Per-Title（按主題）編碼是指為了節(jié)省碼率、存儲(chǔ)空間以及ABR傳輸帶寬為每部電影（基于其獨(dú)特的空間和時(shí)間屬性以及復(fù)雜度）調(diào)整ABR碼率階梯（bitrate ladder）。換言之，Per-Title編碼的目的就是根據(jù)電影特點(diǎn)（慢動(dòng)作、體育、動(dòng)畫(huà)、卡通內(nèi)容等）為每部電影生成一組不同的編碼或者壓縮參數(shù)。 接下來(lái)，我們將了解Per-Title編碼所涉及的編碼過(guò)程以及它為流媒體提供商帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

什么是Per-Title編碼？從哪里開(kāi)始？

最早提到Per-Title編碼的地方是Netflix的博客，隨后IEEE發(fā)表了名為“Complexity-based consistent-quality encoding in the cloud（《云上基于復(fù)雜度的穩(wěn)定質(zhì)量編碼》”的論文。該論文的摘要中有一句話很有趣：

為了生產(chǎn)最佳質(zhì)量的視頻流，系統(tǒng)需要使編碼適應(yīng)每條內(nèi)容（以一種自動(dòng)、可擴(kuò)展的方式）。在本篇論文中，我們描述了兩個(gè)算法優(yōu)化，用于基于云的分布式編碼管道，它們分別是：（1）針對(duì)碼率-分辨率選擇的Per-Title復(fù)雜度分析；（2）針對(duì)穩(wěn)定質(zhì)量編碼的Per-chunk碼率控制。相對(duì)于簡(jiǎn)單的“一刀切”的編碼系統(tǒng)，這些改進(jìn)帶來(lái)了很多優(yōu)勢(shì)，包括更高效的帶寬使用和更穩(wěn)定的視頻質(zhì)量。

上文這句“為了生產(chǎn)最佳質(zhì)量的視頻流，系統(tǒng)需要使編碼適應(yīng)每條內(nèi)容”很好地總結(jié)了Per-Title編碼。

編碼器需要“理解”每一個(gè)視頻內(nèi)容，并調(diào)整壓縮設(shè)置和參數(shù)與之適應(yīng)，這樣就有可能達(dá)到最佳視頻質(zhì)量。

傳統(tǒng)的ABR和壓縮過(guò)程發(fā)生了什么？

在使用ABR技術(shù)的傳統(tǒng)視頻傳輸方法中，一般是創(chuàng)建一個(gè)碼率階梯（或者一組profile），并將其應(yīng)用于內(nèi)容庫(kù)中的所有電影。關(guān)于ABR技術(shù)的更多介紹，請(qǐng)閱讀這篇文章：理解ABR及其工作原理。

比如，碼率階梯有一個(gè)6mbps 1080p的profile，并應(yīng)用到了所有的分類(lèi)——無(wú)論是動(dòng)漫、體育還是脫口秀。

然而，這種方法存在一個(gè)問(wèn)題：每部電影的特點(diǎn)和復(fù)雜度并不相同。

所有電影看上去都不一樣： 有些電影擁有快速動(dòng)作場(chǎng)景（體育比賽、動(dòng)作片），有些在動(dòng)作上較慢（《肖申克的救贖》）。有些動(dòng)畫(huà)片比較簡(jiǎn)單（《辛普森一家》），有些卻擁有高度細(xì)節(jié)（《玩具總動(dòng)員》）。所有電影都有它自己的“基因”和特點(diǎn)，所以每部制作出來(lái)的電影都與眾不同。

那么，為什么都要以相同方式壓縮電影，使用相同編碼器設(shè)置并使用相同碼率階梯進(jìn)行ABR視頻傳輸呢？

讓我們來(lái)看看下文中來(lái)自《辛普森一家》、足球比賽和Park Joy測(cè)試序列的三張截圖，它們看起來(lái)都不一樣，是吧？

容易壓縮！

真的很難壓縮！

因?yàn)橐曨l中出現(xiàn)了水、草和樹(shù)葉，也很難壓縮！

現(xiàn)在，上述這些例子依賴(lài)于你對(duì)于視頻質(zhì)量?jī)?yōu)劣的主觀判斷。讓我們看下Netflix技術(shù)博客上的數(shù)字實(shí)驗(yàn)。下方的RD圖描述了不同序列在不同目標(biāo)碼率下的碼率與視頻質(zhì)量 （PSNR）。

看看圖中的變化有多大！在5000 kbps，一些序列擁有高達(dá)45 dB甚至更高的PSNR分值，而其他序列只有36 dB。這清楚地表明：沒(méi)有兩個(gè)視頻是相同的，應(yīng)該根據(jù)它們各自的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行處理。

用更專(zhuān)業(yè)的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)就是，這些視頻的時(shí)空復(fù)雜度及其特征之間存在差異，所以利用這一點(diǎn)來(lái)有效壓縮視頻會(huì)是一個(gè)好主意。

?


因此，Per-Title編碼就是從一個(gè)視頻變化到（或適應(yīng)）另一個(gè)視頻的編碼。

使用Per-Title編碼，哪些變量是可以改變的？

使用Per-Title編碼時(shí)，很多編碼和傳輸參數(shù)都會(huì)發(fā)生變化，比如：

碼率階梯中的分辨率選擇：某些title可能會(huì)生成720p的質(zhì)量?jī)?nèi)容（看上去也很棒），對(duì)于這類(lèi)視頻，你也許不必將它切換成更高質(zhì)量?jī)?nèi)容的1080p。

每個(gè)分辨率所選擇的碼率：這是Per-Title編碼中最重要的部分。如果你必須生成一組視頻分辨率（1080p、720p等），那么你可以為其中每個(gè)分辨率改變碼率。也就是說(shuō)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)自己可能不是在6mbps時(shí)生成1080p的視頻，而是在3mbps生成1080p，并達(dá)到相同的視頻質(zhì)量！

碼率階梯中的profile數(shù)量：這是Per-Title編碼的又一大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)變換碼率-分辨率組合，也許能夠減少你需要在碼率階梯中產(chǎn)生的profile數(shù)量。

在使用Per-Title編碼時(shí)，其參數(shù)的范圍更大。在更精細(xì)的層面，你可以研究編碼器設(shè)置并對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整：

過(guò)濾器的強(qiáng)度

GOP長(zhǎng)度

啟用和禁用二分之一像素或者四分之一像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)

運(yùn)動(dòng)估計(jì)的搜索范圍

GOP結(jié)構(gòu)（P幀與B幀的比率）

以及更多取決于如何設(shè)置視頻編解碼器。這里的首要重點(diǎn)應(yīng)該是了解你的視頻復(fù)雜度，視頻編解碼器的能力，以及如何結(jié)合你所有的數(shù)據(jù)和視頻智能分析來(lái)有效壓縮視頻。

如何實(shí)現(xiàn)Per-Title編碼？

Per-Title編碼最重要的特點(diǎn)就是它能夠“理解”一部電影的復(fù)雜度、其中的場(chǎng)景和變化等。方法就是：通過(guò)收集電影信息和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。

這就使我們需要了解多遍編碼（multi-pass encoding）的概念，其中第一遍（或者第N 遍）被用來(lái)收集電影相關(guān)信息。在最后的第M遍，使用這些信息來(lái)編碼視頻。

哪些信息對(duì)理解電影復(fù)雜度有所幫助？讓我們來(lái)看看：

全局速度或運(yùn)動(dòng)矢量：它將告訴我們場(chǎng)景移動(dòng)的速度，可以被用來(lái)區(qū)分脫口秀（其中沒(méi)有人移動(dòng)）和美國(guó)職業(yè)橄欖球比賽（充滿快速攝像機(jī)的移動(dòng)）。

空間復(fù)雜度：電影中的大部分畫(huà)面是像《辛普森一家》中的純色塊？還是充滿了年代電影中那種復(fù)雜的圖案？

時(shí)間復(fù)雜度：想要理解電影內(nèi)容如何快速地從一幀切換到另一幀，這又與上文中的全局運(yùn)動(dòng)向量和速度有關(guān)。

這些都是非常重要的視頻特點(diǎn)，它們決定了如何在確定的比特預(yù)算前提下有效壓縮視頻。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，如果你了解你的視頻屬性，你就可以調(diào)整編碼器設(shè)置從而達(dá)到最佳視頻質(zhì)量（比如被要求壓縮視頻到x mbps） 所以，在你收集了這些信息以后，你就可以在視頻編解碼器上執(zhí)行另一個(gè)pass來(lái)將視頻壓縮到正確碼率（由你的凸包算法決定）。

Per-Title編碼的優(yōu)勢(shì)

執(zhí)行Per-Title編碼擁有許多優(yōu)勢(shì)，比如：

節(jié)省存儲(chǔ)空間：通過(guò)使用Per-Title編碼改變碼率和分辨率，你可以高效壓縮視頻，且節(jié)省很多存儲(chǔ)空間。

節(jié)省傳輸成本：因?yàn)槊總€(gè)被編碼的title都使用了一個(gè)最適合它的碼率階梯，所以你馬上就會(huì)看到CDN傳輸成本的節(jié)省。除此之外，終端用戶(hù)也將下載較小的文件，以此減少緩沖的發(fā)生和首屏延遲。

節(jié)省編碼時(shí)間：再者，由于編碼階梯會(huì)為每部電影而單獨(dú)調(diào)整，你可以很容易地看到編碼時(shí)間的節(jié)省。比如，如果我們不使用1080p編碼《辛普森一家》的片段，而是使用720p并獲得了相同視覺(jué)質(zhì)量，那么分辨率的下降會(huì)提升編碼器的速度。這主要是因?yàn)榉直媛实南陆祵?dǎo)致運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償算法的工作減少了。

提升質(zhì)量：通過(guò)調(diào)整每部電影或者每個(gè)主題的編碼器、分辨率、碼率、幀率以及其他設(shè)置，你可以充分利用編碼器，并獲取最佳視頻質(zhì)量。這將會(huì)帶來(lái)很棒的用戶(hù)體驗(yàn)！ 因此，通過(guò)切換到Per-Title編碼方案，你可以節(jié)省大量存儲(chǔ)、傳輸和編碼時(shí)間上的成本。



審核編輯：劉清