Quantization Modeling of Intra Frame for Rate Control

비트율 제어를 위한 인트라 프레임 양자화 모델링

  • 박상현 (순천대학교 멀티미디어공학과)
  • Received : 2014.08.28
  • Accepted : 2014.10.17
  • Published : 2014.10.31


The first frame of a GOP is encoded in intra mode which generates a larger number of bits. In addition, the first frame is used for the inter mode encoding of the following frames. Thus the encoding results of the intra frame affects the first frame as well as the following frames. Traditionally, the quantization parameter for an intra frame is determined only depending on the bpp not considering the characteristics of the intra frame. For accurate intra frame encoding, we should consider not only bpp but also the complexity of the video sequence and the output bandwidth. In this paper, we propose a real-time quantization model which is used to calculate the quantization parameter for an intra frame encoding based on the investigation on the characteristics of a GOP. It is shown by experimental results that the proposed quantization model captures the characteristics of an intra frame effectively and the proposed method for model parameters accurately estimates the real values.

비디오 코딩에서 GOP의 첫 번째 프레임은 많은 비트를 발생시키는 인트라 모드로 압축되고 다음 프레임의 인터 모드 압축에 사용되기 때문에 첫 프레임인 인트라 프레임의 압축 결과는 이후 프레임에도 영향을 주게 된다. 기존 알고리즘의 경우 인트라 프레임의 압축은 bpp 값에 따라 양자화 파라미터를 설정하여 압축하는데, 이때 bpp는 영상의 특성을 전혀 고려하지 않는다. 정확한 인트라 프레임 압축을 위해서는 bpp 뿐만 아니라 영상의 복잡도와 전송률을 함꼐 고려하여 양자화 파라미터를 결정하여야 한다. 본 논문에서는 GOP의 인코딩 특성에 대한 분석을 바탕으로 인트라 프레임 압축을 위한 양자화 파라미터를 계산에 필요한 실시간 양자화 모델링 방법을 제안한다. 실험 결과는 제안하는 모델이 인트라 프레임의 특성을 잘 반영하고 있으며 또한 실시간으로 모델 파라미터를 구하는 방법도 효과적으로 작동함을 보여준다.


  1. Z. Chen and K. N. Ngan, "Recent advances in rate control for video coding," Signal Process. : Image Commun., vol. 22, Jan. 2007, pp. 19-38.
  2. Y.-J. Shin, N.-R. Son, N. D. Toan, and G.-S. Lee, "H.264/AVC to MPEG-2 Video Transcoding by using Motion Vector Clustering," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 5, no. 1, 2010, pp. 23-30.
  3. S.-W. Kwak, H. Choi, and J.-M. Yang, "A Real-time Video Transferring and Localization System in HSPDA Network," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 7, no. 1, 2012, pp. 21-26.
  4. H. Yun, Y. Seo, H. Choi, and D. Kim, "High-speed Intra Prediction Method for H.264/AVC," J. of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 10, no. 7, 2006, pp. 1172-1179.
  5. T. Wiegand, H. Schwarz, A. Joch, F. Kossentini, and G. J. Sullivan, "Rate-constrained coder control and comparison of video coding standards," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 7, July 2003, pp. 688-703.
  6. K. Lim, G. Sullivan, and T. Wiegand, "Text Description of Joint Model Reference Encoding Methods and Decoding Concealment Methods," JVT-W057, San Jose, CA, Apr. 2007.
  7. H. Wang and S. Kwong, "Rate-Distortion Optimization of Rate Control for H.264 With Adaptive Initial Quantization Parameter Determination," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 18, no. 1, Jan. 2008, pp. 140-144.
  8. S.-H. Park, "Initial QP Modeling for GOP Layer Rate Control," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 7, no. 6, 2012, pp. 1377-1383.
  9. P. C. Young, Recursive Estimation and Time-Series Analysis. Berlin : Springer-Verlag, pp. 29-45, 2011.