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Hintergrund des Problems:
Ob es darum geht, einige Bildschirme, Einfrierungen und Mosaikprobleme auf der Leitung zu überprüfen, eine bitratenadaptive Funktion zu entwickeln oder den JitterBuffer des Client-Players zu optimieren, die Zusammenarbeit des Encoder-Senders ist erforderlich. Wir müssen einen Kompromiss zwischen Codierungsgeschwindigkeit, Netzwerkbandbreite und Videoqualität eingehen und dann ein Anpassungsschema für die Codesteuerung auswählen, das für die Szene besser geeignet ist. Gleichzeitig beziehen sich die derzeit beliebte ROI-Codierung und das adaptive Lernen von Codierungsszenen auf diesen Teil des Inhalts. In diesem Artikel werden die Bitratensteuerungsschemata gängiger Videocodierer vorgestellt. Bestimmte Encoder können sich in Implementierung und Verwendung unterscheiden. Weitere Analysen und Kenntnisse sind erforderlich, wenn APIs aufgerufen und Quellcode gelesen werden.
Hintergrundwissen:
Beim Videokodierungsprozess gibt es einen wichtigen Schritt: die Quantisierung, bei der es sich um einen verlustbehafteten Komprimierungsprozess handelt. Die Quantisierung bestimmt im Wesentlichen die Bitrate des Videos, und die Bitrate des Videos bestimmt bis zu einem gewissen Grad die Qualität des Videos. Je größer der Quantisierungswert QP ist, desto höher ist die Granularität der Quantisierung, desto größer ist die Komprimierungsrate, desto kleiner ist die Bitrate und desto geringer ist die Videoqualität. Es scheint, dass das Mosaik größer ist, das Bild nicht empfindlich ist und das Bild verschwommen ist. Im Gegenteil, die Komprimierungsrate ist niedrig, die Bitrate ist groß, die Qualität ist hoch, das Bild ist empfindlich und die Details sind reichhaltig.
Daher ist es sehr wichtig, eine für die Szene geeignete Videocode-Steuerungslösung zu wählen. Das Anpassen der Videoausgangsbitrate ist tatsächlich ein Gleichgewicht zwischen Videocodierungsgeschwindigkeit, Netzwerkbandbreite und Videoqualität. Manchmal ist die Netzwerkbandbreite sehr begrenzt. Es ist erforderlich, dem Codesteuerungsschema Priorität einzuräumen, das der Bitrate Priorität einräumt. Einige haben hohe Anforderungen an die Videoqualität. Wenn Sie hochauflösendes Video wünschen, müssen Sie das Quality-First-Modell auswählen.
Insgesamt kann die Wahl des Regelungsschemas für die Videocodierungsrate durch Abwägen der folgenden fünf Faktoren erhalten werden:
1. Die Stabilität der visuellen Qualität fördert die subjektive visuelle Qualität wie Klarheit, Geläufigkeit, Detailgenauigkeit usw. Dies hängt mit dem visuellen Prinzip des menschlichen Auges zusammen. Wählen Sie das Modell mit der höchsten aktiven Wahrnehmungsqualität des menschlichen Auges.
2. Die Echtzeit-Ausgabebitrate entspricht der Anzahl der Ausgabebits pro Frame. Der Netzwerkbandbreitenfaktor muss berücksichtigt werden. Bei der Entwicklung des mobilen Internets muss auch der Einfluss von WLAN und drahtlosen Netzwerken berücksichtigt werden.
3. Die Größe der ausgegebenen Videodatei ist steuerbar, was je nach Größe des Systemspeichers der Übertragung und Speicherung förderlich ist.
4. Codierungsgeschwindigkeit. Verschiedene Codesteuerungsmodelle wirken sich auch auf die Codierungsgeschwindigkeit aus. Bei Szenarien mit geringer Latenz und Echtzeit sollten unterschiedliche Codesteuerungsschemata berücksichtigt werden, die einen unterschiedlichen Rechenaufwand aufweisen und die daraus resultierende Codierungsverzögerung ebenfalls Auswirkungen haben.
5. Für mobile Geräte sind unterschiedliche Codierungsmethoden für die Anforderungen an den Stromverbrauch erforderlich, da unterschiedliche Modelle die Komplexität der Codierung und Decodierung beeinflussen und der für die Codierung und Wiedergabe auf mobilen Geräten erforderliche Stromverbrauch unterschiedlich ist.
Einführung in die Bitrate:
Im Folgenden werden verschiedene Ratensteuerungsmodelle und anwendbare Szenarien vorgestellt:
CQP: Fixed QP, die einfachste Methode zur Ratenkontrolle. Jeder Bildrahmen wird gemäß einem bestimmten QP codiert. Die in jedem Frame codierte Datenmenge ist unbekannt. Es ist weder ein Rate-First-Modell noch ein Quality-First-Modell. Es ist jedoch das am einfachsten zu implementierende Modell.
Anwendbare Szenarien: Diese Methode wird im Allgemeinen nicht empfohlen, da diese Methode die Komplexität des codierten Inhalts nicht berücksichtigt und jeden Frame mit demselben Komprimierungsverhältnis verarbeitet. Die Videoqualität und die Bitrate sind nicht festgelegt. Persönlich habe ich das Gefühl, dass es nur sehr einfache Szenen gibt, wie statische Szenen, in denen die Bewegungsmenge gering ist, und Sie können es ausprobieren. Wenn Sie auf komplexe Szenen stoßen, schwankt die Bitrate stark. Oder es kann in der Algorithmusforschung oder -verifizierung verwendet werden.
Merkmale:
· Die momentane Bitrate schwankt mit der Komplexität der Szene.
· Die Codierungsgeschwindigkeit ist schnell, die Regelung ist am einfachsten und der QP-Wert jedes Frames ist gleich.
· Der CQP-Modus wird in x264 und x265 unterstützt, jedoch nicht in libvpx.
· Der QP-Bereich in H.264 ist [0, 51]. Je größer der QP-Wert ist, desto größer ist die Quantisierungsschrittgröße und desto geringer ist die Qualität des codierten Videos. QP von 0 bedeutet verlustfreie Codierung;
CRF: (Konstanter Ratenfaktor) Konstanter Ratenfaktor. Nehmen Sie eine bestimmte "visuelle Qualität" als Ausgabeziel. Dieses Ziel wird erreicht, indem die Qualität von Frames verringert wird, die eine Bitrate verbrauchen, aber mit bloßem Auge schwer zu erkennen sind (Hochgeschwindigkeitsbewegung oder reichhaltige Textur), und die Bitrate dieser statischen Frames verbessert wird.
Merkmale: QP-Änderungen zwischen Frames, QP-Änderungen von Makroblöcken innerhalb eines Frames, die Ausgabebitrate ist unbekannt und die visuelle Qualität jeder Frame-Ausgabe ist grundsätzlich konstant. Diese Methode entspricht dem Modus mit fester Qualität + der Methode zur Begrenzung der Spitzenbitrate.
Anwendbare Szenarien: Geeignet für Anlässe mit bestimmten Anforderungen an die Videoqualität. Der CRF-Wert kann einfach als fester Ausgabewert verstanden werden, der für die Videoqualität erwartet wird. Es ist zu hoffen, dass es einen stabilen Wert gibt, unabhängig davon, ob es sich um eine komplexe Bewegungsszene oder eine einfache statische Situation handelt. Die subjektive Videoqualität kann diesen Modus auswählen, bei dem es sich um ein Prioritätsmodell für die Videoqualität handelt. Die Videoqualität kann einfach als die Klarheit des Videos, die Zartheit der Pixel und die Glätte des Videos verstanden werden.
Merkmale:
· Ähnlich wie bei konstantem QP, aber das Streben nach subjektiv wahrgenommener Qualität ist konstant, schwankt auch die momentane Bitrate mit der Komplexität der Szene, und die QP-Werte zwischen Videobildern oder zwischen internen Makroblöcken sind unterschiedlich.
· Bei sich schnell bewegenden oder detaillierten Szenen wird die Quantisierungsverzerrung angemessen erhöht (da das menschliche Auge nicht empfindlich ist), während bei statischen oder flachen Bereichen die Quantisierungsverzerrung verringert wird.
· CRF ist die Standardmethode zur Ratensteuerung für x264 und x265 und kann auch für libvpx verwendet werden.
· Je größer der CRF-Wert ist, desto höher ist die Videokomprimierungsrate, aber desto geringer ist die Videoqualität. Der CRF-Wertebereich jedes Codecs ist im Allgemeinen [0-51], aber der allgemeine Standardwert ist 23 für x264 und 28 für x265-Bibliothek.
· Wenn Sie sich nicht sicher sind, welches CRF Sie verwenden sollen, beginnen Sie mit dem Standardwert und ändern Sie ihn basierend auf Ihrem subjektiven Eindruck von der Ausgabe. Wenn die Qualität nicht gut genug ist, ist die CRF niedriger. Wenn die Datei zu groß ist, wählen Sie eine höhere CRF. Das Ändern von ± 6 führt zu einer Änderung von ungefähr der Hälfte / der doppelten Größe der Coderate, und ± 1 führt zu einer Änderung von ungefähr 10% der Coderate.
CBR: (Konstante Bitrate) Konstante Bitrate, die Bitrate bleibt grundsätzlich innerhalb eines bestimmten Zeitbereichs konstant, der zum Bitratenprioritätsmodell gehört.
Anwendbare Szenarien: Es wird im Allgemeinen nicht empfohlen, diese Methode zu verwenden. Obwohl die Ausgabebitrate immer auf einem stabilen Wert liegt, ist die Qualität instabil und die Netzwerkbandbreite kann nicht vollständig genutzt werden, da dieses Modell die Komplexität des Videoinhalts nicht berücksichtigt. Der Inhalt des Videorahmens wird einheitlich behandelt. Einige Codierungssoftware unterstützt jedoch nur feste Qualität oder feste Bitrate und müssen manchmal verwendet werden. Stellen Sie bei der Verwendung die Bandbreite innerhalb des zulässigen Bandbreitenbereichs so groß wie möglich ein, um zu verhindern, dass die Videoqualität in komplexen Sportszenen niedrig ist. Wenn die Einstellung nicht zumutbar ist, ist sie in Sportszenen unklar.
Merkmale:
· Die Bitrate ist stabil, aber die Qualität ist instabil und die effektive Nutzung der Bandbreite ist nicht hoch. Insbesondere wenn der Wert unangemessen eingestellt ist, ist das Bild in komplexen Sportszenen sehr verschwommen, was das Seherlebnis stark beeinträchtigt.
· Die Bitrate des Ausgangsvideos ist jedoch grundsätzlich stabil, was zur Berechnung der Videovolumengröße praktisch ist.
VBR: (Variable Bitrate) Variable Bitrate, einfache Szenen weisen einen relativ großen QP, eine niedrige Komprimierungsrate und eine hohe Qualität zu. Komplexen Szenen werden kleinere QPs zugewiesen. Grundsätzlich wird eine stabile visuelle Qualität erhalten, da das menschliche Auge von Natur aus unempfindlich gegenüber komplexen Szenen ist und der Nachteil darin besteht, dass die Ausgangsbitrate nicht steuerbar ist.
Es gibt zwei Steuermodi: den Qualitätsprioritätsmodus und den sekundären 2PASS-Codierungsmodus.
Qualitätsprioritätsmodus:
Unabhängig von der Größe der ausgegebenen Videodatei wird die Bitrate entsprechend der Komplexität des Videoinhalts zugewiesen, sodass die Qualität der Videowiedergabe am besten ist.
Sekundärcodierungsmethode 2PASS:
Die erste Codierung erkennt die einfachen und komplexen Teile des Videoinhalts und bestimmt gleichzeitig das einfache und komplexe Verhältnis. Der zweite Codierungsdurchgang hält die durchschnittliche Bitrate des Videos unverändert, wobei mehr Bits für komplexe Bereiche und weniger Bits für einfache Bereiche zugewiesen werden. Diese Art der Codierung ist zwar sehr gut, aber die Geschwindigkeit wird nicht mithalten.
Anwendbare Szenarien: VBR eignet sich für Szenarien, die in Bezug auf Bandbreite und Codierungsgeschwindigkeit nicht zu begrenzt sind, aber hohe Anforderungen an die Qualität stellen. Insbesondere in komplexen Sportszenen kann eine relativ hohe Auflösung und eine stabile Ausgabequalität beibehalten werden, was für On-Demand-, Aufnahme- oder Speichersysteme geeignet ist, die nicht empfindlich auf Verzögerungen reagieren.
Merkmale:
· Die Coderate ist instabil und die Qualität ist grundsätzlich stabil und sehr hoch.
· Die Codierungsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen langsam. On-Demand-Download- und Speichersysteme können zuerst verwendet werden und sind nicht für Live-Broadcast-Systeme mit geringer Latenz geeignet.
· Dieses Modell berücksichtigt die Ausgabevideobandbreite überhaupt nicht. Für die Qualität nimmt es die erforderliche Bitrate ein und berücksichtigt nicht die Codierungsgeschwindigkeit.
ABR: (Durchschnittliche Bitrate) Konstante durchschnittliche Zielbitrate, niedrige Bits werden für einfache Szenen und genügend Bits für komplexe Szenen zugewiesen, so dass eine begrenzte Anzahl von Bits in verschiedenen Szenen angemessen zugewiesen werden kann, ähnlich wie bei VBR. Gleichzeitig liegt die durchschnittliche Bitrate innerhalb eines bestimmten Zeitraums nahe an der eingestellten Zielbitrate, so dass die Größe der Ausgabedatei gesteuert werden kann, ähnlich wie bei CBR. Es kann als Kompromiss zwischen CBR und VBR angesehen werden, was die Wahl der meisten Menschen ist. Insbesondere bei Qualitäts- und Videobandbreitenanforderungen kann dieser Modus zuerst ausgewählt werden. Im Allgemeinen ist die Geschwindigkeit zwei- bis dreimal so hoch wie die von VBR, aber die Qualität von Videodateien mit demselben Volumen ist viel besser als die von CBR.
Anwendbare Szenarien: ABR wird häufiger in Live-Broadcast- und Systemen mit geringer Latenz verwendet. Da es nur einmal codiert ist, ist es unter Berücksichtigung der Videoqualität und der Bandbreite schnell. Dieser Modus kann auch ausgewählt werden, wenn die Transcodierungsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die meisten Videos auf Station B haben diesen Modus gewählt.
Merkmale:
· Die Gesamtvideoqualität ist steuerbar und gleichzeitig werden die Videobitrate und -geschwindigkeit berücksichtigt. Es ist eine Kompromisslösung, und es wird tatsächlich mehr verwendet;
· Für den Verwendungsprozess muss der Anrufer im Allgemeinen die minimale Bitrate, die maximale Bitrate und die durchschnittliche Bitrate festlegen. Diese Werte sollten so vernünftig wie möglich eingestellt werden.
Zu
Einige Coderatensteuerungsschemata sind oben eingeführt. Unterschiedliche Encoder haben unterschiedliche Namen und Titel, und die Details können unterschiedlich sein. Im Grunde wird dies jedoch erreicht, indem die Größe des QP beeinflusst wird und dann die Granularität des Quantifizierungsprozesses weiter beeinflusst wird. Für eine bestimmte Verwendung müssen Sie sich weiter auf die spezifische Encoder-Implementierung beziehen.
Im Allgemeinen wird ABR bevorzugt, und ein zufriedenstellendes Gleichgewicht kann in Bezug auf Geschwindigkeit, Bitrate und Qualität erreicht werden. Andere VBR, CBR und CRF haben ihre eigenen Szenarien und müssen bei ihrer Verwendung bedingt verwendet werden.
Abschließende Gedanken:
Die heute eingeführte Videocode-Steuerungslösung ist die Grundlage vieler Technologien der oberen Schicht. Unter diesen basieren die bitratenadaptive Technologie, die dynamische Anpassung der Codierungsparameter entsprechend der Szene und die Codierung des RIO-Bereichs von Interesse alle auf der Auswahl und Verfeinerung des Codierungssteuerungsschemas im Codierungsprozess, was wiederum den Quantisierungsgrad beeinflusst und Quantisierungsgranularität der Codierung. Am Ende wird ein zufriedenstellendes Gleichgewicht zwischen Videoqualität, Geschwindigkeit und Bandbreite erreicht. Gleichzeitig schließen sich diese Modelle in verschiedenen Codierungsbibliotheken wie x264 oder x265 gegenseitig aus. Manchmal wird die Coderate aufgrund falscher Parametereinstellungen ungültig und die eingestellten Parameter funktionieren nicht. Dies erfordert auch besondere Aufmerksamkeit.
Zweitens ist es nach dem Kennenlernen dieses Inhalts sehr nützlich, einige Online-Probleme zu beheben. Passen Sie die Nebenwirkungen der Einstellung von Bildrate, Auflösung und anderen Parametern deutlich an. Sie können auch gerne eine Nachricht im Hintergrund hinterlassen, um den relevanten Inhalt Ihres aktuellen Projekts zu teilen
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