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【原创】10bit视频编码——特性及全面播放方法介绍(2012.1.18更新)

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发表于 2011-8-16 11:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
测试用视频:
http://115.com/folder/fdon21ks

一、前言

      10bit视频的播放,想偷懒的人可以直接用最新版MPC-HC、Potplayer、mplayer、QQ影音等播放器,或者使用各种解码包的最新版(都是使用ffdshow/LAV实现解码的),其内部解码器都是基于ffmpeg(libav)的。这些播放器和解码器中用的色彩转换也基本都是libswscale,所以有部分会出现色彩空间转换上的错误以及dither方式的不恰当。并且由于10bit YUV到8bit YUV再到8bit RGB的坑爹转换过程使损失也大大增加(前一步对于10bit而言还有dither的过程,可以增加一定的精度,8bit视频播放就是做了后面的一步,所以即使这样10bit的效果也还是比8bit重编码的情况好不少)。
      于是对回放质量(8bit、10bit都能受益)有追求的可以参考下面介绍的基于MPC-HC使用madVR的播放教程,也可以看VX的播放攻略,其中也包括对于电脑性能不足的情况的解决方案:http://www.vempx.net/article/552.htm

      关于10bit视频播放对电脑性能的要求,主要是不支持硬解(包括DXVA、CUVID、QuickSync),所以要靠软解,而目前软解10bit视频效率最高的就是LAV Video Decoders,基本上短时码率不超过30Mbps的话现在的双核CPU都能应付。但为了最佳的回放要靠madVR渲染器,而madVR内部各种mad的处理过程靠的不是CPU,而是GPU的Shader,也就是说显卡不能太差,显卡要能支持DX 9.0c,显存最好在384MB以上,对显卡性能的要求我没有什么可以参考的依据,只知道我自己笔记本上的GT420M和HTPC上的HD5550都毫无压力。



二、10bit的优势

      有关10bit重编码的优势,实际上就是用更高位深来进行数据的有损编码的优势,而且bit越高效果越好。最简单的一句话就是,压缩率更高,以更低的码率提供更好的还原效果,这已经足够具有意义了。
      在二进制下对8bit的源数据进行有损编码,造成相同量化损失时,以8bit为100%的error(残差)时,9bit为50%的error,10bit为25%,12bit为6.25%……所以在HEVC(也就是H.265)里有个叫IBDI(Internal bit depth increase)的技术,就是用12bit的内部精度来进行8bit源数据的重编码。
      例如:
      8bit源数据:  10011010
      8bit量化后:  10011011
      10bit量化后:1001101001
      12bit量化后:100110100001

      当然相同量化时肯定是bit越高的数据占的容量多,但由于损失程度的降低,综合下来的结果是,相同码率下高位深编码的还原程度始终大于等于低位深。
      而其实在目前的大部分有损音频编码里,不管输入的是16bit整数还是24bit整数,其内部都是用32bit浮点数来进行编码的,能大大减小error。至于为什么不在视频里用浮点数编码,可能的原因之一是,目前最强的桌面级CPU也只能勉强解码一个浮点数编码的1080p 24fps视频。

      至于你想说:“我只有8bit的显示设备,10bit有什么用呢?” 这不是什么问题,因为最终是要靠dither(抖动)转换成8bit RGB的,事实上madVR内部是不管你8bit还是10bit输入,都先升到16bit进行处理,最后再dither成8bit RGB32进行输出,所以它才能实现最高精度的转换和最小的error。
      而且最近还有这么一篇文章,对不同位深的YUV空间的色彩数量进行分析,发现8bit YUV转换成RGB后远远到达不了8bit RGB的16777216色(目前大部分高清视频就是属于8bit-Rec709的情况),只有用10bit及以上精度YUV转换为8bit RGB才能达到16.7M色:http://goldenhige.cocolog-nifty. ... gb2416777216yu.html

      另外也可参考这里taro大所说的:http://tieba.baidu.com/p/1356709843?pn=2



三、对比测试

      我对10bit与8bit编码的客观测试结果,横轴为码率,竖轴为1/(1-SSIM),SSIM(结构相似度)是一种衡量两画面间相似度的算法(在这里是编码后的视频和源视频的比较)。另外我这里出于个人需求顺便对mbtree的情况做了测试,对此不感兴趣的可以无视。

上图以Clannad AS EP01的3654-17653帧(正片的大约前一半,不含OP)为测试片段,代表典型动画的情况。
下图以The Dark Knight的1273-9327帧为测试片段,代表电影的情况,而且是全部IMAX的片段,噪点也比较少,可以看作高画质片源。


      上图中可以看到同样达到200的1/(1-SSIM)时,8bit需要4500kbps,而10bit只需要1200kbps,这样的优势我觉得不需要多说什么了。
      根据我的经验,10bit对于gradient(梯度变化)的画面(特别像是暗场之类的)优势特别明显,客观上SSIM值很高,主观上基本不会产生banding(色彩过渡区域的色带)。
      当然我也遇到了个别奇葩片源比如龙珠Z的BD-BOX,非常强的动态噪点,crf=20跑出来了25Mbps的码率,而且这时10bit和8bit重编码的差距基本可以忽略。



四、播放相关

我更新这篇文章时(2012.1.18)所使用的软件及版本:
Media Player Classic HomeCinema (x86), 1.5.3.3971, BE Mod
ffdshow tryouts project, svn 4257 (x86) - MSVC2010
LAV Filters 0.44
madVR 0.80
Haali Media Splitter v1.11.288.0
Reclock 1.8.7.7

下面我以基于MPC-HC的播放设置为例,其他播放器的做法也类似。


播放推荐使用的软件/滤镜:

1.(推荐)MPC-HC播放器下载地址:
http://www.xvidvideo.ru/media-player-classic-home-cinema-x86-x64/

http://xhmikosr.1f0.de/index.php?folder=bXBjLWhj
下载x86版本

2.(可选但推荐)LAV Filters——分离器/音视频解码器下载地址:
http://forum.doom9.org/showthread.php?t=156191

http://xhmikosr.1f0.de/index.php?folder=bGF2ZmlsdGVycw
下载“Installer (both x86/x64)”,也就是安装版,使用最方便
安装时注意勾选FLAC的分离、解码支持

3.(推荐)madVR渲染器下载地址:
http://forum.doom9.org/showthread.php?t=146228
下载以后解压出来的madVR文件夹放在纯英文目录中,然后双击里面的install.bat即可注册好,注意保留这个文件夹。

4.(可选)Haali分离器下载地址:
http://customers.corecodec.com/downloads.php

http://www.free-codecs.com/haali_matroska_splitter_download.htm
mkv还是更推荐使用Haali Media Splitter作为分离器,因为它能支持文件间的Link,比如一些把OP、ED切到外面去的压制,然后播放正片时会自动根据UID在指定的章节连接到那些文件。
如果不需要这个功能的话,LAV Splitter就够用了。
但是Haali有个霸道的设定,改变了H.264的MediaType,导致一些解码器无法正常调用(我这里用到的LAV和ffdshow没有问题),所以如果需要用到其他一些解码器的话在Haali的设置里将Output——Use custom media type for H.264设为No。

另外现在也有个AV Splitter,支持更多自定义的高级功能,喜欢折腾的可以尝试。

5.(可选)ffdshow tryout解码器组件下载地址:
http://www.xvidvideo.ru/ffdshow-tryouts-project-x86-x64/

http://xhmikosr.1f0.de/index.php?folder=ZmZkc2hvdw
下载x86版本,Intel的CPU可以选icl12编译版,MSVC2010编译版通用。

6.(可选)Reclock下载地址:
http://forum.slysoft.com/forumdisplay.php?f=85
我主要是用到了它的WASAPI独占输出,可以实现音频解码后的PCM信号bit exact输出至音频设备(不受操作系统的混音、重采样影响)。

7.(可选)xy-VSFilter下载地址
http://code.google.com/p/xy-vsfilter/downloads/list
一个国人基于VSFilter 2.39进行优化修改后的VSFilter,对于ASS字幕播放的效率大大提高,也能支持10bit/16bit的输入/输出,自动根据分辨率判断BT.601/BT.709进行RGB转换……

备注:
现在LAV Filters、madVR、xy-VSFilter间正在研究新的滤镜间的通信方式,比如最近LAV和madVR同时放出测试版,前者支持DXVA2硬解码(仅用于Win 7/Vista),并且想办法将硬解后的视频从显存中抓回来以NV12输出(以前硬解后的视频就直接交由显卡处理后输出至显示器,所以存在各种限制),然后可以输入ffdshow做后处理、VSFilter渲染字幕,并可以用madVR来渲染……
而xy-VSFilter和madVR也在研究新的字幕的传递、渲染方式。目前无论是VSFilter将字幕渲染在解码器输出的视频流后再给渲染器处理(Resize、RGB Conversion)的方式,还是MPC-HC内置字幕引擎将字幕渲染在渲染器层(已经过RGB转换、resize和加黑边)的方式,都存在其固有的弊端,今天ANE也有篇新文章讲到了这个问题:http://afternoonnapsempire.org/subtitle-renderer-matters/



五、播放设置图文教程

      要强调一点以避免人误会,以下的播放设置是全方面播放设置的教程,也是我自己使用的方案,但只有一部分是关于10bit的(实际上对8bit也一样,这样做是最有利于回放效果的)。
      所以如果只是为了完美回放8bit/10bit H.264视频,只要安装并在渲染器里选择madVR就可以了,可以参考VX的播放攻略:http://www.vempx.net/article/552.htm

1.字幕设置




2.滤镜调用设置




3.滤镜内的设置










4.渲染器设置







另外补充一点,Reclock本身是开发出来用于音视频同步、PAL降速等工作的,所以其工作与频率密切相关,如果你的CPU超频或降频了很可能会出现播放速度上的问题,这时你只能不用Reclock或者恢复默认频率。

5.播放时的音视频流切换


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发表于 2011-8-16 12:21 | 显示全部楼层
不错,下载下来看看
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 楼主| 发表于 2011-8-16 12:54 | 显示全部楼层
现在片源都是8bit、输出播放方面10bit不成熟的情况下,10bit的优势主要体现在编码效率和质量上,所以最后是否能10bit输出给显示器不重要。
不过液晶电视所谓的10bit、12bit甚至14bit面板驱动我也不清楚是个什么玩意儿,到底只是个驱动还是面板物理上能显示这么多位。
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发表于 2011-8-17 12:30 | 显示全部楼层
splash pro 1.10 1.11播放全部花屏色块,potplayer以及mpc-hc在madvr模式下播放流畅,evr下pdvd硬解直接花屏色块,只有madshi video render可以播放。。。
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 楼主| 发表于 2011-8-17 12:59 | 显示全部楼层
硬解肯定不行的,ffdshow、LAV video decoder都可以用,madVR的好处是一条龙10bit
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发表于 2011-8-22 14:57 | 显示全部楼层
进来学习~~
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发表于 2011-8-22 15:04 | 显示全部楼层
学习了解一下。115盘也要注册才能下载?
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发表于 2011-8-26 10:58 | 显示全部楼层

我用的是8643方案的

想问一下,高清播放机能放吗

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发表于 2011-8-26 23:01 | 显示全部楼层
片源是8bit的吧?这样压10bit没有实际意义吧?
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 楼主| 发表于 2011-8-27 00:17 | 显示全部楼层
jerryds 发表于 2011-8-26 23:01
片源是8bit的吧?这样压10bit没有实际意义吧?

又来了……我已经不想说了,10bit压制的作用在主贴里已经说得很清楚了。

引用一下x264主要开发者Dark Shikari的话:http://forum.doom9.org/showthread.php?t=161915
The effect of your display on the effectiveness of 10-bit is negligible. A 6-bit $50 LCD benefits from 10-bit just as much as the world's most expensive IPS monitor because 10-bit is about internal codec precision, not output precision.

大概意思是:实现10bit输入到显示器的效果是不值一提的。一个50美元的6bit LCD(TN屏)从10bit压制获得的好处和世上最贵的IPS屏幕是相同的,因为目前所使用的10bit压制是作用于内部的编码精度,而不是输出精度。
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发表于 2011-8-27 09:33 | 显示全部楼层
第二部的下载怎么要用帐号和密码呢?
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 楼主| 发表于 2011-8-27 10:38 | 显示全部楼层
回复 sbuddy 的帖子

估计115网盘对视频文件的下载做了限制,要登录或用优蛋才能下载。
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发表于 2011-8-27 20:19 | 显示全部楼层
学些了,新技术值得肯定!
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发表于 2011-8-27 23:12 | 显示全部楼层
完全没法硬解,是这个意思?
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发表于 2011-8-28 14:00 | 显示全部楼层
支持达人了!非常感谢!
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发表于 2011-8-29 09:58 | 显示全部楼层
一段时间没上网
殊不知,视频解码变化这么大了
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mawen1250 发表于 2011-8-27 00:17
又来了……我已经不想说了,10bit压制的作用在主贴里已经说得很清楚了。

引用一下x264主要开发者Dark  ...

我说的意思是片源的问题,暂且不管现在显示设备能不能体现10bit的优势,真正回放10bit

对于色深我不是太懂

我说的意思是如果片源是8bit,重编码成10bit,多出来的颜色信息不是假的吗?是不是像类似DVD UPSCALE 到720P ,多出来的分辨率细节都是假的。
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 楼主| 发表于 2011-8-29 12:27 | 显示全部楼层
回复 jerryds 的帖子

http://www.oursilu.com/thread-715010-1-1.html
10bit在编码上首先就有压缩率的优势。其次才是有更广的色彩取值范围。
你看一下截图就知道了,在同样参数下,8bit明显有更多的劣化,那不是更加“假”吗?

而且很多时候原盘的质量也并不一定好,例如有各种artifacts(人为因素导致的画面的劣化的统称),这时候除掉这些artifacts才是encoder应该做的事,有缺陷的原盘怎么样压出来就怎么样那是没有水平的压制,artifacts本身不也是“假”的东西吗?
DVDrip upscale到720p,由于可以通过滤镜的优化,而且前处理使用的resize可以比实时resize质量更好,所以upscale后的确就是比原始DVD画面更好。Yousei-raws的DVDrip都是这么做的,有个别就相当于他们自己做的BD了(很多动画的BD本身都是从标清的源upconv上来的,但只要处理不要出大问题,肯定是比DVD质量好的)。
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发表于 2011-8-30 07:35 | 显示全部楼层
学习学习~~
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发表于 2011-8-30 09:12 | 显示全部楼层
感谢LZ,学习技术贴。去下一部看看高清播放机可不可以放出来。:lol
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