干货 |　H.265技术在短视频的应用及未来前景

作者：姜生。现担任PPTV&苏宁体育编解码内核开发高级技术经理。图像编解码、高性能计算出身；从事H.264 decoder 开发与优化， H.265 编码器开发与优化。10年以上音视频媒体开发经验。目前负责H.265 encoder 架构设计与研发工作，承接苏宁集团内部的视频业务，推动视频云平台架构改进，提升服务能力。

最近几年，短视频，呈现井喷式的发展。直播类型的网站中，版权和带宽构成了成本的绝大部分，带宽成本仅次于版权。而对于用户原创类的短视频平台，带宽成本所占比例可能更高。可以想象，在4K乃至6K视频和5G的刺激下，带宽成本可能指数上涨。未来视频平台可能无法承担高昂的带宽成本的窘境。所以节省带宽成了一个重要的需求点。本次深度揭秘PPTV&苏宁体育提升H.265视频压缩率的技术选型和调优方法。

降低成本的方式

Encoder : 目前，全网最流行的Codec还是H.264，HEVC占比逐步上升。相比于H.264，HEVC有30%以上的带宽节省。不过受困于复杂的专利授权，HEVC正在面临来自AOM联盟的挑战——AV1。Facebook的测试表明，AV1比x264压缩比提升至少30%，可以与HEVC相抗衡。但是 AV1由于复杂度过高，离实际应用还有一定的距离。

H.265与 H.264 结构差异

H.265 采用混合编解码，结构与H264基本一致，细节不同在于：

• 编码块划分结构：采用CU、 PU 、 TU递归结构

• 并行工具：增加Tile以及WPP 等并行工具，以提高速度

• 滤波器：在去块滤波之后增加了SAO模块

编码块划分结构：CU、 PU 、 TU递归结构：

SAO对压缩率的贡献

  PPTV&苏宁体育降码率技术

序列特性分析＆架构图

算法一：时段特性分析

在实际的编码过程中，转码服务器通常会给每一类视频设置一个固定的码率，然而实际上，同类的视频中，每一个clip序列的视频流的细节和运动特点各不相同，在相同的清晰度条件下，所需的码率是不一样的，为了克服这个问题，PPTV&苏宁体育根据每一个视频的特点来动态分配码率，达到节省码率的目的。    

• 实现方法：

根据pass1得到的平均QP和该档次复杂视频编码得到的QP两个参数预估视频的复杂度，然后根据视频复杂度和当前设定的目标码率，确定pass2的最终目标码率。该算法在不改变码率分配算法流程的基础上，可以有效降低视频码率。

可行性分析：

 分析：不同内容，同分辨率，不同源片码率情况下的pass1得出的QP随目标比特的变化如左。从图中可以看到，不同视频内容相同源片码率相同分辨率下pass1得出的QP随目标比特的变化差异很大，且在不同源片码率下，序列的分布基本相同，并且同源片码率的情况下越复杂的视频序列pass1编码后对应的QP越大，这就验证了我们算法假设的正确性。

Bitrate-QP 曲线拟合：

视频复杂度示意图

 测试最复杂3个、5个和8个视频序列。然后使用matlab对其拟合，得到最佳的模型。

其中1920x1080-3表示视频序列编码的分辨率为1920x1080，且使用25个视频序列中最复杂度的3个视频序列进行拟合的模型，其余类似。

曲线拟合效果

 分析上图，高分辨率的情况下，选择3个、5个和8个最复杂度的视频序列得到复杂度曲线非常接近；低分辨率的情况下，选择3个、5个和8个最复杂度的视频序列得到复杂度曲线在3000 kbps 以下非常接近；

现在，需要解决的就是设定目标码率为k时，视频序列 pass1 编码后得出的量化参数  如何根据最复杂的视频序列复杂度  分配合适的目标码率。一共提出了10个模型，其中下面的模型最佳：

降码率效果

 未来展望

PPTV&苏宁体育事业部，将来会把图像的主观评分引入到编码器中，作为码率控制的参考因素，这样是图像质量和码率都得到良好的控制。

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