Yhteenveto (MPD)
monet suoratoistotuottajat käyttävät jatkuvaa bitrate-koodausta (CBR) bitrate-säätötekniikana, joko yrittäessään luoda tehokkaimman toimitusvirran tai noudattaakseen Applen havaittuja vaatimuksia HTTP Live-suoratoistolle (HLS). CBR tarjoaa kuitenkin kaikkien bitrate-säätötekniikoiden heikomman kokonaislaadun ja tarjoaa mahdollisuuden dramaattisiin ohimeneviin laatuongelmiin, kuten kuvassa 1.
kuva 1. Vertailu CBR vs. VBR koodaus (klikkaa kuvaa full size view).
tuore tutkimus osoittaa, että monet tuottajat ovat siirtyneet vaihtelevaan bitrate-koodaukseen (VBR) ja jättävät huomiotta edellä mainitut Applen suositukset. Testaus paljastaa, että 110% rajoitettu VBR välttää ohimeneviä laatuongelmia aiheuttama CBR koodaus. Tuottajien, jotka käyttävät edelleen CBR: ää, tulisi harkita siirtymistä rajoitettuun VBR: ään näiden ohimenevien laatuongelmien välttämiseksi ja yleisen videolaadun parantamiseksi.
segmentti 1: Bitrate-ohjaus on yksi perustavanlaatuisimmista koodausvaihtoehdoista, jotka on valittu jokaiselle pakatulle tiedostolle
aina kun koodaat tiedoston suoratoistojakelua varten, valitset bitrate-ja bitrate-ohjaustekniikan. Tämä on esitetty kuvassa 2, alkaen Adobe Media Encoder.
kuva 2. Bitrate ohjaus tekniikoita saatavilla Adobe Media Encoder.
kaksi yleisintä tekniikkaa ovat:
• jatkuva bitrate-koodaus (CBR), jossa sama bitrate on käytössä koko tiedostolle kohtauksen monimutkaisuudesta riippumatta. CBR: llä asetat tavoitebittinopeuden (kuva 2), mutta et maksiminopeutta, koska bittinopeuden ei ole tarkoitus vaihdella merkittävästi, vaikka se tyypillisesti vaihtelee jonkin verran, kuten kuvassa 3 on esitetty.
Kuvassa 3 on CBR: llä koodattu tiedosto. Kuten näet legenda oikealla, keskimääräinen bittinopeus on 4936 kbps, kun huippu on 5557 kbps. Aaltoileva Vaaleansininen viiva on kelluva datanopeus, joka vaihtelee minimaalisesti tiedoston keston aikana. Yksittäiset sarakkeet ovat tiedoston jokaisen koodatun kuvaryhmän kokoisia, ja tässä 29.97 fps-tiedostossa on avainkehys kolmen sekunnin välein.
kuva 3. CBR-koodattu tiedosto bittinopeuden katseluohjelmassa.
huomaa, että CBR ei ole koskaan täysin tasainen, vaan noin 5-10%: n vaihtelu on normaalia.
• Variable bitrate encoding (VBR), jossa sama kokonaistavoitteen datanopeus saavutetaan, mutta datanopeus vaihtelee tiedoston keston aikana vastaamaan kohtauksen monimutkaisuutta. VBR, asetat tavoite ja maksimi (kuva 2), ja joissakin sovelluksissa, minimi samoin. Kun asetat maksimin, VBR-koodaus katsotaan rajoitetuksi, ja VBR kuvataan usein rajoituksen prosenttiosuudella. Kuvassa 2 Maksimibittinopeus on 2,4 Mbps eli 200% Tavoitebittinopeudesta 1,2 Mbps. Tätä tekniikkaa kutsuttaisiin 200-prosenttisesti rajoitetuksi VBR: ksi.
Kuvassa 4 on sama tiedosto kuin kuvassa 3 koodattuna käyttäen 200% rajoitettua VBR: ää samaan tavoitebittinopeuteen 5000 kbps. Keskimääräinen bittinopeus on suunnilleen sama (4988 kbps vs. 4936 kbps), mutta huippunopeus on 9301 kbps, ei aivan 200%, mutta pallopiirissä. Aaltoileva sininen datanopeus linja vaihtelee huomattavasti enemmän kuin kuvassa 3, alhainen hinnat alussa, ja huiput koko.
kuva 4. Sama tiedosto koodattu käyttäen 200% rajoitettu VBR.
• monet tuottajat asettavat CBR: n oletusarvon joillekin tai kaikille koodauksilleen. Striimauksen alkuaikoina yhteydet olivat niin rajoittuneita, että CBR: ää suositeltiin välttämään datanopeuspiikkejä, jotka voisivat viivyttää sujuvaa toistoa. Vuonna Apple Technote TN2224, Apple toteaa ” bittinopeuden vaihtelu-ei saa ylittää 10% target bitrate.”Pahaenteisemmin, Applen Media Stream Validator, työkalu testata HLS streams, luo varoituksen, jos stream segmentti bitrate vaihtelee tavoite bitrate yli 10%. Ei ole yllättävää, että Streaming Learning Centerin tuoreessa kyselyssä 11 vastaajaa 16: sta ilmoitti käyttävänsä edelleen CBR-koodausta joillekin streameilleen (kuva 5). Kieltämättä vastaajien määrä on liian pieni ollakseen tilastollisesti merkittävä, vaikka vastaukset pätevät informaatiotarkoituksiin.
kuva 5. 16 vastaajasta yksitoista käytti edelleen CBR: ää joissakin puroissaan sekä muita tekniikoita.
kuten kuvasta 5 näkyy, muitakin bittinopeuden säätötekniikoita on olemassa, mukaan lukien Vakionopeuskerroin (Constant Rate Factor, CRF) ja rajattu VAKIONOPEUSKERROIN (Capped CRF). Kuitenkin, koska niitä käytetään parhaiten hyvin rajoitetuissa tapauksissa (enimmäkseen synteettistä sisältöä, kuten screencams ja PowerPoint videoita audio) ne eivät sisälly tähän keskusteluun.
segmentti 2. CBR tarjoaa kaiken kaikkiaan heikompaa laatua kuin VBR
Taulukko 1 näyttää tulokset yhdeltä laatuvertailulta Jan Ozerin tulevalle kirjalle Encoding by the Numbers, joka julkaistaan kesällä ’2016. Näissä testeissä oli mukana tiedostoja, jotka oli koodattu 720p-resoluutiolle 2 Mbps: n nopeudella FFmpeg: llä, ja VQM-pisteet mitattiin Moskovan yliopiston videolaadun Mittaustyökalulla (Vqmt). VQM: llä matalammat pisteet ovat parempia, ja taulukossa pisteet punaisella ovat huonoimmat, pisteet vihreällä parhaat.
Taulukko 1. PSNR laatuvertailu eri bittinopeuden säätötekniikoille.
merkitään taulukon 1 laatusarakkeet. Ensimmäinen osoittaa ryhmän alimman ja korkeimman laatuisen tiedoston kokonaislaatueron. Toinen osoittaa laatuero leikkeet koodattu käyttäen 110% ja 200% rajoitettu VBR. Kuten näet, tuottajat voivat välttää ohimeneviä laatuongelmia ja pysyä Applen suosituksissa käyttämällä 110% rajoitettua VBR: ää. Kuitenkin tuottajien, jotka etsivät mahdollisimman laadukasta tiedostoa ja jotka eivät ole huolissaan Applen suosituksista, tulisi käyttää 200% rajoitettua VBR: ää.
kaikissa testitapauksissa 2 Pass CBR toimitti huonoimman laadun, ja viidessä kuudesta 200% rajoitettu VBR toimitti korkeimman laadun. Ainoa poikkeus oli talking head clip, jossa 1 pass CBR toimitti korkeimman laadun. Tämä tulos näyttää olevan poikkeama; vastaavissa testeissä, jotka tehtiin kolmen matalan liikkeen, puhuvan pään klipseille, tulokset olivat yhdenmukaisia kaikkien muiden taulukon 1 tiedostojen kanssa. Suurin vaihtelu nähtiin Big Buck Bunny-leikekuvassa, jossa oli 14,54% laatuero alimman ja korkeimman laadun klipsien välillä (Total Quality Delta column).
yleinen laatuero on muuten suhteellisen pieni useimmissa muissa klipeissä. Itse asiassa, se ei luultavasti ole edes havaittavissa normaalin toiston aikana. Kuitenkin, joissakin tapauksissa, CBR tiedostot voivat esiintyä vakavampi ongelma; ohimenevä laatu putoaa kuvassa 1.
segmentti 3: CBR: n Transienttiset laatuongelmat koskevat paljon enemmän
kun koodaat haastavia Klippejä aggressiivisiin parametreihin, CBR-koodaus voi aiheuttaa vakavia, ohimeneviä laatuongelmia, kuten kuvassa 1. Kuva 6 on tulokset visualisointi näytön Moskovan yliopiston VQMT työkalu, joka näyttää VQM tulokset (alempi tulokset parempi) kaksi tiedostoa. Tiedosto punaisella oli koodattu käyttäen 110% rajoitettu VBR, kun taas tiedosto sininen on CBR. Ympyröidyt datapiikit osoittavat kehyksiä tai kehysryhmiä, joissa CBR-tiedoston laatu kärsi dramaattisesti verrattuna 110% rajoitettuun VBR-tiedostoon. Näistä eroista pahin on esitetty kuvassa 1.
kuva 6. Alimman kuvan datanopeuspiikit osoittavat kehyksiä tai kehysryhmiä, joissa CBR-laatu on dramaattisesti huonompi kuin 110% rajoitettu.
mielenkiintoista on, että CBR-tiedoston huippunopeus ylittää itse asiassa VBR-tiedoston. Näet tämän Kuvassa 7, joka näyttää bitrate Viewer analysoimalla CBR tiedosto (päälle) ja VBR tiedosto. Sivupöydät oikealla näyttää keskimääräinen ja huippu bittinopeus molemmille tiedostoille. Keskiarvo on lähes identtinen, kun taas CBR-tiedoston huippunopeus on 2623 kbps verrattuna 110 prosentin rajoituksella varustettuun VBR-tiedostoon 2539 kbps (KS.kuitenkin Huomautus 5 jäljempänä). Olipa huolesi suoratoiston tehokkuudesta, Applen 110% vaihtelevuutta koskevien suositusten noudattamisesta tai molemmista, rajoittunut VBR saavuttaa erinomaisen tuloksen, samalla kun se tuottaa kaiken kaikkiaan parempaa laatua ja välttää CBR-tiedoston ohimeneviä laadun pudotuksia.
kuva 7. Bitrate Viewer analysoimalla CBR tiedoston ylös ja 110% rajoitettu VBR tiedosto alareunassa.
voit katsoa näitä asioita havainnollistavan ja selittävän lyhyen videon heti alta.
Tämä video havainnollistaa CBR-videon yhteydessä toisinaan esiintyviä ohimeneviä laatuongelmia. Katsotuin koko näytön (klikkaa kuvaketta oikeassa alakulmassa toiston ikkunassa).
ei ehkä ole yllättävää, että kyselytuloksemme osoittivat, että yleisin vastaajien käyttämä prosenttirajoitus oli 110% tavoitteesta, vaikka kieltämättä, kuten kyselytuloksissa yleensä, vastaajien määrä on liian pieni ollakseen tilastollisesti merkittävä.
kuva 8. 110 prosenttia tavoitteesta oli yleisin rajoite.
segmentti 4: Monet tuottajat eivät piittaa Applen 110 prosentin Vaihtelevuussuosituksesta
kuva 9 näyttää joitakin kyselyn mielenkiintoisempia tuloksia. Eli niistä, jotka tuottavat HLS-tiedostoja, suurin osa tuottajista sivuuttaa Applen suosituksen kokonaan. Mielenkiintoista, yksi demografinen kysymys kyselyssä oli määrä videotiedostoja tuotetaan viikoittain. Kymmenen vastaajaa ilmoitti tuottavansa yli 100 tiedostoa viikossa; tästä ryhmästä viisi noudatti Applen suositusta uskonnollisesti, viisi jätti sen kokonaan huomiotta.
kuva 9. Useimmat tuottajat eivät piittaa Applen suosituksesta.
mielenkiintoinen jatkokysymys olisi ollut, jakelevatko rajoituksesta piittaamattomat vastaajat iOS-laitteille sovelluksen kautta. Valitettavasti emme esittäneet tätä kysymystä, jättäen avoimeksi huolen siitä, että Apple hylkää Sovellukset, kun sovelluksen toistama video ei täytä 110%: n vaihteluvaatimusta.
segmentti 5: johtopäätökset
1. Kaikissa testeissä CBR antoi kaikista bitrate-vaihtoehdoista huonoimman kokonaislaadun.
2. Yhtä lukuun ottamatta kaikissa testeissä rajoitettu VBR antoi korkeimman laadun
3. Haastava kuvamateriaalia ja aggressiivinen koodaus parametrit CBR-koodattu video voi esiintyä ohimenevä laatu putoaa, joskus dramaattinen.
4. Tuottaminen 110% rajoitetulla VBR: llä näyttää välttävän nämä laatuongelmat aiheuttamatta merkittävää vaihtelua tietojen määrässä.
5. Useimmissa tapauksissa, koodaus 200% rajoitettu VBR tarjoaa maksimaalisen laadun.
6. Monet tuottajat eivät piittaa Applen suosituksesta tuottaa HLS-tiedostoja, joiden streamivaihtelu on enintään 110%.
segmentti 6: suositukset
1. Tuottajien, jotka käyttävät tällä hetkellä CBR: ää joidenkin tai kaikkien niiden koodien osalta, tulisi harkita siirtymistä rajoitettuun VBR: ään.
• 110%: n rajoitetussa VBR: ssä tulisi välttää ohimeneviä laatuongelmia.
• 200-prosenttisesti rajoitettu VBR tuottaa ehdottomasti parasta laatua.
2. Tuottajien, jotka jakavat HLS-videota sovelluksen kautta, pitäisi luultavasti valita 110% rajoitettu VBR, jotta vältetään App Storen hyväksymisongelmat alun perin lähetettäessä tai lähetettäessä päivityksiä. Niiden, jotka lähettävät selainpohjaista pöytäkonetta ja mobiilitoistoa (esim.Ei sovellusta), tulisi harkita 200% rajoitettua VBR: ää.
3. Nämä tulokset vaihtelevat koodekin ja koodaustyökalun mukaan. Kuten alla on kuvattu, tuotimme kaikki tiedostot näitä testejä varten FFmpeg: ssä käyttäen x264-koodekkia. Olemme havainneet ohimeneviä laatuongelmia CBR-tiedostojen kanssa muissa x264-pohjaisissa koodaustyökaluissa, mutta ne eivät välttämättä näy kaikissa koodaustyökaluissa.
4. Mitään merkittävää koodausmuutosta, kuten tässä suositeltua, ei pitäisi toteuttaa ilman testausta laadun ja soitettavuuden varmistamiseksi.
Liite I: miten testasimme
tässä on lyhyt kuvaus näissä testeissä käytetyistä menetelmistä.
1. Tuotimme kaikki tiedostot ffmpeg: llä HP Z840-työasemalla, jossa oli Windows 7 Professional 64 Gt RAM-muistia.
2. Yleiset koodaus parametrit olivat keyframes 3 sekunnin välein ja veryslow valmiiksi.
3. Tuotimme CBR-tiedostoja käyttämällä samaa kohdebitraattia, max bitratea ja yhden sekunnin puskuriasetusta videosta. 4 mbps: n kohteille merkkijono oli:
-b: v 4000K
-maxrate 4000K
-bufsize 4000k
4. Tuotimme rajoitettuja VBR-tiedostoja säätämällä enimmäisnopeusasetusta ja käyttämällä puskuriarvoa 1 sekunti. 4 mbps: n tavoitteessa, jossa CBR oli 110% rajoitettu, merkkijono oli:
-V 4000K
-maxrate 4400k
-bufsize 4000k
p>sekä CBR: ssä että VBR: ssä koodaus suuremmalla puskurilla paransi virran laatua, mutta lisäsi myös virran vaihtelua.
5. Tuotimme CBR-tiedostot, jotka analysoitiin kuvissa 6 ja 7, sekä videossa käyttäen 1-pass CBR: ää, mikä paransi tiedoston laatua verrattuna 2-passiin (katso Taulukko 1), mutta myös lisäsi tiedostojen vaihtelua. Koodaus 1-pass CBR: llä tuotti myös tiedostoja selvästi alle tavoitteen, joten jouduimme koodaamaan useita kertoja yhä suuremmilla nopeuksilla täyttääksemme tavoitetietonopeuden. Käyttämällä 2-pass CBR koodaus tarjoaa hieman heikkolaatuisia tiedostoja, mutta myös suurempi datanopeus tarkkuus ja vähentää stream vaihtelua.
6. Varmistimme, että kaikkien tiedostojen tavoitetiedot olivat 5%: n sisällä tavoitteesta.
7. Tuotimme kaikki laatupisteet yllä käyttäen Moskovan yliopiston videon laadun mittaustyökalua.
