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x264 编码器选项分析 (x264 Codec Strong and Weak Points) 1

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发布于 2016/08/06 11:52
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x264 编码器选项分析 (x264 Codec Strong and Weak Points) 1

x264 编码器选项分析 (x264 Codec Strong and Weak Points) 2

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本文简单翻译了MSU实验室做的X264的Option(即编码选项,后文称其英文名)分析报告《x264 Codec Strong and Weak Points》。看了之后感觉分析得十分透彻,而且其采用的方法也很有参考价值,因此记录一下其中的要点以作备忘。众所周知,X264的Option非常繁多,如何搭配这些繁多的参数以让编码后的视频体积小,质量好,同时编码速度快,确实是一个很让人头疼的问题。本报告中的实验就是为了解决上述问题而设计的。


一.简介

本文通过使用客观质量评价算法分析X264编码器的选项。下表列出了文中用到的几个词汇。
 
简单翻译一下:

名称

定义

例子

Option(选项)

编码选项

B帧数,运动估计算法

Option value(值)

编码选项的值

--me(运动估计算法)包含以下值:”dia”, “hex”, “umh”, “esa”, “tesa”

Preset(预设)

由一系列固定Value(值)的Option(选项)组成的集合

 

Pareto-optimal Point (Preset) (帕累托最优的预设)

没有任何其他Preset(预设)可以比该Preset获得更好的视频质量和更快的编码速度。

 

Envelope line Points (Preset) (包络线上的预设)

位于Convex hull(凸包)上的预设。代表了最好的预设。

 

Parameter λ(λ参数)

代表期望的编码时间和码率的比值。可以用下式表示:

M=λT+Q

其中T代表了相对编码时间,Q代表了相对的视频质量。

 




二.选项(Option)和选项的值(Option value)

本报告分析的X264的Option如下所列。
 

 
简单翻译一下:

选项

备注

Partitions(分块方式)

--partitions x

"none"

"p8x8,b8x8,i8x8,i4x4"

"all"

宏块使用的分块方式。

默认值:
"p8x8,b8x8,i8x8,i4x4"

 

B-Frames(B帧数)

--bframes n

0

2

4

I帧和P帧之间连续B帧出现的数量。

默认值:0

Reference Frames(参考帧数)

--ref n

1

4

8

参考帧的数量。

默认值:1

Motion Estimation Method(运动估计方法)

--me x

“dia”

“hex”

“umh”

“tesa”

运动估计的方法。详细见注释。

默认值:“hex”

Subpixel Motion Estimation(子像素运动估计)

--subme n

1

4

5

6

子像素(subpixel)估测复杂度。

默认值:5

 

Mixed References

--mixed-refs

off

on

默认值:off

 

Weighted

Prediction

--weightb

off

on

每一帧对B帧的影响力与其和该B帧的距离相关。

默认值:off


注:
1.运动估计方法简介
  dia(diamond菱形搜索) 是最简单的搜索方式,从最优预测值出发,往上、左、下、右一个像素处检测运动向量,挑选最好值,然后重复该步骤,直至找不到更优的运动向量。
  hex(hexagon正六角形搜索) 的策略类似,但它对周围六个点进行range-2搜索,因此称为正六角形搜索。此方法效率大大高于dia,且速度相当,因此通常编码常用此项。
  umh(uneven multi-hex不对称多六角形搜索)比hex慢很多,但能搜索复杂的多六角形,以避免错过很难找到的运动向量。与hex和dia相似,M.E.半径范围参数直接控制umh的搜索半径,使用者可自行增减搜索的空间尺寸。
  esa(exhaustive全面搜索) 在最优预测值附近M.E.半径范围范围内的整个空间内,以高度优化的智能方式搜索运动向量。相当于数学上的穷举法,搜索区域内的每一个运动向量,但是更快些。然而,此方法远远慢于UMH,且好处不多,对于普通编码没有太大用处。
  tesa (transformed exhaustive变换全面搜索)算法尝试对各个运动向量近似哈达玛变换比较法。与exhaustive类似,但效果略好,速度略慢。
2. 子像素运动估计
子像素(subpixel)估测复杂度,越大越好。数值1-5单纯控制子像素细化强度。数值6会开启模式决策RDO,数值8将开启运动向量和内部预测模式RDO。RDO模式大幅慢于低级模式。
采用低于2的值,会使用一种较快、但较低质量的lookahead模式,同时会影响--scenecut的决策,因此不推荐。
可选值:
0. fullpel only
1. QPel SAD 1 iteration
2. QPel SATD 2 iterations
3. HPel on MB then QPel
4. Always QPel
5. Multi QPel + bi-directional motion estimation
6. RD on I/P frames
7. RD on all frames
8. RD refinement on I/P frames
9. RD refinement on all frames
10. QP-RD (requires --trellis=2, --aq-mode > 0)
11. Full RD 


三. 最佳Preset

下图显示了本次实验的全部结果。实验系统通过枚举上表所列参数的所有选项,而后进行压缩编码得到的实验结果。每一个绿色的点代表一种Preset压缩的结果,可见实验的数据量很大。

下面简单解释一下这张图的含义。纵坐标代表视频的码率,取值越低,代表同等视频质量的的情况下码率越小。横坐标代表视频的编码时间,取值越低,代表编码时间越低。坐标取值是一个相对值。每一个绿色的点代表一种Preset。因此可知,越是位于左下角的Preset,其编码速度越快,且码率越低。最优的Preset应该是位于凸包(Convex hull)上的点(即那条红颜色线上的点)。需要注意的是,横坐标和纵坐标都是一个相对值而不是绝对的码率和时间。横坐标和纵坐标的值都是相比于X264的Default Preset而言的。X264的Default Preset即X264全部使用默认值的Preset,位于这张图的(1,1)点处。

如果固定编码时间,则最优的Preset位于包络线上。如图所示,位于粉红色五角星位置的Preset在相同的编码时间下码率最低。


 
X264默认值如下表所示。

Option

默认值

Partitions

“p8x8,b8x8,i8x8,i4x4”

B-Frames

0

Reference Frames

1

Motion Estimation Method

“hex”

Subpixel Motion Estimation

5

Mixed References

off

Weighted Prediction

off



下图显示了Pareto-optimal Point(帕累托最优点)Preset(即没有任何其他Preset可以比该Preset获得更好的视频质量和更快的编码速度)以及凸包(Convex hull)上的Preset。
 
 
凸包(Convex hull)上的Preset数据统计如下。
 

凸包(Convex hull)上的Preset分析结果如下。表格中一方面列出了凸包(Convex hull)上的Preset使用较多的Option以及使用较少的Option。另一方面列出了消耗时间较长但是质量较高的Preset以及速度较快但是质量较差一些的Preset。
 

四. “彩云图”的Preset分析

本章中,每张图对应一种关注的Option,包含不同Option Value的 Preset被标记为不同的颜色。实验结果如下所示。







 
 
从以上图表可以得出的各个Option的分析结果如下表所示。
 
简单翻译一下:

选项

结论

Partitions(分块方式)

--partitions x

"none"

"p8x8,b8x8,i8x8,i4x4"

"all"

要求速度快的时候用”none”,要求视频质量高的时候用”all”。要求速度质量均衡考虑的时候使用"p8x8,b8x8,i8x8,i4x4"

B-Frames(B帧数)

--bframes n

0

2

4

要求速度极高的时候用”0”。其他情况下用”2”,”4”,它们二者之间区别不大。

Reference Frames(参考帧数)

--ref n

1

4

8

要求速度快的时候用”1”,要求视频质量极高的时候用”8”。要求速度质量均衡考虑的时候使用"4"

Motion Estimation Method(运动估计方法)

--me x

“dia”

“hex”

“umh”

“tesa”

要求速度快的时候用”dia”和”hex”,要求视频质量极高的时候用”tesa”。要求速度质量均衡考虑的时候使用"umh"。

Subpixel Motion Estimation(子像素运动估计)

--subme n

1

4

5

6

要求速度快的时候用”1”,要求视频质量高的时候用”6”。要求速度质量均衡考虑的时候使用"4"

 

Mixed References

--mixed-refs

off

on

 

 

Weighted

Prediction

--weightb

off

on

 



注1:“Weighted prediction”作用不明显
注2:“bframes”中的2和 4 B-frames差别不大。

“彩云图”的分析结论如下表所示。该表列出了不同的使用环境下Option应该使用的值(Option value)。分成三种情况:速度最重要,速度和视频质量平均考虑,视频质量最重要。


原文地址:

http://compression.ru/video/codec_comparison/pdf/x264_options_analysis_08.pdf

 

本文转载自:http://blog.csdn.net/leixiaohua1020/article/details/39004293

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