Rate control is an important technique for practical video coding applications by allocating suitable quantization parameters (QPs) for CTUs or frames to satisfy bandwidth requirement. However, rate control may result in video quality fluctuation because neighboring regions are quantized into different quality levels, which may affect viewing experience seriously, especially at low bitrate scenarios. In this paper, we propose a novel CTU (Coding Tree Unit) level rate control approach for intra frame of the high efficiency video coding (HEVC) standard with consistent perceptual quality. In particular, a new perceptual hyperbolic rate distortion (R-D) optimization method is proposed for rate control with the constraint of constant perceptual quality, which shows good compatibility with other R-D models. Herein, a novel CTU level perceptual distortion model is presented to achieve the optimal rate control of intra frames for HEVC, where the Lagrange multiplier is adjusted by taking advantage of the different perceptual characteristics to achieve the minimal perceptual distortion variation across CTUs within one frame. Extensive experiments prove that the proposed algorithm outperforms the state-of-the-art CTU level rate control methods by considering R-D performance. In addition, subjective simulation results demonstrate that our algorithm further improves the visual quality of compressed videos by reducing perceptual quality fluctuation.

中文翻译：

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面向感知质量一致性的 HEVC 帧内编码的 CTU 电平速率控制

通过为 CTU 或帧分配合适的量化参数 (QP) 来满足带宽要求，速率控制是实际视频编码应用的一项重要技术。但是，码率控制可能会导致视频质量波动，因为相邻区域被量化为不同的质量等级，这可能会严重影响观看体验，尤其是在低码率场景下。在本文中，我们提出了一种新颖的 CTU（编码树单元）级速率控制方法，用于具有一致感知质量的高效视频编码 (HEVC) 标准的帧内。特别是提出了一种新的感知双曲率失真（RD）优化方法，用于在恒定感知质量约束下的速率控制，与其他RD模型具有良好的兼容性。在此处，提出了一种新的 CTU 级感知失真模型，以实现 HEVC 帧内的最佳速率控制，其中通过利用不同的感知特性调整拉格朗日乘数，以实现一帧内跨 CTU 的最小感知失真变化。大量实验证明，通过考虑 RD 性能，所提出的算法优于最先进的 CTU 级速率控制方法。此外，主观模拟结果表明，我们的算法通过减少感知质量波动进一步提高了压缩视频的视觉质量。其中拉格朗日乘数通过利用不同的感知特性进行调整，以实现一帧内跨 CTU 的最小感知失真变化。大量实验证明，通过考虑 RD 性能，所提出的算法优于最先进的 CTU 级速率控制方法。此外，主观模拟结果表明，我们的算法通过减少感知质量波动进一步提高了压缩视频的视觉质量。其中拉格朗日乘数通过利用不同的感知特性进行调整，以实现一帧内跨 CTU 的最小感知失真变化。大量实验证明，通过考虑 RD 性能，所提出的算法优于最先进的 CTU 级速率控制方法。此外，主观模拟结果表明，我们的算法通过减少感知质量波动进一步提高了压缩视频的视觉质量。