基于ERP特性的自适应QP

在之前对投影格式的分析中已经反复提到了，ERP存在与纬度相关的横向拉伸，越向两极拉伸越严重。基于这个特性，可以对编码进行相关的优化。在JEVT F会议提案中出现了自适应QP的方法，获得了不错的效果。

JVET F会议中出现了三种基于ERP特性的自适应QP，提案号分别为F0038、F0049和F0072，其中F0038和F0049相似，而且效果要远优于F0072，下面就两者进行简单介绍。

F0038和F0049基本思想相同，都是根据纬度来调整QP，高纬度使用大QP，向赤道QP变小。两者采用了相同的公式对QP进行调整：

QP′=QP−3∗log2(w)

其中w与纬度相关。两篇提案的区别就在于w的计算方法不同。

1. F0038

F0038使用cos(πy)作为w，其中 y=φ/π,−0.5<=y<=0.5,−π/2<=φ<=π/2，φ是纬度弧长值，y为纬度角度值。这样其QP公式为：

QP′=QP−3∗log2(cos(πy))

这里w=cos(πy)范围为0~1。

基本QP为27时，其效果如下图：

提案中没有对一个CTU的y值做介绍，猜想可能使用的是CTU中心像素的y值。

编码结果RA下平均编码增益为4.3%，DrivingInCountry序列增益最大为9.0%。而全I帧1帧下的平均增益为2.9%，性能提升是很可观的。

2. F0049

F0049直接使用的是基于WS-PSNR的权重的w。
WS-PSNR的权重为：

F0049对WS-PSNR的权重进行了归一化。

其中Total_weight是整幅图所有高度的WS-PSNR权重和。

归一化后w′(i,j)范围为0~1.570795。

因为要在CTU级别上做，每个CTU使用同一个QP，F0049使用的是CTU中所有高度对应的w′(i,j)的平均值。

其效果与F0038相似，RA下平均编码增益为4.3%，DrivingInCountry序列增益最大为9.0%。

3. 两者区别
两者的区别就在于w的计算和取值范围。
F0038使用w=cos(πy)，范围为0~1，此时−3∗log2(cos(πy))均为正值。此时，QP只会变大，因此F0038是完全以牺牲质量为代价换取更小的bit数。
F0049使用的是归一化的WS-PSNR权重，范围为0~1.570795，当w小于1时，−3∗log2(w)为正值，QP会变大，而当w大于1时，QP会变小。从ERP上考虑，两极部分由于其拉伸，使用更大的QP，而赤道部分没有拉伸，使用更小的QP，整体上就是降低了两极的质量而提高了赤道附近的质量，看上去更合理一些。

4. 实现
下面以JVET-0049为例介绍HM中的实现。

1.开启deltaQP
默认情况下，编码器熵编码中会直接使用帧层的QP。要对每个CTU使用不同的QP，就需要开启deltaQP。

查语法可知，deltaQP是由cu_qp_delta_enabled_flag控制的，找到PPS中cu_qp_delta_enabled_flag：

WRITE_FLAG( pcPPS->getUseDQP() ? 1 : 0, "cu_qp_delta_enabled_flag" );

可以确定getUseDQP对应的m_useDQP，就是cu_qp_delta_enabled_flag。

  Bool                   getUseDQP() const                                                { return m_useDQP;                              }

因此需要开启m_useDQP。在xInitPPS函数中直接设置m_useDQP为true。

    pps.setUseDQP(true);

2.CTU级别的QP
在compressSlice中会调用compressCtu对每一个CTU进行编码，在这之前计算每一个CTU的QP，记作ctuQp，计算过程简单，不再多说了。

实际QP起作用的地方是在xCompressCU中，在分块划分之前会确定iMinQP和iMaxQP，然后尝试iMinQP到iMaxQP中的所有QP，进行划分。默认情况下，iMinQP和iMaxQP相等，这样，我们只需要令iMinQP和iMaxQP都等于ctuQp即可。

3.修改lambda
在尝试实现时，发现只修改QP，性能要比JVET0049差了一半多，其实JVET0049并非只修改了QP，还根据QP修改了lambda，在提案中并没有提到，因此其性能的提升其实有很大一部分是来自修改lambda。

lambda的修改很容易，HM中已经有现成的函数根据QP来更新lambda了，只需要在compressCtu前调用即可。

updateLambda(pcSlice, (Double)ctuQP);