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PeterLee
[前言]
站在2006年的岁末回顾这一年视频领域发生的大事记,首当其冲的自然是google以16.5亿美元的高价收购YouTube的事件,这一个体的事件代表的是2006年视频分享网站如雨后春笋般蓬勃发展的大局面。视频分享网站的出现,打破了视频源通常来自于电视台、电影公司等主流媒体渠道的旧局面,实现了草根网民制作及共享视频的愿望,同时共享视频的数量也在节节攀升。面对如此洪水泛滥般的视频资源,首要解决的技术问题就是视频源的高效压缩问题。视频源的压缩和解压,即编解码,又语codec,本文就来评评2006年主流视频codec的性能高低。
一、codec介绍
1. x264
X264是国际标准H.264的编码器实现,是一个开源encoder。得益于H.264的高效压缩性能,加之于x264的高效(编码速度快)实现,x264目前被广泛应用于DVDrip领域。目前常用的对应解码器是CoreAVC decoder 及ffmpeg的libavcodec。
相关网址:
参评版本:x264 video codec revision 613 (http://x264.nl/)
2. DivX
MPEG4标准,在MS MPEGV3的基础上实现的MPEG4 codec,早期版本开源,后期版本是商业codec。
参评版本:version 6.40
3. XviD
MPEG4标准,基于DivX早期开源版本。广泛应用于DVDrip。
相关网址:
参评版本:version 1.1.2
4. WMV9/VC-1
VC-1的由来:为了进军全球的消费电子、电影及电视广播市场,微软向美国电影与电视工程师协会“捐赠”了其专有的WMV9(Windows Media Video 9)视频编码标准,WMV9摇身一变成了国际标准VC-1。
参评版本:Windows Media video 9
5. Real
注:Real从version 9.0开始启用了新名称Helix。
参评版本:Helix_Producer_Plus_9.0.1
6. quicktime
目前网上流行的高清电影预告片,或称片花、trailer,大多是quicktime格式的。Quicktime只是容器格式,其后缀为.mov或.qt,而其采用的视频codec是sorenson codec pro 3,也就是说网上流行的高清片花大多是sorenson codec pro 3压缩的。
注:quicktime7中增加了自主开发的H.264编码器。
参评版本:Sorenson Squeeze Compression Suite 4.0.301.11 + QuickTime v7.0.4
7. On2 VP6/7
06年极为火爆的视频分享网站基本上采用了flash version 8的视频解决方案,而flash version 8采用的就是On2 VP6的视频codec。
注:早期的flash视频采用 Sorenson 公司的 Spark 编码器,音频采用 MP3,质量比较差。
参评版本:On2 VP6 codec
8. AVS
虽然目前AVS和主流这个词还挂不上钩,但作为中国唯一的自主产权的音视频编码标准,我们国人自然要坚决地顶它了,希望AVS一路辉煌,恩泽于民。
参评版本:校验模型rm52c
二、评测环境:
硬件环境 | Dell机 CPU: Celeron 2.8G, RAM: 1G DDR |
软件环境 | OS: Windows XP SP2 |
三、压缩性能
1. 高码率情况(应用:HDTV, DVDrip等)
a、测试序列:
Mobcal序列(JVT高清测试序列),分辨率1280*720,25fps, 500frames,未压缩。
图1 Mobcal序列首帧
b、编码器设置:
输出帧率:25fps
目标码率:2Mbps, 目标文件大小:5,000KB左右
表1 各个codec的编码设置
codec | 编码设置 |
X264 | vbr, 2 pass, 输出格式为mp4 |
DivX | Profile: High Definition, 2 pass, |
XviD | Profile: HDTV, 2 pass, |
WMV9 | Main Profile, 2 pass, vbr |
Real9 | Video mode: Normal motion, 2 pass, vbr |
Quicktime | 2 pass, vbr, sorenson video pro 3 |
VP6 | Advanced Profile, 2 pass |
c、测试结果:
表2 高码率情况测试结果
codec | X264 | DivX | XviD | WMV9 | Real9 | Quicktime | VP6 |
File size (KB) | 5,011 | 4,788 | 2,795 | 7,751 | 5,169 | 5,010 | 4,835 |
1st pass time(s) | 150 | 58 | 65 | / | / | / | 210 |
2nd pass time(s) | 130 | 50 | 66 | / | / | / | 147 |
Total time(s) | 280 | 108 | 131 | 238 | 226 | 200 | 357 |
主观质量 | ☆☆☆☆☆
| ☆☆
| ☆
| ☆☆☆
| ☆☆☆☆
| ☆☆
| ☆☆☆
|
综合评价 | ☆☆☆☆☆
| ☆☆
| ☆☆ | ☆☆☆ | ☆☆☆☆
| ☆☆ | ☆☆☆
|
d、小结
(1) 平滑过渡纹理(如船身)的处理能力:
好:X264, ,real, qt
差:divx, xvid, wmv9, vp6
(2)奇异纹理(如挂历上的文字)的处理能力
好:X264, wmv9, real
差:divx, xvid, qt, vp6
2. 低码率情况(应用:PC视频聊天,网络视频分享,视频新闻)
a、测试序列:
Silent序列,分辨率cif,30fps, 300frames,未压缩。
图2 Silent序列首帧
b、编码器设置:
输出帧率:15fps
目标码率:120kbps, 目标文件大小:150KB左右
表3 各个codec的编码设置
codec | 编码设置 |
X264 | 1 pass, no cabac |
DivX | Profile: Portable , 1 pass |
XviD | Profile: Portable, 1 pass, |
WMV9 | Main, cbr |
Real9 | Video mode: Normal motion, 1 pass, cbr |
Quicktime | 1 pass, cbr, sorenson video pro 3 |
VP6 | Advanced Profile, cbr |
AVS | Qp=39,IPPP |
c、测试结果:
表4 低码率情况测试结果
codec | X264 | DivX | XviD | WMV9 | Real9 | Quicktime | VP6 | AVS |
File size (KB) | 149 | 982 | 998 | 171 | 152 | 166 | 968 | 154 |
PSNR (dB) | 33.57 | 29.5 | 30.3 | 32.8 | / | / | 29.8 | 33.03 |
主观质量 | ☆☆☆☆☆
| ☆
| ☆
| ☆☆
| ☆☆☆☆
| ☆☆
| ☆☆☆
| ☆☆
|
综合评价 | ☆☆☆☆☆
| ☆
| ☆
| ☆☆☆ | ☆☆☆☆
| ☆☆☆ | ☆☆
| ☆☆☆ |
3. 极低码率情况(应用:2.5G下的手机视频聊天)
a、测试序列:
Silent序列,分辨率qcif,30fps, 300frames,未压缩。
b、编码器设置:
输出帧率:5fps
目标码率:20kbps, 目标文件大小:30KB左右
表5 各个codec的编码设置
codec | 编码设置 |
X264 | 1 pass, no cabac |
DivX | Profile: Handheld , 1 pass |
XviD | Profile: Handheld, 1 pass, |
WMV9 | Simple profile, cbr |
Real9 | Video mode: Normal motion, 1 pass, cbr |
Quicktime | 1 pass, cbr, sorenson video pro 3 |
VP6 | simple Profile, cbr |
AVS | Qp=39,IPPP |
c、测试结果:
表6 极低码率情况测试结果
codec | X264 | DivX | XviD | WMV9 | Real9 | Quicktime | VP6 | AVS |
File size (KB) | 27 | 74 | 82 | 86 | 30 | 37 | 68 | 25 |
PSNR (dB) | 33.33 |
|
|
|
|
|
| 32.61 |
主观质量 | ☆☆☆☆
| ☆
| ☆☆
| ☆☆☆
| ☆☆☆
| ☆☆
| ☆☆
| ☆☆☆
|
综合评价 | ☆☆☆☆☆
| ☆
| ☆
| ☆☆ | ☆☆☆☆
| ☆☆☆ | ☆☆
| ☆☆☆☆ |
四、屏幕录制视频的压缩
a、测试序列:
用snagIt录制的一段视频,分辨率640*480,5fps, 23second,未压缩。
图3 屏幕录制视频snap帧
b、编码器设置:
输出帧率:5fps
目标码率:450kbps, 目标文件大小:1,250KB左右
表7 各个codec的编码设置
codec | 编码设置 |
X264 | vbr, 2 pass, 输出格式为mp4 |
DivX | Profile: unconstrained , 2 pass, enable global me |
XviD | Profile: unrestricted, 2 pass, enable global me |
WMV9 | Main Profile, 2 pass, vbr |
Real9 | Video mode: Sharpest Image, 2 pass, vbr |
Quicktime | 1 pass, cbr, sorenson video pro 3 |
VP6 | Heightened sharpness Profile, |
c、测试结果:
表8 屏幕录制视频源测试结果
codec | X264 | DivX | XviD | WMV9 | Real9 | Quicktime | VP6 |
File size (KB) | 1,362 | 3,074 | 6,024 | 1,428 | 1,100 | 1,195 | 3,134 |
主观质量 | ☆☆☆☆☆
| ☆☆☆
| ☆☆☆☆☆
| ☆
| ☆☆☆
| ☆
| ☆☆☆☆
|
综合评价 | ☆☆☆☆☆
| ☆☆
| ☆☆☆☆ | ☆ | ☆☆☆☆
| ☆☆ | ☆☆☆☆
|
d、小结
计算机屏幕上窗口、按钮、文字等元素都属于计算机图形学的范畴,因此屏幕录制视频本质上来说是图形元素的组合,而现在将运动图像的编码器用于计算机图形的压缩,当然会遇到很大的挑战。计算机屏幕和自然图像之间存在很大的不同,它的轮廓性极强,文字或线条和背景的相关性极弱。对于屏幕录制视频的压缩,最容易出现的问题就是将背景颜色部分覆盖到文字上,导致文字断裂或模糊。下面就简单评述各个codec的压缩效果。
X264
不管是静止帧还是滚动或切换帧,质量都非常好,字体非常清晰。
不过,需要一提的时,画面中的有些颜色没有表现出来,如上面主观质量测试一栏,“软件评测”四个字的底色本来是灰色的,但x264压缩的结果是白色的。虽然如此,但主观效果上来看,x264的压缩效果是最棒的。
DivX
对于word窗口(白底黑字)画面的压缩效果非常好,质量和x264相近。
但对于网页画面,压缩效果差,文字出现了混合色,参见上面主观质量测试一栏中的“软件评测”四个字。
XviD
质量同x264,就是压缩文件过大。
WMV9
静止帧的压缩质量可以接收。运动帧的压缩效果奇差,如下图所示:
图4 WMV的压缩效果
Real9
存在略微的模糊和文字断裂,总体上看,压缩质量还是可以接收的。
Quicktime
静止帧的压缩效果非常好,非常清晰,超过了x264;但滚动帧的压缩质量很差,文字倒没有断裂,但是背景上有很多杂色,而且网页画面上的文字也比较模糊。见下图示例:
图5 Quicktime的压缩效果
VP6
压缩质量略逊于x264,存在略微的文字模糊。
AVS
由于压缩速度很慢,未进行测试。
五、结论
1、高码率情况
非常好:x264
好:real
中等:vp6, wmv9,
差:divx, xvid, qt(Sorenson 3)
Note: 测试中,xvid的编码质量不好,与其带宽偏低有很大关系。
2、低码率和极低码率的情况
非常好:x264
好:real, avs
中等:vp6, wmv9, qt(Sorenson 3)
差:divx, xvid
3、屏幕录制视频的压缩
非常好:x264
好:xvid, real, vp6
差:divx, qt(Sorenson 3)
极差:wmv9
NOTE: WMEncoder9中有screen capture profile,但此次测试中用WMEncoder9对录制源进行压缩时发生失败,故没能对screen capture profile进行测试验证。
4、码率控制能力
好:x264, wmv9, real, qt
中等:vp6
差:divx, xvid, avs(note: avs的码率控制算法存在缺陷,测试中没有采用)
综上所述,x264一款全能的、高效的codec,可以称得上codec中的王者;real次之,而且也是全能的;其次是vp6,各方面表现都比较中等;Wmv9和quicktime对自然图像序列的压缩效果还不错,但对于屏幕录制视频的压缩效果很糟糕;xvid优于divx,两者在压缩性能上的表现同x264有一定的差距,即代表了MPEG4同H.264的差距;avs的测试不太全面,但隐约的能反映出其编码效率还是不错的,只不过配套的一些工具还没做好,如码率控制等等,AVS走向市场化,还需要进一步的努力。
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