openh264 帧级码率控制原理：RcCalculatePictureQp 函数

RcCalculatePictureQp 函数

函数功能

在码控中，当eSliceType为P_SLICE时计算 P 帧的帧级量化参数QP 值。

函数原理过程

初始化各类变量；
计算帧复杂度iFrameComplexity，如果iUsageType是SCREEN_CONTENT_REAL_TIME，重复赋值帧复杂度iFrameComplexity；
如果iPFrameNum 等于 0；
第一个 P 帧，则iLumaQp等于iInitialQp；

如果iCurrentBitsLevel等于BITS_EXCEEDED；
iLumaQp等于iLastCalculatedQScale加上一个常量；
声明并计算一个变量iLastIdxCodecInVGop，它代表在视频组（Video Group of Pictures, VGop）中最后一个编码帧的索引。这里通过从iFrameCodedInVGop减去1来得到；
如果iLastIdxCodecInVGop 小于 0，就通过加上VGOP_SIZE（视频组的大小）来调整；
声明并计算一个变量iTlLast，它是根据iLastIdxCodecInVGop索引在iTlOfFrames数组中的时间层ID；
计算时间层量化参数差iDeltaQpTemporal，它是当前时间层iTl与上一个时间层iTlLast的差值；
如果上一个时间层是0（表示基础层），而当前时间层大于0（表示增强层），则增加iDeltaQpTemporal的值；
如果当前时间层是0，而上一个时间层大于0，那么减少iDeltaQpTemporal的值；

否则，
调用WELS_DIV_ROUND64函数根据帧复杂度iFrameComplexity和帧复杂度均值iFrameCmplxMean计算复杂度变化率iCmplxRatio；
调用WELS_CLIP3函数限制复杂度变化率iCmplxRatio值；
调用WELS_DIV_ROUND函数根据iLinearCmplx、iCmplxRatio、iTargetBits计算量化步长iQStep;
调用RcConvertQStep2Qp函数将量化步长iQStep转化为量化参数iLumaQp；
声明并计算一个变量iLastIdxCodecInVGop，它代表在视频组（Video Group of Pictures, VGop）中最后一个编码帧的索引。这里通过从iFrameCodedInVGop减去1来得到；
如果iLastIdxCodecInVGop 小于 0，就通过加上VGOP_SIZE（视频组的大小）来调整；
声明并计算一个变量iTlLast，它是根据iLastIdxCodecInVGop索引在iTlOfFrames数组中的时间层ID；
计算时间层量化参数差iDeltaQpTemporal，它是当前时间层iTl与上一个时间层iTlLast的差值；
如果上一个时间层是0（表示基础层），而当前时间层大于0（表示增强层），则增加iDeltaQpTemporal的值；
如果当前时间层是0，而上一个时间层大于0，那么减少iDeltaQpTemporal的值；

根据iLastCalculatedQScale、iFrameDeltaQpLower、iDeltaQpTemporal、iMinQp、iMaxQp计算出量化参数最大值iMaxFrameQp和最小值iMinFrameQp；
根据最大值iMaxFrameQp和最小值iMinFrameQp，限制亮度 qp 值iLumaQp；
如果开启自适应量化；
调用WELS_DIV_ROUND函数根据iAverMotionTextureIndexToDeltaQp重新计算出亮度 qp 值iLumaQp；
根据最大值iMaxFrameQp和最小值iMinFrameQp，限制亮度 qp 值iLumaQp；

调用RcConvertQp2QStep函数将亮度 qp 值iLumaQp转为量化步长iQStep；
将亮度 qp 值iLumaQp赋值给iLastCalculatedQScale和帧级 qp 值iGlobalQp。

函数原理图

在这里插入图片描述

函数源码

void RcCalculatePictureQp (sWelsEncCtx* pEncCtx) {
  SWelsSvcRc* pWelsSvcRc        = &pEncCtx->pWelsSvcRc[pEncCtx->uiDependencyId];
  int32_t iTl                   = pEncCtx->uiTemporalId;
  SRCTemporal* pTOverRc         = &pWelsSvcRc->pTemporalOverRc[iTl];
  int32_t iLumaQp = 0;
  int32_t iDeltaQpTemporal = 0;
  int64_t iFrameComplexity = pEncCtx->pVaa->sComplexityAnalysisParam.iFrameComplexity;
  if (pEncCtx->pSvcParam->iUsageType == SCREEN_CONTENT_REAL_TIME) {
    SVAAFrameInfoExt* pVaa = static_cast<SVAAFrameInfoExt*> (pEncCtx->pVaa);
    iFrameComplexity = pVaa->sComplexityScreenParam.iFrameComplexity;
  }
  if (0 == pTOverRc->iPFrameNum) {
    iLumaQp = pWelsSvcRc->iInitialQp;
  } else if (pWelsSvcRc->iCurrentBitsLevel == BITS_EXCEEDED) {
    iLumaQp = pWelsSvcRc->iLastCalculatedQScale + DELTA_QP_BGD_THD;
//limit QP
    int32_t iLastIdxCodecInVGop = pWelsSvcRc->iFrameCodedInVGop - 1;
    if (iLastIdxCodecInVGop < 0)
      iLastIdxCodecInVGop += VGOP_SIZE;
    int32_t iTlLast = pWelsSvcRc->iTlOfFrames[iLastIdxCodecInVGop];
    iDeltaQpTemporal = iTl - iTlLast;
    if (0 == iTlLast && iTl > 0)
      iDeltaQpTemporal += 1;
    else if (0 == iTl && iTlLast > 0)
      iDeltaQpTemporal -= 1;

  } else {
    int64_t iCmplxRatio = WELS_DIV_ROUND64 (iFrameComplexity * INT_MULTIPLY,
                                            pTOverRc->iFrameCmplxMean);
    iCmplxRatio = WELS_CLIP3 (iCmplxRatio, INT_MULTIPLY - FRAME_CMPLX_RATIO_RANGE, INT_MULTIPLY + FRAME_CMPLX_RATIO_RANGE);

    pWelsSvcRc->iQStep = WELS_DIV_ROUND ((pTOverRc->iLinearCmplx * iCmplxRatio), (pWelsSvcRc->iTargetBits * INT_MULTIPLY));
    iLumaQp = RcConvertQStep2Qp (pWelsSvcRc->iQStep);
    WelsLog (& (pEncCtx->sLogCtx), WELS_LOG_DEBUG,
             "iCmplxRatio = %d,frameComplexity = %" PRId64 ",iFrameCmplxMean = %" PRId64 ",iQStep = %d,iLumaQp = %d", (int)iCmplxRatio,
             iFrameComplexity, pTOverRc->iFrameCmplxMean, pWelsSvcRc->iQStep, iLumaQp);
//limit QP
    int32_t iLastIdxCodecInVGop = pWelsSvcRc->iFrameCodedInVGop - 1;
    if (iLastIdxCodecInVGop < 0)
      iLastIdxCodecInVGop += VGOP_SIZE;
    int32_t iTlLast = pWelsSvcRc->iTlOfFrames[iLastIdxCodecInVGop];
    int32_t iDeltaQpTemporal = iTl - iTlLast;
    if (0 == iTlLast && iTl > 0)
      iDeltaQpTemporal += 1;
    else if (0 == iTl && iTlLast > 0)
      iDeltaQpTemporal -= 1;
  }
  pWelsSvcRc->iMinFrameQp =  WELS_CLIP3 (pWelsSvcRc->iLastCalculatedQScale - pWelsSvcRc->iFrameDeltaQpLower +
                                         iDeltaQpTemporal, pTOverRc->iMinQp, pTOverRc->iMaxQp) ;
  pWelsSvcRc->iMaxFrameQp =  WELS_CLIP3 (pWelsSvcRc->iLastCalculatedQScale + pWelsSvcRc->iFrameDeltaQpUpper +
                                         iDeltaQpTemporal, pTOverRc->iMinQp, pTOverRc->iMaxQp);

  iLumaQp = WELS_CLIP3 (iLumaQp, pWelsSvcRc->iMinFrameQp, pWelsSvcRc->iMaxFrameQp);

  if (pEncCtx->pSvcParam->bEnableAdaptiveQuant) {

    iLumaQp =  WELS_DIV_ROUND (iLumaQp * INT_MULTIPLY - pEncCtx->pVaa->sAdaptiveQuantParam.iAverMotionTextureIndexToDeltaQp,
                               INT_MULTIPLY);
    iLumaQp = WELS_CLIP3 (iLumaQp, pWelsSvcRc->iMinFrameQp, pWelsSvcRc->iMaxFrameQp);
  }
  pWelsSvcRc->iQStep = RcConvertQp2QStep (iLumaQp);
  pWelsSvcRc->iLastCalculatedQScale = iLumaQp;
  pEncCtx->iGlobalQp = iLumaQp;
}