淺析H264視頻壓縮的參數(shù)設定
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帶寬測試主要作用在于獲取服務器與客戶端網絡性能，掌握傳輸信道的帶寬、時延抖動、誤碼率等參數(shù)，關鍵是端到端的有效帶寬數(shù)據(jù)。帶寬測定可以通過GanymedeSoftware公司的多功能網絡業(yè)務測試軟件Chariot，該軟件從應用層的角度使用一些基準流量對網絡系統(tǒng)的性能進行測試分析。Chariot由Chariot控制臺和Endpoint兩部分組成，其中Chariot控制臺可以運行于Microsoft的各種Windows平臺。在Chariot控制臺上可以定義各種可能的測試拓撲結構和測試業(yè)務類型。Endpoint可以運行在幾乎目前流行的所有操作系統(tǒng)上。ChariotEndpoint能夠充分利用運行主機的資源，執(zhí)行Chariot控制臺的Script命令，從而完成需要的測試。如果在帶寬測試不能實施的情況下，可以通過查閱權威機構的帶寬報告來獲取帶寬數(shù)據(jù)，如中國互聯(lián)網絡信息中心2011年1日的《中國互聯(lián)網絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》顯示，我國寬帶普及率已經高達98.3%，全國平均互聯(lián)網連接速度為100.9KB/s。
視頻節(jié)目播放終端一般有電視機、計算機和移動終端等，播放終端調查有助于掌握用戶終端的設備類型、顯示設備分辨率、系統(tǒng)資源概況、操作系統(tǒng)類型及版本、播放器類型及版本、網絡接入方式等信息，掌握視頻節(jié)目的播放環(huán)境和限制因素，明確視頻節(jié)目壓縮的目標需求。具體視頻壓縮實踐中針對主流設備確定壓縮分辨率，確保不超過用戶顯示設備分辨率，常用播放終端支持分辨率如表1所示。源視頻評價要素包括：（1）原始視頻的質量。通過以下問題可以大概確定視頻質量：視頻是什么檔次的攝像機拍攝的？當前以什么格式進行存儲？分辨率是多少？源視頻清晰度屬于什么等級？（2）視頻內容長度。Web上傳輸?shù)囊曨l要比用于電視上觀看的視頻短，用較低的碼率對持續(xù)時間長的視頻進行編碼，控制壓縮后的視頻文件大小以便于存儲和傳輸。
視頻節(jié)目質量一般用標清和高清來表達，區(qū)別高清與標清有兩種方法，一種是按視頻分辨率大小來劃分，如土豆網將分辨率大于640×480像素的視頻認定為高清，低于該分辨率的為標準，另一種是按特定格式的碼率，土豆網將采用H.264編碼且視頻碼率不低于1Mbps的FLV、MP4、MKV格式文件劃分為高清。此外，針對網絡應用的視頻節(jié)目，在視頻壓縮時也要考慮服務器的硬件配置、媒體存儲方式、視頻服務平臺性能、服務器網絡接入方式等服務器性能指標，確保網絡視頻服務器能穩(wěn)定高效地為用戶提供內容服務。
在視頻編碼壓縮時，視頻分辨率一般按視頻源分辨率的成倍數(shù)縮小，如原始分辨率為1920×1080像素的高清視頻，可以選用1/2幀尺寸大小960×540像素，或者選用1/4幀尺寸大小480像素×270像素。寬高比包括圖像寬高比和像素寬高比兩種，圖像寬高比主要有16:9和4:3兩種，16:9將成為顯示設備的主流比例。將比例為4:3的視頻節(jié)目轉換為16:9有三種方式：（1）垂直充滿，左右兩側出現(xiàn)黑邊；（2）水平充滿，而垂直方向圖像上下被裁減；（3）完全填充，在16:9的屏幕上完全看到4:3的圖像，垂直方向充滿水平方向被拉長。將比例為16:9的視頻節(jié)目轉換為4:3有三種常規(guī)的變換方式：（1）切邊模式（垂直方向充滿，左右兩邊一部分信息被去掉）；（2）信箱模式（水平方向充滿，上下部分會出現(xiàn)黑邊）；（3）壓縮模式（垂直方向充滿，水平方向壓縮后充滿，使物體變高）。對于像素寬高比的選擇主要依據(jù)原始視頻的像素寬高比，DV、MPEG-2DVD和MPEG-1SVCD格式使用非方形像素，DV-NTSC畫面大小是720×480，但圖像寬高比可以是4:3，也可以是16:9，這主要取決于像素寬高比，但Web視頻格式使用方形像素，如320×240像素，它的圖像寬高比就是4:3。當將非方形像素轉換為方形像素時，確保視頻幀尺寸大小與源圖像寬高比一致就可以確保寬高比校正的正確性。設置幀率要依據(jù)原始視頻的內容特征，對于快速運動的視頻盡量保持原始幀率，可選擇幀率為25幀/秒，對于較少運動的視頻，可選擇幀率為15幀/秒。對于逐行視頻可以適當降低幀率使視頻幀獲得更多的編碼數(shù)據(jù)。采用H.264編碼用于電視播放的節(jié)目時，場序設置取決于視頻源的原來場序，不能更改場序，否則會造成畫面的抖動而影響畫面的質量。編碼用于網絡視頻或逐行播放設備的視頻則選擇無，編碼器采用去隔行技術轉換成逐行掃描視頻。
基本檔次具有低復雜度、低延時的技術特征，考慮到惡劣環(huán)境下的容錯性，主要針對交互式應用，如會議電視、可視電話、遠程教學等實時視頻通信。主要檔次針對更高編碼效率的應用，支持隔行視頻，主要用于數(shù)字廣播電視與數(shù)字存儲。擴展檔次支持容錯技術、對比特流的靈活訪問，支持碼流之間有效的切換（SP片和SI片），但不支持隔行視頻和CABAC，主要針對網絡流媒體應用。高級檔次主要針對高清廣播電視和藍光盤數(shù)字媒體存儲。每一檔次設置不同參數(shù)（如取樣速率、圖像尺寸、編碼碼率等）得到編解碼器性能不同的級，如表2所示。在AdobeMediaEncoderCS4中，當編碼H.264F4V、H.264MP4和H.2643GPP視頻時，檔次可以選擇基本檔次、主要檔次和高級檔次，級別可以選擇任意選擇，當編碼H.264Blu-ray視頻時，檔次只能選擇主要檔次和高級檔次，層級只能選擇4.0或4.1。
碼率用于描述視頻幀的數(shù)據(jù)位數(shù)，數(shù)據(jù)位數(shù)越多，編碼生成的文件越大，視頻質量越高，碼率代表了音頻和視頻的整體質量。碼率有固定碼率和可變碼率兩種模式，固定碼率（ConstantBitRate，CBR）表示每段視頻所使用的數(shù)據(jù)位數(shù)都是固定的，與音頻或圖像的復雜程序無關，固定碼率可以保持平滑和連續(xù)的視頻播放效果，可變碼率（VariableBitRate，VBR）編碼在不同的時間段具有不同的輸出碼率，通常以平均碼率為目標，但在視頻的不同編碼部分分配不同的數(shù)據(jù)比特數(shù)，最大碼率設置代表最高壓縮質量時允許的碼率?？勺兇a率適用于基于Web下載播放的內容，追求最小的文件和最好的視頻質量。當總碼率確定后，就可以確定視頻和音頻各自的碼率，視頻流占用帶寬遠遠大于音頻流的帶寬，計算視頻碼率最好的方法是根據(jù)總碼率減去音頻流碼率得到視頻碼率。關鍵幀間距設置兩個關鍵幀（I幀）之間的幀數(shù)，關鍵幀之間的幀記錄了活動畫面運動信息和場景變化，AdobeMediaEncoder自動基于當前視頻幀率確定關鍵幀，如果視頻畫面場景切換頻繁，畫面中對象快速運動，應設置較低的關鍵幀間距。當關鍵幀間距設置為1時，視頻序列中只有I幀。在碼率恒定的情況下，幀間距越大，畫面質量越高，因為數(shù)據(jù)沒有浪費在描述那些并沒有變化的幀。
在音頻部分編碼參數(shù)中，AAC、AAC+v1和AAC+v2的主要區(qū)別是：AAC+v1采用了頻段復制（SpectralBandReplication）提高了低碼率音頻的質量，編碼效率比標準的AAC提高30%，編碼目標以24kbps每聲道，定位于中等質量音頻編碼。AAC+v2主要采用參數(shù)立體聲編碼（ParametricStereo）技術，改進了低碼率下立體聲的質量，相對于AAC+v1，編碼效率提高了50%，主要用于互聯(lián)網、廣播和其他非高保真應用。相對于視頻碼率而言，音頻碼率要小得多，常見的音頻碼率有24Kbps、32Kbps、64Kbps、128Kbps、192Kbps、224Kbps、256Kbps和320Kbps，影響音頻碼率的參數(shù)有輸出聲道、采樣頻率和量化位數(shù)。輸出聲道有單聲道、立體聲和5.1可供選擇，采樣頻率常用的有22050Hz，44100Hz和48000Hz，量化位數(shù)一般為16位。在AdobeMediaEncoderCS4中，當編碼格式選擇為F4V、MP4和3GPP時，音頻部分采用AAC編碼。在視頻壓縮實踐中，可以參照鳳凰衛(wèi)視、新浪視頻、新華視頻、土豆網、優(yōu)酷網等網站的視頻壓縮參數(shù)配置，如表3所示，并結合自身的視頻應用實際合理地設置視頻壓縮參數(shù)。
H.264視頻壓縮標準廣泛應用于視頻會議、寬帶流媒體、高清廣播電視和視頻存儲，視頻應用領域和質量需求決定了視頻壓縮參數(shù)。在視頻壓縮實踐中，首先要明確視頻節(jié)目的應用情境和需求，再設置視頻壓縮器中H.264各項參數(shù)。存儲或下載的視頻節(jié)目，應優(yōu)先保證視頻質量，視頻會議和流媒體應用，應優(yōu)先考慮保證碼率不超過端到端的有效帶寬。也可以針對不同的帶寬環(huán)境和播放終端，制作從標清到高清的多個版本供用戶選擇，以豐富和提高用戶的視音頻體驗。（本文作者：趙建保、徐獻靈 單位：東農工商職業(yè)技術學院）