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微帧 Per-Title 编码技术:自适应码率 - 画质 - 分辨率

  • 2024-09-06
    北京
  • 本文字数:1965 字

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微帧Per-Title编码技术:自适应码率-画质-分辨率

Per-Title 编码是指以节省码率、存储空间及传输带宽成本为目的,为每部电影(基于其空间和时间属性及复杂度)调整合适的码率阶梯(Bitrate Ladder)。


Per-Title 技术的来源


Per-Title 最早由 Netflix 提出并应用于其流媒体服务中,在 Per-Title 技术出现之前,视频服务供应商普遍依赖于一套预先设定的 Bitrate Ladder,来处理几乎所有的视频内容。例如,下表给出了 Netflix 在采用 Per-Title 技术之前不同码率和分辨率组合的 Bitrate Ladder。



对大多数视频而言,在码率受限的情况下,这种一刀切的固定 Bitrate Ladder 可以实现高质量编码,然而在某些情况下,如卡通动画或静态访谈节目,采用高达 5800kbps 的码率来编码 1080P 视频,无疑是码率上的浪费,造成了不必要的带宽与存储负担;而面对带宽仅能传输 1750kbps 的用户群体,他们本有可能享受 720P 高清画质,但受限于通用配置,只能局限于观看 480P 标清视频。


事实上,每一个视频都有自己的码率-质量曲线(RD 曲线),如下图为某个视频 3 个分辨率档位的 RD 曲线,每条曲线上选取了 3 个点,表示固定 Bitrate Ladder 选取的 3 个码率档位。

在这个图中我们可以看到几个问题:


问题 1:随着 Bitrate Ladder 爬升,会出现质量不单调提升的现象。用户消耗了更多的带宽,但是接收到的视频质量反而更低了。

问题 2:在同样码率(带宽要求)下,切换不同的分辨率档位,视频质量还有提升空间。

把几条 RD 曲线合并起来,提取他们的凸包(Convex Hull,或称外包线),在这个凸包上取点,就可以避免这两个问题。

如上图所示,绿点就是在凸包上取点,取代原先的黑点。而对于比较靠近的几个绿点和黑点,可以只挑选有代表性的一个,得到简化 ladder,如图中蓝圈所示。按照图中的蓝色箭头爬升 ladder,我们将得到单调递增的视频质量。相比固定 Bitrate Ladder,这种方式可以保证提供给用户的视频质量是最优的,同时降低了带宽传输成本。


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微帧 Per-Title 编码技术的目标,就是为每一个视频或视频片段量身定制,找到最优的凸包,精准锁定既满足画面清晰度要求,又符合主观观看敏感度标准的最低码率点,以达到节省带宽的目的。

为了达到最佳质量的视频流,微帧设计了两套不同的 Per-Title 优化算法:一是常规码率-分辨率选择的 Per-Title 优化算法;二是基于 CRF(恒定质量因子)的 Per-Title 优化算法。


  • 常规码率-分辨率选择的 Per-Title 优化算法


与其他常规策略相比,微帧的 Per-Title 优化算法在相同码率下能实现更高的视频质量,可以在最大码率限制下选择主观质量最优的分辨率,并且能够检测 R-Q(码率-质量)水平,以更低的码率获取同等的主观质量。


  • 基于 CRF 的 Per-Title 优化算法


也许存在一个观点认为,CRF 已经能够根据视频内容自动调节码率,可以避免带宽浪费,没有必要再引入 Per-Title。然而这种观点忽视了视频编码过程中更为复杂和多维的需求,CRF 虽然能动态调整码率,但并未充分考虑视频在不同分辨率下的表现差异,Per-Title 则能基于视频内容特性和观看条件给予全方位的优化策略,在不同分辨率和码率下提供最优解。


一般情况下,简单场景倾向于选择高分辨率以展示更多细节,复杂场景则倾向选择低分辨率以有效控制码率,同时保持视觉质量的稳定性。微帧基于 CRF 的 Per-Title 优化算法,通过深度学习拟合每个视频在不同分辨率下[码率-CRF-VMAF]三者之间的关系,并根据三者之间的关系给出既定要求下的最佳编码参数,能够在特定码率要求下达到最佳画质(最大化 VMAF 分数),或在满足 VMAF 分数的前提下最小化码率。无论是追求极致的视频体验,还是严格控制传输成本,微帧 Per-Title 优化算法都能给出最优的分辨率与 CRF 组合。


相比固定 CRF ,微帧 Per-Title 有什么优势?


1) 在众多备选分辨率中,为每个视频挑选更合适的分辨率组合

通过对视频内容复杂度、场景切换频率、运动向量等多个维度的深度分析,自动为每个视频挑选最合适的分辨率组合,确保用户在各种观看条件下都能获得最佳的视觉体验。


2) 为每个分辨率选择最合适的码率或者 CRF 值

传统的 CRF 策略通常在单一分辨率下工作,而微帧的 Per-Title 通过分析每个分辨率下的画面质量与码率之间的关系,自动调整 CRF 值及最优码率,使视频在不同分辨率下都能展现出色的质量和编码效率。


微帧的 Per-Title 技术通过优化编码算法、并行处理技术以及智能任务调度,大幅度提升了其处理速度;这样多维度、多层次的深度优化,提升了视频编码效率和输出质量,不仅在分辨率和码率的选择上更加智能化,还实现了更为精确的编码控制,确保用户在任何设备、任何网络条件下都能获得最佳的视觉效果。


当然,除了 Per-Title 技术,微帧也优化了多项前沿视频编码技术,如 ROI(感兴趣区域)保护算法、智能 AI 前处理、基于内容的 CAE 感知编码等等......微帧在视频编码技术的不断探索与研究优化,体现了对极致画质及高效传输的不懈追求,始终秉持着精益求精的态度,致力于为用户提供更极致、更高质量的视频观看体验。

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让全球视频用户享用最大可能的极致视频体验 2021-09-01 加入

微帧科技是全球领先的视频AI与超高清解决方案提供商。专注于融合视频编码、人工智能、图像处理等技术,为企业提供低成本、超高清、智能化的视频服务。目前已服务Google、虎牙、小红书、网易等众多视频领域标杆企业。

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