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问题的背景:
无论是检查在线的某些屏幕,冻结和马赛克问题,还是开发比特率自适应功能,或者优化客户端播放器的JitterBuffer,都需要编码器发送器的配合。 我们需要权衡编码速度,网络带宽和视频质量,然后选择一种更适合场景的代码控制调整方案。 同时,当前流行的ROI编码和编码场景的自适应学习与此内容的这一部分有关。 本文介绍了常见的视频编码器的比特率控制方案。 特定的编码器在实现和使用上可能有所不同,并且在调用API和读取源代码时需要进一步的分析和理解。
背景知识:
在视频编码过程中,有一个重要步骤:量化,这是一种有损压缩过程。 量化基本上确定了视频的比特率,而视频的比特率在一定程度上决定了视频的质量。 量化值QP越大,量化的粒度越高,压缩率越大,比特率越小,并且视频质量越低。 似乎马赛克较大,图像不清晰,并且图像模糊。 相反,压缩率低,比特率大,质量高,图像细腻且细节丰富。
因此,选择适合现场的视频代码控制解决方案非常重要。 调整视频输出比特率实际上是视频编码速度,网络带宽和视频质量之间的平衡。 有时网络带宽非常有限,因此必须优先考虑将比特率优先考虑的代码控制方案。 有些对视频质量有很高的要求。 如果要高清视频,则必须选择质量优先的模型。
总体而言,可以通过权衡以下五个因素来选择视频编码速率控制方案:
1.视觉质量的稳定性有利于主观视觉质量,例如清晰度,流畅性,细节等。这与人眼的视觉原理有关。 选择人眼对活动质量的感知最高的模型;
2.实时输出比特率等于每帧输出比特数。 必须考虑网络带宽因素。 随着移动互联网的发展,还必须考虑wifi和无线网络的影响。
3.输出视频文件的大小是可控制的,这有利于传输和存储,具体取决于系统空间的大小;
4.编码速度。 不同的代码控制模型也会影响编码速度。 对于低延迟和实时情况,应考虑不同的代码控制方案,这些方案具有不同的计算复杂度,并且由此产生的编码延迟也将产生影响;
5.对于移动设备,由于功耗模型的不同会影响编码和解码的复杂性,并且在移动设备上进行编码和播放所需的功耗也不同,因此功耗要求采用不同的编码方法;
比特率介绍:
下面介绍不同的速率控制模型和适用场景:
CQP:固定QP,最简单的速率控制方法。 图像的每一帧均根据特定的QP进行编码。 每个帧中编码的数据量未知。 它既不是率先模型也不是质量第一模型。 但这是最简单的模型。
适用场景:不建议使用此方法,因为该方法不考虑编码内容的复杂性,并且以相同的压缩率处理每个帧。 视频质量和比特率不固定。 我个人觉得只有非常简单的场景,例如静态场景,运动量很小,您可以尝试一下。 当您遇到复杂的场景时,比特率会大幅波动。 或者可以将其用于算法研究或验证。
特色:
·瞬时比特率会随着场景的复杂性而波动;
·编码速度快,调节最容易,每帧的QP值相同;
·x264和x265支持CQP模式,但libvpx不支持;
·H.264中的QP范围是[0,51]。 QP值越大,量化步长越大,编码视频的质量越低。 QP为0表示无损编码;
CRF :(恒定速率因子)恒定速率因子。 以某种“视觉质量”作为输出目标。 通过降低消耗比特率但用肉眼难以检测到的帧的质量(高速运动或丰富的纹理)并提高这些静态帧的比特率,可以实现此目标。
特征:帧之间的QP变化,一帧内宏块的QP变化,输出比特率未知,每帧输出的视觉质量基本恒定。 此方法等效于固定质量模式+限制峰值比特率的方法。
适用场景:适用于对视频质量有一定要求的场合。 CRF值可以简单地理解为视频质量所期望的固定输出值。 希望无论在复杂的运动场景还是在简单的静态情况下,都将有一个稳定的值。 主观视频质量可以选择此模式,这是视频质量优先级模型。 视频质量可以简单地理解为视频的清晰度,像素的精致度和视频的平滑度。
特色:
·类似于恒定的QP,但是对主观感知质量的追求是恒定的,瞬时位速率也会随着场景的复杂性而波动,并且视频帧之间或内部宏块之间的QP值是不同的;
·对于快速移动或细腻的场景,将适当增加量化失真(因为人眼不敏感),而对于静态或平坦区域,将减小量化失真;
·CRF是x264和x265的默认速率控制方法,也可以用于libvpx;
·CRF值越大,视频压缩率越高,但视频质量越低。 每个编解码器的CRF值范围通常为[0-51],但是对于x23而言,默认默认值为264;对于x28库,则通常默认值为265;
·如果不确定要使用什么CRF,请从默认值开始,然后根据您对输出的主观印象进行更改。 如果质量不够好,则CRF会降低。 如果文件太大,请选择较高的CRF。 改变±6将导致编码率大小的大约一半/两倍的变化,而改变±1将导致编码率大小的10%的变化。
CBR :(恒定比特率)恒定比特率,比特率在一定时间范围内基本保持恒定,属于比特率优先级模型。
适用场景:一般不建议使用此方法。 尽管输出比特率始终处于稳定值,但是质量不稳定并且网络带宽无法充分利用,因为此模型未考虑视频内容的复杂性。 视频帧的内容被统一处理。 但是,某些编码软件仅支持固定质量或固定比特率,有时必须使用。 使用时,请在允许的带宽范围内将带宽设置得尽可能大,以防止在复杂的运动场景中视频质量下降。 如果设置不合理,则在运动场景中将不清楚。
特色:
·比特率稳定,但质量不稳定,有效带宽利用率不高。 尤其是当该值设置不合理时,在复杂的运动场景中画面非常模糊,极大地影响了观看体验;
·输出的视频比特率基本稳定,方便计算视频量大小;
VBR :(可变比特率)可变比特率,简单的场景分配相对较大的QP,低压缩率和高质量。 复杂的场景被分配了较小的QP。 由于人眼本质上对复杂的场景不敏感,因此获得了基本稳定的视觉质量,并且缺点是输出位速率不可控。
有两种控制模式:质量优先模式和2PASS辅助编码模式。
质量优先模式:
不管输出视频文件的大小如何,比特率都是根据视频内容的复杂性分配的,因此视频播放质量是最好的。
二级编码方法2PASS:
第一编码检测视频内容的简单和复杂部分,并同时确定简单和复杂比率。 编码的第二遍将保持视频的平均比特率不变,分配给复杂区域的比特更多,分配给简单区域的比特更少。 尽管这种编码非常好,但是速度却跟不上。
适用场景:VBR适用于带宽和编码速度要求不高,但对质量要求较高的场景。 特别是在复杂的运动场景中,它可以保持较高的清晰度和稳定的输出质量,适用于对延迟不敏感的点播,记录或存储系统。
特色:
·码率不稳定,质量基本稳定,很高;
·编码速度一般较慢,请先使用按需下载和存储系统,不适合低延迟的直播系统;
·该模型根本不考虑输出视频带宽。 为了质量,它占用所需的比特率,并且不考虑编码速度。
ABR :(平均比特率)恒定的平均目标比特率,低比特分配给简单场景,而足够比特分配给复杂场景,因此可以在不同场景中合理分配有限数量的比特,这与VBR相似。 同时,平均比特率在一定时间内接近设定的目标比特率,因此可以控制输出文件的大小,与CBR类似。 可以将其视为CBR和VBR之间的折衷,这是大多数人的选择。 尤其是在质量和视频带宽都要求的情况下,可以首先选择此模式。 通常,速度是VBR的两倍到三倍,但是相同容量的视频文件的质量要比CBR好得多。
适用场景:实时广播和低延迟系统中更多地使用ABR。 由于仅编码一次,因此速度很快,同时考虑了视频质量和带宽。 当需要转码速度时,也可以选择此模式。 B站的大多数视频都选择了此模式。
特色:
·整体视频质量可控,同时考虑视频比特率和速度。 这是一个折衷的解决方案,实际上更多地使用了它。
·使用过程通常要求呼叫者设置最小比特率,最大比特率和平均比特率。 这些值应尽可能合理地设置;
至
上面介绍了几种码率控制方案。 不同的编码器具有不同的名称和标题,并且细节可能不同。 但基本上,这是通过影响QP的大小,然后进一步影响量化过程的粒度来实现的。 对于特定用途,您需要进一步参考特定的编码器实现。
通常,ABR是优选的,并且可以在速度,比特率和质量方面实现令人满意的平衡。 其他VBR,CBR和CRF都有自己的方案,使用时需要有条件地使用它们。
结论是:
今天推出的视频代码控制解决方案是许多上层技术的基础。 其中,比特率自适应技术,根据场景动态调整编码参数以及感兴趣的RIO区域编码都是基于编码过程中编码控制方案的选择和完善,进而影响量化程度。编码的量化粒度。 最后,在视频质量,速度和带宽之间实现了令人满意的平衡。 同时,这些模型在x264或x265等不同的编码库中互斥。 有时,由于参数设置不正确,编码率将变得无效,并且设置的参数不起作用。 这也需要特别注意。
其次,在熟悉了这些内容之后,对一些在线问题进行故障排除也非常有用。 明显调整调整帧速率,分辨率和其他参数的副作用。 也欢迎您在后台留言以分享您实际项目的相关内容
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