文 / Stefan Lederer
整理 / LiveVideoStack
1. Bitmovin
首先，簡單介紹一下Bitmovin，Bitmovin 是一家提供編碼産品、播放器産品、分析産品的公司。我們專注于開發商以及API, 是以工具都聚焦在API開發人員的各個需求。
這對于我們以及客戶是一個很重要的話題，因為我們的客戶是根據特定用例配置我們的軟體的開發者，是以每個用例都是獨特的。
1.1 Hulu 日本社群
說到新的編碼技術和編解碼器，我們的研究資料和結果是以Hulu 日本社群的一個實際例子為基礎。Hulu Japan是日本廣泛使用的視訊流平台。
Hulu Japan使用了一些新推出的編碼技術，使它們能夠更高效地在市場上提供更好的品質的内容。同時，通過這些新的編碼方式和新的編碼技術，可以降低CDN的成本。
Hulu Japan為客戶提供各種裝置平台接入支援
我們能想到的，比如電腦、平闆電腦、智能手機、遊戲機和電視都包括在内。
這從編碼技術的選擇的角度來看，加上實際編解碼器的循環選擇挺有意思。這些裝置都支援H.264, 像浏覽器一樣支援VP9，我們知道大多數移動裝置都支援VP9和HEVC。
接下來，你可以看到主要支援HEVC的電視機，還有一些支援VP9的Android的電視機。從配置的角度來看，每個裝置都将面臨挑戰。
1.2 裝置方面的挑戰
比起其他的VOD流媒體服務，存儲成本和CDN成本依然是最大的成本組成。盡管這樣，理想的目标還是保持高品質、同時降低成本。大多數的流媒體服務都希望能夠受市場驅動，是以大多數流媒體服務使用singleencoding比特率階梯。
目前，一個single encoding比特率階梯可能不是各媒體流服務的最佳配合。我們所播放很多不同類型的内容，比如動畫，動作片等等。單個的比特率階梯（比如one ABR比特率階梯）不能支援所有流服務中的内容。Per-Title Approach想達到的是在于平台的per-asset和per-content的基礎上提供更好的品質。
在每個市場，因為多個流媒體服務的競争對手太多，能輸出高品質的内容分布是非常重要的。在日本，我們有Hulu，Netflix及一系列的服務平台。如果能夠用最新的技術區分品質和使用者體驗，那當然會助于産品改進。
他們也是想要使用市場上最新的技術棧，但是我們應該從裝置支援的角度評估這方面的可能性。比如說，我們正在研究AV1和VVC，AV1已是成品标準而VVC還不是。大多數裝置都支援AV1，但是它可以實施落地嗎？
我們第一批的客戶為正在對protected content（受保護的内容）部署AV1。對于Hulu Japan的營運，AV1最大的障礙之一還是因為Chrome和Firefox所使用的H.265/HEVC并不支援protected content。
1.3 Hulu Japan
我們探讨過在adaptive bitrate ladder (自适應比特率階梯)中使用Per-Title Encoding技術。另外，我們也使用multiplecodecs (多個編解碼器）。這些技術的結合讓我們每月節省大約30%的 CDN總成本。
我們使用的新技術稱為3-pass 編碼，幫助提高編碼效率。基本上，我們優化現有的編解碼器，無論是H.264、HEVC還是VP9，最後決定理想比特率的階梯。
基于per-asset，我們先把基本值的ideal bitrate configuration（理想比特率配置）定下來，過後才選擇multi-codec(多編解碼器）：在H.264、HEVC、VP9中做出選擇。
2. 3-pass 編碼
3-pass 編碼增加多一個pass 以便做出整個基本值的最初分析。第二，我們将分析每一階段段的動作位數。在第三步驟，我們對會每一塊chunk separate fridge進行編碼，并采用分布式速率控制，并做出适當的改變。這方式與multi-passencoding和multi-weight control有很大差異。這也是我們從零開始建構的，稱之為3-pass 編碼。
H.264是個高效的編解碼器，在市場上已應用15年，但是我們覺得可以改進的地方是weight-control。從圖中，我們看到了對速率控制和3-Pass編碼步驟的改進。我們可以通過不同的分辨率和比特率階梯平均将檔案大小減少大概13%。
最終的品質影響極小，你可以節省大約13%的輸出檔案大小，但是品質差距不大。例如，我們隻損失0.05 Db PSNR，它對品質方面的影響不大，但對檔案方面的影響更大。它确實在于較低的比特率輸出當下，擠出相同品質的視訊。
3. Per-Title Encoding
現在我們已經對編碼進行了優化。之後我們再仔細看看比特率階梯，決定哪個ABR比特率配置最适合這個特定用例。
我們都知道每個内容都不一樣，如果ABR-HLS内置有一個通用的比特率階梯，那可能會消耗帶寬，以非常高的比特率或不必要的品質進行編碼，我們在産生噪音。第二，我們可能在過低的比特率進行編碼後引入了encoding artifacts(編碼僞影)。
任何低于35 PSNR的産品都被認為是品質低劣的。任何高于45 PSNR的标準，品質可能不會有太大的下降，一般觀衆還能接受的。
例如，一般的比特率階梯有許多不同的表示，其中許多表示低于35db，而大部分都高于45db。我們需要考慮其理想配置的分辨率和比特率，還有使用的比特率的數量。
這個standard profile bitrate ladder标準配置檔案比特率階梯（橙色線）可以縮減為Per-title 比特率階梯（藍色線），以較小的比特率在35和45 dB PSNR之間提供理想配置。
這是我們從Hulu Japan中所使用的動畫内容以及漫畫内容，比較極端的一個例子。這種方式顯然在浪費帶寬、編碼算力，而我們可以将特定基本值減少到較小的表示形式。
Adaptive bitrate ladder到底有什麼好處？比特率會降低；如果我們隻使用對于内容有意義的比特率，我們可以保持CDN Egress 的輸出。因為我們沒必要對每個representation進行編碼，是以會減少存儲空間。
一旦有固定的品質輸出，整個儲存庫的品質會提升。如果沒有過高品質或低品質的視訊，總體使用者體驗将變得更加順暢。
值得注意的是，每個内容都有不同的比特率階梯配置。上圖可見，從九種不同的比特率和分辨率選擇，減少到六種。
如果階梯之間的品質差太小，最好把它删除掉。例如，我們分析了1080p視訊需要達到6500 Kbps的比特率。基本上，當你計算出所有比特率的平均值時，我們從每秒2350kbps變成了平均1362.25kbps。
我們發現比特率階梯的平均比特率降低了，因為我們平均隻需要減少40%的比特率。我們建立的所有編碼存儲都減少了54%，由于該内容所需的存儲空間更少，進而提高了使用者的體驗品質。1080p的最低比特率是4500kbps。使用自适應比特率階梯，我們估計可以以2100 Kbps的速率轉換1080p品質的視訊。
Generic 比特率階梯（橙色線）
Per-Title 比特率階梯（藍線）
如果我們根據使用的比特率和産生的品質來比較bitrate ladder，我們可以看到橙色線的GenericBitrate Ladder (通用比特率階梯)。Per-Title的比特率階梯（藍線）始終産生的品質很高，每秒不超過3000 Kbps。這反過來又為觀衆帶來了更高的平均品質。
這是每月成本彙總的原始設定。Per-Title在編碼上投入了大約相同的資金，雖然額外的成本的還花在編解碼器和3-Pass編碼。但我們的CDN成本的确下降了不少。每個月，Hulu可以利用這個技術降低30%的總成本。
4. multiplecodecs
在中國，大約29%的移動市場佔有率被iOS占據，其中大部分是iOS 11或更高版本，也可以在這些裝置上支援HEVC。中國78.2%的移動市場是Android，是以VP9支援Android 4.4KitKat或更高版本。
理論上，77.3%的移動裝置可以使用VP9。雖然很多安卓裝置都不能正确的支援VP9，但其中許多裝置都是低功耗的。依據基礎的理論，可以支援VP9的裝置的最大數量是77.3%。
一般上，你可以為97%的移動裝置提供比HEVC更高效的編解碼器，而不是H.264。我們都知道HEVC的效率比H.264高50%，也知道VP9的效率不差，效率的比數比H.264高出40%。
這些移動裝置隻是一個例子，隻想展示其使用比H.264更先進的編解碼器以及無限的可能性。
以Hulu Japan為例，我們使用标準比特率階梯并按标題制作Per-Title。這已經減少了56%的平均比特率。當我們使用H.264和VP9時，這個配置降低了大約39%平均比特率。
是以，以1080p視訊為例，我們隻需要800kbps就可以開始使用最低的full HD表示。雖然這是為VP9或HEVC上支援的裝置保留的，但是它是邁向下一個優化級别的正确軌道。
如果你使用建立的static bitrateladder，并且年複一年地對每項資産使用，你可能就在浪費比特率和金錢。例如，1080p需要4500 Kbps。
我們可以節省空間，選擇800 Kbps的第一個HD表示。通過使用更進階的編解碼器，我們可以将編碼的檔案大小從1.5gb減少到380mb。
我們之前看到的标準比特率階梯的橙色線，我們看到的是藍色的優化每标題行，現在我們添加的是黃色的H.265和HEVC。我們能夠産生更高的品質，并進一步降低比特率。
基本上，我們可以看到三通編碼如何通過更好的權重控制來提高編碼效率。我們可以看到每個标題編碼如何在每個資産的基礎上優化比特率階梯，并删除不必要的表示。除此之外，更先進的編解碼器的結合對很多裝置更有利用價值。當然的，通過現有的VP9或HEVC，或者AV1和VVC，你可以在大多數裝置上實作這個技術。
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