乾貨 |　H.265技術在短影片的應用及未來前景

作者：姜生。現擔任PPTV&蘇寧體育編解碼核心開發高階技術經理。影像編解碼、高效能運算出身；從事H.264 decoder 開發與最佳化， H.265 編碼器開發與最佳化。10年以上音影片媒體開發經驗。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影片業務，推動影片雲平臺架構改進，提升服務能力。

短影片是資訊的一種新的表達方式，它融合了文字、語音和影片，能夠更加直觀、立體地滿足使用者的表達，溝通需求、滿足人們之間展示及分享的訴求。

最近幾年，短影片，呈現井噴式的發展。直播型別的網站中，版權和頻寬構成了成本的絕大部分，頻寬成本僅次於版權。而對於使用者原創類的短影片平臺，頻寬成本所佔比例可能更高。可以想象，在4K乃至6K影片和5G的刺激下，頻寬成本可能指數上漲。未來影片平臺可能無法承擔高昂的頻寬成本的窘境。所以節省頻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影片壓縮率的技術選型和調優方法。

短影片的發展現狀特點

短影片介紹

短影片是資訊的一種表達方式，長度不超過15分鐘，主要依託於移動智慧終端實現快速拍攝和美化編輯，可在社交媒體平臺實時分享和無縫對接的一種新型影片形式。它融合了文字、語音和影片，能夠更加直觀、立體地滿足使用者的表達，溝通需求、滿足人們之間展示及分享的訴求。

短影片的運維成本

直播型別的網站中，版權和頻寬構成了成本的絕大部分，頻寬成本僅次於版權。而對於使用者原創類的短影片平臺，頻寬成本所佔比例可能更高。可以想象，在4K乃至6K影片和5G的刺激下，頻寬成本可能指數上漲。未來影片平臺可能無法承擔高昂的頻寬成本的窘境。

降低成本的方式

P2P CDN：既然頻寬成本居高不下，那就透過P2P的方式讓使用者分享頻寬，達到降低頻寬成本的目的，P2P CDN正是基於這樣的原理。市面上許多“賺錢寶”類的盒子，背後的技術就是P2PCDN。這也是為什麼市面上有那麼多區塊鏈的專案都瞄準了頻寬共享，其背後都是P2P CDN。

Encoder : 目前，全網最流行的Codec還是H.264，HEVC佔比逐步上升。相比於H.264，HEVC有30%以上的頻寬節省。不過受困於複雜的專利授權，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由於複雜度過高，離實際應用還有一定的距離。

H.265 與 H.264 效能優勢

 位元速率節省與清晰度

H265 編碼架構及工具介紹

H.265與 H.264 結構差異

H265 與 H264 相比編碼框架差異

H.265 採用混合編解碼，結構與H264基本一致，細節不同在於：

• 編碼塊劃分結構：採用CU、 PU 、 TU遞迴結構

• 並行工具：增加Tile以及WPP 等並行工具，以提高速度

• 濾波器：在去塊濾波之後增加了SAO模組

編碼塊劃分結構：CU、 PU 、 TU遞迴結構：

SAO對壓縮率的貢獻

  PPTV&蘇寧體育降位元速率技術

演算法一：序列特性分析

序列特性分析＆架構圖

 

演算法一：時段特性分析

在實際的編碼過程中，轉碼伺服器通常會給每一類影片設定一個固定的位元速率，然而實際上，同類的影片中，每一個clip序列的影片流的細節和運動特點各不相同，在相同的清晰度條件下，所需的位元速率是不一樣的，為了克服這個問題，PPTV&蘇寧體育根據每一個影片的特點來動態分配位元速率，達到節省位元速率的目的。    

• 實現方法：

根據pass1得到的平均QP和該檔次複雜影片編碼得到的QP兩個引數預估影片的複雜度，然後根據影片複雜度和當前設定的目標位元速率，確定pass2的最終目標位元速率。該演算法在不改變位元速率分配演算法流程的基礎上，可以有效降低影片位元速率。

可行性分析：

 分析：不同內容，同解析度，不同源片位元速率情況下的pass1得出的QP隨目標位元的變化如左。從圖中可以看到，不同影片內容相同源片位元速率相同解析度下pass1得出的QP隨目標位元的變化差異很大，且在不同源片位元速率下，序列的分佈基本相同，並且同源片位元速率的情況下越複雜的影片序列pass1編碼後對應的QP越大，這就驗證了我們演算法假設的正確性。

Bitrate-QP 曲線擬合：

影片複雜度示意圖

 測試最複雜3個、5個和8個影片序列。然後使用matlab對其擬合，得到最佳的模型。

其中1920x1080-3表示影片序列編碼的解析度為1920x1080，且使用25個影片序列中最複雜度的3個影片序列進行擬合的模型，其餘類似。

曲線擬合效果

 分析上圖，高解析度的情況下，選擇3個、5個和8個最複雜度的影片序列得到複雜度曲線非常接近；低解析度的情況下，選擇3個、5個和8個最複雜度的影片序列得到複雜度曲線在3000 kbps 以下非常接近；

設定位元速率

現在，需要解決的就是設定目標位元速率為k時，影片序列 pass1 編碼後得出的量化引數  如何根據最複雜的影片序列複雜度  分配合適的目標位元速率。一共提出了10個模型，其中下面的模型最佳：

降位元速率效果

 未來展望

PPTV&蘇寧體育事業部，將來會把影像的主觀評分引入到編碼器中，作為位元速率控制的參考因素，這樣是影像質量和位元速率都得到良好的控制。

蘇寧旗下子品牌蘇寧影片雲已累計服務客戶超過2000個；蘇寧影片雲憑藉PPTV 十年媒體技術和服務經驗，融合流媒體技術、P2P、CDN 分發、海量儲存、安全策略等構建的專注影片領域的一站式SaaS 服務平臺。蘇寧影片雲集影片雲直播、雲點播、雲上傳、雲轉碼、雲端儲存、雲統計等功能於一體，多平臺全方位支援客戶各種影片場景的業務需求。