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