RK3588 MPP编码ROI功能调优：解决码率失控与画质平衡问题

背景说明

最近，有开发者反馈在基于RK3588的编码项目中，启用了MPP的ROI（感兴趣区域）功能后，遇到了一个两难问题：要么码率暴涨失控，要么视觉效果提升不明显。他的具体需求是：参考开源项目演示，期望在未启用ROI时，画面整体画质均匀；启用ROI后，能够实现人物区域清晰、背景模糊以节省带宽。

他当时使用的编码参数如下：

enc_params.rc_mode = MPP_ENC_RC_MODE_CBR;
enc_params.bps = 2000 * 1024;        // 目标码率

ROI相关的参数配置为：

force_intra = 0;
qp_mode = 1; // 绝对QP模式
qp_val = 20;

对应的ROI处理逻辑代码如下：

if (enc_params.roi_enable) {
    bool has_valid_roi = false;
    const int MAX_ROI = 8;
    int count = 0;
    for (const auto& rect : roi_boxes) {
        if (count >= MAX_ROI) break;
        RK_S32 x = MPP_ALIGN(static_cast<RK_S32>(rect.x), 16);
        RK_S32 y = MPP_ALIGN(static_cast<RK_S32>(rect.y), 16);
        RK_S32 w = MPP_ALIGN(static_cast<RK_S32>(rect.width), 16);
        RK_S32 h = MPP_ALIGN(static_cast<RK_S32>(rect.height), 16);
        // 边界裁剪
        if (w <= 0 || h <= 0 || x >= enc_params.width || y >= enc_params.height) continue;
        if (x + w > enc_params.width) w = enc_params.width - x;
        if (y + h > enc_params.height) h = enc_params.height - y;
        if (w <= 0 || h <= 0) continue;
        RoiRegionCfg region;
        region.x = x;
        region.y = y;
        region.w = w;
        region.h = h;
        region.force_intra = 0;
        region.qp_mode = 1;
        region.qp_val = 20;
        if (mpp_enc_roi_add_region(enc_params.roi_mpp_ctx, ®ion) == MPP_OK) {
            has_valid_roi = true;
            count++;
        }
    }
    if (has_valid_roi) {
        mpp_enc_roi_setup_meta(enc_params.roi_mpp_ctx, meta);
    }
}

其中，RoiRegionCfg 结构体定义如下：

启用ROI编码后，虽然前景（吊车）清晰，背景产生了马赛克效果，但码率出现了剧烈突增，且不再受CBR（恒定码率）模式的约束。

后续，他将参数调整为相对QP模式：

region.force_intra = 0;
region.qp_mode = 0; // 相对QP模式
region.qp_val = -8;

这次码率恢复正常，但视觉效果的提升却不明显，前景不如之前清晰，背景也不再是明显的马赛克。

问题确认与根因分析

总结一下，问题表现为两种典型的矛盾现象：

1. 绝对QP模式（qp_mode=1, qp_val=20）：ROI区域画质提升效果显著，但码率完全失控。
2. 相对QP模式（qp_mode=0, qp_val=-8）：码率控制良好，但ROI区域的画质提升效果微乎其微。

场景	force_intra	qp_mode	qp_val	效果	码率
未开启ROI	-	-	-	整体画质一致	正常~2Mbps
开启ROI	0	1(绝对)	20	前景清晰，背景马赛克	突增，不受CBR约束
开启ROI	0	0(相对)	-8	效果不明显	正常~2Mbps

问题的根源在于对MPP中ROI的QP调整模式理解不够深入。查阅Rockchip MPP源码中的注释（utils/mpp_enc_roi_utils.c）可以明确：

/*
 * QP调整模式说明:
 *
 * qp_adj_mode = 1 (绝对QP模式):
 *     16x16宏块的QP被设置为qp_adj的值，绕过RC计算的target_qp
 *
 * qp_adj_mode = 0 (相对QP模式):
 *     16x16宏块的QP在RC计算的QP基础上调整qp_adj
 *     final_qp = rc_target_qp + qp_adj
 */

核心结论：在绝对QP模式下（qp_mode=1），ROI区域内每个宏块的QP值被直接固定为qp_val（例如20），完全绕过了码率控制器的计算和约束，这是导致码率失控的直接原因。而相对QP模式虽然遵从RC控制，但调整幅度qp_val = -8可能过小，不足以在有限码率预算内产生明显的画质差异。

解决方案

针对上述问题，可以从两个方向进行优化，开发者可以根据自身对码率严格性和画质提升幅度的要求进行选择。

方案一：优化相对QP模式参数（推荐）

此方案无需修改代码，仅需调整ROI参数，在保持CBR码率严格可控的前提下，追求显著的画质提升。

核心思路：继续使用相对QP模式，但增大QP的负向调整幅度。这样ROI区域的最终QP值会更低（画质更好），同时整体码率仍由RC控制器进行全局调配和约束。

参数调整建议：

• 当前配置：

  force_intra = 0;
  qp_mode = 0;      // 相对QP
  qp_val = -8;      // 调整值偏小

• 建议配置：

  force_intra = 0;
  qp_mode = 0;      // 相对QP
  qp_val = -12 ~ -18;  // 增大调整幅度

调整值参考表：

qp_val	效果描述	适用场景
-8	轻微提升，对比度不明显	ROI面积大(＞30%)
-12	中等提升，有一定对比	ROI面积中等(15-30%)
-15	明显提升，对比清晰	ROI面积小(＜15%)
-18	显著提升，对比强烈	ROI面积很小(≤10%)

预期效果：

• 整体码率：稳定在2.0 ~ 2.2 Mbps（受CBR完美控制）。
• ROI区域：画质提升效果将根据qp_val值和ROI面积变得明显。
• 兼容性：与CBR等所有RC模式完全兼容。

方案二：调整绝对QP模式及相关RC参数

此方案适用于可以接受一定码率波动，但追求ROI区域画质极致稳定（固定QP）的场景。

核心思路：仍然使用绝对QP模式，但同步提高ROI的绝对QP值（qp_val），并调整RC参数的范围以容纳ROI的固定QP，允许码率在一定范围内波动。

参数调整建议：

• 当前问题配置：

  force_intra = 0;
  qp_mode = 1;      // 绝对QP
  qp_val = 20;      // 太低，导致码率翻倍

• 建议调试参数：

  // ROI配置
  force_intra = 0;
  qp_mode = 1;      // 绝对QP
  qp_val = 26 ~ 28; // 提高QP值，减少码率突增
  
  // RC配置（必须同步调整）
  rc_cfg.qp_min = 20;   // 必须覆盖ROI的绝对QP值
  rc_cfg.qp_max = 45;
  rc_cfg.qp_min_i = 18;
  rc_cfg.qp_max_i = 42;
  
  // 允许码率有一定波动
  rc_cfg.bps_target = 2000 * 1024;
  rc_cfg.bps_max = 2500 * 1024;  // 允许25%波动
  
  // 降低I帧比例，为ROI留出码率空间
  rc_cfg.max_i_bit_prop = 30;  // 默认值可能较高
  rc_cfg.min_i_bit_prop = 10;

  使用要点与预期结果：

  1. ROI面积限制：在绝对QP模式下，为避免码率波动过大，ROI区域面积建议小于画面总面积的15%。
  2. QP范围检查：必须确保 rc_cfg.qp_min <= roi_qp_val <= rc_cfg.qp_max，否则参数可能不生效或产生异常。
  3. 码率波动：预期整体码率会有±15%~25%的波动，但处于可接受的上限（bps_max）之内。

方案验证与反馈

将上述两个方案提供给开发者进行验证。反馈结果表明，方案一（优化相对QP参数）取得了符合预期的效果，在码率受控的前提下，ROI区域的画质得到了有效提升。

总结

RK MPP的ROI功能是一个强大的工具，但要驾驭好它，关键在于理解qp_mode两种模式的本质区别及其与码率控制器的交互关系。

• 追求严格码率控制：选择相对QP模式（qp_mode=0），并尝试将qp_val调整至-12或更低。
• 追求ROI画质绝对稳定：选择绝对QP模式（qp_mode=1），但务必同步提高qp_val值（如26~28）并放宽RC的码率和QP上下限约束。

合理的参数调优是嵌入式多媒体系统设计中的关键一环。希望本次对RK3588平台MPP编码ROI功能的调优经验，能为遇到类似问题的开发者提供一些参考。如果你有更好的参数组合或不同的应用场景经验，欢迎在云栈社区进行分享与探讨。