2006主流视频codec性能评测报告

2006主流视频codec性能评测报告

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：http://www.videolan.org/x264.html　
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：http://www.xvid.org/
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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