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下一代编解码标准的抉择(下)

2018-2-6 15:54

  • 公司与业务需求


在视频编码标准的选择中,归根结底最为重要的因素是公司情况和业务需求。只有充分考虑公司和业务的需求,才能够在编码标准上做出正确的选择。


首先需要考虑的是目前是否需要升级到下一代视频编码标准。当前H.264在各个方面都非常成熟,如果对于压缩效率和新特性的支持要求不高,则可以选择继续使用当前的H.264体系。在各个新标准的解码支持覆盖全平台之前,各公司仍然需要使用H.264来服务不支持下一代编码的平台,因此对于视频编码计算和视频存储而言,采用新一代标准在一定时间内都会带来额外的成本。新标准带来的好处是带宽的节省、新特性(如4K、HDR)的支持和播放流畅度以及用户体验的提升。各家公司应当根据自身的具体情况进行分析做出选择,而不是盲目跟进新标准、新技术。


其次需要考虑的需要支持的平台类型。各标准在不同的设备上支持情况不同,因此在标准的选取时应当有一个全局和有前瞻性的考虑。例如,若公司业务重心在浏览器网页端并且不开发自有解码器,则应当更多考虑VP系列或AV1标准;若公司主打移动设备,则HEVC目前已经成为了一个相对成熟的选择。除客户端类型外,在考查平台类型时还应考虑业务形态。例如当业务需要在端上做实时编码时,则应当优先考虑拥有较为成熟硬件编码器的标准。


在平台类型考察的基础之上,还应当对公司针对编解码上下游的控制和对编解码器开发的投入有充分理解。对编解码上下游控制比较充分、对编解码器开发投入较多的公司可以在编码标准的选择中有更大的空间和自主性;规模较小的公司则应当在标准选择中更为审慎,尽量选取编解码均较为成熟的标准。


最后,考虑到目前HEVC纷争的专利权问题,在选择视频编码标准时也需要对潜在的法务风险进行评估。在下一代视频编码标准中,目前HEVC的专利权问题首当其冲,使用HEVC意味着承担相应的风险和授权费用。VP9和AV1在这一方面具有很强的优势,其免费开放的特性有Google这样的巨头保证,这为市场解决了很多后顾之忧。


视频编码器的对比与选取


在选定视频标准的基础之上,下一个需要解决的问题是选取视频编码器。视频编码器的对比本身是一个相当复杂的问题,想要做出非常客观、公正而全面的编码器对比是非常具有挑战的一件事。X264的作者之一Dark Shikari当年就曾经撰写过一篇博客来阐释公平公正的编码器对比的难点和常见的误区。


对于在线视频公司来讲,在编码器对比中,需要考虑如下的几个维度:


  • 评价指标


在编码器对比与评测中首先需要考虑的是使用何种评价标准。在视频编码中,评价指标主要包括码率指标和质量指标两类。其中码率指标比较简单明了,直接使用实际编码码率即可;而质量指标则要复杂的多。


传统上视频质量使用PSNR为代表的客观指标来衡量,然而近年来的大量研究均已表明了这类指标与人眼主观感受之间的匹配度不足,在一些特定场景下甚至出现与主观质量冲突的情况。因此目前业内已经越来越少单独使用客观指标进行编码器评测了。


与客观指标相对应的是运用主观评测来对比编码器。主观评测中会将视频用不同的编码器进行编码并请求真人对视频质量进行打分。主观评测的准确性高,主要的问题是门槛高,成本高。如果希望使用主观评测的方式进行编码器对比,则应当做好软硬件支持、技术支持和人力与时间资源。


近年来,学界和业界推出了一系列基于主观质量的客观视频质量评价标准。运用这些标准能够实现在不进行主观质量评测的情况下达到与主观评测类似性能的目的。目前这类算法的问题是业界缺乏公认的较好质量的指标,因此在公开的大规模测试中很少使用这类指标,主要还是依赖与大规模客观指标+小规模主观实验的模式。


对于在线流媒体公司来说,需要根据自己的实际情况和需求选择合适的指标作为质量评价标准。其中基于主观质量的客观评价指标的选取是一大重点,值得花费较多的精力与资源。


  • 编码速度要求


在视频编码中,编码速度会对编码效率产生本质的影响。同一标准的同一编码器在不同的速度下性能能够相差20%以上,不同编码器在不同的速度下的性能差别则会更加明显。实时编码器和标准参考软件之间对比性能毫无意义,因为他们的应用场景完全不同。


在编码器选择中,在线流媒体公司应当根据自己业务的特点来对编码速度提出合理的要求。例如对于直播类业务,实时甚至超实时编码器是必须的;对于点播类业务,编码速度则可根据业务具体形态的不同有较大的差异。在编码器对比中应当将各个备选编码器都调整配置为在选定要求的编码速度范围内工作,并在此基础上进行性能对比。


  • 常用码率范围


在编码速度基础之上,还应当考虑常用码率范围。不同于标准制定阶段,对于流媒体服务提供商而言,对于每一个分辨率常用的码率范围一般不会很大。对不同的市场和应用场景,同一码率上最高和最低的传输码率可相差一倍甚至两倍以上,这种巨大的差异会使得各个编码器的性能对比发生本质的区别。例如某些优化和快速算法做的较好的编码器在低码率端表现优异,而标准特性支持较全面的编码器则可能在高码率端表现出较好的性能。


在线流媒体公司应当深入分析应用场景,总结常用码率范围并在此范围中进行各编码器性能的对比和选择。


  • 视频内容特点


视频内容特性是影响视频编码效率的另一大因素。不同的编码器在不同内容上的表现也会不同。例如有些编码器针对噪声较重的场景有特别的优化,则对于用户上传内容较多的公司来说具有额外的价值;而主打二次元内容的公司则应当考虑对动画类内容优化较为充分的编码器。选取一款通用的全局最优编码器往往是困难并且无必要的,建议各家公司总结并使用具有自身特点的视频内容对编码器进行评测和选择。


  • 特性的支持


特性的支持也是编码器选择的重要考量因素。例如是否支持10bit编码,是否支持CBR编码的码率控制模式,是否拥有丰富易用的各种参数,是否易于与各种平台集成,是否支持二次开发等。仅仅拥有优秀的编码效率可以使得一款编码器被称之为优秀,却很难使其被称之为成功。流媒体公司应当根据自己的业务需求和对未来的展望选取具备充分特性支持的编码器来服务用户。


灵活的架构:明智的方案


目前整个视频编码标准尚处在混战的阶段,最终谁胜谁负尚难以判断,编码器的选择更是云山雾罩,各种评比层出不穷结果却并不收敛,选定某一标准并且选定一款可供长期使用的编码器难度颇高。另一方面用户的迫切需求和带宽的压力使得业界众公司都需要在近期就开展下一代视频编码标准的部署,因此持续观望并不可靠。


在这种形势下,设计并实现一套较为灵活的视频编码架构不失为一种明智的选择。这类灵活的架构要求能够一方面实现多种编码标准和编码器的共存与灵活替换,另一方面能实现全站视频在一定时间内的重编码与上线。这类灵活的编码架构能够使得公司具有较高的灵活度,并且根据业界的发展与标准的竞争状态实时调整编码标准和编码器的选择策略。在H.264大一统的时代中这类架构并无太大必要,但这恐怕是业界为暂时没有一个统一标准而必须付出的代价。


结语


这是最好的时代,这是最坏的时代。今天视频编码这一历史悠久而又拥有持久活力的技术方向又将迎来一个全新的战国时代。技术的发展和用户需求之间的碰撞必将迸发出激烈的火花并且带来整个行业的变革。作为这一切的见证者和参与者,我们毫无疑问是幸运的。在接下来的几年中,到底是HEVC稳住阵脚,还是AV1后来居上,抑或是其他的标准横空出世,让我们拭目以待。


来自: LiveVideoStack
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