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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）

mawen1250@2011-08-16 11:29

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/
或
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
或
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
或
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/
或
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




[ 此帖被mawen1250在2012-01-23 14:26重新编辑 ]
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roozhou@2011-08-16 19:11

动画这么高的码率有意义吗？不如去下remux。
引用

mawen1250@2011-08-16 21:47

本来就是测试视频，时间也短，码率有这么多其实挺正常的（和Salender-raws相比），动画本来就不好压，码率在画面的分配是难点。
不过我现在又压了一遍，用了1st pass CRF=12，现在2nd pass时Clannad NCOP有13Mbps，NCED有19Mbps。
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roozhou@2011-08-16 22:03

动画还不好压？动画比真人好压多了，人家几百k的1080p rip都有。
另外没有和8bit对比的话看不出优势来的啊。

建议去掉qpmax=28
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回 3楼(roozhou) 的帖子

ljwing@2011-08-16 22:37

roozhou 何必认真，每个人对RIP理解以及理念不同

10bit码率开那么高不用去和8bit比了，没有意义了，10bit的初衷在于保证质的情况下更大程度上减少量
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06_taro@2011-08-17 00:44

qpmax=28必去啊……

10bit的qp值和8bit下大不一樣，譬如在8bit下crf 23出來時qp值為28的幀可能在10bit下crf 23下qp值是三四十，仍然設定qpmax=28的話碼率飄得會很離譜的……

話說Hi10還ref=16，全世界沒米級配置PC的窮人們都清靜了……
引用

回 5楼(06_taro) 的帖子

mawen1250@2011-08-17 08:36

这样啊，学习了。
想知道10bit下qpmin和qpmax设为多少配合CRF16比较合适？
我现在也就压这种很短的东西，配置也好不到哪里去，HTPC用的AMD X4 640，笔记本i3 370M
解码这种还是很轻松的，四核占用率30-50%，相当于BD-REMUX的水平。倒是ASS字幕加上各种move效果后卡啊……

引用

nuomi1@2011-08-17 11:20

純小白一隻。

@mawen1250 既然10bit可以提升壓縮率+防Banding，那為何還要用高碼去壓呢？高碼的話8bit也可以。可以的話順便壓個同參數的8bit出來，這樣也好對比。然後qpmin和qpmax我個人是推薦默認的，手動設置的話飆碼還不容易對比。

@06_taro 朋友壓Hi10（1080p）用--preset placebo，世界更清靜。。。
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回 6楼(mawen1250) 的帖子

06_taro@2011-08-17 16:33

Hi10的壓制經驗不足，直接留空不設好了，反正x264自己的rc很靠譜的……

其實我個人壓8bit時只有在確定不設置qpmax時出來的單幀qp最高不超過28才會去加--qpmax 28，所以一般這參數根本不是拿來限制x264的，而是給其他喜歡蛋疼看參數的人圍觀用的……

如果還是想知道x264給每幀分配的qp值的話，開--verbose，然後2>>"sample.log"輸出編碼記錄，或者在我的編譯版裡用--log-file "sample.log" --log-file-level debug來看……
引用

upyzl@2011-08-18 15:15

记得去年10月x264刚刚支持10bit编码时，d9上有篇帖子说10bit下qp大致相当于8bit下qp+12的


引用
引用第8楼06_taro于2011-08-17 16:33发表的 回 6楼(mawen1250) 的帖子 :
Hi10的壓制經驗不足，直接留空不設好了，反正x264自己的rc很靠譜的……

其實我個人壓8bit時只有在確定不設置qpmax時出來的單幀qp最高不超過28才會去加--qpmax 28，所以一般這參數根本不是拿來限制x264的，而是給其他喜歡蛋疼看參數的人圍觀用的……

如果還是想知道x264給每幀分配的qp值的話，開--verbose，然後2>>"sample.log"輸出編碼記錄，或者在我的編譯版裡用--log-file "sample.log" --log-file-level debug來看……

qpmax不仅仅限制单帧，如果AQ开着的其实限制的是MacroBlock的量化值（所以qpmin由10改成0了），这个用x264 verbose应该也看不出来吧...
引用

06_taro@2011-08-19 10:31

mb的qp拿h264visa去研究吧= =
引用

superkidx@2011-08-24 21:40

配上各种超级无敌慢的极限参数，再配上巨高的码率，分别用了10小时，压出了这么2段1分31秒的视频。视频码率降为原盘的大约一半
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笑而不语
引用

mawen1250@2011-08-27 13:55

8月27日已蛋疼更新大量内容……这次码率没那么高了，1st pass主要用CRF16和14
引用

回 12楼(mawen1250) 的帖子

nuomi1@2011-08-27 18:36

以前拿過某個OP特效ASS字幕，36MB而已。
引用

回 13楼(nuomi1) 的帖子

mawen1250@2011-08-27 19:11

很想知道是什么
引用

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