高清视频源及其相关选择技术

【中心议题】

•     *高清视频源概述
•     *动态测试结果详细分析

【解决方案】

•     *码率基本决定了影片的清晰度
•     * H.264编码方式的整体效果要优于WMV9和VP6编码方式

在政策、网络、用户终端等方面的差异，使得互联网视频业务不同于电视节目，所以在“高清”标准上不能简单照搬数字电视系统，而应该制定更符合互联网视频情况的新标准。说到底，是否高清要问用户的眼睛，我们要研究什么标准下的视频画面能令用户感到满意，不能把“高清”门槛降到500 kbit/s码率还时断时续的程度，也不能过分强调高分辨率、高码率，现阶段实现不了的标准是没有意义的。

2009年中，中国电信北京研究院进行了一项小规模测试，目的是获得适应目前主流宽带用户带宽的高清视频源标准参数。在测试过程中遵循“以用户体验为中心”的原则，在2 Mbit/s、4 Mbit/s接入带宽约束下，通过不同视频参数设置组合，充分考虑现实应用情况，寻找视频流畅度、视觉效果、带宽利用率的平衡点。具体说来，在用户体验方面优先保证对应带宽下的流畅度，能够流畅播放的条件下保证清晰度、色彩饱和度、边缘锐度等视觉效果，满足这两条原则下选择占用带宽较低方案。

在具体压片过程中涉及很多参数的设置，有些参数是对整体视觉效果或交互性起到关键作用的基础参数，有些参数是对视频进行精细加工的（如色彩、对比度、细节处理等），这些参数往往根据原始片源特点来设定。因为本次测试是为制定统一规范，所以只对基础参数进行测试，保障基本视觉效果，其余参数由压片人员根据经验设定。

测试分为动态测试和静态测试。动态测试是将压制好的片源通过网络传送到用户端播放，模拟真实用户上网观看体验。动态测试过程中需要随时调整片源压制参数和网络接入带宽。静态测试是将压制好的片源本地播放，随时进行前进、后退、暂停、截图等操作。动态测试主要评估影片播放流畅度和交互性支持，静态测试主要评估视音频质量。本次测试涉及的主要参数包括适应接入带宽、码率、编码方式、最高码率、关键帧间隔、音频码率、分辨率等，下面将该次测试的部分结论与大家共享。

1码率的选择

码率基本决定了影片的清晰度，在同样片源分辨率情况下，码率越高，画质越好。本次测试在码率的选择上，主要考虑的是在用户接入带宽和大网现状下能够流畅播放，并且能够达到较好的视觉效果。

在动态测试中，当用户接入带宽设置为2 Mbit/s时，采用H.264编码的几种码率的测试片源（1 Mbit/s、1.2 Mbit/s、1.3 Mbit/s、1.5 Mbit/s、1.8 Mbit/s），只有1.8 Mbit/s偶尔出现卡顿现象，其余都能流畅播放，并且启动缓冲时间小于3 s；采用WMV9编码的几种码率的测试片源均能流畅播放，启动缓冲时间小于7 s；采用VP6编码的几种码率的测试片源均能流畅播放，并且几乎没有启动缓冲时间。当用户接入带宽设置为4 Mbit/s时，采用H.264编码的几种码率的测试片源（1.8 Mbit/s、2 Mbit/s、2.5 Mbit/s、3 Mbit/s）均能流畅播放，并且启动缓冲时间小于5 s；采用WMV9编码的几种码率的测试片源均能流畅播放，但启动缓冲时间过长（大于15 s），影响用户体验；采用VP6编码的几种码率的测试片源无法流畅播放，卡顿比较严重。

在静态测试中，将1 Mbit/s、1.2 Mbit/s、1.3 Mbit/s、1.5 Mbit/s、1.8 Mbit/s码率的片源进行对比，随着码率的提高，画质逐渐提升，其中码率从1 Mbit/s到1.2 Mbit/s的画质提升较明显，码率从1.2 Mbit/s到1.5 Mbit/s的画质提升不明显，因此推荐将1.2 Mbit/s作为2 Mbit/s接入环境下的片源平均码率。将1.8 Mbit/s、2 Mbit/s、2.5 Mbit/s、3 Mbit/s码率的片源进行对比，画质伴随码率的提高而提升，其中码率从2 Mbit/s提高到2.5 Mbit/s的画质提升较明显，码率从2.5 Mbit/s提高到3 Mbit/s的画质提升不明显，因此推荐将2.5 Mbit/s作为4 Mbit/s接入环境下的片源平均码率。

2编码方式的选择

从测试情况来看，H.264编码方式的整体效果要优于WMV9和VP6编码方式，画面锐度、清晰度和色彩饱和度均较好。VP6编码方式的整体效果明显比H.264和WMV9编码方式差，主要体现在画面整体模糊，画面细节部分不清晰，马赛克严重。WMV9编码方式与VP6编码方式相比画质有较大提升，但在处理动态场面时会有明显的马赛克，在动态场面时间较短的影片中不易被发现，在动态场面时间较长的影片中比较明显。基于以上评估，推荐将H.264作为高清互联网视频的编码方式。

3最高码率的选择

最高码率的设置是为了在压片过程中降低原始片源中的码率最高峰值，提高片源的带宽适应性。理论上，只要高码率区持续时间不长并在之前的低码率区能够缓冲补偿，就不会出现卡顿。

本次测试选择了一个峰值码率持续时间超过10 s的影片，压缩编码平均码率设置为1 Mbit/s（方便对比分析），分别将最高码率设定为平均码率的1.5倍、2倍、3倍，截取的码率波形依次如图2的（a）、（b）、（c）所示，可见片源中第一段集中的码率峰值出现的时间为55 s～1 min 11 s，原始码率最高峰为16 Mbit/s，经压缩编码后码率高峰分别被消减到约1.57 Mbit/s、2 Mbit/s和2.8 Mbit/s。

在动态测试中，这3个片源都能够流畅播放，可见网络的缓冲能力弥补了最高码率区对带宽的消耗。在静态测试中，最高码率为平均码率的1.5倍时，码率峰值区在特定画面区域出现短暂的、相对明显的画面模糊；最高码率为平均码率的2倍时，则基本无法察觉这种影响。

为了给出一个较为通用的参数设置标准，仍以适应网络传送并能够流畅播放为第一条件，因此建议最高码率设置为平均码率的2倍左右。

4关键帧间隔的选择

理论上，关键帧间隔对视频的质量和整体码率会产生影响，较小的关键帧间隔可以在一定程度上提高视频在动态场面时的表现，同时可以提高视频在经过网络传输后的定位精确度，用户拖动进度条时定位准确可以有效提高用户体验。但是，减小视频关键帧间隔会提高视频的码率，可能会影响视频的传输。

对两段视频片段（一段动态场面较多，一段静态场面较多）均采用1.2 Mbit/s码率编码，再将关键帧分别设为2 s、16 s，观察其码率和视频质量的变化。

从现场观察情况来看，减小关键帧间隔并不会对视频的质量产生明显影响，所以画质并不会对关键帧的设置起决定影响。但是不排除片源本身的不同产生的效果不同，此测试仅供参考。

通过比较可以发现关键帧间隔减小并不会对视频的整体码率产生大的影响，而且会小幅度地降低最高码率的峰值，更有助于网络传输。而在实际的视频播放过程中，较小的关键帧间隔更有利于视频播放时的定位，提高用户的使用感受。

根据测试情况，建议将关键帧间隔设定为3 s，与HMDN网络能力相适应。

5帧速率的设置

对于帧速率这个参数没有进行测试，遵循国际标准，对于PAL制源设置为25帧/s，对于NTSC制源设置为30帧/s。

6音频码率的选择

在测试中分别将音频码率设置为48 kbit/s、64 kbit/s，普通情况下相差不大，48 kbit/s在高音区会形成爆音。考虑行业惯例，推荐采用64 kbit/s音频压缩编码。

7其他参数的选择

分辨率：720P以下与片源相同；如码率为2 Mbit/s以下，则720P以上分辨率需降低。

帧速率：24帧/s。

编码级别：M.E.Algorithm为Exhaustive。

Subpixel：6。

熵编码模式/压缩模式：点播－2pass；直播－1pass。

可变码率：支持。

音频采样率：与原始视频相同。