Neural Network Based Rate Control for Versatile Video Coding

量化(信号处理) 计算机科学 算法 比特率 编码(社会科学) 人工神经网络 编码树单元 率失真理论 速率失真 实时计算 数据压缩 解码方法 人工智能 数学 统计
作者
Yunhao Mao,Meng Wang,Zhangkai Ni,Shiqi Wang,Sam Kwong
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33 (10): 6072-6085 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tcsvt.2023.3262303
摘要

In this work, we propose a neural network based rate control algorithm for Versatile Video Coding (VVC). The proposed method relies on the modeling of the Rate-Quantization (R-Q) and Distortion-Quantization (D-Q) relationships in a data driven manner based upon the characteristics of prediction residuals. In particular, a pre-analysis framework is adopted, in an effort to obtain the prediction residuals which govern the Rate-Distortion (R-D) behaviors. By inferring from the prediction residuals with deep neural networks, the Coding Tree Unit (CTU) level R-Q and D-Q model parameters are derived, which could efficiently guide the optimal bit allocation. Subsequently, the coding parameters, including Quantization Parameter (QP) and $\lambda $ , at both frame and CTU levels, are obtained according to allocated bit-rates. We implement the proposed rate control algorithm on VVC Test Model (VTM-13.0). Experimental results exhibit that the proposed rate control algorithm achieves 0.77% BD-Rate savings under Low Delay B (LDB) configurations when compared to the default rate control algorithm used in VTM-13.0. For Random Access (RA) configurations, 1.77% BD-Rate savings can be observed. Furthermore, with better bit-rate estimation, more stable buffer status can be observed, further demonstrating the advantages of the proposed rate control method.

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