视频3.0时代的推动力:商用H.265编解码技术

     如果称1990~2005年无线/有线广播电视的大发展时期为视频1.0时代,将2000~2015年国内以腾讯视频、爱奇艺、优土、乐视为代表的网络视频大行其道的时代称为视频2.0时代,那么随着如今短视频分享、视频直播以及VR/AR等应用在移动端不断开拓,我们现在已经进入视频3.0时代。与应用市场相对应,每个视频时代都需要与之匹配的视频传输载体——视频压缩格式及其编解码器。在视频3.0时代,视频云服务厂商一般会提供从推流、源站、cdn到播放的一站式点播直播方案,成为了高效视频编码服务的急需者和提供者。

                                   

     如图1所示,在视频1.0时代,由于广电行业传输带宽较为充裕,MPEG1/2, H.261/2/3等第一、二代视频标准被广泛使用。甚至在中国的广电领域,MPEG-2仍然为有线网络的主流视频传输格式。商用编解码器为各大硬件厂商所把持,一般内置于广播电视台机柜、电视机及其机顶盒中。在视频2.0时代,由于互联网环境具有带宽小、稳定性差等的特点,H.264-baseline、VP8、VC-1、RMVB等适用于中低码率的互联网传输的视频标准被广泛使用,但互联网用户最常见的仍然是解码器。例如,内置于网页的解码内核(插件)或者独立的播放客户端、APP。到了视频3.0时代,无论短视频、移动直播还是VR,无论在客户端还是服务端,都会直接调用编码器来完成视频分享。作为这些编码器的提供商,很多云服务公司对所使用的编码器的视频编码质量和压缩效率提出了更高的要求。

     首先在移动短视频领域,用户使用手机内置的软件或硬件编码器录制短视频,随后分享、上传到社交网络。如图2所示,短视频具有短时间集中访问的特性,会在流量高峰期会产生很大的CDN尖峰。于是,为了降低CDN带宽成本,短视频网站往往需要编码器可以提供高质量、高压缩效率和较为快速的视频编转码能力。

     再如在移动视频直播领域,编码器和解码器往往同时集成到直播APP中,以方便每个用户可以用编码器发起自己的移动直播,或者用解码器观看他人的移动直播。由于视频直播时需要低延迟、高质量、实时的将视频传输给观看者,因而要求视频编码器可以支持中高分辨率以上(如640x480,1280x720)、每秒15帧以上、码率较低主观质量较高的实时编码。

     此外,在虚拟现实领域,出于提高真实感体验的考虑, VR视频往往具有分辨率更高(4K),刷新帧率更高(60fps以上)的特点。因而,VR视频的录制和分发商也要求视频云编码器可以做到主观质量更好、压缩效率更高。

                                    

     综合上述视频3.0时代对视频编码器的要求,由于最新视频压缩标准H.265具有(1)相同码率下主观质量显著提升以及(2)相同主观质量下码率降低一半的显著优势,商用的H.265编码器必将成为各大视频云服务商的首要选择。

     然而,如表一所示,目前的开源H.265编码器X265相比于X264有如下问题:

    (1)在视频直播应用(X265 ultrafast vs X264 veryfast速度级别)上,X265仅有12%的码率节省。由于视频直播格式的升级会带来一连串的从播放端到cdn到服务端的连锁反应,不足以诱惑直播APP升级编码格式为H.265。

    (2)无论是视频直播还是离线转码(X265 placebo vs X264 placebo),X265在编码速度上,相比于X264有较大劣势。不仅难以支撑视频3.0时代移动视频直播场景中对编码速度的需求,在离线转码服务上也太过耗时,无法支持大规模、强频率上传至服务器的短视频转码服务。

                                     

      这无疑给H.265在视频云上的应用泼了一瓢冷水。因而,视频3.0时代急需一款能够全方面支持视频直播和离线转码的高性能高速H.265编码器。

      H.265编码器最大的优势是就拥有更高的压缩码率,以实现超过50%的加速和超过30%的码率节省(详细性能比较参数见表二)。X264@veryfast是市场上比较广泛使用的H.264移动视频直播编码器,但随着技术的研发和深入目前H.265编码器也是满足移动视频直播的编码器而且已经有第一个将此技术进行商用的视频云服务商出现。

                                      

     全新的商用H.265编解码技术虽然从某种意义上来说沿用了H.264的混合编码框架但是从技术细节上有很大程度的改进例如图像分块、运动功能、自适应率、矢量预测等等都能完全满足视频3.0时代对于移动编解码技术的需求。

      PC端视频的时代已经逐渐的消退了,做为网红、移动视频的一代商用H.265编解码技术从某种程度上助推了视频3.0时代更快速的发展。

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