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干货 | H.265技术在短视频的应用及未来前景

原创 设计模式 作者:苏宁视频云 时间:2018-10-26 16:45:10 0 删除 编辑

作者:姜生。现担任PPTV&苏宁体育编解码内核开发高级技术经理。图像编解码、高性能计算出身;从事H.264 decoder 开发与优化, H.265 编码器开发与优化。10年以上音视频媒体开发经验。目前负责H.265 encoder 架构设计与研发工作,承接苏宁集团内部的视频业务,推动视频云平台架构改进,提升服务能力。


短视频是信息的一种新的表达方式,它融合了文字、语音和视频,能够更加直观、立体地满足用户的表达,沟通需求、满足人们之间展示及分享的诉求。

最近几年,短视频,呈现井喷式的发展。直播类型的网站中,版权和带宽构成了成本的绝大部分,带宽成本仅次于版权。而对于用户原创类的短视频平台,带宽成本所占比例可能更高。可以想象,在4K乃至6K视频和5G的刺激下,带宽成本可能指数上涨。未来视频平台可能无法承担高昂的带宽成本的窘境。所以节省带宽成了一个重要的需求点。本次深度揭秘PPTV&苏宁体育提升H.265视频压缩率的技术选型和调优方法。


短视频的发展现状特点

短视频介绍

短视频是信息的一种表达方式,长度不超过15分钟,主要依托于移动智能终端实现快速拍摄和美化编辑,可在社交媒体平台实时分享和无缝对接的一种新型视频形式。它融合了文字、语音和视频,能够更加直观、立体地满足用户的表达,沟通需求、满足人们之间展示及分享的诉求。

短视频的运维成本

直播类型的网站中,版权和带宽构成了成本的绝大部分,带宽成本仅次于版权。而对于用户原创类的短视频平台,带宽成本所占比例可能更高。可以想象,在4K乃至6K视频和5G的刺激下,带宽成本可能指数上涨。未来视频平台可能无法承担高昂的带宽成本的窘境。


降低成本的方式

P2P CDN:既然带宽成本居高不下,那就通过P2P的方式让用户分享带宽,达到降低带宽成本的目的,P2P CDN正是基于这样的原理。市面上许多“赚钱宝”类的盒子,背后的技术就是P2PCDN。这也是为什么市面上有那么多区块链的项目都瞄准了带宽共享,其背后都是P2P CDN。

Encoder : 目前,全网最流行的Codec还是H.264,HEVC占比逐步上升。相比于H.264,HEVC有30%以上的带宽节省。不过受困于复杂的专利授权,HEVC正在面临来自AOM联盟的挑战——AV1。Facebook的测试表明,AV1x264压缩比提升至少30%,可以与HEVC相抗衡。但是 AV1由于复杂度过高,离实际应用还有一定的距离。


H.265 与 H.264 性能优势

 码率节省与清晰度



H265 编码架构及工具介绍


H.265与 H.264 结构差异



H265 与 H264 相比编码框架差异

H.265 采用混合编解码,结构与H264基本一致,细节不同在于:

  • 编码块划分结构:采用CU、 PU 、 TU递归结构

  • 并行工具:增加Tile以及WPP 等并行工具,以提高速度

  • 滤波器:在去块滤波之后增加了SAO模块

编码块划分结构:CU、 PU 、 TU递归结构:

SAO对压缩率的贡献



  PPTV&苏宁体育降码率技术

算法一:序列特性分析



序列特性分析&架构图

 

算法一:时段特性分析

在实际的编码过程中,转码服务器通常会给每一类视频设置一个固定的码率,然而实际上,同类的视频中,每一个clip序列的视频流的细节和运动特点各不相同,在相同的清晰度条件下,所需的码率是不一样的,为了克服这个问题,PPTV&苏宁体育根据每一个视频的特点来动态分配码率,达到节省码率的目的。    

  • 实现方法:

根据pass1得到的平均QP和该档次复杂视频编码得到的QP两个参数预估视频的复杂度,然后根据视频复杂度和当前设定的目标码率,确定pass2的最终目标码率。该算法在不改变码率分配算法流程的基础上,可以有效降低视频码率。

可行性分析:

 分析:不同内容,同分辨率,不同源片码率情况下的pass1得出的QP随目标比特的变化如左。从图中可以看到,不同视频内容相同源片码率相同分辨率下pass1得出的QP随目标比特的变化差异很大,且在不同源片码率下,序列的分布基本相同,并且同源片码率的情况下越复杂的视频序列pass1编码后对应的QP越大,这就验证了我们算法假设的正确性。

Bitrate-QP 曲线拟合:


视频复杂度示意图

 测试最复杂3个、5个和8个视频序列。然后使用matlab对其拟合,得到最佳的模型。

其中1920x1080-3表示视频序列编码的分辨率为1920x1080,且使用25个视频序列中最复杂度的3个视频序列进行拟合的模型,其余类似。

曲线拟合效果

 分析上图,高分辨率的情况下,选择3个、5个和8个最复杂度的视频序列得到复杂度曲线非常接近;低分辨率的情况下,选择3个、5个和8个最复杂度的视频序列得到复杂度曲线在3000 kbps 以下非常接近;

设定码率

现在,需要解决的就是设定目标码率为k时,视频序列 pass1 编码后得出的量化参数  如何根据最复杂的视频序列复杂度  分配合适的目标码率。一共提出了10个模型,其中下面的模型最佳:

降码率效果

 未来展望

PPTV&苏宁体育事业部,将来会把图像的主观评分引入到编码器中,作为码率控制的参考因素,这样是图像质量和码率都得到良好的控制。

苏宁旗下子品牌苏宁视频云已累计服务客户超过2000个;苏宁视频云凭借PPTV 十年媒体技术和服务经验,融合流媒体技术、P2P、CDN 分发、海量存储、安全策略等构建的专注视频领域的一站式SaaS 服务平台。苏宁视频云集视频云直播、云点播、云上传、云转码、云存储、云统计等功能于一体,多平台全方位支持客户各种视频场景的业务需求。

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