LCEVC vs. AVC – 3倍编码速度下28％的增益

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发布于 2021-02-12 15:26:58

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本文为媒矿工厂翻译的技术文章

原标题：LCEVC vs. AVC – Incredible 28% Gain at 3x Speed

原文链接：https://ottverse.com/reverse-a-video-using-ffmpeg/

原作者：Krishna Rao

翻译整理：胡经川

低复杂度增强编码器(LCEVC)是MPEG引入的三个新编解码器之一（其他是VVC和EVC）, LCEVC旨在通过使用基本比特流和增强比特流，在不增加编码复杂度的前提下提高现有编解码器的压缩效率。

在我们这次介绍的文章中比较了使用H.264 / AVC作为其基本编解码器的LCEVC与使用FFmpeg的H.264 / AVC的质量（主观和主观）和速度。

LCEVC介绍

LCEVC编解码器是“改进过的开销较低的编解码器”。LCEVC编解码器的输出是由视频编解码器（例如AVC，HEVC，VP9，AV1等）产生的“基本比特流”与可用于改善视频质量的增强层的组合。如果解码器/终端设备支持LCEVC，则对增强层进行解码，否则，仅使用基本解码器对比特流进行解码，并将视频呈现给用户。这种机制可确保向后兼容，并鼓励推出LCEVC编解码器，而不必担心破坏用户的体验。LCEVC的工作原理图如图所示

文章背景

这篇文章主要是使用一些测试软件来进行实验并亲自观察LCEVC的性能，从而对LCEVC标准文档中的结果进行测试和验证。

编解码器评估有一些要点。

编码器很复杂，并带有几个调整参数，旨在用户可以根据自己的喜好和要求压缩视频。因此，每个编解码器比较都有其自己的特质。
使用开源视频测试序列，以便其他人可以重现所得到的测试结果。

实验

测试序列

测试序列为Park Joy, 50 fps, 1080p和CrowdRun, 50 fps, 1080p

ParkJoy在视频压缩问题中是最受欢迎的，摄像机的运动给人一种视觉错觉，人们在原地奔跑，背景在他们周围移动。ParkJoy的特征具有高纹理的草，水和树木，这些特征突然出现并靠近相机，这些元素使压缩序列面临很大考验

CrowdRun序列也很受欢迎，因为它具有许多难以压缩的不同元素。比如丰富的草皮细节，很多人朝一个方向奔跑（面部表情清晰可见），场景中间恰好是一棵树，而背景中有很多纹理（树，云等）），它几乎包含了考验编码器所需的一切！

测试软件

测试软件选择了启用LCEVC选项的FFmpeg-4.3.1版本。它尚未向公众发布，但是如果您有兴趣使用LCEVC编码器和解码器，可与V-Nova团队联系，他们将为您提供帮助。

实验流程

与所有编解码器分析一样，通过以H.264 / AVC（libx264）作为其基本编解码器的LCEVC编码器运行了选定的序列，然后使用以下范围的比特率在H.264 / AVC（libx264）CBR模式中运行了相同的序列。输入为1080p @ 50 fps，输出保持不变（1080p50）。禁用了调优（vmaf，psnr等），并为实验选择了1秒的GOP大小。

评估：计算不同比特率下的PSNR和VMAF值，并用它们客观地评估编解码器。通过并排的视觉比较，以判断哪种编解码器效果更好。

实验结果

1.ParkJoy: LCEVC vs. AVC

CBR模式、IPPP结构(无B帧)

使用这种固定的GOP结构，可以从画面中排除任何场景变化检测或动态GOP长度（或mini-GOP）决策算法带来的影响，而将重点仅放在两种编解码器设计方式本身上。

下面是使用FFmpeg LCEVC编码的示例。需要指定一组称为eil_params的参数，然后将其传输到H.264 / AVC（libx264）基本编解码器。指示基本编解码器禁用B帧，使用CBR编码，禁用场景切换检测以及使用veryslow预设。线程1是为了确保H.264 / AVC编码之间的可重复性（LCEVC是确定性的）。

在一定的比特率范围内重复编码之后，绘制的PSNR和VMAF值如图所示。

结果显示LCEVC与基本H.264 / AVC相比有实质性的增益。在非常高的比特率下，PSNR值会收敛，但是在较低的比特率下，差异还是比较大。使用PSNR-Bitrate数据计算BD-Rate，则得到的增益值为28.07％，这是巨大的，这意味着以上测试能够证明，对于同等的视频质量（使用PSNR计算），LCEVC可以比H.264 / AVC节省28％的平均比特率。