Сайт о сжатии >> Раздел по видео

WIN | KOI | LAT

Руководитель: Дмитрий Ватолин
Реализация: Алексей Носков,
Александр Паршин,
Владимир Попов

Введение

x264 - бесплатный кодек стандарта MPEG4 AVC/H.264 с открытым кодом, создаваемый программистами всего мира. На сегодняшний день x264 является одним из лучших кодеков своего стандарта, что подтверждено различными сравнениями.

Описание улучшений

Для улучшения был выбран режим кодека ABR, в котором кодер стремится сжать фильм с наилучшим качеством при заданном среднем битрейте, не выходя за ограничения размера буфера.

В кодеке x264 активно используется накопленная по предыдущим кадрам статистика для улучшения работы адаптивных моделей. В первых же кадрах фильма данные статистики еще не собраны, и потому для сжатия используются коэффициенты, задаваемые пользователем, или, если они не заданы, стандартные значения.

Проведённый анализ показал, что выбранные значения по умолчанию в большей степени соответствуют высоким битрейтам. Как следствие, на низких битрейтах возникает необоснованное завышение качества первых кадров, что ведет, в свою очередь, к занижению качества последующих кадров и занижению результата в среднем по последовательности.

Для устранения этого недостатка, были проведены измерения на различных тестовых последовательностяхс целью выбора оптимальных коэффициентов для различных битрейтов.

В измерениях варьировались два коэффициента:

• start_qp - начальный коэффициент квантования. Используется для вычисления коэффициента квантования на первых кадрах, где статистика еще не накоплена. К сожалению, в кодеке отсутствует возможность задавать его для режима ABR из командной строки. Потому для удобства тестирования эта возможность была добавлена в кодек.
• ipratio - модификатор коэффициента квантования I-фреймов. В процессе вычисления коэффициента квантования для I-фреймов используется результат собранной по P-фреймам статистики, деленный на коэффициент ipratio. Этот параметр может задаваться из командной строки, в виде: ipratio = <число>

В подборе участвовали последовательности из следующего набора:

• bbc - стандартная тестовая последовательность
• susi - стандартная тестовая последовательность
• battle - отрывок из фильма «Терминатор-2»
• matrix - отрывок из фильма «Матрица»

Каждая последовательность сжималась с битрейтами 100, 225, 460, 938, 1340, 2340 kbps. Для каждого битрейта коэффициенты менялись следующим образом: start_qp - в пределах от 24 до 48 с шагом 2, ipratio - от 0.50 до 1.50 с шагом 0.25, что позволило выбрать оптимальные значения параметров для каждого битрейта и каждой последовательности из тестового набора. Границы изменения и шаги были подобраны исходя из двух требований: с одной стороны они с достаточной точностью покрывают все возможные оптимальные значения, а с другой, количество измерений позволяет провести все их за разумное время.

Как можно видеть на Рис 2, качество сжатого фильма зависит более всего от начального коэффициента квантования, а варьирование модификатора для I-фреймов не вносит столь заметного изменения. Поэтому было решено внести изменения только в начальный коэффициент квантования.

Собранная статистика была аппроксимирована достаточно простой функцией, зависящей от заданного кодеку битрейта и вычисляемой каждый раз при инициализации кодека, что дало прирост качества сжатого фильма и уменьшение размера файла.

Для аппроксимации экспериментальной кривой было решено использовать степенную функцию вида

,

где a,b и c - неизвестные коэффициенты. Выбор коэффициентов проводился при помощи метода нелинейной оптимизации Левенберга-Маркара. После проведённой оптимизации функция приняла вид:

.

Результаты

После внесённых изменений улучшилась работа кодека на низких битрейтах. В качестве теста был использован ряд последовательностей, которые не участвовали в подборе параметров. Большинство из этих последовательностей демонстрируют, что модифицированная версия превосходит результаты исходной версии кодека на низких битрейтах и обеспечивает такое же качество на средних и высоких. Использовались исходные тексты кодека от 12 февраля 2006 года. Кодек запускался со следующими параметрами:

x264 --bitrate=<target_bitrate> --fps=<fps> --me=umh --merange=32 --subme=6 --ref=16
--analyse=all --direct=spatial --pbratio=1.5 --bframes=3 --weightb -o <output_file> <input_file> <width>x<height>

На следующих графиках показаны полученные результаты на двух примерах. Последовательность "Matrix" использовалась в тестовом наборе, в то время как последовательность "Flower" не была в него включена.

Ссылки

Сравнения кодеков с участием x264:

• Второе ежегодное сравнение МГУ кодеков MPEG4 AVC/H.264
• Субъективное сравнение МГУ современных видеокодеков
• Сравнение кодеков на сайте Doom9

Страницы кодека:

• Страница разработчиков кодека x264
• Неофициальная станица кодека x264

Download

• Исходный кодек x264 (собранный по исходным кодам от 12.02.06)
• Улучшенный МГУ кодек x264
• Исходные коды от 12.02.06
• Изменённые исходные коды
• Только изменённые исходные файлы кода

E-mail

Other materials

Материалы по видео

Общедоступные видеофильтры Доступные фильтры для VirtualDub и AviSynth. Обычно мы разрабатываем семейства фильтров. Свяжитесь с нами для получения версий, оптимизированных под ASIC/FPGA/DSP. MSU Cartoon Restore (New!) MSU Noise Estimation (New!) MSU Frame Rate Conversion (New!) MSU Image Restoration (New!) MSU Denoising (Top!) MSU Old Cinema MSU Deblocking (Top!) MSU Smart Brightness and Contrast (Top!) MSU Smart Sharpen (Top!) MSU Noise generation MSU Noise estimation MSU Motion Estimation Information MSU Subtitles removal MSU Logo removal (Top!) MSU Deflicker (Top!) MSU Field Shift Fixer AviSynth plug-in MSU StegoVideo MSU Cartoonizer (Top!) MSU SmartDeblocking (Top!) MSU Color Enhancement MSU Old Color Restoration Частые вопросы (Прочти меня!) Статистика фильтров (New!)	Коммерческие видеофильтры Мы работаем с Intel, Samsung, Real Networks и другими компаниями над адаптацией наших фильтров для специфических видеопотоков и аппаратного обеспечения, такого как телевизоры, видеокарты и т.д. Свяжитесь с нами, если Вам нужна лицензия на такие фильтры. Automatic Objects Segmentation (New!) Semiautomatic Objects Segmentation New Frame Rate Conversion (New!) New Deinterlacer (New!) MSU-Samsung Deinterlacing Project Digital TV Signal Enhancement Old Film Recovery Tuner TV Restore Panorama Video2Photo SuperResolution SuperPrecision High quality image and video resampling Frame Rate Conversion Motion Phase filter Deshaker (video stabilization) Film Grain/Degrain filter Deblurring filter Fast/Hi-Fi Face Detection
Сравнения кодеков Объективные и субъективные сравнения качества видеокодеков и кодеков изображений. 4-е ежегодное сравнение видеокодеков MPEG4-AVC/H.264 (New!) Сравнение кодеков без потерь 2007 (New!) 3-е ежегодное сравнение видеокодеков MPEG4-AVC/H.264 Windows Meda Photo vs JPEG-2000 Сравнение декодеров стандарта MPEG-2 на потоках с ошибками (Top!) Субъективное сравнение современных видеокодеков (Top!) Второе ежегодное сравнение видеокодеков стандарта MPEG-4 AVC/H.264 (Top!) FAQ 2-го сравнения H.264-x Первое ежегодное сравнение видеокодеков стандарта MPEG-4 AVC/H.264 FAQ 1-го сравнения H.264-x Сравнение 9 кодеров JPEG 2000 (Top!) Сравнение видеокодеков без потерь 2004 Сравнение кодеков MPEG-4 SP/ASP (Top!) Сравнение видеокодеков (старое) См. также (старые) сравнения аудиокодеков: Сравнение аудиокодеков на 32 kbps Сводное тестирование 10 кодеков по разным метрикам ("тест метрик")	Метрики качества видео Различные реализации объективных и субъективных метрик качества видео. MSU Video Quality Measure - объективные метрики для сравнения кодеков и видеофильтров. (Top!) Краткая информация по реализованным метрикам: PSNR, Delta, MSAD, MSE, SSIM, VQM, MSU Blurring, MSU Blocking MSU Brightness Flicking Metric MSU Brightness Independent PSNR MSU Drop Frame Metric MSU Noise Estimation Metric MSU VQM Metric Tool FAQ MSU Perceptual Quality Metric - несколько метрик для измерения субъективного качества видео (Top!) Краткая информация по реализованным метрикам: ITU-R BT.500-11: DSIS, DSCQS I & II, SCACJ; EBU: SAMVIQ; MSUCQE MSU PVQ Metric Tool FAQ
Проекты по видеокодекам Проекты по исследованию и разработке видеокодеков. MSU Lossless Video Codec (Top!) MSU Screen Capture Lossless Codec (Top!) MSU MPEG-2 Video Codec Улучшение кодека x264 FAQ по кодеку x264	Разное Другая информация. Crazy gallery (приколы с фильтрами :-) Лицензия на ПО Видеогруппы Около 1000 слайдов лекций курса "Методы сжатия и обработки медиаданных" (Top!) Страница курса на ВМиК МГУ "Методы сжатия данных"
Статьи по темам Фильтрация: Deinterlacing Фильтрация: Шумоподавление Фильтрация: Предобработка видеопотока Фильтрация: Постобработка видеопотока Фильтрация: Преобразование частоты кадров Фильтрация: Масштабирование видео Преобразования: Использование DCT и альтернативных преобразований Преобразования: Квантование Преобразования: Wavelet для видео Bitrate: Управление битрейтом Bitrate: Сильное сжатие (Low Bitrate) Метрики: Общие сведения и метрики для изображений Метрики: Измерение качества видео	Hardware: Аппаратное ускорение видео Hardware: Особенности работы на разных дисплеях Энтропийное сжатие и видео Компенсация движения Преобразование форматов видео Сегментация и индексирование видео Потоковая передача видео Стереоскопичеcкое и 3D видео "Объектный" подход к видео Разное

Смотрите также материалы:
- По цветовым пространствам
- По JPEG
- По JPEG-2000

Последнее обновление: 12-October-2007