视频编码码率控制

什么是码率控制

码率控制是编码器的一个重要模块，主要的作用就是用算法来控制编码器输出码流的大小。虽然它是编码器的一个非常重要的部分，但是它并不是编码标准的一部分，也就是说，标准并没有给码控设定规则。我们平时用的编码器的码控都是编码器程序自己实现的。
那码控的原理是什么呢？其实码控就是为每一帧编码图像选择一个合适的 QP 值的过程。
我们知道当一帧图像的画面确定了之后，画面的复杂度和 QP 值几乎决定了它编码之后的大小。由于编码器无法决定画面的复杂度，因此，码控的目标就是选择一个合适的 QP 值，以此来控制编码后码流的大小。当然有些码控算法是可以直接外部指定使用哪个 QP 值去编码的，就不需要编码器的码控算法去做决策了。但是最后的原理是一样的。那接下来我们就来看一下都有哪些码控算法吧。

码控的类型

常用的码控算法主要有：VBR（动态码率）、 CBR（恒定码率）、CVBR（受限动态码率）、CQP（恒定 QP）和CRF（恒定码率因子）, 这几种。

VBR

VBR 指的是编码器输出码率随着原始视频画面复杂度的变化不断的变化。通常当画面复杂或者说运动比较多的时候使用的码率会比较高；而当画面比较简单的时候使用的码率会比较低。VBR 主要的目标是保证视频画面质量，因此比较适合视频点播和短视频场景使用

CBR

另外一种码控算法就是 CBR 了，它是恒定码率的。这种码控方式用户需要设置一个目标码率值给编码器。编码器在编码的时候不管图像画面复杂或简单、运动多或运动少的时候，都尽量使得输出的码率接近设置的目标码率。
这种方式非常适合 RTC 场景，因为 RTC 场景希望编码的码率跟实际预测的带宽值接近，不能超出目标码率太多，也希望能够尽量有效地利用可用带宽，不能太低于目标码率，从而尽量保证编码后图像画面清晰。因此，在 RTC 场景中，我们会将预估带宽分出一定比例给视频数据，并将这部分带宽值当作目标码率设置给编码器。需要编码器的码控算法，能够在各种网络状况下和各种画面变化的情况下，都能使得输出的码率尽量接近于当前预估带宽得到的目标码率。

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CBR,VBR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。

CQP

CQP 很简单就是从头到尾每一个画面都是用同一个 QP 值去编码。
根据我们视频编码的课程可知：

• 在画面复杂的时候，残差比较大，相同 QP 值做量化之后的残差还是比较大的，编码之后的图像大小就会比较大。
• 而画面简单的时候，残差很小，同一个 QP 值量化之后残差可能很小，甚至都为 0 了，编码之后的大小就会很小。

其实，我个人觉得 CQP 是一种特殊的 VBR。但要注意的是 CQP 一般用来衡量编码算法的性能，在实际工程当中不会使用。

CRF

CRF 是 x264 默认的码控算法。它与 CQP 不同的是它的 QP 是会变化的。
在画面运动大的时候，它会根据具体算法提高 QP 值；
在画面运动小的时候，它会降低 QP 值。它的思想是：运动很大的时候，人眼不太关注细节，因此 QP 可以稍微大一点；
运动比较小的时候，人眼会将注意力放在细节上面，因此 QP 稍微小一点。所以相比 CQP，CRF 能够更省码率一些。
但是 CRF 码控总体上得到的编码后图像的大小，还是随着图像的画面复杂度在变化的。因此，我觉得 CRF 也算是一种特殊的 VBR。