I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   1 6 8 6 ~ 1 6 9 5   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 1 6 8 6 - 1 6 9 5           1686       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Lo w comp lex i ty r a te  co ntrol  for v e rsa tile  v ideo  codi ng  wit h  hy brid  La g ra ng e   multiplier       Alex a nd er   Vict o r   B uk it ,   Su wa di,  Wira wa n   D e p a r t me n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   I n t e l l i g e n t   E l e c t r i c a l   a n d   I n f o r m a t i c s   T e c h n o l o g y ,   I n s t i t u t   T e k n o l o g i   S e p u l u h   N o p e m b e r ,   S u r a b a y a ,   I n d o n e si a         Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 3 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Dec   2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Dec   1 4 ,   2 0 2 4       Ve rsa ti le   v i d e o   c o d i n g   (V VC)   h a s  a   n o ta b le   i n c r e a se   in   e n c o d i n g   e ff icie n c y   o v e r   h i g h   e ff ic ie n c y   v i d e o   c o d i n g   (H EV C)   b u t   b a n d w i d th   a n d   s t o ra g e   a re   li m it e d   i n   re a l - w o rl d   v i d e o   a p p li c a ti o n s ,   s o   ra te  c o n tr o l  is  c r u c ial .   Ev e n   i f   VV C   s h o ws   a   n o ta b le   i n c re a s e   i n   e n c o d in g   c a p a c i t y   o v e r   HEV C ,   t h e   ra t e   c o n t r o l   m a y   c r e a t e   f l u c t u a t i o n s   i n   v i d e o   q u a l i t y   a n d   c o m p u t a t i o n a l   c o m p l e x i t y .   T h is   fl u c t u a ti o n   c a n   h a v e   a   si g n i fica n t   im p a c t   o n   th e   wa tc h i n g   e x p e r ie n c e ,   p a r t ic u la rl y   i n   lo w - b it ra te   se tt i n g s .   T h e   ra te   c o n t r o l   v a ri a b les   o f   th e   c o n s is te n t  re s o l u ti o n   a n d   t h e   d e c re a se d   re so l u t i o n   a r e   p r o p o se d   i n   o r d e r   t o   m a k e   th e   ra te   c o n tr o l   m e t h o d   h y b ri d   t o   c o n si s te n t   re s o l u t i o n s  a n d   re d u c e   c o m p u t a t i o n a l   c o m p le x i t y .   T o   a c h ie v e   o p ti m a l   c o d in g   p a ra m e ters ,   t h e   fra m e s   wi th   v a r y i n g   re s o l u ti o n s   La g ra n g e   m u lt i p l ier   ( λ ),   s k i p   c o d i n g   t re e   u n i t  ( CTU )   a n d   q u a n t i z a t i o n   p a r a m e t e r   ( Q P )   a r e   c o m b i n e d .   A f t e r   e v a l u a t i o n ,   t h e   a v e r a g e   e n c o d i n g   t i m e   s a v i n g s   (   )   w e re   f o u n d   t o   b e   1 9 . 4 9 % ,   w i t h   a   B j o n t e g a a rd   d e l t a   b i t   r a t e   ( BD B R )   o f   - 0 . 4 4 %   i n d i c a t i n g   i n s i g n i f i c a n t   q u a l i t y   l o s s .   K ey w o r d s :   L ag r an g e   m u ltip lier   L o w  c o m p lex ity   Qu an tizatio n   p ar am ete r   R ate  c o n tr o l   Ver s atile  v id eo   co d in g       T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su wad i    Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Facu lty   o f   I n tellig en t  E lectr ical  an d   I n f o r m atics T ec h n o lo g y ,   I n s titu t T ek n o lo g i Sep u lu h   No p em b er   Su r ab ay a,   I n d o n esia   E m ail: su wad i@ ee . its . ac . id       NO M E N CL A T UR E     :  T h e  allo ca ted   b it r ate     :  T h e  b it r ate  ta r g et     :  Dis to r tio n   ,   :  Mo d el  p a r am eter s   ass o ciate d   with   th e  s o u r ce ' s   ch ar ac ter is tic   ,   :  Vid eo   s o u r ce - r elate d   f ac t o r s ,   u p d ated   b ased   o n   th e  b itra te      :  Qu an tizatio n   p a r am eter     :  T h e  in d ex   o f   R - D  m o d el  p ar a m eter     :  T h e  in d ex   o f   C T U      :  R ate - d is to r tio n   co s t    ∗   :  T h e  o p tim u m   am o u n t L a g r an g e  m u ltip lier   ( )   :  No is y   s u b g r a d ien t       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in cr ea s in g   p o p u lar ity   o f   v id eo   a p p licatio n s   h as  in c r ea s ed   th e  d em an d   f o r   m o r e  e f f ec tiv e  v id eo   co d in g   tech n o lo g ies.  I n   p r ac tical  v id eo   co d in g   a p p licatio n s ,   r ate  co n tr o l  is   cr u cial  b ec au s e  o f   b an d wid th   a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Lo w   co mp lexity  r a te  co n tr o l fo r   ve r s a tile v id eo   co d in g   w ith   h yb r id   …   ( A lexa n d er  V icto r   B u kit )   1687   s to r ag e  b u d g et  c o n s tr ain ts .   R ate  co n tr o l  is   a   f u n d am en tal  t o o l  in   v id eo   co d in g   an d   is   v it al  to   r ea lis tic  v id eo   co d in g   s y s tem s   b ec au s e  o f   b a n d wid th   o r   s to r ag e   lim itatio n s   in   r ea l - wo r ld   ap p licatio n s .   I t s   g o al  is   to   r e d u ce   d is to r tio n   in   c o m p r ess ed   v id eo s   wh ile  ad h er i n g   to   b it - r a te  r estrictio n s .   R ate  co n tr o l  ( R C ) ,   o n e  o f   th e   f u n d am e n tal  co m p o n e n ts   o f   v er s atile  v id eo   c o d in g   ( VVC) ,   allo ws  f o r   m o r e  p r ec is e  b i t  allo ca tio n   an d   is   p ar ticu lar ly   im p o r ta n t  f o r   r ed u cin g   d is to r tio n   [ 1 ] – [ 3 ] .   C o n s e q u en tly ,   wh en   th e   b its   o f   tar g e t  in   t h e  r ate   co n tr o l  m eth o d s   ar e  lo w  e n o u g h   at  th e   f r am e  lev el,   d o wn s am p lin g - b ased   co d in g   o u g h t to   b e   ad v a n tag eo u s .   R ate  co n tr o l  h as  b ee n   ex te n s iv ely   r esear ch ed   o v er   t h e  last   f ew  d ec ad es  f o r   v ar io u s   ap p licatio n s   o f   v id eo   c o d in g   s tan d ar d s .   T h e  f u n d am e n tal  id ea   o f   b it   allo ca tio n   is   to   ass ig n   a   g r ea ter   n u m b er   o f   b its   to   h ig h - co m p lex ity   f r am es  an d   a  le s s er   n u m b er   to   lo w - c o m p le x ity   f r am es  to   en s u r e  u n if o r m   v is u al  q u ality .   Dep en d in g   o n   th e  in tr icac y   o f   th e  cu r r e n t  f r am e,   q u an tizat io n   p ar am eter   ( QP)   is   d y n am ically   ch an g ed   f o r   ev er y   f r a m e.   T h e r ef o r e ,   th e  co m p lex ity   m ea s u r e m en t  m o d el  f o r   ea ch   f r am e  s h o u ld   b e  p r o p o s ed   b ef o r e   d eter m in in g   QP  f o r   ea ch   f r am e.   Ach iev in g   th e   tar g et  b itra te   an d   r ed u cin g   d is to r tio n   ar e  t h e  two   g o als  o f   r ate   m an ag em en t.   Gen er ally ,   th e r e   ar e  t h r ee   t y p es  o f   ty p ical  r ate   co n tr o l  m o d els  R - Q,   ρ   d o m ai n ,   an d   R - λ   m o d els.  S tu d ies   [ 4 ] ,   [ 5 ]   in tr o d u ce d   th e  R - λ   m o d el,   an d   it  was   in c o r p o r ate d   in to   th e  h ig h   ef f icien cy   v id eo   co d in g   ( HE VC )   s tan d ar d   s o f twar e  H E VC   test   m o d el  ( HM )   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h e  R - λ   m o d el   o f f e r s   a  f av o r a b le  tr ad e - o f f   b etwe en   th e   ac cu r ac y   o f   p ar a m eter   am o u n ts   a n d   p r ed ictio n   wh en   co m p ar ed   to   class ic  r a te  co n tr o l  m o d els,  wh ich   co u ld   h el p   im p r o v e  p ar am eter   s tab ilit y .   Fo llo win g   th at,   HE VC   h as  b ee n   th e  s u b ject  o f   m u ch   r esear c h   b ased   o n   th e  R - λ   m o d el   [ 8 ] – [ 1 4 ] .   T h e  f u n d am e n tal  p r e m is e  o f   th e  Q - d o m ain   r ate  co n tr o l  tech n iq u es     [ 1 5 ] – [ 1 7 ]   is   th at,   g iv en   th e  co n s tr ain ts   o f   th e  d esire d   b it r ate  R ,   th e  o p tim al  co d in g   p er f o r m a n ce   ca n   b e   attain ed   with   a  ca r ef u lly   s elec ted   q u a n tizatio n   p ar a m eter   Q.   T h er e  ar e  s ev er al  m o d es  s ets  to   ch o o s e  f r o m   in   th e  v id eo   co d in g   s y s tem ,   wh ich   r es u lts   in   an   en o r m o u s   n u m b er   o f   r ate  an d   d is to r tio n   ( R - D)   d ata  p air s .   Ho wev er ,   th e  g o al  o f   r ate  co n tr o l  is   to   s elec t  th e   b est  m o d e  f o r   a  d esire d   b it  r at e  to   m in im ize  d is to r tio n   at  th e  s p ec if ied   b it  r ate.   I t  ca n   b e  tr an s f o r m ed   i n to   an   u n co n s tr ain e d   f o r m   af ter   b ei n g   f o r m u lated   b y   a  co n s tr ain ed   o p tim izatio n   p r o b lem .   T wo - p ass   r ate  co n tr o l   tech n iq u es  [ 1 8 ] ,   en c o d ed   th e  s eq u en ce   twice.   Mo tio n   v ec t o r s ,   th e  n u m b er   o f   d is cr ete  co s in e  tr an s f o r m   ( DC T )   co ef f icien ts ,   h ea d er   le n g th s ,   t h e  n u m b er   o f   r esid u al  b its   p er   f r am e,   a n d   o th e r   s tatis tical   in f o r m atio n   wer e  g ath er ed   d u r in g   th e  f ir s t  r u n   a n d   watc h ed   h o w  th e   s eq u en ce   m an if ested   its elf .   Usi n g   th e  p ar am eter s   co llected   in   th e  f ir s t  p ass ,   th e  QP  i s   im p r o v ed   in   th e  s ec o n d   p ass .   Mo s t  two - p ass   tech n iq u es  ar e  u s ed   f o r   n o n - r ea l - tim e,   f ix ed - s ized   s to r ag e  ap p licatio n s   s u ch   as  o n lin e  v id eo   s tr ea m in g   an d   d i g ital  v id eo   d is cs  ( DVDs ) ,   wh er ea s   o n e - p ass   tech n iq u es  ar e  m o r e   ap p r o p r iate  f o r   r ea l - tim e  ap p licatio n s .   Ho wev er ,   esp ec ially   wh en   th er e  a r e  m ajo r   m o tio n s   o r   s ce n e   ch an g es,  th e   d is to r tio n   o f   th e  co - lo ca ted   c o d in g   tr ee   u n it  ( C T U)   m ay   b e   v er y   d if f er e n t  f r o m   th e  r ea l d is to r tio n   o f   th e  C T U.   T h is   is   b ec au s e  th e  ap p r o ac h   i s   s till   s o lely   f o cu s ed   o n   in ter - C T U  r ate  co n tr o l.   A  s im ilar   s tu d y   b y   Fu   et  a l.   [ 1 9 ]   p r o p o s ed   a  r ate  co n tr o l  w ith   r eso lu tio n   ch an g es  f o r   VV C .   Usi n g   a   λ - d o m ain   r ate  c o n tr o l  a p p r o ac h   th at  allo ws  f o r   r eso lu tio n   m o d if icatio n s ,   a  f r am e' s   co d in g   r eso lu tio n   is   ca lcu lated   b ased   o n   its   p r o p e r ties .   T h e  r ate  co n tr o l  v ar iab l es  f o r   th e  lo w  r eso lu tio n   an d   h ig h   r eso lu tio n   a r e   ch an g ed   in d ep en d en tly   in   o r d er   to   ad ap t  th e  r ate  co n tr o l  tech n iq u e  to   m ix ed   r eso lu tio n s .   Hy b r id   L ap lace   d is tr ib u tio n - b ased   lo w  co m p lex ity   r ate - d is to r tio n   o p tim ize d   q u an tizatio n   was  p r o p o s ed   b y   C u i  et  a l.   [ 2 0 ] ,  th ey   s u g g ested   a   lo w - co m p lex ity   r ate - d is to r tio n   o p tim ized   q u an tizatio n   ( R DOQ )   ap p r o ac h   b y   u s in g   a   h y b r id   L ap lace   d is tr ib u tio n   to   m o d el  th e  s tatis tics   o f   th e   tr an s f o r m   co ef f icie n ts .   T h is   way ,   d ep e n d in g   o n   t h e  co ef f icien t  d is tr ib u tio n ,   d is t o r tio n   m o d els  an d   b lo c k   lev el  r ate  ar e  s p ec if ically   d e v elo p ed .   T h u s ,   b y   m ax im izin g   t h e  R D  p er f o r m a n ce   o f   th e   en tire   b lo ck ,   th e   id ea l  q u an tizatio n   lev els  m a y   b e   f o u n d   d ir ec tly ,   an d   th e  lab o r io u s   R D  co s t  co m p u t atio n s   ca n   ev en tu ally   b e  av o i d ed .   I n   a  r elate d   s tu d y ,   L iao   e t  a l.   [ 2 1 ]   s u g g ested   f r am e - lev el  r ate  co n tr o l   in   f l ex ib le  v id e o   c o d in g   u s in g   co n ten t - ad ap tiv e   r ate - d is to r tio n   m o d elin g .   Fo r   o n e - p ass   v id eo   co d in g ,   th ey   p r o p o s ed   h ig h - o r d e r   R - D  m o d els  an d   co r r esp o n d in g   f r am e - le v el  R C   alg o r ith m s .   Fin ally ,   th e  q u ad r atic  R - D  m o d el  is   in co r p o r ated   in to   f r am e - lev el  R C   in   th e  VVC  te s t  m o d el  ( VT M)   an d   a   co n ten t - ad a p tiv e  m o d el  s elec tio n   is   m ad e  b etwe en   th e  f ir s t - o r d er   an d   s ec o n d - o r d er   R - D  m o d els.    An   R D  p ar am eter   u p d atin g   te ch n iq u e   was  g iv en   b y   L i  et   a l .   in   [ 2 2 ] ,   wh er e   th ey   also   e x a m in ed   th e   q u ality   d ep en d en cy   b etwe en   f r am es.  A  f r am e - lev el   r ec u r s iv e  B ay esian   esti m atio n   ( R B E )   b ased   co n s tan t  b it - r ate  ( C B R )   co n tr o l  tech n iq u e   was  p r esen ted   in   [ 2 3 ] .   As  it   s tan d s ,   th e  m o d el  o f   h y p er b o lic  R - D  i s   h ig h ly   ac cu r ate,   th u s   cr ea tin g   a   n ew  v er s io n   o f   t h e  m o d el  will  n o t  lik ely   in cr ea s e  ac c u r ac y   m u c h   f u r t h er .   T h e   R B E ,   u tili zin g   u p d ate d   s tag es  an d   a lter n atin g   p r e d ictio n ,   c o u ld   as s ess   b it  r ates  an d   d is tr ib u te  tar g et  b it  r ates  b ased   o n   th e  d is to r tio n   v a r iatio n s   o f   th e  r ec en tly   en co d ed   f r a m es.  T h eir   m eth o d o lo g y   r ed u ce s   t h e  m u lti - o b jectiv e   o p tim izatio n   ch allen g e  to   a  s in g le - o b jectiv e  is s u e  aim ed   at  m in im izin g   av er ag e  d is to r tio n   an d   q u ality   v ar iatio n   with in   t h e  lim ited   b it  r ate.   Su b s eq u en tl y ,   a  d u al - p h ase  ap p r o ac h   g r o u n d e d   in   th e  D - λ   m o d el   was  s u g g ested   to   g et  th e  id ea l  r eso lu tio n .   T h is   ap p r o ac h   y ield s   a  s o lu tio n   th at  ass ig n s   th e  b it  r ate  to   ea ch   C T U   o n ce   f o r   all.   Un f o r tu n ately ,   th e  ap p r o ac h   n ec ess itates  tw o - p ass   co d in g ,   an d   its   h ig h   co s t  o f   co m p le x ity   p r ev en ts   it f r o m   b ein g   ap p lied   to   r ea l - tim e  r eq u ir em en ts   in   R C   cir cu m s tan ce s .   I n   th is   s tu d y ,   we  p r o p o s e  n e w  lo w  co m p lex ity   r ate  c o n tr o l  m eth o d   h y b r i d ,   co n t r ib u tin g   to   r ed u ce   co m p u tatio n al  co m p lex ity   an d   co n s is ten t  r eso lu tio n s .   T h e  r ate  co n tr o l  m o d e  d ec is io n   s tr ateg ies  u s in g   tex tu r e  d etail  s ce n ar io s '   th r esh o ld   v a lu es.  T o   r e d u ce   c o m p u tin g   r eq u ir em en ts   an d   ex p ed ite  th e   r ate  co n tr o l  m o d e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 6 8 6 - 1 6 9 5   1688   d eter m in atio n   p r o ce s s ,   an   e f f icien t  ter m in atio n   an d   b y p ass   tech n iq u e  is   em p lo y ed .   T h e   av er ag e  e n co d i n g   tim e  s av in g s   (  )   wer e  f o u n d   to   b e  1 9 . 4 9 %,  with   a  B jo n teg aa r d   d elta  b it  r ate  ( B DB R )   o f   - 0 . 4 4 %   in d icatin g   in s ig n if ican t  q u ality   lo s s .         2.   L AG RANG E   M U L T I P L I E R   Acc o r d in g   to   r ate - d is to r tio n   t h eo r y ,   th e r e  is   an   o p tim al  co m p r ess io n   r ate,   R ( D) ,   g iv en   a n   ac ce p tab le   d is to r tio n   D.   T h is   f u n ctio n   is   k n o wn   as  th e  r ate - d is to r tio n   ( R - D)   f u n ctio n ,   an d   it  is   co n v ex   an d   g r ad u ally   d ec r ea s in g .   A  d ec e n t  v id e o   en co d er   m u s t  d eter m in e  th e   o p ti m al  s et  o f   p ar am eter s   to   r ed u ce   d is to r tio n   wh ile   ad h er in g   to   a  s p ec if ic  b it r ate  r estrictio n .   T h e  f o llo win g   allo c atio n   o f   r eso u r ce s   p r o b lem   ca n   b e  r eso lv e d   b y   a n   o p tim al  r ate - co n tr o l sy s tem ,   a s s u m in g   th at  N  co d in g   u n its   w ill m ak e  u p   th e   f u ll v i d eo   [ 2 4 ] .     mi n {( ,   )} ∑ = 1 ( , )               ∑ ( , )   ≤   = 1     ( 1 )     T h e  en c o d er   cr ea tes  a  b its tr ea m   b y   co m p r ess in g   th e   in p u t  C T U  p ix els.  T h e   λ - v alu e   is   u p d ated   u s in g   th e  p r o d u ce d   b it  n u m b er   R   an d   d is to r tio n   D.   T h e  v alu es  R   an d   D  ar e  r eg ar d ed   as  r an d o m   v ar iab les  s in ce   th ey   v ar y   f r o m   C T U  to   C T U.   T h e  f o llo win g   is s u e  is   r eso lv ed   b y   r ef o r m u latin g   th e  r ate   co n tr o l  p r o ce d u r e.   Gen er ally ,   λ   is   u s ed   b y   v id e o   en c o d er s   t o   ad j u s t  R   an d   D.   Fo r   s im p le   im p lem en tatio n s ,   v id eo   en c o d er s   u s u ally   u s e  em p ir ically   p r e d eter m in ed   λ   c o ef f icien ts   f o r   QP  v alu es,  alth o u g h   λ   ca n   b e  d eter m in ed   th eo r etica lly .   A  r ate  co n tr o lle r   u s es  th e  R - QP - λ   r elatio n   to   ca lcu late  a  QP  b ased   o n   th e   in ten d ed   b it  r ates.  Nex t,  th e  QP  is   u s ed   in   th e  en co d er   in   t h e  v id e o   co m p r ess io n   p r o ce s s .   I n   th is   en co d e r ,   th e  R DO  co m p u tes  th e   jo in t  R - D  co s t  b etwe en   R   an d   D  u s in g   λ   to   id en tify   th e   b est  en co d i n g   m o d es  a n d   en co d in g   s ettin g s .   Fin ally ,   th e  en co d er   a d d s   r esid u es  ( n o n - tex tu r e  b its )   an d   v ar i o u s   p ar am eter   v alu es  ( tex tu r e  b it s )   to   th e  o u tp u t  b it - s tr ea m s .   I t  is   n o ticed   th at  th e   λ   em p lo y ed   i n   HE VC   is   n ea r ly   id en tical  t o   VVC.  Fo r   p r a ctica l  p u r p o s es,  th e   q u an tizatio n   p ar am eter   f ac to r   ( )   is   d ef in ed   as 0 . 8 5 .   T h e  s lice - ty p e  in   VT M  d ef in es  λ   as   ( 2 ) :       =      . 2 (  − 12 ) / 3     ( 2 )     I t  is   o b s er v ed   th at  QP  m o d els   λ   in d ep en d en t  o f   t h e  v id e o   c o n ten t.  Fu r th e r m o r e ,   f o r   a p p r o p r iate  b it  allo ca tio n   in   h ier ar ch ical  f o r e ca s tin g   s tr u ctu r es,  it  is   g en er ally   ex p ec ted   th at  a  h ig h e r   lay er ' s   λ   v alu e  will  b e   lar g er   th a n   its   lo wer   lay er ' s   ( i. e. ,   a  h ig h er   la y er ' s   QP  v alu e  will  b e  lar g er   t h an   a  l o wer   la y er ' s ) .   I n   th is   s tu d y ,   we  ap p r o x im ate  th e  λ   v alu e  u s in g   th e  s to ch asti c  s u b g r ad ien t  ap p r o ac h   an d   ( )   ( n o is y   s u b g r a d ien t) .   T h e  ℎ   iter atio n   u p d ates th e  v alu e  o f   λ   by   ( 3 ) :     ( + 1 ) =   ( ) +   ( )   ( 3 )     T h is   s tu d y   p r esen ts   a  u n if o r m   q u ality   c r iter io n   f o r   th e  r ate   c o n tr o l  m o d el,   an d   th e  R - D  o p tim izatio n   p r o ce d u r e  y ield s   a  g en er ic  o p tim al  s o lu tio n   with   th e  leas t  p er ce p tu al  d is to r tio n   v ar iati o n   r estrictio n .   T h e   m ajo r ity   o f   R - D  o p tim izatio n   s tr ateg ies  ar e  co m p atib le  with   th e  s o lu tio n .   Ultim ately ,   co m p r eh en s iv e  test s   ar e   ca r r ied   o u t  to g et h er   with   in - d ep th   an aly s is   to   d em o n s tr ate  t h e  ef f ec tiv e n ess   o f   th e  s u g g es ted   alg o r ith m .   T h e   an aly s is   lead s   to   th e  p r o p o s al  o f   th e   R - λ   r ate   co n tr o l  m o d el.   Fin d in g   an   ac cu r ate   esti m atio n   f o r   th e  i d ea l  R - D  cu r v e  is   im p o r tan t  f o r   λ   v alu e   p r ed ictio n .   R   an d   D   s tan d   f o r   th e  co n s u m ed   b its   an d   d is to r tio n ,   r esp ec tiv ely .   T h e  co n s u m ed   b its   in   th is   ca s e  o u g h t  to   b e   clo s e  to   t h e  tar g et  b its .   T h e  L ag r an g e  m u ltip lier ,   o r   λ ,   r ep r esen ts   th e  R - D   c u r v e' s   s lo p e.   T h e  m o d e  ch o ice  will  b e   g u i d ed   b y   λ   o n ce   it  h as  b ee n   estab lis h ed .   T h e  d e r iv atio n   o f   λ  is   cr u cial  in   th e   λ - d o m ain   r ate  co n tr o l   tech n iq u es.  T h e  lin k   b etwe en   R   an d   D   is   ch ar ac ter ized   b y   th e   h y p er b o lic  f u n ctio n   in   [ 2 5 ] – [ 2 9 ] .   Sin ce   λ   r ep r esen ts   th e  R - D   cu r v e' s   s lo p e,   it m ay   b e  wr itte n   as   ( 4 ) :     = −     =       . − − 1 ≜         ( 4 )     wh er e  α   a n d   β   ar e  th e   v id e o   s o u r ce - r elate d   f ac to r s .   T o   g et  a   m o r e   ac cu r ate  esti m ate  o f   th e   b itra te,   α  an d   β  g et   u p d ates a cc o r d in g   to   th e  b itra t e  an d   λ   o f   th e  c o d ed   f r am es.    Sin ce   th e  v ar iatio n   in   q u ality   in   a  co m p r ess ed   v id eo   s ig n al  h as  a  s u b s tan tial  ef f ec t  o n   h u m an   v is u al  p er ce p tio n ,   co n s is ten t  q u ality   m an ag e m en t  s ee k s   t o   m in i m ize  th e  d is to r tio n   v ar iatio n   o v er   v i d eo   f r am es   with in   th e  co n s tr ain ts   o f   f r am e  r ate,   b an d wid th ,   an d   d elay   r eq u ir ed .   B ased   o n   th e   p r e v io u s ly   p r o v id ed   r ate   m o d els  an d   d is to r tio n ,   th e  o p tim al  b it  allo ca tio n   p r o b lem   f o r   th e  v id eo   co d in g   s y s tem   r ep lacin g      an d      f r o m   th e   s tan d p o in t  o f   m i n im izin g   av er a g e  ( MI NAVE )   d is to r tio n   ca n   b e  p h r ased   as   ( 5 ) :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Lo w   co mp lexity  r a te  co n tr o l fo r   ve r s a tile v id eo   co d in g   w ith   h yb r id   …   ( A lexa n d er  V icto r   B u kit )   1689   1 . . ∗ =         1 . . ∗ ,         1   ∑ ( ) = 1     ∑ = 1 ( ) ≤        ( 5 )     wh er e  ∗   is   th e  o p tim u m   am o u n t  o f   .   T h e  tech n iq u e   p r o p o s es  to   lo o s en   th e  c o n s tr ain t  ∑ ( ) ≤ = 1    with   th e  in eq u ality   o f   g e o m et r ic  an d   ar ith m etic  m ea n s ,   b as ed   o n   th e  o b s er v atio n   th at  t h e  b u d g et  is   a   p o wer   f u n ctio n   co n ce r n in g   th e  v ar iab le  .   I t  m u s t,  h o wev er ,   tak e  in to   ac co u n t  th e  f r a m e  b u d g et  a n d   b u f f er   s tate;  as  a  r esu lt,  it  m u s t  m o d if y   ∗   to   en s u r e  th at  ∑ ( ) ≤  = 1   in   th e  ac tu al  en co d e r   v id eo   co d in g .   T h e  en co d er   ca n   c h o o s e  th e   b est  r eso lu tio n   b y   co m b i n in g   d o wn s am p lin g   an d   c o d in g   d is to r tio n s ,   wh ich   ar e  im p ac ted   b y   f r am e  s p atial  f ea tu r es,  u s in g   th e  co d in g   r eso lu tio n   in   VVC.  B ef o r e  en co d in g ,   th e   f r am e  to   b e  co d e d   is   d o wn   a n d   u p - s am p le d .   T h e   u p - s am p led   f r am e  is   th en   co m p a r ed   to   th e  o r ig in al  f r am e  to   estab lis h   th e  d o wn s am p lin g   d is to r tio n .   W h en   th e  d is to r tio n   o f   d o wn s am p lin g   is   b elo w   a  p r eset  th r esh o ld ,   th e   d o wn s am p lin g - b ased   co d in g   is   s u b s eq u en tly   ap p lied .   B ased   o n   t h e  s tatis tical  d ata  an aly s is   an d   ea r lier   r esear ch   [ 1 9 ] ,   th e  t h r esh o ld   ca n   b e  d eter m in ed   u s in g   QP.      =   0 . 175   .    −   3 . 5   ( 6 )     E v en   with   g r ea t a ttem p ts   to   i m p r o v e  r ate  co n tr o l o f   R - λ   b a s e,   th e  p ar am eter s   ar e  s till   ca lcu lated   b y   co m b in in g   b o th   s k ip   an d   n o n - s k ip   b l o ck s ,   wh ich   r esu lts   in   a n   im p r ec is e  esti m atio n   o f   t h e  V VC   s tan d ar d .   Sk ip   in f o r m atio n   ex t r ac tio n   ca n   h e lp   with   b it   allo ca tio n   at  th e   C T U  lev el  in   a d d itio n   to   h el p in g   with   p ar a m eter   esti m atio n   an d   th e  R - D  cu r v e.       =         ( 7 )     =   −   ∑ − 1 = 1    −   1     ( 8 )     T h e  av er ag e  b u d g et  allo tted   f o r   ev er y   C T U  is   to   b e  th e  tar g et  b its     ( 5 ) .   W h en   th e  s tar tin g   λ   v alu e   is   n o t  n ea r   th e  id ea l  v alu e,   th e  f lu ctu atin g   r esu lt  b its   m ay   d iv er g e  f r o m   th e  in ten d ed   .   As  a  r esu lt,   we   ad ju s t  th e  tar g et  b its   f o r   t h e  ℎ   C T U  d y n am ically   an d   ass ig n   th e  r em ain in g   b it  b u d g et  to   th e  last   C T U  ( 6 ) .   R m   m u s t  in co r p o r ate  th e  b its   f r o m   th e  h ea d er   in f o r m atio n   p r o d u ce d   b y   t h e  ℎ   C T U  a s   wel l  as  th e  tex tu r e  r esid u al  to   esti m ate  th e  tar g et  b it  with   an y   d e g r ee   o f   ac cu r ac y .   E v er y   o n e  o f   t h e  6 4   p o s s ib le  QPs   is   ex am in ed   to   s ee   wh ich   is   th e   b est  QP  at  th e  lo west   .   T ested   ar e   th e  f o ll o win g   2 5   v i d eo   s eq u en ce s :  C lass   A1 ,   A2 ,   B ,   C ,   D,   E ,   an d   F.  T h e  g o al  o f   s elec tin g   th ese  s eq u en ce s   w as  to   co v er   th e  en tire   s p ec tr u m   o f   m o tio n   ac tiv ity   ch ar ac ter is tics ,   r an g in g   f r o m   l o w  to   h ig h .   T h er e   ar e  s ev en   c o n s tan t  λ   v alu es  f o r   ea ch   s er ie s ,   r an g in g   f r o m   5   t o   4 0 0 .   W e  s ea r ch   f o r   an d   k ee p   t h e  b est  QP  v alu e  f o r   ea c h   f ix e d   λ   v alu e.   All  d is tr ib u tio n s ,   it  tu r n s   o u t,  ce n ter   o n   th eir   p ea k s .   W e  g ath er   t h e  m o s t lik ely   QPs   an d   th eir   λ   v alu e s   f o r   ev er y   test   v id eo   s eq u en c e.       3.   M E T H O D   Pro v id e  r ate  co n tr o l  f o r   v i d eo   co d in g   c o n s is ts   o f   two   p ar ts :  th e  r ate  co n tr o l  m o d el  a n d   th e   tar g et  b it   allo ca tio n .   I n   th e  f o r m e r ,   p a r am eter s   ar e  ad ju s ted   b y   r ate  co n tr o l  d esig n s   to   g et   an   ac t u al  n u m b e r   o f   co d ed   b its   th at  is   as  clo s e  a s   p o s s ib l e  to   th e  tar g et  b it  b u d g et  f o r   b ase  co d in g   u n its ,   f r am es,  an d   GOPs ;  in   th e  latter ,   th e  tar g et  b itra te  is   as s ig n ed   th r o u g h   th e  g r o u p   o f   p ictu r e s   ( GOP )   lev el  to   th e  f r am e  an d   C T U  lev els  i n   alig n m en t  with   a  m in im u m   am o u n t  o f   d is to r tio n .   T ar g et   b it  im p lem e n tatio n   aim s   t o   co n v e r t  tar g et   b it   allo ca tio n   v alu e  in to   q u an tiza tio n   p ar am eter   QP  v alu e;  QP  d eter m in es  b o th   th e  co m p r e s s io n   r atio   an d   th e  f in al  en co d in g   r ate.   Fo llo win g   th e  q u an tizatio n   p ar am eter ' s   v alu e  d eter m in atio n ,   t h e  r elev a n t  p ar am eter s   m u s t  b e  u p d ated   a n d   ad ju s ted .   T a r g et  b it  im p lem en tatio n   is   f in is h ed   at  th e  p ictu r e  an d   C T U  lay er s ,   an d   th e   im p lem en tatio n   co n ce p ts   ar e  e s s en tially   th e  s am e.   T h e  L ag r an g e   m u ltip lier   was  alter ed   to   im p r o v e   th e  q u alit y   d ev iatio n   b ased   o n   th e   d is to r tio n s   o f   ea r lier   C T Us.  Ho wev er ,   esp e cially   wh en   th er e   ar e   n o tab le   m o tio n s   o r   s ce n e  c h an g es,   t h e  d is to r tio n   o f   th e     co - lo ca ted   C T U  m ay   d if f er   g r ea tly   f r o m   th e  r ea l  d is to r tio n   o f   th e  cu r r e n t  C T U.   T h is   is   b e ca u s e  th e  ap p r o ac h   is   s till   s o lely   f o cu s ed   o n   t h e  i n ter - C T U  r ate  c o n tr o l,   a  two - p ass   r ate  co n tr o l  tech n iq u e   th a t  u s es  d o wn s am p led   v id eo   c o d in g   to   p r o v id e   co n s i s ten t  q u ality .   T h e  L a g r an g e  m u ltip lier   is   ap p lied   af ter   th e   f ir s t  p ass   to   m in im ize   q u ality   f lu ct u atio n s .   I t  is   e v id en t  th at  wh ile  th ese  c u r r e n t  c o n s is ten t  q u ality - o r ie n ted   alg o r ith m s   ca n   ai d   in   s m o o th in g   th e  q u ality   o f   co m p r ess ed   v id eo ,   th e  m ajo r ity   o f   th em   f o cu s ed   o n   th e  v ar iatio n   in   q u ality   b etwe en   in ter f r am es r ath er   th an   th e   v ar iatio n   in   q u ality   i n s id e  a  s in g l e  f r am e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 6 8 6 - 1 6 9 5   1690   R ate  co n t r o l  m a y   ca u s e  v a r ia tio n s   in   v id e o   q u ali ty   s i n c e  t h e   s u r r o u n d i n g   a r e as  a r e   q u a n ti ze d   i n t o   d i f f er e n t   q u alit y   le v els.   T h is   ca n   h a v e  a   s i g n if i ca n t   i m p a ct   o n   t h e   w atc h i n g   e x p e r ie n ce ,   p a r ti cu la r l y   in   l o w   b it r a te  s ett in g s .   B as ed   o n   t h e  ca l cu lat io n   o f   f r am e  co m p le x i ty ,   w e  s u g g est  a  f ast   a n d   a cc u r at e  t ec h n iq u e  f o r   all o c ati n g   b its   at  th e  f r am e  l a y er   in   VVC  r a te  r e g u l ati o n .   T h e   ta r g et  b i t c a n   b e  ass i g n e d   t o   e ac h   f r am e  i n   a  GO P  ac c o r d in g   to   th e   p r ed ict e d   c o m p l e x it y .   C o m p ar in g   th e   s u g g est ed   al g o r it h m   t o   o t h e r   a v ai la b l e   te ch n i q u es ,   ex p e r i m e n t al   r esu lts   d em o n s t r ate   t h at   i t  m a y   g r e atl y   r ed u ce   t h e   q u alit y   v a r ia ti o n   i n   t h e   f r a m e  l ay e r .   Fig u r e  1   s h o ws  th e  p r o p o s ed   m eth o d   alg o r ith m   f lo wch ar t s   o f   th e  r ate  co n tr o l  m o d e  d ec is io n   in   VT M.   T h e  v alu e  o f   L ag r an g e   m u ltip lier   ( λ )   is   ca lcu lated   f r o m   ( 2 )   an d   t h e  p r o jecte d   R - D  p ar am eter s ,   C ,   R   an d   K,   co m e   f r o m   ( 4 ) .   T h e   v a lu es  o f   C   a n d   K   ar e  t h e  m o d el   p ar am eter s   ass o ciate d   t o   th e   ch ar ac ter is tic  o f   t h e  in p u t.  W h en   th e r e  ar e  s ev er al  co d in g   s tag es  an d   f r am es  wit h   m u ltip le  m ix e d   s k ip   C T U,   t h e  f r am e  le v el  with   b it  allo ca tio n   n ee d s   to   b e  tak e n   in to   co n s id er atio n   m o r e  th o r o u g h ly .   E ac h   C T U  is   in itially   th o u g h t   o f   as  th e   s tan d ar d ,   o r   n o n - s k ip   b lo c k .   I n itial  v alu es  ar e  p r o v id ed   f o r   th ese  two   p ar am eter s ,   an d   th ey   will  b e  ad ju s ted   co n tin u o u s ly   in   th e  n ex t  s tep .   I f   th e  ar ea   f alls   b elo w  a  p r ed ef in ed   th r esh o ld   ( T h ) ,   th is   p ar ti cu lar   C T U  will   b e  m an ag ed   as  a  s tan d ar d   C T U.   T h e  s k ip   C T U  wo u ld   b e  in t er p r eted   o th er wis e.   Af ter   th e   cu r r e n t  f r am e   h as   co m p leted   e n co d i n g ,   d is to r tio n ,   th e   p ix els,  a n d   s p e n t  b its   i n   th e  s tan d ar d   C T U  will  p ar ti cip ate  in   th e   f r a m e - lev el  R - D  v ar iab le  u p d ate.   T h e  d ata  in   s k ip   C T U  w ill n o t   b e   u s ed .           Fig u r e  1 .   Pro p o s ed   m et h o d   al g o r ith m   f lo wch ar ts   o f   t h e  r ate  co n tr o l m o d e  d ec is io n   in   VT M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Lo w   co mp lexity  r a te  co n tr o l fo r   ve r s a tile v id eo   co d in g   w ith   h yb r id   …   ( A lexa n d er  V icto r   B u kit )   1691   W h en   th e  m o d e   d ec is io n   is   to   s k ip   C T U,   u p d atin g   th e   λ   v al u e  ca n   b e   p r e - elim in ated   w h e n   a  C T U  is   class if ied   as  n o n - SKI P.  ℎ   is   eq u al  to   0 . 0 0 1   an d   ℎ   is   0 . 9   [ 3 0 ]   a n d   ca n   b e  m o d if ied   to   p r o d u c e  d if f e r en t   o u tco m es  [ 3 1 ] .   W h en   th e  am o u n t  o f   b it  p er   p ix el  ( )   as  m ea s u r ed   b y   R   ex ce ed s   an   u p p e r   th r esh o ld   ℎ   o r   f alls   b elo w  a  lo wer   th r esh o l d   ℎ ,   th e  ar ea   r atio   o f   Sk ip   C T U  in   th e  co d ed   C T U.   Fo r   th e  test ,   s ev er al  v id eo   s eq u en ce s   f r o m   C lass es A1 ,   A2 ,   B ,   C ,   D,   E ,   an d   F a r e  s elec ted ,   co n tain in g   all  f r am es  at  d ef au lt  f r am e  r ates.  T h e  f ix   QP  m eth o d   r ef er s   to   f o u r   f ix e d   QP  2 2 ,   2 7 ,   3 2   an d   3 7   th at  ar e  s et  to   d o   v id eo   c o d in g   o n   s eq u e n c es  with o u t  r ate  co n tr o l  in itia lly   wh ile  tak in g   lo w  b itra te  co n s id er atio n   in to   ac co u n t.   T h e   Fix   QP - b ased   c o m p r ess io n   b itra tes  ar e   th en   estab lis h ed   as  th e  d esire d   b itr ates  f o r   e v er y   r ate  co n tr o l   m eth o d   u s ed   in   th is   s tu d y .   C o m p ar is o n s   with   o th e r   ap p r o ac h es  ar e   an ch o r ed   b y   t h e  VT M  1 4 . 2   r at e   co n tr o l  m eth o d ' s   p er f o r m an ce .   I t  s h o u ld   b e  n o ted   th at  th e   d ef au lt  tech n iq u es  f o r   r ate  c o n tr o l  ar e   s till   f r am e   lev el  an d   GOP  lev el.   T h e  n ex t  s u b s ec tio n s   co m p ar e  a n d   p r o v i d e  d etailed   ex p er im en t al  d ata  f o r   all  r ate   co n tr o l  alg o r ith m s ,   i n clu d in g   th e  q u ality   v ar ia n ce ,   th e   o b j ec tiv e  an d   p er ce p t u al  R - D  ef f icac y ,   an d   th e   R C   ac cu r ac y   at  d i f f er en t le v els,  an d   th e  s u b jectiv e  lev el  o f   p e r f o r m an ce   with   co d i n g   co m p lex it y .   W h en   α   is   f ix ed ,   a   b ig g er   v alu e  co r r esp o n d s   to   a   f aster   a p p r o ac h   o f     to   th e  o p tim u m .   Ho we v er ,   if   λ   v ar ies  m o r e  ab o u t  th e  co n v er g en t  v alu e,   th e  c o d in g   b ec o m es   less   ef f ec tiv e.   W e  ad ap tiv ely   v ar y   th e  v alu e  o f   λ   in   th e  VT M   r ef e r en ce   s o f t war e' s   en co d in g   p r o ce s s   to   ex p lo r e   th e  im p licatio n s   o f   v ar io u s   s tep   s izes.   Alg o r ith m   1   e x p lain s   th e  lo w  co m p lex ity   r ate  co n tr o l f o r   th e   VVC m eth o d .     Alg o r ith m   1 .   Ps eu d o co d e   o f   l o w  co m p lex ity   r ate  co n t r o l  f o r   VVC   Input:   GOP, Frame, CTU;   Output: Mode decision, QP, CU,  λ ;   Step l.   Prefetch CTU;   Step 2.   Calculate     =    . 2 (  − 12 ) / 3 ;   Step 3.   Calculate C, R and K from (4);   Step 4.   if skip CTU jump to end;   Step 5.   Update   λ (n+1) = λ (n) +α n g (n)     Step 6.   if current    decision = BestRD COST           then;   Step 7.   if    ∑ ( , )   ≤   = 1         then;   Step 8.   end if   Step 9.   jump to step 3   Step 10. return mode decision, QP,  λ ;   Step 11. end     Fo r   ac cu r ate   R D  co s t  ca lcu la tio n ,   co m p lex ity   r ed u ctio n   n ec ess itate s   th e  cr ea tio n   o f   p r ec is e  r ate - d is to r tio n   m o d els.  Mu c h   less   atten tio n   h as  r ec en tly   b ee n   p a id   to   o p tim izin g   th e  q u an tizati o n   p r o ce s s ,   d esp ite   th e  f ac t  th at  n u m er o u s   p r ec is e  r ate  d is to r tio n   m o d els  h av e  b ee n   p u t  o u t  f o r   th e  f ast  m o d e  d eter m in atio n   an d   r ate  co n tr o l  d o m ai n s .   T h r o u g h   th e  estab lis h m en t  o f   s p ec iall y   cr ea ted   r ate  an d   d is to r tio n   m o d els  b ased   o n   th e  p r o p o s ed   m o d el  ap p r o ac h ,   a   lo w  co m p lex ity   alg o r ith m   is   p r o p o s ed   in   th is   s tu d y .   C o n s eq u en tly ,   with   k n o wled g e  o f   th e  d is to r tio n   an d   r ate  m o d els  as  f u n ctio n s   o f   th e  r esid u al  s tatis tics   an d   q u an tizatio n   p ar am eter s ,   it  is   p o s s ib le  to   s u cc ess f u lly   av o id   th e  co m p u tatio n ally   in ten s iv e  s ea r ch   f o r   th e   o p tim al  q u an tized   co ef f icien ts .   Fig u r e  2   illu s tr at es  th e  v is u al  co m p ar is o n s   o f   Fo u r Peo p le  s eq u en ce   b etwe en   th e  r ec o n s tr u cted   f r am es  o b tain ed   u s in g   th e  d ef au lt  r ate  co n tr o l  in   VT M  1 4 . 2   in   Fig u r e  2 ( a)   an d   af ter   r ec o n s tr u cted   u s in g   o u r   r ate  co n tr o l  ap p r o ac h   in   Fig u r e  2 ( b ) .   T h e  co m p ar is o n   o f   s u b jectiv e  v is u als  s h o ws  in s ig n if ican t  q u ality   lo s s   an d   B DB R   as  s h o wn   in   T ab le  1 .           ( a)   ( b )     Fig u r e  2 .   T h e  co m p ar is o n   o f   s u b jectiv e  v is u al  o f   Fo u r Peo p le   s eq u en ce   ( a)   d ef a u lt VT M  an d   ( b )   o u r   p r o p o s ed   m eth o d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 6 8 6 - 1 6 9 5   1692   T ab le  1 .   T h e  r esu lt o f   t h e  p r o p o s ed   m eth o d   C l a s s   S e q u e n c e   P r o p o se d   m e t h o d   B D B R   ( %)      ( %)      ( %)   A1   Ta n g o 1   - 0 . 0 9   1 7 . 4 8   0 . 0 7 8   F o o d M a r k e t 4   0 . 2 8   1 7 . 7 9   0 . 0 9 3   C a m p f i r e   0 . 4 1   2 2 . 4 7   0 . 5 3   A2   C a t R o b o t   - 0 . 0 3 2   1 7 . 5 8   0 . 0 7 6   D a y l i g h t R o a d 2   0 . 3 5   1 8 . 5 1   0 . 0 6 7   P a r k R u n n i n g 3   - 0 . 0 9   1 6 . 4 2   0 . 0 2 5   B   K i m o n o   - 1 . 3 6   2 1 . 1 1   0 . 1 2   P a r k S c e n e   0 . 0 8   2 0 . 1 3   0 . 0 9 5   C a c t u s   - 0 . 5 4   1 9 . 8 2   0 . 1 2   B a s k e t b a l l D r i v e   0 . 1 7 3   1 6 . 8 7   0 . 0 9   B Q Te r r a c e   0 . 2 8   2 0 . 2 1   0 . 1 6 6   C   B a s k e t b a l l D r i l l   - 0 . 9 8   1 8 . 7 9   0 . 3 2   B Q M a l l   - 0 . 3 1   2 1 . 6 5   0 . 3 2   P a r t y S c e n e   - 1 . 2 1   2 1 . 8 9   0 . 1 8   R a c e H o r s e sC   0 . 1 3   1 6 . 3 4   0 . 2 1   D   B a s k e t b a l l P a ss   - 0 . 3 4   1 7 . 4 3   0 . 6 2   B Q S q u a r e   - 0 . 8 7   2 1 . 7 9   0 . 4 8   B l o w i n g B u b b l e s   - 0 . 1 1   2 2 . 1 9   0 . 3 5   R a c e H o r s e s   - 0 . 0 9   1 4 . 9 8   0 . 8 7   E   F o u r P e o p l e   - 0 . 3 3   2 2 . 9 8   0 . 5 5   Jo h n y   - 0 . 7 6   2 2 . 8 7   0 . 6 4 5   K r i s t e n A n d S a n d r a   - 1 . 2 4   1 8 . 1 3   0 . 7 8   F   B a s k e t b a l l D r i l l Te x t   - 0 . 8 9   1 6 . 2 1   0 . 3 9   S l i d e E d i t i n g   - 0 . 1 6   2 0 . 9 5   0 . 3 5   S l i d e S h o w   - 0 . 8 8   2 2 . 7 8   0 . 6 5   A v e r a g e   - 0 . 4 4   1 9 . 4 9   0 . 3 2 7       4.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N    A  co m p ar is o n   with   th e  r ate  co n tr o l  m eth o d   f o u n d   in   VT M  1 4 . 2   is   d o n e  in   o r d er   to   c o n f ir m   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e  s u g g est ed   r ate  co n tr o l  s tr ateg y .   T h e  C T C   f o r   lo w  d elay   ( L D)   an d   all  in tr a  ( AI )   co n f ig u r atio n s   ar e  u s ed   f o r   th e  s im u latio n s .   As  d o wn s am p lin g - b ased   co d in g   is   o f ten   ad v an tag eo u s   f o r   l o w   b itra tes an d   h ig h - r eso lu tio n   s eq u en ce s   with   test   QPs   s et  to   { 2 2 ,   2 7 ,   3 2 ,   3 7 }.   T o   attain   th e  g o al  b itra te  u s ed   in   o u r   r esear ch ,   th e  test   s eq u en ce s   ar e  en c o d ed   u s in g   t h e  o r ig in al   VT M  1 4 . 2   with o u t   th e   p r o p o s ed   r ate  co n tr o l  m o d e   b y   th e   af o r em en tio n ed   test   cir cu m s tan ce s .   T h e   r esu ltin g   tar g et  b itra te  is   th en   u tili ze d   a s   th e  in p u t  tar g et  b itra te  f o r   "Pr o p o s ed   R C "  an d   "R C   in   VT M - 1 4 . 2 "  af ter   b ein g   r o u n d ed   to   t h e  n ea r est  in teg er .   Sin ce   th e  o b jectiv e  o f   r a te  co n tr o l  is   to   ac h iev e   th e  d esire d   b itra te  an d   m in im ize  d is to r tio n ,   th e   r ate  c o n tr o l  alg o r ith m   is   ev al u ated   u s in g   b o th   b itra te  er r o r   an d   R - D  p er f o r m a n ce .   I n   th is   ca s e,   th e  b itra te  er r o r   ca n   b e  co m p u ted   u s in g :     =   | −   |   ×   100%      ( 9 )     wh er e    is   th e  d esig n ated   tar g e t  b itra te  an d     is   th e  e n co d er ' s   o u tp u t   b itra te.   I n   th is   p ap e r ,   VT M  1 4 . 2   was  test ed   o n   a   PC   r u n n in g   L i n u x   Ub u n t u   2 0 . 0 4 . 4   L T S  with   an   I n tel®  C o r eT M   i7 - 6 7 0 0 0 T   C o r e  @   2 . 8 0   GHz   p r o ce s s o r .   T h ir t y   f r am es  ar e  ex am in ed   f o r   ea c h   s eq u en ce   i n   th e  test s ,   wh ich   ar e  co n d u ct ed   u s in g   th e  J VE T   co m m o n   test   co n d itio n s .   T ab l e  1   d is p lay s   th e  r esu lt  o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d .   T h e  d ef au lt  t est  co n d itio n s   u s ed   in   th is   p ap er   ar e  co m m o n   test   co n d itio n s   with   q u an tizatio n   p ar am eter   ( QP) :  2 2 ,   2 7 ,   3 2 ,   3 7 ,   an d   all  in tr a  ( AI ) .   T h e  co d in g   p er f o r m an ce   is   m ea s u r ed   u s in g   B DB R ,   an d   t h e   en co d in g   tim e  s av in g s   (  )   ar e   co m p ar ed   to   th e  o r ig in al   VT M  p r o g r am   (  )   an d   th e   s u g g ested   tech n iq u e   (    ) .   T h e  f o llo win g   p r o v id es  th e  av er ag e  e n co d i n g   tim e  s av in g s ,   wh ich   is   a  m ea s u r e  o f   co m p lex ity   r ed u ctio n :     T s av i n g   =   T i m e V T M −   T i m e pr o po s ed   T i m e V T M   ×   100%     ( 1 0 )     R ate  co n tr o l  will  in v ar iab ly   r esu lt  in   a  h ea v y   co m p u tatio n al  co s t.  T h u s ,   we  ex am i n e  o u r   m eth o d ' s   co n v er g en ce   s p ee d   f r o m   t h e   p er s p ec tiv e  o f   u tili ze d   tim e .   No tab ly ,   o u r   in v esti g atio n   co n f ir m s   th at   ea ch   r ep etitio n   o n ly   n ee d s   a   s m all  am o u n t  o f   p r o ce s s in g   tim e .   T o   p u t  it  s u cc in ctly ,   th e   s u g g ested   ap p r o ac h   ca n   o p tim ize  b it  allo ca tio n   at  lo w  en co d in g   co m p lex ity   c o s ts .   T h u s ,   b y   in c o r p o r atin g   t h e   m o r e  p r ec is e  R - D  esti m atio n ,   o u r   s y s tem   ca n   all o ca te  b its   o p tim ally   with   m in i m al  ad d itio n al  co m p lex ity   c o s t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Lo w   co mp lexity  r a te  co n tr o l fo r   ve r s a tile v id eo   co d in g   w ith   h yb r id   …   ( A lexa n d er  V icto r   B u kit )   1693   Du e  to   ap p r o p r iate  b it  allo ca tio n   an d   p r ec is e  Q - λ   r elatio n s h ip ,   th e  s u g g ested   ap p r o ac h   c an   ac h iev e   1 9 . 4 9 %     an d   - 0 . 4 4 %  B DB R   s av in g s   wh en   co m p a r ed   t o   th e  VVC  r ate  co n tr o l  tech n iq u e.   T h ese   f in d in g s   o f f er   s ig n if ican t  p r o o f   o f   th e  s u g g ested   r ate  co n tr o l  alg o r ith m ' s   av er ag e  ef f icac y   i n   co m p ar is o n   to   th e   in itial  R DOQ  im p lem en tatio n   in   VT M.   T h e  p er f o r m an ce   o f   th e  o r ig in al  VT M  a n d   o u r   r ec o m m en d e d   m ajo r   m o d e  s elec tio n   ar e  co m p ar ed   i n   th is   s u b s ec tio n .   T o   ass ess   th e  o u tco m es  an d   t h e  co d in g   ti m e  r ed u ctio n   r ate  in   r elatio n   to   th e  a n ch o r   test   f in d in g s ,   we  em p lo y e d   th e  B DB R   an d    .   Sin ce   it  r eq u ir es  as  litt le  v id e o   co d in g   tim e  as  p o s s ib le  to   m in im ize  d elay   tim e,   it  m ay   p r o f it  f r o m   a   co n s id er ab le  d ec r ea s e  in    %  co m p ar ed   to   a  d ec r ea s e  in   B DB R   th at  wa s   m o d est  en o u g h   to   b e  ap p lied   t o   o n lin e  an d   r ea l - tim e   v id e o   co m m u n icatio n .   T ab le  1   an d   Fi g u r e  2   d is p lay   th e  test   r esu lts   u s in g   th e  s u g g ested   m eth o d .   T h e  av e r ag e  B DB R %  was  - 0 . 4 4 %  an d   th e  a v er ag e  d r o p   in    %  was  1 9 . 4 9 %.  T ab le  1   d em o n s tr ates  th at  th e  m eth o d   m ay ,   o n   av er ag e ,   s av e  1 9 . 4 9 %  o f   th e  en co d in g   tim e  at  VT M  1 4 . 2   with   ju s t  a   s m all  d ec r ea s e  in   s eq u en ce   te s t  q u ality .   T o   s u m   u p ,   all  QPs   h av e  u n if o r m   p r o ce d u r es,  a n d   th e  av e r ag e  tim e   s av in g s   o v er   VT M  1 4 . 2   is   s ig n if ican t.  T h e  r esu lts   in d icate   th at  o u r   R C   alg o r ith m   p er f o r m s   s im ilar ly   to   th e   r ate  co n tr o l  o f   th e  a n ch o r in g   VT M  1 4 . 2   p latf o r m ,   with   a    o f   0 . 3 7 2 %.    B ec au s e  th e  tim e  s av in g s   an d   B DB R   p r o ce s s   ar e  d ir ec tly   as s o ciate d   with   th e   tim e  s av i n g s   ac r o s s   th e   en tire   en co d i n g   p r o ce s s ,   th e  s u g g ested   ap p r o ac h   e n ab les  th e  s y s tem   to   s av e  a  f air   am o u n t  o f   tim e  d u r in g   th e   VT M  1 4 . 2   en co d in g   p r o ce s s .   Fo r   th e  R ac eHo r s e  s eq u e n ce ,   th e  r ec o m m en d e d   m eth o d   l o wer ed   th e  e n co d i n g   tim e  b y   at   least  1 4 . 9 8 %,  an d   f o r   th e   Fo u r Peo p le   s eq u en ce ,   it   r ed u ce d   it  b y   b etter   th a n   2 2 . 9 8 %.  T h e  p r o p o s ed   m eth o d   p r o v i d es  less      f o r   th e  f ast - m o tio n   m o v ie  s eq u e n c e  "RaceH o r s e, "  b u t  it  p er f o r m s   well  f o r   v id eo s   lik e  "Fo u r Peo p le, "  wh i ch   in clu d e  a  lo t o f   s m o o th   s ec tio n s   an d   s lo w  m o tio n .   T h is   d em o n s tr ates th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   ef f icien t  a n d   u n i v er s al  in   r ed u cin g   co d i n g   co m p lex ity   an d   m ay   b e  u s ed   to   an y   s eq u en ce .   Giv en   th at   it  ca n   s h o r te n   th e   e n co d in g   tim e   an d   p r o d u ce   a   p ar titi o n   p r ed ictio n   r esu lt  th at   i s   alm o s t  id en tical  to   th e  o r ig in al  m eth o d o lo g y ,   th e  m eth o d   p r o p o s ed   in   th is   wo r k   ca n   d r asti ca lly   cu t  th e  e n co d in g   tim e  wh ile   m ain tain in g   en c o d in g   q u ality .   W e  co m p ar e  th e  p r o p o s ed   al g o r ith m   t o   o th e r   s tate - of - th e - ar t  wo r k s ,   in clu d in g   t h e  Fu   et  a l.   ( T F)  alg o r ith m   i n   [ 1 9 ] ,   C u i  et  a l.   ( J C )   alg o r ith m   in   [ 2 0 ]   a n d   L iao   et  a l.   ( J L )   alg o r ith m   in   [ 2 1 ] ,   t o   p r o v id e  an   o b jectiv e  co m p ar is o n .   T h e  VT M  v id eo   c o d in g   s tan d ar d   an d   t h e  s eq u en ce s   ( C lass   A1 ,   A2 ,   B ,   C ,   D,   an d   E )   ar e   u s ed   to   test   ea ch   m eth o d .   T h e  av er ag e  tim e  s av in g s   (  %)  av er ag e  is   th e  m etr ic  u s ed   to   ev alu ate  th e   alg o r ith m ' s   p er f o r m a n ce .   T h e   v alu e  o f    ,   as  d is p lay ed   in   Fig u r e  3 ,   in d icate s   th e  r atio   o f   r ed u ctio n   in   co m p u tatio n   co m p le x ity .           Fig u r e  3 .   T h e  co m p ar is o n   o f   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   e x p er i m en tal  av er ag e  r esu lts   with   th e  p r ev io u s   m eth o d       T h e  s u g g ested   alg o r ith m   o u tp er f o r m s   t h e  c u r r en t   alg o r ith m s   b y   a   s m all  m a r g in .   First,  o u r   alg o r ith m   o u tp er f o r m ed   th e   alg o r ith m   i n   [ 1 9 ]   in   ter m s   o f   lo wer in g   t h e  av er a g e  c o d in g   co m p lex it y .   Ad d itio n ally ,   o u r   alg o r ith m ' s   en co d in g   tim e  wa s   8 . 4 9 %  s h o r ter .   Nex t,  o u r   s tr ateg y   d ec r ea s ed   th e  e n co d in g   tim e  b y   1 . 3 1 %  in   co m p ar is o n   to   [ 2 0 ] .   Nex t,  o u r   ap p r o ac h   r esu lted   in   a  1 2 . 4 9 %  r ed u ctio n   in   en co d i n g   tim e   wh en   co m p ar ed   to   [ 2 1 ] .   T o   th e  b est  o f   o u r   k n o wled g e,   th e  lo w  c o m p lex ity   r ate  co n tr o l  f o r   VVC  with   h y b r i d   L ag r a n g e   m u ltip lier   is   b ein g   p r o p o s ed   f o r   th e  f ir s t  tim e  in   liter atu r e.   E ac h   u n iq u e  s eq u en ce   is   co n s is ten t,  th u s   th er e  will   b e  v ar iatio n s   in   th e  c o m p lex it y   r ed u ctio n .   T h is   s tr ateg y   wil l  p er f o r m   b etter   with   s tead y   s eq u en ce s   an d   less   well  with   r ap id l y   c h an g in g   s e q u en ce s .   I t  is   e x p ec ted   th at  t h is   m eth o d   will  ap p l y   th ese   r esu lts   co n s is ten tly   to   all  v id eo   en c o d in g s   th at  c o m p l y   with   VT M.   0 5 10 15 20 TF JC Pro pos ed JL    (%)   Th e  se l e c te d  state - of - th e - ar t works   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 6 8 6 - 1 6 9 5   1694   T h e  lo s s y   en co d e r   m o d u les  lik e  q u an tizatio n ,   ar e  th e  s o u r c e  o f   th e  co d in g   d is to r tio n ,   wh i ch   is   m o s tly   d eter m in ed   b y   th e  co d in g   s ettin g s .   I t seem s   th at  s ig n if ican t d o wn s am p lin g   d is to r tio n   im p lies   a  s ig n if ican t lo s s   o f   h ig h - f r e q u en c y   in f o r m atio n   d u r in g   th e  r esam p lin g   p r o ce s s .   T h e  en co d er   lik ely   f av o r s   f u ll - r eso lu tio n   co d in g   in   th is   s itu atio n .   On   th e  o th er   h an d ,   wh e n   th e  d o wn s am p lin g   d is to r tio n   is   lo w,   d o wn s am p lin g - b ased   co d in g   is   p r o b a b ly   g o in g   to   p er f o r m   b etter .   T h u s ,   th e  id ea l   co d in g   r eso lu tio n   is   ascer tain ed   b y   u tili zin g   th e   d o wn s am p lin g   d is to r tio n .       5.   CO NCLU SI O N    E x p er im en tal  v alid atio n   an d   p u b licatio n   o f   th e  lo w  co m p l ex ity   r ate  co n tr o l  f o r   VVC  w ith   h y b r id   L ag r an g e  m u ltip lier   h av e  b ee n   co m p leted .   T h e  VT M  1 4 . 2   ( VVC  tes t  m o d e)   s tan d ar d   is   u s ed   to   ce r tify   r ea l - tim e  v id eo   co m m u n icatio n .   T h e  o p tim izatio n   ca n   r ed u ce   th e  co d in g   tim e   ( t%)  av e r ag e  b y   1 9 . 4 9 %  b y   u s in g   th e  p r o p o s ed   m eth o d .   T h is   is   a  s ig n if ican t  d ec r ea s e  co m p ar ed   to   th e  d r o p p in g   B DB R   av e r ag e  lev el,   wh ic h   is   s o   litt le  as to   b e  in s ig n if ican t ( - 0 . 4 4 %).   T h e  test   r esu lts   d em o n s tr ate  t h at  th e  co d e   n ee d ed   f o r   r ea l - ti m e  v id eo   tr an s m is s io n   m ay   b e   co m p leted   in   a  s h o r ter   a m o u n t  o f   tim e,   wh ich   is   p r etty   g o o d .   I t  is   ex p ec ted   th at  th e  s am e  o u tco m es  wo u ld   h o ld   tr u e   f o r   o th er   s eq u en ce s   as  well,   o p e n in g   u p   f u r th er   ap p licatio n   o p tio n s .   T h ese   s p ec if ic  f i n d in g s   o f f e r   p r o m is in g   m eth o d s   f o r   f u r th er   r esear c h   an d   im p lem e n tatio n ,   p a r ticu la r ly   in   co m p lex ity   r e d u ctio n   v id eo   co d i n g   ef f o r ts   an d   r ate  co n tr o l e n h an ce m e n t.       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h e  Au th o r s   wo u ld   lik e  to   ac k n o wled g e  th e  s u p p o r t  p r o v id ed   b y   th e  E lectr ical  E n g in ee r in g   Dep ar tm en t,  Facu lty   o f   I n tell ig en t  E lectr ical  an d   I n f o r m at ics  T ec h n o lo g y ,   I T S  o n   r ese ar ch   f ac ilit ies  an d   f in an cial  s u p p o r t d u r in g   t h e  co m p letio n   o f   th is   r esear ch .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   H .   Y u a n ,   Q .   W a n g ,   Q .   L i u ,   J .   H u o ,   a n d   P .   L i ,   “ H y b r i d   d i s t o r t i o n - b a sed   r a t e - d i st o r t i o n   o p t i m i z a t i o n   a n d   r a t e   c o n t r o l   f o r   H . 2 6 5 / H EV C , ”   I E EE  T r a n sa c t i o n s  o n   C o n s u m e r   El e c t ro n i c s ,   v o l .   6 7 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 – 1 0 6 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C E. 2 0 2 1 . 3 0 6 5 6 3 6 .   [ 2 ]   Y .   Li ,   Z .   C h e n ,   “ R a t e   c o n t r o l   f o r   V V C , ”   D o c u m e n t   J VET - K 0 3 9 0 ,   J u l y .   2 0 1 8 .   A c c e ss e d :   Ja n   8 ,   2 0 2 5 .   [ O n l i n e ] ,   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / j v e t - e x p e r t s. o r g / d o c _ e n d _ u ser/ d o c u me n t s / 1 1 _ Lj u b l j a n a / w g 1 1 / JV ET - K 0 3 9 0 - v 5 . z i p     [ 3 ]   Z.   L i u ,   Y .   L i ,   Z .   C h e n ,   “ A d a p t i v e   λ   r a t i o   e st i ma t i o n   f o r   r a t e   c o n t r o l   i n   V V C , ”   D o c u m e n t   J V ET - L 0 2 4 1 ,   O c t .   2 0 1 8 .   A c c e ss e d :   J a n   8 ,   2 0 2 5 .   [ O n l i n e ] ,   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / j v e t - e x p e r t s. o r g / d o c _ e n d _ u s e r / d o c u m e n t s / 1 2 _ M a c a o / w g 1 1 / JV E T - L0 2 4 1 - v 4 . z i p   [ 4 ]   B .   Li ,   H .   Li ,   L.   Li ,   a n d   J .   Zh a n g ,   “ R a t e   c o n t r o l   b y   R - λ   m o d e l   f o r   H EV C ,   ”   i n   J o i n t   C o l l a b o r a t i v e   T e a m   o n   V i d e o   C o d i n g   ( J C T - VC )   o f   I T U - T   S G 1 6   WP 3   a n d   I S O / I EC   J T C 1 / S C 2 9 / WG1 1 ,   J C T V C - K 0 1 0 3 ,   2 0 1 2 .   A c c e ss e d :   Ja n   8 ,   2 0 2 5 .   [ O n l i n e ] ,   A v a i l a b l e :   h t t p s : / / m p e g . e x p e r t / j c t / f i l e s/ J C TV C - K 0 1 0 3 - v 2 . z i p   [ 5 ]   R .   S o n g   a n d   Y .   Z h a n g ,   “ O p t i m i z e d   r a t e   c o n t r o l   a l g o r i t h m o f   h i g h - e f f i c i e n c y   v i d e o   c o d i n g   b a s e d   o n   r e g i o n   o f   i n t e r e st , ”   J o u rn a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r  En g i n e e r i n g ,   v o l .   2 0 2 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 0 / 4 3 5 4 2 9 6 .   [ 6 ]   B .   Li ,   H .   Li ,   L.   L i ,   a n d   J.  Z h a n g ,   “ A d a p t i v e   b i t   a l l o c a t i o n   f o r   R - λ   m o d e l   r a t e   c o n t r o l   i n   H M , ”   i n   J o i n t   C o l l a b o ra t i v e   T e a m   o n   Vi d e o   C o d i n g   ( J C T - VC )   o f   I T U - T   S G 1 6   WP 3   a n d   I S O / I EC   J T C 1 / S C 2 9 / WG1 1 ,   J C T VC - M 0 0 3 6 ,   2 0 1 3 .   A c c e s sed :   J a n   8 ,   2 0 2 5 .   [ O n l i n e ] ,   A v a i l a b l e :   h t t p s: / / m p e g . e x p e r t / j c t / f i l e s / JC TV C - M 0 0 3 6 - v 4 . z i p     [ 7 ]   H .   W e i ,   W .   Z h o u ,   X .   Z h o u ,   a n d   Z.   D u a n ,   “ S u b - f r a me  l a y e r   r a t e   d i s t o r t i o n   o p t i m i z a t i o n   f o r   h i g h   e f f i c i e n c y   v i d e o   c o d i n g , ”   I EE E  Ac c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   5 3 1 1 6 – 5 3 1 3 2 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 2 9 8 1 1 4 3 .   [ 8 ]   L .   L i ,   B .   L i ,   H .   L i ,   a n d   C .   W .   C h e n ,   “ λ   - d o m a i n   o p t i m a l   b i t   a l l o c a t i o n   a l g o r i t h m   f o r   h i g h   e f f i c i e n c y   v i d e o   c o d i n g , ”   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   C i r c u i t s   a n d   S y s t e m s   f o r   V i d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 8 ,   n o .   1 ,   p p .   1 3 0 – 1 4 2 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T . 2 0 1 6 . 2 5 9 8 6 7 2 .   [ 9 ]   C .   H .   K u o ,   Y .   L.   S h i h ,   a n d   S .   C .   Y a n g ,   “ R a t e   c o n t r o l   v i a   a d j u st me n t   o f   l a g r a n g e   mu l t i p l i e r   f o r   v i d e o   c o d i n g , ”   I E EE  T r a n sa c t i o n s   o n   C i rc u i t s  a n d   S y st e m s   f o r  Vi d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 6 ,   n o .   1 1 ,   p p .   2 0 6 9 – 2 0 7 8 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T. 2 0 1 5 . 2 5 0 1 9 2 1 .   [ 1 0 ]   F .   R a u f me h r ,   M .   R .   S a l e h i ,   a n d   E .   A b i r i ,   “ A   f r a me - l e v e l   M LP - b a s e d   b i t - r a t e   c o n t r o l l e r   f o r   r e a l - t i me  v i d e o   t r a n sm i ssi o n   u si n g   V V C   st a n d a r d , ”   J o u rn a l   o f   R e a l - T i m e   I m a g e   Pr o c e ssi n g ,   v o l .   1 8 ,   n o .   3 ,   p p .   7 5 1 – 7 6 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 5 5 4 - 0 2 0 - 0 1 0 1 8 - 2.   [ 1 1 ]   M .   W a n g ,   K .   N .   N g a n ,   a n d   H .   Li ,   “ L o w - d e l a y   r a t e   c o n t r o l   f o r   c o n s i st e n t   q u a l i t y   u si n g   d i st o r t i o n - b a se d   l a g r a n g e   mu l t i p l i e r , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s  o n   I m a g e   Pro c e ss i n g ,   v o l .   2 5 ,   n o .   7 ,   p p .   2 9 4 3 – 2 9 5 5 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI P . 2 0 1 6 . 2 5 5 2 6 4 6 .   [ 1 2 ]   S .   L i ,   M .   X u ,   Z.   W a n g ,   a n d   X .   S u n ,   “ O p t i mal   b i t   a l l o c a t i o n   f o r   C TU   l e v e l   r a t e   c o n t r o l   i n   H EV C , ”   I EEE   T r a n s a c t i o n s   o n   C i r c u i t s   a n d   S y s t e m s   f o r V i d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   2 7 ,   n o .   1 1 ,   p p .   2 4 0 9 – 2 4 2 4 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T. 2 0 1 6 . 2 5 8 9 8 7 8 .   [ 1 3 ]   Z.   C h e n   a n d   X .   P a n ,   “ A n   o p t i mi z e d   r a t e   c o n t r o l   f o r   l o w - d e l a y   H . 2 6 5 / H EV C , ”   I EE E  T ra n s a c t i o n s  o n   I m a g e   Pr o c e ssi n g ,   v o l .   2 8 ,   n o .   9 ,   p p .   4 5 4 1 – 4 5 5 2 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI P . 2 0 1 9 . 2 9 1 1 1 8 0 .   [ 1 4 ]   X .   P a n   a n d   Z.   C h e n ,   “ M u l t i - l a y e r   q u a n t i z a t i o n   c o n t r o l   f o r   q u a l i t y - c o n s t r a i n e d   H . 2 6 5 / H EV C , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s  o n   I m a g e   Pro c e ssi n g ,   v o l .   2 6 ,   n o .   7 ,   p p .   3 4 3 7 – 3 4 4 8 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI P . 2 0 1 6 . 2 6 2 7 8 1 8 .   [ 1 5 ]   T.   C h i a n g   a n d   Y .   Q .   Zh a n g ,   “ A   n e w   r a t e   c o n t r o l   sc h e m e   u si n g   q u a d r a t i c   r a t e   d i st o r t i o n   mo d e l , ”   I EE E  T r a n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t s  a n d   S y s t e m s   f o r V i d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   7 ,   n o .   1 ,   p p .   2 4 6 – 2 5 0 ,   1 9 9 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / 7 6 . 5 5 4 4 3 9 .   [ 1 6 ]   S .   M a ,   W .   G a o ,   a n d   Y .   Lu ,   “ R a t e - d i st o r t i o n   a n a l y si s   f o r   H . 2 6 4 / A V C   v i d e o   c o d i n g   a n d   i t s  a p p l i c a t i o n   t o   r a t e   c o n t r o l , ”   I E EE   T ra n s a c t i o n s  o n   C i rc u i t s  a n d   S y s t e m s  f o r  V i d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 5 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 5 3 3 – 1 5 4 3 ,   2 0 0 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T. 2 0 0 5 . 8 5 7 3 0 0 .   [ 1 7 ]   D .   K .   K w o n ,   M .   Y .   S h e n ,   a n d   C .   C .   J a y   K u o ,   “ R a t e   c o n t r o l   f o r   H . 2 6 4   v i d e o   w i t h   e n h a n c e d   r a t e   a n d   d i s t o r t i o n   m o d e l s , ”   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   C i r c u i t s   a n d   S y s t e m s   f o r   V i d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 7 ,   n o .   5 ,   p p .   5 1 7 – 5 2 8 ,   2 0 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T . 2 0 0 7 . 8 9 4 0 5 3 .   [ 1 8 ]   C .   H .   K u o ,   L.   C .   C h a n g ,   H .   C .   C h i u ,   a n d   B .   D .   L i u ,   “ Ef f i c i e n t   t w o - p a ss   r a t e   c o n t r o l   sc h e me  b a se d   o n   a d j u st i n g   d i s t r i b u t i o n   o f   d i s c r e t e   c o s i n e   t r a n sf o r m  c o e f f i c i e n t s , ”   I ET I m a g e   Pr o c e ssi n g ,   v o l .   4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 1 1 – 2 2 2 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / i e t - i p r . 2 0 0 9 . 0 0 8 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Lo w   co mp lexity  r a te  co n tr o l fo r   ve r s a tile v id eo   co d in g   w ith   h yb r id   …   ( A lexa n d er  V icto r   B u kit )   1695   [ 1 9 ]   T.   F u ,   K .   Z h a n g ,   L .   Z h a n g ,   S .   W a n g ,   a n d   S .   M a ,   “ R a t e   c o n t r o l   w i t h   r e so l u t i o n   c h a n g e s  f o r   V V C , ”   i n   Pr o c e e d i n g s   -   I EEE   I n t e r n a t i o n a l   S y m p o si u m   o n   C i rc u i t s  a n d   S y s t e m s ,   2 0 2 3 ,   v o l .   2 0 2 3 - M a y ,   p p .   1 – 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I S C A S 4 6 7 7 3 . 2 0 2 3 . 1 0 1 8 1 9 5 1 .   [ 2 0 ]   J .   C u i ,   S .   W a n g ,   S .   W a n g ,   X .   Z h a n g ,   S .   M a ,   a n d   W .   G a o ,   “ H y b r i d   l a p l a c e   d i s t r i b u t i o n - b a s e d   l o w   c o m p l e x i t y   r a t e - d i s t o r t i o n   o p t i m i z e d   q u a n t i z a t i o n , ”   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I m a g e   P r o c e s s i n g ,   v o l .   2 6 ,   n o .   8 ,   p p .   3 8 0 2 – 3 8 1 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T I P . 2 0 1 7 . 2 7 0 3 1 1 2 .   [ 2 1 ]   J.  Li a o ,   L.   L i ,   D .   L i u ,   a n d   H .   Li ,   “ C o n t e n t - a d a p t i v e   r a t e - d i s t o r t i o n   mo d e l i n g   f o r   f r a me - l e v e l   r a t e   c o n t r o l   i n   v e r sat i l e   v i d e o   c o d i n g , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   Mu l t i m e d i a ,   v o l .   2 6 ,   p p .   6 8 6 4 – 6 8 7 9 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TM M . 2 0 2 4 . 3 3 5 8 0 6 3 .   [ 2 2 ]   Y .   Li ,   Z.   Li u ,   Z.   C h e n ,   a n d   S .   L i u ,   “ R a t e   c o n t r o l   f o r   v e r sa t i l e   v i d e o   c o d i n g , ”   Pr o c e e d i n g s   -   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   I m a g e   Pro c e ssi n g ,   I C I P ,   v o l .   2 0 2 0 - O c t o b ,   p p .   1 1 7 6 – 1 1 8 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C I P 4 0 7 7 8 . 2 0 2 0 . 9 1 9 1 1 2 5 .   [ 2 3 ]   M .   H .   H y u n ,   B .   Le e ,   a n d   M .   K i m,  “ A   f r a me - l e v e l   c o n s t a n t   b i t - r a t e   c o n t r o l   u si n g   r e c u r s i v e   b a y e s i a n   e st i ma t i o n   f o r   v e r sa t i l e   v i d e o   c o d i n g , ”   I EEE   Ac c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   2 2 7 2 5 5 – 2 2 7 2 6 9 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 2 0 . 3 0 4 6 0 4 3 .   [ 2 4 ]   Z.   G .   L i   e t   a l . ,   “ A d a p t i v e   r a t e   c o n t r o l   f o r   H . 2 6 4 , ”   J o u r n a l   o f   V i s u a l   C o m m u n i c a t i o n   a n d   I m a g e   R e p r e se n t a t i o n ,   v o l .   1 7 ,   n o .   2 ,     p p .   3 7 6 – 4 0 6 ,   2 0 0 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j v c i r . 2 0 0 5 . 0 4 . 0 0 4 .   [ 2 5 ]   B .   L i ,   H .   Li ,   L.   L i ,   a n d   J.  Zh a n g ,   “ λ   d o ma i n   r a t e   c o n t r o l   a l g o r i t h m   f o r   h i g h   e f f i c i e n c y   v i d e o   c o d i n g , ”   I EEE  T r a n s a c t i o n s  o n   I m a g e   Pro c e ssi n g ,   v o l .   2 3 ,   n o .   9 ,   p p .   3 8 4 1 – 3 8 5 4 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI P . 2 0 1 4 . 2 3 3 6 5 5 0 .   [ 2 6 ]   X .   W e i ,   M .   Z h o u ,   H .   W a n g ,   H .   Y a n g ,   L .   C h e n ,   a n d   S .   K w o n g ,   “ R e c e n t   a d v a n c e s  i n   r a t e   c o n t r o l :   f r o m   o p t i mi z a t i o n   t o   i mp l e m e n t a t i o n   a n d   b e y o n d , ”   I EE E   T ra n s a c t i o n s   o n   C i rc u i t s   a n d   S y st e m s  f o r   Vi d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   3 4 ,   n o .   1 ,   p p .   1 7 – 3 3 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TC S V T . 2 0 2 3 . 3 2 8 7 5 6 1 .   [ 2 7 ]   Y .   M a o ,   M .   W a n g ,   S .   W a n g ,   a n d   S .   K w o n g ,   “ H i g h   e f f i c i e n c y   r a t e   c o n t r o l   f o r   v e r sa t i l e   v i d e o   c o d i n g   b a se d   o n   c o mp o s i t e   c a u c h y   d i s t r i b u t i o n , ”   I E EE  T ra n s a c t i o n s  o n   C i rc u i t s  a n d   S y st e m s  f o r  Vi d e o   T e c h n o l o g y ,   v o l .   3 2 ,   n o .   4 ,   p p .   2 3 7 1 – 2 3 8 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T C S V T. 2 0 2 1 . 3 0 9 3 3 1 5 .   [ 2 8 ]   F .   L i u   a n d   Z.   C h e n ,   “ M u l t i - o b j e c t i v e   o p t i m i z a t i o n   o f   q u a l i t y   i n   V V C   r a t e   c o n t r o l   f o r   l o w - d e l a y   v i d e o   c o d i n g , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   I m a g e   Pro c e ss i n g ,   v o l .   3 0 ,   p p .   4 7 0 6 – 4 7 1 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI P . 2 0 2 1 . 3 0 7 2 2 2 5 .   [ 2 9 ]   H .   E v e r e t t   I I I ,   “ G e n e r a l i z e d   l a g r a n g e   mu l t i p l i e r   met h o d   f o r   s o l v i n g   p r o b l e ms  o f   o p t i m u m  a l l o c a t i o n   o f   r e so u r c e s, ”   O p e r a t i o n s   Re se a rc h ,   v o l .   1 1 ,   n o .   3 ,   p p .   3 9 9 – 4 1 7 ,   1 9 6 3 ,   d o i :   1 0 . 1 2 8 7 / o p r e . 1 1 . 3 . 3 9 9 .   [ 3 0 ]   Y .   H .   Li n ,   C .   Y .   C h e n ,   a n d   C .   W .   Ta n g ,   “ V V C   b a se d   r a t e   c o n t r o l   u s i n g   S K I P   C TU   p r e d i c t o r , ”   i n   2 0 2 2   I E EE  I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o n su m e r E l e c t r o n i c s - Asi a ,   I C C E - As i a   2 0 2 2 ,   2 0 2 2 ,   p p .   1 – 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C E - A si a 5 7 0 0 6 . 2 0 2 2 . 9 9 5 4 8 0 2 .   [ 3 1 ]   Y .   W a n g ,   P .   D a i ,   J .   Z h a o ,   a n d   Q .   Z h a n g ,   “ F a st   C U   p a r t i t i o n   d e c i si o n   a l g o r i t h m  f o r   V V C   i n t r a   c o d i n g   u s i n g   a n   M ET - C N N , ”   El e c t r o n i c s   ( S w i t zer l a n d ) ,   v o l .   1 1 ,   n o .   1 9 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e l e c t r o n i c s 1 1 1 9 3 0 9 0 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS         Ale x a n d e r   Vic t o r   Bu k it           re c e iv e d   t h e   b a c h e lo r   d e g re e   i n   e le c tri c a l  e n g i n e e rin g   fro m   Un iv e rsity   o f  S u m a tera   Uta ra ,   M e d a n ,   In d o n e sia ,   th e   m a ste r  d e g re e   in   e lec tri c a l  e n g in e e rin g ,   tele c o m m u n ica ti o n ,   fro m   In stit u t  Tek n o lo g i  S e p u lu h   No p e m b e r,   S u ra b a y a ,   In d o n e sia   in   2 0 1 7 .   C u rre n tl y ,   h e   is  c o m p leti n g   h is  P h . D.   in   tel e c o m m u n ica ti o n ,   a t  I n stit u t   Tek n o lo g i  S e p u l u h   No p e m b e r ,   S u ra b a y a ,   I n d o n e sia .   His  re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   tele c o m m u n ica ti o n   p lan n in g ,   v id e o   c o d i n g   a n d   o p t imiz a ti o n .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   7 0 2 2 2 1 1 0 0 7 @s tu d e n t. it s.a c . id .         S u wa d i           re c e iv e d   t h e   b a c h e lo r  d e g re e   in   e lec tri c a l  e n g i n e e rin g   fro m   I n stit u t  Tek n o lo g i  S e p u lu h   N o p e m b e r,   S u ra b a y a ,   In d o n e sia   in   1 9 9 2 ,   t h e   m a ste r  d e g re e   in   e lec tri c a l   e n g in e e rin g   fro m   I n stit u t  Tek n o l o g i  Ba n d u n g ,   In d o n e sia ,   in   1 9 9 9 ,   a n d   t h e   d o c t o ra l  d e g re e   in   e lec tri c a l  e n g in e e rin g   fro m   I n sti tu t  Te k n o lo g i  S e p u l u h   No p e m b e r,   S u ra b a y a ,   In d o n e sia   i n   2 0 1 2 .   C u rre n tl y ,   h e   is  a n   a ss o c iate   p ro fe ss o r  in   t h e   De p a rtme n t  o f  El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   In stit u t   Tek n o l o g i  S e p u l u h   No p e m b e r,   S u ra b a y a ,   I n d o n e sia .   Hi s  re se a rc h   in tere sts  in c l u d e   d ig it a l   c o m m u n ica ti o n s,   u n d e rwa ter  a c o u stic   c o m m u n ica ti o n ,   d i g i t a l  sig n a l   p r o c e ss in g ,   ima g e   a n d   v id e o   p ro c e ss in g ,   s o ftwa re   d e fin e d   ra d io   a n d   b ro a d b a n d   wire l e ss   c o m m u n ica ti o n s.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  s u wa d i@e e . it s.a c . id .         Wira wa n           re c e iv e d   t h e   B. E .   d e g re e   in   tele c o m m u n ica ti o n   e n g in e e rin g   f ro m   In stit u t   Tek n o lo g i  S e p u lu h   N o p e m b e r  (IT S ),   S u ra b a y a ,   In d o n e sia ,   in   1 9 8 7 ,   th e   DEA  i n   sig n a l   a n d   ima g e   p ro c e ss in g   fr o m   Eco le  S u p é rieu re   e n   S c ien c e s  In fo rm a ti q u e s,  S o p h ia  An t ip o li s,  a n d   th e   Dr.   d e g re e   in   ima g e   p ro c e s sin g   fro m   Tele c o m   P a risTec h   ( p re v io u sly   Eco le  Na ti o n a le  S u p é rieu re   d e s  Télé c o m m u n ica ti o n s),  P a ris,   F ra n c e ,   in   1 9 9 6   a n d   2 0 0 3 ,   re sp e c ti v e ly .   S in c e   1 9 8 9   h e   h a s  b e e n   wi th   IT S   a s  le c tu re r  in   t h e   El e c tri c a l  En g in e e ri n g   De p a rtme n t.   His  re se a rc h   in tere sts  li e   in   th e   g e n e ra l  a re a   o f  sta ti stica l  sig n a l  p ro c e ss in g ,   a n d   re c e n tl y   f o c u se s  m o re   o n   u n d e rwa ter  a c o u stic  c o m m u n ica ti o n   a n d   n e two r k in g   a n d   o n   v a rio u s  a sp e c ts  o f  wire les s   se n so r  n e two rk s.   He   is a  m e m b e r  o f  IEE E.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :  wira wa n @its. a c . id .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.