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NHK研究4K、8K视频在VVC编码中的码率控制方法

8KCINE 发布于 05月07日 本文共922个字,预计阅读时间需要3分钟。

来源:广播与电视技术

翻译:郭云海

审稿:杨 宇

2020年7月,MPEG(动态图像专家组)和ITU-T(国际电信联盟电信标准分局)联合制定了最新的视频编码格式VVC(多功能视频编码)。日本公共广播机构NHK的STRL(科学技术研究实验室)正在研究VVC中的码率控制方法,旨在提供更高质量的视频服务。

一、什么是视频编码中的码率控制?

为了在有限码率下传输最佳质量的视频,高效的视频编码技术对于电视和互联网上提供的视频服务至关重要。VVC编码过程中提供大量的编码参数,需要根据视频编码的使用情况来选择合适的编码参数集(编码模式)。

其实,码率控制就是选择编码模式的过程。选择合适的编码模式,可以帮助视频服务在一定的码率限制下提供尽可能高的视频质量(图1)。例如,如果编码后的码率超过传输带宽限制,那么视频中的一些帧将无法正常传输,视频质量就会变差。如果使用过小的码率对视频进行压缩编码,与未经压缩编码的视频质量相比,视频质量也会降低(图像会有失真)。因此,可以使用率失真优化(RDO)的方法来防止视频服务质量下降,也就是说在预期传输码率限制下,选择图像失真最小的编码模式,这个过程被称为码率控制。

图1 不同编码模式下的率失真点示意图

二、利用率失真优化提高视频质量的方法研究

率失真优化法需利用RD曲线(压缩编码后的码率和图像失真程度之间的关系曲线)得到最佳的编码模式(图2)。然而,要想得到最优曲线,就需要求出所有编码模式的率失真点,这是很难做到的。因此,在实践中,RD曲线是由近似曲线来建模的。STRL针对4K/8K超高清视频业务研究了如何在VVC编码中建立最佳的RD曲线模型。

传统RD曲线一般采用双曲函数建模,不过,STRL发现,当视频图像中有大量动态内容或细节和纹理时,编码难度较高,使用对数函数来建模RD曲线比用双曲函数更合适。STRL开发了一种使用对数函数的新率失真优化方法。实验结果表明,使用这种新方法进行压缩编码的视频质量得到了提高。

由于电视、360°全景视频和AR(增强现实)、VR(虚拟现实)等各种视频服务都需要码率控制技术,STRL现在正在进行码率控制的进一步研究,以帮助业界提供更高质量的多种视频服务。

图2 通过率失真优化法得到编码模式的步骤

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