干貨 |　H.265技術在短視頻的應用及未來前景

作者：姜生。現擔任PPTV&蘇寧體育編解碼內核開發高級技術經理。圖像編解碼、高性能計算出身；從事H.264 decoder 開發與優化， H.265 編碼器開發與優化。10年以上音視頻媒體開發經驗。目前負責H.265 encoder 架構設計與研發工作，承接蘇寧集團內部的視頻業務，推動視頻云平臺架構改進，提升服務能力。

最近幾年，短視頻，呈現井噴式的發展。直播類型的網站中，版權和帶寬構成了成本的絕大部分，帶寬成本僅次于版權。而對于用戶原創類的短視頻平臺，帶寬成本所占比例可能更高。可以想象，在4K乃至6K視頻和5G的刺激下，帶寬成本可能指數上漲。未來視頻平臺可能無法承擔高昂的帶寬成本的窘境。所以節省帶寬成了一個重要的需求點。本次深度揭秘PPTV&蘇寧體育提升H.265視頻壓縮率的技術選型和調優方法。

降低成本的方式

Encoder : 目前，全網最流行的Codec還是H.264，HEVC占比逐步上升。相比于H.264，HEVC有30%以上的帶寬節省。不過受困于復雜的專利授權，HEVC正在面臨來自AOM聯盟的挑戰——AV1。Facebook的測試表明，AV1比x264壓縮比提升至少30%，可以與HEVC相抗衡。但是 AV1由于復雜度過高，離實際應用還有一定的距離。

H.265與 H.264 結構差異

H.265 采用混合編解碼，結構與H264基本一致，細節不同在于：

• 編碼塊劃分結構：采用CU、 PU 、 TU遞歸結構

• 并行工具：增加Tile以及WPP 等并行工具，以提高速度

• 濾波器：在去塊濾波之后增加了SAO模塊

編碼塊劃分結構：CU、 PU 、 TU遞歸結構：

SAO對壓縮率的貢獻

  PPTV&蘇寧體育降碼率技術

序列特性分析＆架構圖

算法一：時段特性分析

在實際的編碼過程中，轉碼服務器通常會給每一類視頻設置一個固定的碼率，然而實際上，同類的視頻中，每一個clip序列的視頻流的細節和運動特點各不相同，在相同的清晰度條件下，所需的碼率是不一樣的，為了克服這個問題，PPTV&蘇寧體育根據每一個視頻的特點來動態分配碼率，達到節省碼率的目的。    

• 實現方法：

根據pass1得到的平均QP和該檔次復雜視頻編碼得到的QP兩個參數預估視頻的復雜度，然后根據視頻復雜度和當前設定的目標碼率，確定pass2的最終目標碼率。該算法在不改變碼率分配算法流程的基礎上，可以有效降低視頻碼率。

可行性分析：

 分析：不同內容，同分辨率，不同源片碼率情況下的pass1得出的QP隨目標比特的變化如左。從圖中可以看到，不同視頻內容相同源片碼率相同分辨率下pass1得出的QP隨目標比特的變化差異很大，且在不同源片碼率下，序列的分布基本相同，并且同源片碼率的情況下越復雜的視頻序列pass1編碼后對應的QP越大，這就驗證了我們算法假設的正確性。

Bitrate-QP 曲線擬合：

視頻復雜度示意圖

 測試最復雜3個、5個和8個視頻序列。然后使用matlab對其擬合，得到最佳的模型。

其中1920x1080-3表示視頻序列編碼的分辨率為1920x1080，且使用25個視頻序列中最復雜度的3個視頻序列進行擬合的模型，其余類似。

曲線擬合效果

 分析上圖，高分辨率的情況下，選擇3個、5個和8個最復雜度的視頻序列得到復雜度曲線非常接近；低分辨率的情況下，選擇3個、5個和8個最復雜度的視頻序列得到復雜度曲線在3000 kbps 以下非常接近；

現在，需要解決的就是設定目標碼率為k時，視頻序列 pass1 編碼后得出的量化參數  如何根據最復雜的視頻序列復雜度  分配合適的目標碼率。一共提出了10個模型，其中下面的模型最佳：

降碼率效果

 未來展望

PPTV&蘇寧體育事業部，將來會把圖像的主觀評分引入到編碼器中，作為碼率控制的參考因素，這樣是圖像質量和碼率都得到良好的控制。

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