🤲🏿 💅🏻 🤱🏾 مقارنة بين برامج الترميز HEVC من جامعة ولاية ميشيغان. كيفية تحسين النتائج 🥡 👨🏾‍🌾 🤱🏼

في أكتوبر 2015 ، تم إصدار تقرير مقارنة ترميز آخر في VMiK بجامعة موسكو الحكومية ، وهذه المرة تضمن العديد من برامج ترميز HEVC.

كانت نقطة البداية للدراسة أننا لاحظنا اختلافًا في الإعدادات المسبقة في اختبارات AVC و HEVC - بالنسبة لـ AVC ، تم استخدام ملف تعريف سريع غير معدل مع GOP واحد ، وبالنسبة لـ HEVC ، تم استخدام ملف معدل مع العديد من GOPs. في الوقت نفسه ، بالنسبة لملف "شجرة التفاح" الوحيد الموصوف في التقرير المفتوح ، تبين أن برنامج التشفير x264 أفضل من x265 عندما تم تحويله بسرعة على الرسوم البيانية لاعتماد SSIM على معدل البت دون مراعاة سرعة التشفير. نشأ السؤال على الفور: ربما يمكن لهذه الخيارات أو بعض الخيارات الواضحة الأخرى تغيير هذه الصورة.

يقارن التقرير الإعدادات المسبقة ، لكنه لا يقدم توصيات لتصحيحها. في هذه المقالة ، قمنا بإجراء مقارنة مماثلة وقدمنا توصيات لتعديل الإعدادات المسبقة لبرنامج التشفير x265. بالنسبة لتسلسل فيديو مشابه لتلك التي تمت دراستها في النسخة المجانية من التقرير ، يمكن للتغييرات المقترحة على معلمات التشفير أن تحسن كفاءة الضغط ، بينما تعيد ترميز x265 عند رسم التقرير.

الإعدادات المسبقة المعدلة لا تدعي العالمية ، الاختبار على عدد كبير من متواليات الفيديو خارج نطاق هذه الدراسة. ومع ذلك ، يمكن التوصية بها كنقطة بداية عند البحث عن فرص لزيادة كفاءة الترميز لـ x265.

عن المشروع

تنشأ مهمة تشفير الفيديو في معالجة الوسائط المتعددة ، سواء كانت إرسالًا أو تحريرًا أو تحريرًا أو تخزينًا ، باستمرار عند تطوير التطبيقات والخدمات ، وعندما يتم تكوينها في وقت الاستخدام. نظرًا للعدد الكبير من برامج ترميز الفيديو الشائعة ، حتى من النوع نفسه في كثير من الأحيان ، ليس من السهل اختيار أفضل منها ومن ثم تعيين الإعدادات الصحيحة. ربما ، مسترشداً بمثل هذه الاعتبارات ، في مختبر رسومات الكمبيوتر والوسائط المتعددة في كلية الرياضيات الحاسوبية وعلم التحكم الآلي (VMiK) بجامعة موسكو الحكومية منذ عام 2000 ، كان العمل جارًا في مشروع لمقارنة برامج ترميز الفيديو.

في أكتوبر 2015 ، تم نشر تقرير مقارنة برنامج الترميز الذي تضمن بعض برامج الترميز بتنسيق HEVC ، بالإضافة إلى عدة برامج أخرى قيد التطوير النشط حاليًا. كمرجع "ضاغط" x264 المعتمدة. أحد المثير للاهتمام في التقرير هو ضاغط x265 ، وسوف ندرسه.
كأداة تحليل ، سوف نستخدم SolveigMM Zond 265 ، ومحلل ملفات HEVC / H.265 و AVC / H.264.

الصورة

طرق لمقارنة برامج الترميز واختيار المعلمات

نصف التقنية. تتم المقارنة في التقرير وفقًا لمعايير جودة معدل البت (SSIM ، PSNR). الإجراء الموضح في التقرير لمقارنة نسبة معدل البت / الجودة (الفقرة C.4) هو كما يلي.
نختار العديد من قيم معدل البت (على سبيل المثال ، 7 قيم: 1 و 2 و 4 و 6 و 8 و 10 و 12 ميجابت في الثانية) ، ونأخذ في الاعتبار مقاييس الجودة اللازمة لكل برنامج ترميز.

نحدد القيم التي تم الحصول عليها على الرسم البياني: مقياس الجودة (محور الخراج) - معدل البت (المحور المنسق).

استيفاء خطيًا.
نختار النطاق الأوسع الذي يتم تحديد جميع الرسوم البيانية عليه ، ونعثر على المنطقة تحت جميع الرسوم البيانية عليه.
باعتباره مقياسا للجودة من برنامج ترميز معين (أو مسبقا)، مع نسبة مساحتها الى المنطقة لالترميز المرجعية. كلما انخفض الرقم ، زاد كفاءة برنامج الترميز.

للمرجع ، حدد x265 مع الإعداد المسبق المحدد في التقرير (الجدول 1). لا يستخدم التقرير أحدث إصدار من الضاغط ، ويمكن العثور عليه هنا: x265 1.5 + 460-ac85c775620f . ومع ذلك ، عند استخدام أحدث إصدار ، لا شيء يتغير جذريًا.
يتم عرض الإعدادات المسبقة للضاغط المستخدمة في الجدول 1 (لمنصة سطح المكتب).

تمزيق	x265 -p جداً بطيء - تحكيم٪ BITRATE_KBPS ٪٪ SOURCE_FILE٪ -o٪ TARGET_FILE٪ - إدخال المدخلات٪ WIDTH٪ x٪ HEIGHT٪ --fps٪ FPS٪
الترميز العالمي	x265 -p متوسط - تحكيم٪ BITRATE_KBPS ٪٪ SOURCE_FILE٪ -o٪ TARGET_FILE٪ - إدخال المدخلات٪ WIDTH٪ x٪ HEIGHT٪ - fps٪ FPS٪
تسجيل سريع	x265 -p فائق السرعة - المرجع 3 - تحكيم٪ BITRATE_KBPS ٪٪ SOURCE_FILE٪ -o٪ TARGET_FILE٪ - إدخال المدخلات٪ WIDTH٪ x٪ HEIGHT٪ - fps٪ FPS٪

الجدول 1. إعدادات ضاغط x265 لتقرير "مقارنة برنامج ترميز الفيديو MSU HEVC.

للحصول على توصيات لتعديل الإعدادات المسبقة ، نقوم باختبار جميع الإعدادات التي تتكون منها - المساهمة التي يقدمها كل مكون للجودة والسرعة. الخطة هنا على النحو التالي.

نقوم بتشفير الملف ، وتغيير كل معلمة من الإعدادات المسبقة: من تحويل سريع إلى عالمي ، من عالمي إلى "نسخ". في الوقت نفسه ، نوفر وقت الترميز.
نحن نحسب مقياس الجودة (كما هو موضح في المنطقة أعلاه) ووقت الترميز النسبي (الحد الأدنى لقيمة ترميز FPS لملف "المعلمة المعدلة مسبقًا" بالنسبة لجميع قيم معدل البت المحددة).
من الجدول الذي يتكون من معلمة متغيرة ، وقياس الجودة ، والحد الأدنى من FPS ، نختار المعلمات التي يمكن استخدامها لتحسين الإعدادات المسبقة.

نحن نقتصر على معلمات الإعدادات المسبقة للتشفير العالمي و "التمزق" (الجدول 2) ، وكشف المعلمات "-p متوسط" و "-p فائق السرعة". أضف إليهم اثنين آخرين مفقودين في التقرير: "- keyint -1 --tune ssim". سنكمل المعلمات المدرجة بإعدادات مسبقة للتحويل السريع والعالمي على التوالي.

الترميز العالمي	- Rc-lookahead 20 - شاشة 40 - cctu 64 - min-cu-size 8 --bframes 4 --b-Adapt 2 --subme 1 --me hex --early-skip --sao - لافتات - الوزن - ر 3 - قوة 1،0 - وضع 1 - قص - لا سريع داخل
تمزيق	--الوزن-amp - صحيح - rc-lookahead 40 --bframes 8 --tu-inter-deep 3 --tu-intra-deep 3 --rd 6 --rdoq 2 --psy-rdoq 1.0 - - Subme 4 - Max-Merge 4 --me Star --ref 5 - B-Intra - Lookahead-Slices 0

الجدول 2. معلمات المرشح لتعديل الإعدادات المسبقة لتقرير مقارنة ترميز الفيديو MSU HEVC

الاختبار

لم يتم تحديد رابط التنزيل الخاص بتسلسل اختبار شجرة التفاح (الشكل 1) ، المستخدم في الإصدار المجاني من التقرير. سنختار واحدة مماثلة ، باستخدام ميزتها الرئيسية - عن قرب ، عدد كبير من التفاصيل الصغيرة. على سبيل المثال " big_buck_bunny_1080p_h264.mov »، في الفاصل الزمني 338 إلى الإطار 24 ثانية:

فمبيج -i big_buck_bunny_1080p_h264.mov -SS 00:00:24 -frames: 338 ضد -c: • rawvideo -pix_fmt yuv420p sample.yuv

الصورة

الشكل 1. يتميز تسلسل " شجرة التفاح "

لكي لا تنفق الكثير من الوقت في كتابة الأرقام اللازمة من واجهة Zond 265 عند تنفيذ الخطوات الثلاث للخطة الموضحة أعلاه ، من الملائم استخدام قدرتها على العمل في سطر الأوامر (الجدول 3):
zond265_x64٪ COMPRESSED_FILE٪ -iref٪ REFERENCE_420P_FILE٪ -nowait -report t = quality، statstream qm = SSIM o =٪ TARGET_CSV_FILE٪
يمكن العثور على قائمة بجميع المعلمات ووصفها التفصيلي في صفحة وثائق Zond 265 .

معلمة	الوصف
-يرف	تعيين ملف YUV المرجعي
-تقرير	تحديد وضع التشغيل Zond 265 في سطر الأوامر
ر = الجودة ، ستاتستريم	هنا ، تم تحديد توليد تقريرين: الجودة والإحصاءات حول دفق الفيديو
qm = SSIM	مقياس الجودة للحساب
س	المسار إلى ملف تقرير CSV
-انتظر	بدون توقف مؤقت ، يجب أن ينتقل Zond 265 نفسه من ملف إلى آخر دون تأخير

الجدول 3. Zond 265 معلمات سطر الأوامر اللازمة لتجميع برنامج نصي فيما

يلي نصان ل Python 2.7: أحدهما لتشفير 266 ملفًا (20 إعدادًا للإعداد الأول ، 18 إعدادًا للإعداد المسبق الثاني ، لـ 7 معدلات بت: 1 ، 2 ، 4 ، 6 ، 8 ، 10 ، 12 ميجابت في الثانية) ، والثاني للإبلاغ بتنسيق CSV (ملف - نسبة تشفير FPS إلى التكوين المرجعي - نسبة مقياس SSIM إلى التكوين المرجعي).
كما يمكن رؤيته من جداول التقارير لجزء الملف " big_buck_bunny_1080p_h264.mov " (الجدولان 5 و 6) ، يمكنك تعديل التكوين ، على سبيل المثال ، كما هو موضح في الجدول 4. استدعاء لتحسين الكفاءةيجب أن تكون قيمة قياس الجودة أقل من واحدة ، ويجب أن تكون قيمة وقت الترميز النسبي أكثر من واحدة.
تم إجراء الاختبار على جهاز كمبيوتر بالتهيئة التالية: Intel Core i7-2600@3.4 GHz، 16 GB RAM. يتم توفير أفضل تحسن في الجودة من خلال المعلمة "--min-cu-size 8" لتكوينات التشفير السريع ، للتشفير العالمي - معلمة "--rdoq المستوى 2" (ولكنها تبطئ أيضًا الترميز بشكل أكبر).

تسجيل سريع	x265 -p فائق السرعة --ref 3 - rc-lookahead 20 - min-cu-size 8 --bframes 4 --early-skip --cutree --tune ssim - تحكيم٪ BITRATE_KBPS ٪٪ SOURCE_FILE٪ -o٪ TARGET_FILE٪ - المدخلات٪ WIDTH٪ x٪ HEIGHT٪ - fps٪ FPS٪
الترميز العالمي	x265 -p متوسط - وزن -b إطارات 8 - tu-intra-deep 3 - psy-rdoq 1.0 --b-intra - lookahead-شرائح 0 - ضبط ssim - تحكيم٪ BITRATE_KBPS ٪٪ SOURCE_FILE٪ - o٪ TARGET_FILE٪ - مدخلات٪ WIDTH٪ x٪ HEIGHT٪ - fps٪ FPS٪

الجدول 4. تعديل الإعدادات المسبقة لتقرير مقارنة ترميز الفيديو MSU HEVC لزيادة كفاءة التشفير بنفس معدل التشفير

الجدول 5. تقرير عن تعديل الإعداد المسبق للتسجيل السريع

الجدول 6. تقرير عن تعديل الإعداد المسبق للتشفير العالمي

من السهل التحقق من الاختيار الصحيح للخيارات عن طريق تشغيل البرنامج النصي للتشفير باستخدام الإعدادات المسبقة المعدلة (الجدول 7).

التكوين	مقياس الجودة	وقت الترميز النسبي
تحويل سريع (مرجع)	1	1
تحويل سريع ، معدّل	0.69	0.97
تحويل الشفرة العالمي (مرجع)	1	1
تعديل الترميز العالمي	0.85	0.94

الجدول 7. كفاءة الترميز باستخدام الإعدادات المسبقة المعدلة ذات الصلة بالإعدادات المسبقة لتقرير "مقارنة MSU HEVC Video Codec"

دعونا نحاول أن ننظر إلى ما أثر عليه التغيير في الخيارات - سنفتح في Zond 265 ملفًا مشفرًا بواسطة الإعداد المسبق المتغير عند التحويل السريع لمعدل البت 8 ميجابت في الثانية ومقارنته بالملف ، مشفر مسبقا بدون تغيير. يظل حجم وحدة التشفير القصوى كما هو ، ويبلغ 32 × 32 (المنطقة "--ctu 32"). لكن حجم الحد الأدنى للكتلة انخفض من 16 إلى 8 (المنطقة "--min-cu-size 8") ، كانت هذه المعلمة هي التي أعطت أكبر زيادة في الجودة. زاد عدد الإطارات B من 3 إلى 4 (المنطقة "--bframes 4") ، ولكن الحد الأقصى لعدد الإطارات "المرجعية" زاد (المنطقة "--ref 4"). تُظهر منطقة SSIM الحد الأقصى من الرسوم البيانية لـ SSIM / PSNR لثلاثة مكونات: السطوع (Luma) ومكوني لون (Cb، Cr). ارتفعت من 0.9623-0.9966 إلى 0.9771-0.9991. تؤثر المعلمات الإضافية المتبقية (--rc-lookahead 20 --early-skip --cutree) على خوارزمية التشفير ، وليس على نوع الفيديو الناتج ، وينعكس هذا بشكل أساسي في سرعة التشفير (انظر الجدول 5). وتجدر الإشارة إلى ذلكبصريا ، لقد تغيرت صورة الإطار الذي تم فك تشفيره - أصبحت تشفيرات التشفير غير مرئية الآن.

الصورة

الشكل 2. لقطة ترميز 265 ملف مركبة Zond باستخدام تصحيح التكوين الترميز سريعة

من الممكن مماثل للتحقق من معلمات ملف مع المشفرة وتغير و يتغير مسبقا الترميز العالمي (الشكل 3). لم يتغير حجم أقسام TU الدنيا وظل يساوي 4x4 (المنطقة "--tu-intra -عمق 3") ، وظل عدد الإطارات B دون تغيير ومساوي 3 (المنطقة "--bframes 3"). ارتفع SSIM من 0.9789-0.9994 إلى 0.9811-0.9992. مقارنةً بتكوين التحويل السريع ، زاد الحجم الأقصى للكتلة ، وأصبح يساوي 64x64 (المنطقة "--ctu 64") ، تمت إضافة مرشح SAO (المنطقة "--sao").

الصورة

الشكل 3. لقطة شاشة لملف Zond 265 المشفر باستخدام تكوين الترميز العالمي المصحح

، وبالتالي ، بناءً على الاختبار ، تُقترح قائمة من الخيارات لتحسين كفاءة الترميز (تحسين مقياس SSIM بنفس معدل البت وسرعة الترميز) لتكوينات ترميز سريعة وعالمية. باستخدام التغييرات المقترحة لملف به عدد كبير من التفاصيل الصغيرة ، تحسنت قيمة "مقياس الجودة" المتكامل لتقرير "مقارنة برنامج ترميز الفيديو MSU HEVC" بنسبة 31٪ للتحويل السريع ، وبنسبة 15٪ مع التحويل الشامل ، ولم تتغير سرعة الترميز بشكل كبير. لأن نظرًا لإجراء الاختبار لكل خيار على حدة ، في الممارسة العملية ، يمكنك تحديد واستخدام بعض الخيارات المناسبة فقط ، وليس القائمة الكاملة المقترحة.

مقارنة بين برامج الترميز HEVC من جامعة ولاية ميشيغان. كيفية تحسين النتائج

عن المشروع

طرق لمقارنة برامج الترميز واختيار المعلمات

الاختبار

المراجع

More articles: