• 码率控制基本概念
• X264 中码率控制
  • X264 中关于 QP
• 参考文档

本文主要记录 X264 中使用到的码流控制。

码率控制基本概念

码率控制是指视频编码中决定输出码率的过程。首先介绍一下 X264 中使用到的与码率控制相关的几个概念：

• CQP(Constant QP),恒定QP（Quantization Parameter）,追求量化失真的恒定，瞬时码率会随场景 复杂度而波动，该模式基本被淘汰(被 CRF 取代)，只有用”-pq 0”来进行无损编码还有价值。

• CRF(Constant Rate Factor),恒定质量因子，与恒定 QP 类似，但追求主观感知到的质量恒定，瞬时码率也 会随场景复杂度波动。对于快速运动或细节丰富的场景会适当增大量化失真（因为人眼不易注意到），反之 对于静止或平坦区域则减少量化失真。

• ABR(Average Bitrate),平均码率，追求整个文件的码率平均达到指定值（对于流媒体有何特殊之处？）。 瞬时码率也会随着场景复杂度波动，但最终要受平均值的约束。

• CBR(Constant Bitrate),恒定码率。前面几个模式都属于可变码率（瞬时码率在波动），即VBR（Variable Bitrate）； 恒定码率与之相对，即码率保持不变。

x264 并没有直接提供 CBR 这种模式，但可以通过在 VBR 模式的基础上做进一步限制来达到恒定码率的目标。 CRF 和 ABR 模式都能通过--vbv-maxrate --vbv-bufsize来限制码率波动。

关于这几个概念的参考如下：

1.Waht are CBR,VBV and CPB?
2.FFmpeg and H.264 Encoding Guide
3.CRF Guide(Constant Rate Factor in X264 and X265)
4.MeGUI/x264 setting

X264 中码率控制

X264 中对于码率控制方法有三种：X264_RC_CQP、X264_RC_CRF、X264_RC_ABR。默认情况是选择 CRF 方法，设置是在 x264_param_default函数里设置的

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param->rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
param->rc.f_rf_constant = 23;

关于这三种方法，网上有提到优先级是ABR>CQP>CRF的，但分析 X264 的源码，并没有看出有优先级顺序，关于码率控制方法的设置代码如下：

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    OPT("bitrate")
    {
        p->rc.i_bitrate = atoi(value);
        p->rc.i_rc_method = X264_RC_ABR;
    }
    OPT2("qp", "qp_constant")
    {
        p->rc.i_qp_constant = atoi(value);
        p->rc.i_rc_method = X264_RC_CQP;
    }
    OPT("crf")
    {
        p->rc.f_rf_constant = atof(value);
        p->rc.i_rc_method = X264_RC_CRF;
    }

X264 中关于 QP

首先看一段 X264 中关于 QP 值的代码，该段代码在x264_ratecontrol_new：

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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);

从上面的代码可以看出，默认的i_qp_constant或者通过命令行传入的qp qp_constant实际设置的是 P 帧的 QP。 I 帧和 B 帧的 QP 设置是根据f_ip_factor f_pb_factor计算得到。

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），然后比较算法优劣。 在 X264 中，关于QPmin、QPmax、QPstep的默认设置如下：

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param->rc.i_qp_min = 0;
param->rc.i_qp_max = QP_MAX;
param->rc.i_qp_step = 4;

• 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，此时没必要继续降低 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。不建议调整该参数。

• 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 底码率的情况下会更明显）。

比较三种码率控制方式如下：

参考文档

1. Making sense out of x264 rate control methods
2. Understanding Rate Control Modes (x264, x265)
3. CRF Guide (Constant Rate Factor in x264 and x265)