａ ａ ｅ ａｅ ｃ ｎ ｒ１ ｒ ｍｅ ｌｙ ｒｒ ｔ ｏ ｔｏ ． ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｈ． ６ ｙ ｒｓ ２ ４，ｒ ｔ ｃ ｎｒ ｌ ｅ ｄ ｒ ｉｆ ｒ ｔ ｎ，ｋ ｌ ｎ ｆ ｔｒｎ ａｅ ｏ ｔ ，ｈ ａ ｅ ｎ ｏ ｍａｉ ｏ ｏ ａｍａ ｌ ｉｇ ｉｅ
电视广播 和 正在兴 起 的手 机 电视 ， 都对 码 率有 较 严
，
Ａｂｓｒ ｃ Ｈ．２６ ／Ｍ ＰＥＧ－ ｔａ ｔ ４ ４ ＡＶＣ ｅ ｔｒ ｓ ｌｅ ｉ ｅ ｆａｕ ｅ ｆ ｘｂｌ ｍａ ｒ ｂｏ ｋ ｃ ｏ ｌｃ ｍｏｄ ｄｅ ｉｉｎ． ｗｈｃ ｍ ａ ｓ ｈｅ ｅ ｃｓｏ ｉｈ ｋｅ ｔ ｎｕ ｍｂｅ ｆ ｄａａ ｉｓ ｒ ｏ ｔ ｂｔ ｐ ｏ ｕ ｅ ｂ ｎｃ ｄｉｇ ｅ ｄｅ ｉｆ ｒ ｔｏ ｉ Ｈ． ４ ｉ ｏ ｔｅ ｍ ｖ ｒ ｒｅ ｕｌｒｙ ｎｄ ａｄ ｏ ｅ ｒ ｄｉｔｄ． Ａｓ ｒ ｄ ｃ ｄ ｙ ｅ ｏ ｎ ｈ ａ ｒ ｎ ｏ ｍａｉ ｎ ｎ ２６ ｖｄｅ ｓｒ ａ ａｙ ｉｒ ｇ ａ ｌ ａ ｈ ｒ ｔ ｂ ｐ ｅ ｃｅ Ｈ． ６ ２ ４ ｅ ｃ ｄ ｒｒｄｕ ｅ ｈ ｔ ｔ ｏ ｒ ｎ ｆｒ ｎ ｏ ｅ ｅ ｃ ｓ ｔｅ ｄａａｂｉｓｆ ｒｔａ ｓｏ ｍ ｃ ｅ ｉｉ ｎｓ ｅ ｅ ｔｖ ｌ ｔｅ ｎ ｍ ｂ ｒｏ ｅ ｄ ｒ ｂｔ ｔｋ ｓ ａ ｌ ｒｅ ｏ ｔｏ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｅ ｔ ｆ ｃｉｅ ｙ， ｈ ｕ ｅ ｆｈ ａ ｅ ｉｓ ａ ｅ ａ ｇ ｒ ｐ ｒｉｎ ｉ ｈｅ ｏ ｅ ａｌｂ ｔ ｈ ｎ ｈ ｔ ｆ ａ ｆｒ ｒ ｖ ｄ ｏ ｏ ｒ ｓ ｉｎ ｔ ｎ ｒ ｖ ｒ ｌ ｉｓ ｔ ａ ｔａ ｏ ｎｙ ｏ ｍｅ ｉ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｓｏ ｓａ ｄａｄ． Ｔｈ ｅ ｉｅ ｓｉ ｔｏ ｏ ｅ ｄｅ ｂ ｔ ｃ ｎ ｆｅ ｔ ｅｙ ｕｓ ｐｒ ｃｓ ｅ ｔｍａｉ ｎ ｆ ｈ ａ ｒ ｉｓ ａ ｅ ｃｉ ｌ ｖ
码率控制与实现算法
码率控制技术原理与 H．264的码率控制算法介绍
小组成员：池品臻 陈申 陈天壹 陈仙锋 程 宏浩
码率控制技术原理
引起编码器的输出比特码率波动的原因主要有两个。首先，数字视
频信号中包含了大量的时域和空域冗余，编码器的主要任务就是去
除这些冗余。由于时间冗余和空间冗余是随机的，从而造成编码器 输出比特率波动。另一个原因是变长编码，变长编码根据某个事件 (如零游程)的发生概率来设计码字。事件发生的概率越大，其编码
码字越短，反之亦然，从而引起编码器输出比特率的变化。
码率控制技术原理
由于视频应用的要求和目的不同，根据输出码率是否要求恒定，传
输码流的信道可分为两种类型，即可变比特率的码率控制
VBR(Variable Bit Rate)和恒定比特率的码率控制CBR(Constant Bit Rate)。在变比特率信道下，可以为更高的运动量或更详细的 纹理信息分配更多的带宽，从而获得更高效的带宽共享，有利于获
H(X)；若D一为最大允许失真，则相应码率下限为R(D一)。典型的
率失真曲线R—D如图3．1所示。R(D’)为D’的凸递减函数。
码率控制技术原理
率失真优化主要用于模式选择。在H．264视频标准中，有以下几种
模式：INTRA．4x4，INTRA．16x16，SKIP，INTER—16×16，
INTER．16×8，INTER．8×16，INTER．8×8。 假设图像序列S被分割为K个不同的块4，相应的像素用6t来表示。 编码6t所选择的编码模式％分为帧间编码和帧内编码。每种编码模
所需的码字位数，Q指基本单元的量化步长，MAD通过以下线性预测
模型进行预测：
H．264的码率控制算法
1。基本单元的定义 假设某一帧由Nmbpic个宏块组成，那么定义基本单元为一 个由Nmbpic个宏块中连续的Nmbunit个宏块所组成的组。那么在该 帧中的总的基本单元的个数为： Nunit=Nmbpic/Nmbunit 需要注意的是，如果采用了比较大的基本单元，那么PSNR 可以达到一个较高的值，同时比特的波动也会增大。另一方面，如 果采用了比较小的基本单元，比特的波动会比较的小，但是相应的
H.264AVC视频编码码率控制技术研究
学位授予单位:上海交通大学
1.刘杰H.264视频编码码率控制方法研究[学位论文]2009
2.魏显超低码率下H.264/AVC的基本单元层码率控制算法研究[学位论文]2009
3.许林H.264码率控制算法研究[学论文]2010
4.张文菊H.264码率控制算法研究[学位论文]2010
5.王小莉基于H.264的码率控制研究与改进[学位论文]2010
上海交通大学
博士学位论文
H.264/AVC视频编码码率控制技术研究
姓名:***
申请学位级别:博士
专业:信号与信息处理
指导教师:***
20081201
H.264/AVC视频编码码率控制技术研究
6.岳少园基于H.264/AVC的码率控制算法研究[学位论文]2009
7.孙彦辉基于H.264编码码率控制方法研究[学位论文]2008
8.李蔷.余松煜一种高效的H.264码率控制方法[期刊论文]-上海交通大学学报2004,38(11)
9.兰天.顾学迈.郭庆.王振永.Lan Tian.Gu Xue-mai.Guo Qing.Wang Zhen-yong一种新的H.264自适应帧层码率控制算法[期刊论文]-华南理工大学学报(自然科学版)2008,36(9)
10.沈礼权高效视频编码的算法优化及其扩展研究[学位论文]2008
引用本文格式:林贵旭H.264/AVC视频编码码率控制技术研究[学位论文]博士 2008
数字音视频技术：码率控制
数字⾳视频技术：码率控制⼀. 概述1.1 来源及其作⽤为什么要使⽤码率控制？这个问题是由现实产⽣的。
在传输压缩编码视频的时候，必须要考虑两个问题：视频质量和传输带宽，如果带宽⼤，肯定要尽可能传输质量更好的视频；如果带宽低，则需要提⾼压缩⽐，减⼩码流；如果带宽动态变化，那么码流也需要动态改变来适应带宽，总之，码流与带宽紧密相关。
与此同时，我们希望尽可能的得到⾼清晰的还原图像，所以在能接受的视频质量范围内对视频尽可能的压缩来提⾼带宽利⽤率是码率控制的根本。
码率控制的来源知道以后，它的作⽤也就很明显，就是提⾼带宽利⽤率，在保持视频还原清晰度的情形下，尽可能的节省带宽。
视频编码（有损）的⽬标是尽可能多的节省⽐特（码率）的同时尽量保持视频质量，码率控制是平衡码率和质量的重要⼯具。
1.2 ⾯临的问题码率控制是个说起来简单做起来的事情。
之前已经总结过，可以从两个⽅⾯来理解码率控制，⼀是从内容的率失真优化⾓度考虑量化与码率关系，⼆是从信道传输和转移概率的⾓度来分析码率和编码模式的关系。
这两个⽅向都有同样的⼀个问题，与“先有鸡还是先有蛋”类似。
以QP和R的关系为例，为了得到可控的码流，我们需要提前控制QP，但是QP⼜依赖码流来计算给出，所以这个先后问题变成⼀个死循环，需要找到⼀个突破点。
1.3 主要发展为了解决先有鸡还是先有蛋的问题，我们找到⼀个突破⼝，既然理论的⽅法被证明是很难⾛通，那么可以选择⾛数值模拟的⽅法，通过⼀系列的实验，得到⼀系列的经验公式，尤其是选取⼀个合适的初始值，进⽽破解鸡还是蛋的问题。
在选择实验模拟这条路之后，突然有了很多的思路可以去做，⾸先是和理论结合最紧密的部分：概率分布。
通过计算不同概率分布下的率失真函数，得到⼀系列经验公式和参考模型，在利⽤DCT变化对亮度和⾊度系数进⾏处理后，最优模拟是拉普拉斯分布以及⼀部分⾼斯分布。
通过计算可以得到常⽤的6中R-D模型，⽽这些基础模型⼜被进⼀步演化成不同的码率控制算法。
视频编码标准的选择与优化分析
视频编码标准的选择与优化分析随着互联网和数字化技术的快速发展，视频的应用已经变得无处不在。
而视频编码技术的发展与创新，对于视频的质量和传输效率起着至关重要的作用。
在选择适合自己需求的视频编码标准时，需要考虑到视频质量、传输效率、实时性和设备兼容性等多个方面因素，并进行相应的优化分析。
一、视频编码标准的选择1. H.264/AVCH.264/AVC是当前广泛应用的视频编码标准之一，它优化了传输效率和视频质量的平衡。
它具备较好的压缩效果，在相同比特率下，能够提供更高的视频质量。
同时，H.264/AVC还具备广泛的设备兼容性，可以在各种终端设备上进行播放。
因此，对于大多数应用场景来说，选择H.264/AVC是一个较为明智的选择。
2. H.265/HEVCH.265/HEVC是H.264/AVC的升级版，它在压缩效率上有了显著的改进。
相同质量下，H.265/HEVC能够以更低的比特率进行传输，从而节省网络带宽。
然而，由于H.265/HEVC相对于H.264/AVC的算法更复杂，编解码的计算复杂度更高，因此对于传输设备要求较高，可能会增加硬件成本。
因此，在选择H.265/HEVC时需要综合考虑硬件设备和压缩效率之间的平衡。
3. VP9VP9是由Google开发的开源视频编码标准，具备出色的视频质量和压缩效率。
VP9在Google的产品中广泛应用，比如YouTube的视频播放。
然而，VP9的设备兼容性较差，只能在部分设备上进行播放，因此在选择时需要考虑到具体的应用场景。
4. AV1AV1是由Alliance for Open Media开发的最新开源视频编码标准，它综合了前几种编码标准的优点。
AV1具备极高的压缩效率和出色的视频质量，可以在超高清视频和4K视频等高清视频领域中发挥出色的效果。
然而，由于AV1是最新的标准，设备兼容性还不够成熟，可能会面临一些技术挑战和兼容性问题。
二、视频编码标准的优化分析1. 码率控制码率控制是视频编码中的一个重要环节，它决定了视频的压缩比例和传输效率。
H.264编码器解码器IP使用说明_4K Main Profile
H264 Lite 高清视频编解码(codec)器使用说明——— Fully RTL Code Design目录1.功能介绍 (3)2.IP特色 (3)3.应用场景 (3)4.本“使用说明”作用 (3)5.主要功能 (4)5.1.编码器功能 (4)5.2.解码器功能 (4)6.主要硬件指标 (5)6.1.编解码效率（单核） (5)6.2.面积 (5)6.3.编解码带宽需求 (5)6.3.1.编码模式带宽需求 (5)6.3.2.解码模式带宽需求 (5)6.4.综合速度 (5)7.设计结构框图 (6)8.接口信号时序 (7)8.1.寄存器配置接口时序 (7)8.2.DMA读写访问时序 (7)8.3.中断信号时序 (7)8.4.软件复位 (7)9.配置寄存器 (8)10.原始帧数据在外部存储器(DDR)的格式 (10)10.1.亮度(Y)数据 (10)10.2.亮度数据在内存的字节序 (11)10.3.色度(UV)数据： (11)10.4.色度数据在内存的字节序 (12)10.5.以1920X1088的图像为例： (12)11.软件控制流程（参考） (13)11.1.编码器软件控制流程 (13)11.2.H264标准相关寄存器推荐配置（编码模式有效） (14)11.3.解码器软件控制流程 (15)12.设计交付 (16)13.FPGA综合结果 (16)H264_Lite视频编解码器（encoder&decoder）由硬件描述语言verilog实现，此设计经过FPGA EDA工具编译后可集成于可编程逻辑器件(FPGA)平台；也可以使用Synopsys Design Compiler综合后作为ASIC芯片的IP核使用。
该视频编码器输出码流完全符合H.264视频编码标准；解码器能解码H264_Lite自己编码的码流。
该设计针对硬件面积，编码帧率，综合频率做了设计结构上的优化。
该设计对FPGA实现做了特别的时序优化，在Xilinx Zynq7020上可以综合到150MHZ，单核就能够实现1080P@30fps的FPGA应用场景，双核可以实现1080P@60fps的应用场景，三核可以实现4K@30fps的应用场景。
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h.264的码率控制策略本文详细讨论了H.264编码标准的，与MPEG-2的TM5模型进行了比较；并对JVT-G012提出的流量往返控制模型进行了探讨；最后对H.264码率控制提出了一些改进意见。
关键词：H.264 码率控制VBR CBR一、引言到目前为止，视频编码标准通常采用去除时空域相关性的帧内/帧间预测、离散余弦变换量化和熵编码技术，以达到较高的编码效率。
对视频通信而言，由于通信信道带宽有限，需对视频编码码率进行控制，来保证编码码流的顺利传输和信道带宽的充分利用。
针对不同的应用场合，学者们提出了多种码率控制（Rate Control）策略。
其中，实时编码码率控制方法主要有两种：用先前宏块编码产生的比特数来预测当前宏块编码产生比特数，或者通过视频编码率失真函数来预测当前宏块编码产生的比特数。
码率控制算法[1]就是动态调整编码器参数，得到目标比特数。
它为视频序列中的图像组GOP、图像或者子图像分配一定的比特。
现有的码率控制算法主要是通。
实际上，量化参数（QP）反映了空间细节压缩情况，如QP小，大部分的细节都会被保留；QP增大，一些细节丢失，码率降低，但图像失真加强和质量下降。
也就是说，QP和比特率成反比的关系，而且随着视频源复杂度的提高，这种反比关系会更明显。
码率控制有两种模式：VBR和CBR，即可变比特控制和固定比特控制。
VBR模式是一种开环处理，。
由于实际视频序列中的图像复杂度是不断变化的，细节多少、运动快慢等等，比特率也相应变化，不稳定。
CBR模式是一种闭环处理，。
它根据对源复杂度估计、解码缓冲的大小及网络带宽估计动态调整QP，得到符合要求的码率。
二、H.264码率控制结构作为新一代的视频压缩编码标准，H.264对多编码模式、编码参数自适应选择、上下文自适应熵编码、多参考帧的灵活选择、高精度预测、去方块滤波以及抗误码能力等方面进行了精雕细刻，采取了一系列切合实际的技术措施，大大提高了编码效率和网络自适应能力。
但H.264标准草案并没有很好地研究RC，主要精力放在了编码码流及解码方法上。
它将QP同时用于码率控制算法和率失真优化，导致了蛋鸡悖论：为了计算当前帧中宏块的RDO，需利用当前帧或宏块的MAD预测每个宏块的QP，而每个当前帧或宏块的MAD只有在RDO后才能计算出。
H.264 码率控制方法的提案主要有两个[2]：JVT-F086中MPEG-2TM5改进版本及JVT-G012中提出用流量往返模型来分配每个基本单元目标比特数，并在宏块层编码采用二次率失真函数计算量化参数的算法。
JVT-G012还比较了这两种算法，认为其算法优于F086算法。
本节主要介绍H.264的码率控制结构，并与MPEG-2的控制模型相比较。
H.264码率控制的主要部分类似于其他RC方案[1]。
图2只是一个概念性的结构，并不是其软件的实际反映，如P帧和B帧需分别处理，一些估计是前面值的平均等等。
*1. 码率量化模型Rate-Quantization Model*RC 算法的核心是一个定量的描述QP、实际比特率和编码复杂度代理的关系的模型。
比特率和复杂度与残差有关，QP只能影响变换残差信息的细节，对包含头信息、预测数据、运动矢量信息的比特流没有直接影响。
预测误差的平均残差绝对值（Mean Average Difference ，MAD）被引用，用来估计复杂度。
*2. 复杂度估计Complexity Estimation*MAD是预测器精度和帧内预测情形下临近图像时间相似度的逆操作。
MAD 可以在对当前图像编码完以后进行估计，但是，在QP选择以后再编码一次，负荷太重。
相反可以假设MAD随图像变化而变化，可根据前一图像的实际值估计而得。
但该假设在场景切换时失效。
*3. QP限制QP-Limiter*闭环控制系统须能够保证稳定性和视觉变化最小。
对一些复杂度快速改变的序列，QP变化显著，须设置以码率限制器来限制图像的QP变化不超过±2。
*4. 虚拟缓存模型Virtual Buffer Model*解码器都有一个缓存来平滑码率变换和数据的到达时间。
相应编码器产生的比特流须满足解码器的限制，所以用一个虚拟缓存模型来仿真实际解码器的满度。
虚拟缓存满度的改变即编码成流的总比特数的差异。
缓存满度的下届为0，上界为缓存容量。
用户需根据解码器支持的级别设置缓存容量和初始值。
*5. QP初始化QP Initializer*QP须在视频序列的开始初始化，并人为输入初值，但更好的方法是根据每个像素的比特数估计，并可根据QP和DemandedBitsPerPixel 表查找。
*6. GOP比特分配GOP Bit Allocation *根据需求的比特率和虚拟缓存的当前满度，计算GOP的目标码率，I图像和第一个P图像的QP。
*7. 基本单元比特分配Basic Unit Bit Allocation*如果基本单元小于图像，图2则分为两层：图像层和基本单元层。
对H.264而言，重点是计算每个存储图像（通常为P图像）的QP。
严格地讲H.264是允许B图像用作参考的，只是通常不用。
非存储图像（通常为B图像）则通过邻近P图像的QP内插或偏移得出。
首先，考虑到图像的MAD，可为缓存满度设置一目标级。
接着，利用该级别，计算图像的目标比特数。
与MPEG-2的TM5模型相比，类似之处有：虚拟缓存的设立，GOP和图像层的目标比特的计算，为每个基本单元生成QP等。
不同之处有：基本单元是宏块，且同一图像中的不同宏块的QP可能相差很大；I/P/B三帧之间只是目标比特分配的不同，其余处理类似；MPEG-2 预测模式没有H.264的多样性。
由于其没有高级的帧内预测，也没有必要对关联QP和残差时那么严格；宏块级的空间复杂度由源活动性估计而得。
忽略复杂度是否由MV和残差数据体现；对图像分配比特，需考虑图像类型、GOP结构、需要的比特率，而非图像的复杂度。
但在图像中，缓存满度和相关的空间活动性用来分配图像比特等。
三、H.264码率控制算法如上所述，H.264码率控制方案主要有JVT-F086和JVT-G012提出的两种。
JVT-G012通过引入基本单元和线性模型的概念，提出一种自适应基本单元层码率控制方案。
基本单元可能是一帧、片或者一个宏块。
线性模型用于预测当前基本单元的MAD，它是通过前一帧相应位置的基本单元得到。
蛋鸡悖论解决如下：当前帧的目标比特率根据预先定义的帧率、当前缓冲容量、目标缓冲级别和可利用信道带宽，利用漏斗模型和线性跟踪理论计算得出。
剩余比特分配给当前帧未编码基本单元。
当前基本单元的MAD利用前一帧相同位置基本单元的MAD实际值线性预测而得。
相应的QP通过一个二次RD模型获得。
该方案同样适用于VBR情形。
该方案利用一个虚拟缓存，根据信道带宽的动态特征，来帮助调节编码操作。
该缓存既不上溢也不下溢。
由于该模型类似于漏斗模型，该RC算法与HRD是一致的。
为了验证该方案，JVT-G012在VBR和CBR两种情形下进行实验。
VBR的比特率曲线是一预先确定的曲线，即实际产生的比特接近于比特率曲线且缓存不上溢和下溢。
CBR情形下，与QP固定的编码器比较了编码效率。
目标比特率由以固定QP编码测试序列产生。
计算出的码率由该方案编码产生。
该方案编码效率上dd升1.02dB，所有测试序列的平均PSNR改善2dB。
并利用软件AHM2.0和F086提出的方案进行了比较。
PSNR改善了最高达1.73dB，平均达0.5dB。
且该方案只一个通道而F086是两个通道。
四、结束语随着H.264的不断改进和推广，其码率控制的算法也在不断改进更新。
比如HeZhihai等[3]提出线性率失真函数，通过变换量化后零值在变换系数中的比例（认为这对编码码率的影响最大）来选取量化参数，可避免蛋鸡悖论；陈川等[4]提出联合编码模式选择、信源的码率控制算法；Xue Jinzhu[5]等提出基于块活动性和缓冲状态的算法；MaSiwei等[6]提出结合HRD的控制算法，并被H.264采用等等。
还有学者提出考虑解码端（通过其反馈信息控制码率）的控制模型。
上述的算法都在其实验范围内体现出了编码效率的改进。
可见，H.264码率控制的改进有许多方向，主要有：考虑编码器端的编码参数（如量化参数、编码模式或直接影响比特流的参数等）的率失真控制模型，结合信源信道失真和缓冲状态的码率控制模型，考虑解码端反馈信息的控制模型等。
H.264采用了多种改进编码效率的技术，针对不同的应用可以选择不同的技术，其码率控制模型的建立也应该结合实际应用做出调整，而不是一定要建立一个适应各种场合的控制模型。
■ 参考文献[1]Wiegand T，Schwarz H，Joch A，Sullivan G．Rate Constrained Coder Control and Comparison of Video Coding Standards．IEEE Trans，Circuits Syst，Video Technol，2003，13（7）[2] Li Z，et al．Adaptive Basic Unit Layer Rate Control for JVT．JVT-G012，7th Meeting：Pattaya，Thailand，2003（3）[3] He Zhihai．A Unified Approach to Rate-Distortion Analysis and Rate Control for Visual Coding And Communication．PHD Thesis UCSB，2001[4] 陈川等．联合编码模式选择的码率控制算法．电子学报，2004（5）[5] Xue Jinzhu，Shen Lansun．Rate Control Algorithm for H.264 Video Encoding，Journal of Electronics（China），2003，20（6）[6] Ma Siwei，WenGao．Rate Control For JVT Video Coding Scheme With HRD Considerations．IEEE ICIP 2003H．264的码率控制算法2010-05-21 09:27H．264的码率控制算法采用了多种技术，其中包括自适应基本单元层(Adaptive Basic Unit Layer)、流量往返模型(Fluid Traffic Model)、线性MAD模型、二次率失真模型等。
并且采用了分层码率控制策略，共分为三层：GOP层、帧层和基本单元层。
在JVT的提案中，采用的是JVT-G012码率控制算法，该算法提出了基本单元的概念，将一帧划分为若干个基本单元，基本单元可能是一宏块、一行宏块、一场或一帧。