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【原创测试】8bit和10bit视频编码的优劣对比

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之前我也发了贴说明10bit压制的优势以及播放方法,也提供了一些自压的10bit视频供测试:http://www.keyfc.net/bbs/showtopic-47312.aspx
当然光提供10bit视频的确很难让人信服其优势,于是我今天就做了个8bit与10bit编码的对比测试。
对10bit压制感兴趣的可以使用这个:http://u.115.com/file/clfqqg99
应该很容易就能学会的。

压制方法:
使用06_taro的x264编译版:http://www.nmm-hd.org/newbbs/viewtopic.php?f=8&t=219
SAP的EP x264压制脚本:http://www.nmm-hd.org/newbbs/viewtopic.php?f=8&t=168

前者就是带patch以及位深转换修复的x264编译版。后者是个方便的脚本,可以实现1st pass使用指定的CRF(固定质量模式,数值越低质量越好)编码,然后2nd pass使用1st pass判定出来的码率进行编码。所以下文所说的CRF指的都是1st pass使用的,实际上还是2pass(二次编码)模式。

片源为Clannad ~After Story~ NCOP的第0帧到第299帧,最后我用3种不同的CRF值及mbtree,其他所有参数都固定,分别用8bit和10bit压制,获得了6个片段,下载地址,包括了所有记录信息的log:
http://u.115.com/file/bhu5jbti

以下均使用缩略图,要获得完整PNG图片请点击,最佳的比较方法是下载下来然后全屏进行比较。

一、来自原盘的截图
原盘的前13秒是码率最高的部分,也是暗场/噪点最多的部分,所以比较有参考价值。


二、使用CRF=16 开启mbtree

8bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9879862 (19.203db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.49 fps, 10841.03 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:12.68  size:170163
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:18.35  size: 82105
x264 [info]: frame B:226  Avg QP:20.25  size: 46581

10bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9891903 (19.662db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.05 fps, 10247.70 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:28.91  size:146955
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:30.35  size: 76692
x264 [info]: frame B:226  Avg QP:32.31  size: 44562


8bit截图

10bit截图


三、使用CRF=16 关闭mbtree

8bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9904566 (20.203db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.10 fps, 16238.86 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:11.55  size:196421
x264 [info]: frame P:71    Avg QP:13.52  size:115905
x264 [info]: frame B:225  Avg QP:16.98  size: 72813

10bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9914928 (20.702db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 0.79 fps, 15401.50 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:23.74  size:197882
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:25.75  size:109516
x264 [info]: frame B:226  Avg QP:29.19  size: 69161


8bit截图

10bit截图


四、使用CRF=18 关闭mbtree

8bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9875204 (19.038db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.35 fps, 10924.29 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:12.45  size:187823
x264 [info]: frame P:71    Avg QP:15.62  size: 81799
x264 [info]: frame B:225  Avg QP:19.29  size: 46784

10bit的log:
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9887816 (19.501db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 0.96 fps, 10382.31 kb/s
x264 [info]: frame I:4    Avg QP:24.94  size:188878
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:27.96  size: 76864
x264 [info]: frame B:226  Avg QP:31.37  size: 44698


8bit截图

10bit截图


结论:
1.要展现10bit压制在画质和压缩率上的双重优势,可以将BD的截图(所在时间段码率为33Mbps)、CRF16关闭mbtree时8bit的截图(13Mbps)、CRF18关闭mbtree时10bit的截图(5Mbps),放在一起对比,很明显的是有损编码后的结果10bit更加接近原盘,而视频里这1秒中10bit的码率只有8bit的5/13。
当然,这也是在这种暗场+色彩过渡画面情况下的结论,这也正是10bit优势很大的一块,在一般情况的画面上不会有这么巨大的差距,但是25%的压缩率优势是“保底”的。

2.mbtree的码率控制我算是体会到了,在相同CRF的情况下,开启mbtree能让最终码率降低三分之一。看似很好地提高了压缩率,CRF18关闭mbtree,和CRF16开启mbtree,平均码率是差不多的。
但是我查看其码率的分布时,发现CRF16开启mbtree在暗场的时间段(也就是我截图的部分)只分配了2100-2500kbps的码率。CRF18关闭mbtree在同一时间段则分配了5000-6000kbps。
于是可以看出,mbtree给这种看似比较简单的场景分配的码率更少,而给高动态场景分配的码率更多。直接导致在这种暗场码率明显分配不足,所以很多压制现在都不使用mbtree,它带来的劣势可能比优势更多。
而在这种码率分配不足的情况下,8bit压制产生了明显的banding(色彩平滑过渡区域由于可用颜色不足产生的色带),而10bit由于其64-940的取值范围,在这种低码率高量化的前提下就能保持一个平滑的色彩过渡。
所以开启mbtree的截图中对比那么明显,就可以看成是码率较低的情况下10bit相对8bit的画质优势(在截图的那一段中码率分配较少)。

3.但即使是CRF16关闭mbtree,有着16Mbps的平均码率,这段暗场的码率分配也给了12-13Mbps,也能明显看出10bit编码的结果有着更平滑的色彩过渡,而量化造成的画面改变也比8bit编码的结果要小(对比原盘的截图),在许多细节区域,明显10bit编码的结果与原盘更为接近。

4.从上面提供的log里的x264 info可以看出:
相同参数下,10bit编码的最终平均码率始终比8bit要小一点,而SSIM值(与源的一种相似度算法)比8bit更高,主观画面质量通过上面的截图对比也已经很明显了。10bit的编码速度也比8bit要慢大约28%。
同时也能看到,相同参数下,10bit编码后帧的平均QP(量化值)比8bit的结果高大约12,这也是很正常的结果,在10bit下QP值就是要高出这么多。

5.至于为什么原盘也是8bit,却没有明显的banding,可以通过截图看出来,有一些类似噪点和抖动的结果,在AVS后处理中,加噪点和抖动处理都可以一定程度上地去掉banding(主要是视觉效果上,Luma的取值范围16-235依旧没变)。而原盘由于有较高的码率,较小的量化,所以它可以容纳下这些噪点和抖动,从而没有显示出明显的banding。
而重编码的过程,首先就是码率肯定比原盘低,不然就失去了其意义,如果我用CRF12开启mbtree,用8bit也可以压制出和原盘十分接近的画面,但是码率则是从原盘的33.5Mbps降到了23.1Mbps,这已经失去了重编码的价值了。
所以当我要控制重编码的码率在合理的范围内,也就意味着有一定程度的量化,量化后的结果导致原盘中的这些噪点抖动没有保持下来,于是在8bit压制下banding就出现了,而10bit下由于其天生的精度高的优势,即便使用比8bit更高的量化,依然能获得很好的还原质量。

6.我这里所说的也只是展现了10bit压制一方面的优势,另外在量化方面的优势并没有明显体现出来,或者说截图对比起来没有banding的视觉区别明显。但通过多次对比我可以肯定的是,相同码率下10bit在细节方面的还原也是比8bit好的。

7.但是也并非是所有的码率下10bit都能获得优势,假如是毫无量化的无损压缩(qp=0),10bit只是比8bit占更多空间而已,没有任何其他区别(因为现在都是8bit的片源),不过又有谁会去用视频的无损压缩呢?10bit的优势也是体现在量化上更高精度换来的更高压缩率。
而我也尝试开启mbtree,指定4000kbps的平均码率用2pass去压这个1080p的片段,于是在这段暗场只分配到了600kbps的码率,在如此低的码率下,8bit的画面已经相当糟糕,而10bit的画面比8bit更糟糕。可以看出,10bit在有损编码上的优势也是有限度有范围的,如果你用极端的码率去编码,那10bit便不能体现出其优势。
所以在我们正常使用的码率范围内,10bit也正是发挥其优势最大的地方,这也是为什么我们要普及10bit压制的原因。


引用一段ssnake蛇大的话:http://flsnow.net/bbs/thread-28754-1-1.html
FANSUB到底是生产环境还是测试环境呢?我也不知道。反正在K-ON!上我是真的被问烦了,或许我一开始就应该按生产环境的标准做,即只用完全成熟的技术(比如srt字幕、2.33版VSFilter支持的ass spec),实现不好的功能统统去掉。但如果这样,测试环境又在哪里呢?在K-ON!发布时的妇联评论里,有一期我对x264项目Leader,Dark Shikari的专访。他就特别提到动漫FANSUB对新技术的执着追求,以及动漫FANSUB与Dev群体的密切联系。如果新技术没有测试的环境,那么它永远都是不成熟的“新技术”。如果连FANSUB这样没什么商业气息的领域,都要为生产环境的要求所束缚,那么,我们又如何去期待技术的进步呢?

以Don't say "lazy"的两句歌词作结:
発展途中だし…
だから不意にピッチ外れるんです

最后2句就是K-ON!的ED歌曲最后一句,意思是:
因为我们还会进步,所以偶尔也会跑调。
本主题由 超级版主 kameu03 于 2011/8/31 15:21:01 执行 delposts 操作
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恩......這個完全是技術的帖子了
根據茶廳版規就不適合在茶廳了......
水羊不可一日無牡丹!!!
你今天膜拜牡丹神了沒??
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回复 2# 水羊 的帖子

回帖好快……我也不知道该发在哪里
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8月31日新增3个高压视频测试:
1.码率大约1230kbps的720p,K-ON!的NCED加上雪飘的华丽字幕(做成了内嵌,因为外挂的话会非常耗CPU资源)。8bit和10bit在色彩过渡区域有着巨大差距。
2.码率大约700kbps的Anohana EP01的ED,加上雪飘的字幕做成内嵌。
3.用了2pass bitrate=4000压的Planet Earth 1080i25版本(fake interlaced)EP01前2分钟的片段,封装了1条DTS-HDHR音轨和9条PGS字幕(包括DIY中字)。
http://u.115.com/folder/f02c9c0983f
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