本文内容来自ICIP 2020的文章《RATE CONTROL FOR VERSATILE VIDEO CODING》

该文章主要是通过对skip块的分析提出了RD参数的更新策略和帧级码率分配的质量依赖因子。由于VVC增加了很多新的技术尤其是帧间预测技术，使得很多块能很好的预测从而变成skip块其残差为0。

RD参数更新

码率控制问题最终可以转化为公式（1）有约束优化问题，

其中lambda是拉格朗日乘子，它是RD曲线的切线，在数学上表示R(D)函数的导数。

VVC中仍然使用R-lambda-QP模型，用双曲线函数描述RD关系，

公式（2）中C和K是模型参数，和视频内容相关，也是本论文算法参数更新的对象。

skip块没有残差信息，其消耗的比特仅用于编码一些辅助信息（例如skip flag，运动向量、参考帧索引等），所以skip块的失真只和其参考块相关。所以skip块的R和D不满足公式（2）的双曲线关系。需要分别考虑。

初始时认为所有CTU都是正常CTU（非skip），lambda可以按公式（3）计算，

其中参数C_p,K_p是模型参数，初始值是给定的，随着编码进行不断更新。

当编码完一个CTU后即可知道该CTU的skip块面积，如果小于预定义的阈值TH则认为其是正常CTU，否则认为其是skip CTU。

• 对于正常CTU认为其lambda，R，D满足双曲线模型，其实际lambda可由公式（4）计算，

联立公式（2）（4）可得到公式（5），

公式（5）中的C_p,K_p是更新后的参数，可用于下一个块的lambda的计算。

• 对于skip CTU，由于skip块使用的比特数少，如果更新C和K会造成不稳定，为了避免误差传播对skip块不进行参数更新。它的lambda直接使用该帧的lambda。

正常CTU和skip CTU分块进行参数更新的策略不仅会影响CTU的参数更新也会影响该帧的RD参数。当一帧完成编码后，正常CTU的像素数、失真、实际使用比特数会用于帧级RD参数更新。skip CTU的信息会被忽略。

帧级比特分配

质量依赖

由于视频编码采用分级的结构，低层的帧会作为高层帧的参考，这就使得不同层级的帧间产生了质量依赖关系。定义质量依赖因子（Quality Dependency Factor，QDF），

其中m和n表示layer id。QDF用于描述第m层质量改变对第n层的影响。

第1层和其他层的QDF关系如公式（7）所示，

其中S_n代表第n层的skip的比例，可由前一个GOP得到。A和B是参数可由下表得到，

​

其他层的QDF关系可由公式（8）表示，

第n和m层的QDF关系由其分别与第1层的关系推导而来。

基于QDF的帧级码率分配

考虑到为GOP内每帧进行码率分配，一般都会转化为一个约束优化问题使得总失真最小。由于帧间存在依赖关系，参考帧质量变化会影响该帧质量。所以引入下式，

其中w_j是第j帧的质量依赖参数，可由下式决定，

最终可以获得每帧的码率分配权重，

其中C_i和K_i是不带skip块的帧级RD参数，由上一节计算得到。

实验结果

最终实验结果如下表所示，

更详细的实验结果和算法细节可以参考原论文。

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