9.5. Kódolás az x264 codec-kel

9.5. Kódolás az `x264` codec-kel
Vissza | 9. fejezet - Kódolás a MEncoderrel | Előre

## 9.5. Kódolás az `x264` codec-kel

Az `x264` egy szabad függvénykönyvtár a H.264/AVC videó folyamok kódolásához. Mielőtt elkezdenél kódolni, be kell állítanod a MEncoderben a támogatását.

### 9.5.1. Az x264 kódolási opciói

Kérlek kezd az olvasást az MPlayer man oldalának `x264` részével. Ez a rész a man oldal kiegészítésének lett szánva. Itt csak rövid tanácsokat találhatsz, hogy mely opciók érdekelhetik a letöbb embert. A man oldal tömörebb, de ugyanakkor kimerítőbb is és esetenként több technikai információval szolgál.

#### 9.5.1.1. Bevezetés

Ez a leírás a kódolási opciók két fő kategóriáját tárgyalja:

1. Opciók, melyekkel a kódolási idő vs. minőség arány szabályozható

2. Opciók, melyek a különböző egyéni érdekeknek és speciális igényeknek próbálnak eleget tenni

Igazából csak te tudod, hogy mely opciók a legjobbak neked. Az első csoportba tartozó opcióknál könnyű dönteni: csak azt kell megfontolnod, hogy a minőségi különbség megéri-e a sebességbeli különbséget. A másik csoport már sokkal szubjektívebb és több szempontot kell figyelembe venni. Tartsd észben, hogy az "egyéni érdekek és speciális igényeknek" eleget tevő opciók jelentősen befolyásolják a sebességet vagy a minőséget, de elsősorban nem ezért használják őket. Az "egyéni érdekek" opciói közül több olyan változásokat idézhet elő, ami néhány embernek tetszhet, míg másoknak nem.

Mielőtt folytatnád, meg kell értened, hogy ez a leírás csak egy minőségi mércét használ: a globális PSNR-t. A PSNR rövid leírása megtalálható a Wikipedia PSNR-ről szóló cikkében. A globális PSNR az utolsó PSNR szám, amit kiír az `x264encopts`, ha megadod neki a `psnr` opciót. Bármikor, amikor egy kijelentést olvasol a PSNR-ről, él az a feltételezés, hogy azonos bitrátát használsz.

Ezen leírás majdnem teljesen egészében feltételezi, hogy két lépéses kódolást használsz. Az opciók összehasonlításánál két fő érv szól a kétlépéses kódolás mellett. Az egyik, hogy a két lépés alkalmazása kb. 1dB PSNR-t jelent pluszban, ami nagyon nagy különbség. A másik, hogy az opciók tesztelésénél a direkt minőség-összehasonlítás az egy lépéses kódolásokkal behoz egy zavaró tényezőt: a bitráta gyakran jelentősen változik a kódolások között. Nem minden esetben könnyű megmondani, hogy a minőségi változás a megváltozott opciók miatt következett-e be vagy a főként véletlenül elért bitráta különbségből adódik.

#### 9.5.1.2. Elsősorban a sebességet és a minőséget érintő opciók

- subq: Azon opciók közül, amik segítségével a sebesség és minőség közötti arányt befolyásolhatod, a `subq` és a `frameref` (lásd lejjebb) a legfontosabbak általában. Ha érdekel akár a sebesség, akár a minőség tuningolása, akkor ezt a két opciót kell először megvizsgálnod. Sebesség szempontjából a `frameref` és a `subq` opciók elég erőteljes kölcsönhatásban vannak. A tapasztalatok szerint egy referencia kockával a `subq=5` (alapértelmezett érték) kb. 35%-kal több időt kíván, mint a `subq=1`. 6 referencia kockával az igény 60% fölé megy. A `subq` hatása a PSNR-re elég egyenletes, a referencia kockák számától függetlenül. Általában a `subq=5` 0.2-0.5 dB-vel magasabb globális PSNR-t biztosít a `subq=1`-gyel összehasonlítva. Általában ez már látható különbség.

  A `subq=6` lassabb, de jobb minőséget ad elfogadható áron. A `subq=5`-tel összehasonlítva általában 0.1-0.4 dB nyereséget jelent a globális PSNR-ben, 25%-100% között változó sebességveszteség árán. A `subq` egyéb értékeitől eltérően a `subq=6` viselkedése nem függ olyan nagy mértékben a `frameref` és a `me` opcióktól. A `subq=6` hatékonysága inkább a használt B-kockák számától függ. Normális használat esetén ez azt jelenti, hogy a `subq=6`-nak nagy hatása van mind a sebességre, mint a minőségre az összetett, sok mozgást tartalmazó jelenetek esetében, de sokkal kevesebb a kevés mozgást rögzítő részeknél. Jegyezd meg, hogy még mindig javasoljuk a `bframes` értékének valamilyen nullától különböző értékre történő állítását (lásd lejjebb).

  `subq=7` a leglassabb, legjobb minőséget nyújtó mód. A `subq=6`-tal összehasonlítva általában 0.01-0.05 dB globális PSNR növelést jelent, változó 15%-33%-os sebességveszteség árán. Mivel a kódolási idő vs. minőség arány eléggé rossz, csak akkor ajánlott használni, ha minden egyes bit fontos és a kódolási idő nem számít.

- frameref: A `frameref` alapértéke 1, de ez nem jelenti azt, hogy jó dolog 1-re állítani. Pusztán a `frameref` növelése 2-re kb. 0.15dB PSNR nyereséget jelent 5-10%-os sebességcsökkenéssel; ez így még jó üzletnek tűnik. A `frameref=3` 0.25dB PSNR-t hoz a `frameref=1`-hez képest, ami látható különbség. A `frameref=3` kb. 15%-kal lassabb a `frameref=1`-nél. Ezután sajnos gyorsan jön a csökkenés. A `frameref=6` valószínűleg csak 0.05-0.1 dB pluszt jelent a `frameref=3`-hoz képest, további 15% sebességveszteség mellett. `frameref=6` felett a minőségjavulás általában nagyon kicsi (bár vedd figyelembe az egész rész olvasása közben, hogy ez nagymértékben változhat a forrásodtól függően). Egy átlagos esetben a `frameref=12` a globális PSNR-t csekély 0.02dB-vel javítja a `frameref=6`-hoz képest, 15%-20% sebességveszteség árán. Az ilyen magas `frameref` értékeknél az egyedüli igazán jó dolog, amit mondhatunk, hogy a további növelés szinte soha sem árt a PSNR-nek, de a minőségi javulás szinte alig mérhető és nem is észrevehető.

  ### Megjegyzés:

  A `frameref` növelése szükségtelenül magas értékekre ronthatja és általában rontja is a kódolási hatékonyságot, ha kikapcsolod a CABAC-ot. Bekapcsolt CABAC-kal (alapértelmezett), a `frameref` "túl magas" értékre történő beállítása jelenleg nagyon távolinak tűnik ahhoz, hogy aggódjunk miatta és a jövőben az optimalizációk lehet, hogy meg is szüntetik ennek lehetőségét.

  Ha számít a sebesség, akkor megfontolandó, hogy alacsony `subq` és `frameref` értékeket használj az első lépésben és majd a második lépésben emeld. Általában ez jelentéktelen negatív hatással van a végső minőségre: valószínűleg jóval kevesebb, mint 0.1dB PSNR-t veszítesz, ami túl kicsi különbség ahhoz, hogy észrevedd. Bár a `frameref` különböző értékei alkalmanként befolyásolhatják a képkocka típus döntéseket. Ezek legtöbbször ritka, szélsőséges esetek, de ha teljesen biztos akarsz lenni, gondolkozz el rajta, hogy van-e a videódban teljes képernyős ismétlődő, csillogó minta vagy nagyon nagy ideiglenes elzáródás, ami kikényszeríthet egy I-kockát. Az első lépés `frameref`-jét úgy állítsd be, hogy elég nagy legyen ahhoz, hogy tartalmazza a villódzási ciklust (vagy az elzárást). Például ha a jelenet oda-vissza ugrál két kép között három keret idejéig, állítsd be az első lépés `frameref`-jét 3-ra vagy magasabbra. Ez a dolog eléggé ritka az élő akciót tartalmazó videóanyagokban, de néha előjön videójátékok képének mentésekor.

- me: Ez az opció a mozgásbecsléshez használt keresés módszerét választja ki. Ezen opció megváltoztatása természetesen magával hozza a minőség-vs-sebesség arány változását. A `me=dia` csak kis mértékben gyorsabb, mint az alapértelmezett keresés, kevesebb, mint 0.1dB globális PSNR árán. Az alapértelmezett beállítás (`me=hex`) egy ésszerű kompromisszum a sebesség és a minőség között. A `me=umh` kicsivel kevesebb, mint 0.1dB globális PSNR-t jelent, amiért változó árat kell fizetni a sebességben a `frameref`-től függően. Ha a `frameref` értéke nagy (pl. 12 vagy hasonló), a `me=umh` kb. 40%-kal lassabb, mint az alapértelmezett `me=hex`. `frameref=3`-mal a sebességbeli veszteség visszaesik 25%-30%-ra.

  A `me=esa` egy nagyon alapos keresést használ, ami túl lassú a gyakorlati alkalmazáshoz.

- partitions=all: Ez az opció engedélyezi a 8x4-es, 4x8-as és 4x4-es alpartíciók használatát a megjósolt makroblokkokban (az alapértelmezett partíciók mellett). A bekapcsolása viszonylag egyenletes 10%-15%-os sebességveszteséget jelent. Ez az opció eléggé hasztalan a kevés mozgást tartalmazó videókban, bár néhány gyors mozgású forrás, tipikusan a sok apró mozgó objektumot tartalmazó, várhatóan kb. 0.1dB-t javul.

- bframes: Ha kódoltál már más codec-kel, rájöhettél, hogy a B-kockák nem mindig hasznosak. A H.264-nél ez megváltozott: új technikák és blokk típusok lehetnek a B-kockákban. Általában még a naív B-kocka választó algoritmus is jelentős PSNR hasznot hozhat. Azt is érdemes megjegyezni, hogy a B-kockák használata általában egy kicsit gyorsít a második lépésen és talán az egy lépéses kódolást is gyorsítja kicsit, ha az adaptív B-kocka döntés ki van kapcsolva.

  Az adaptív B-kocka döntés kikapcsolásával (`x264encopts` `nob_adapt` opciója) ezen beállítás optimális értéke általában nem több, mint `bframes=1`, különben a gyors mozgású részek romolhatnak. Bekapcsolt adaptív B-kocka döntéssel (alapértelmezett tulajdonság) nyugodtan használhatsz magasabb értéket; a kódoló csökkenti a B-kockák használatát azokban a részekben, ahol amiatt sérülne a tömörítés. A kódoló ritkán választ 3 vagy 4 B-kockánál többet; ezen opció magasabb értékre állítása nagyon kicsi különbséget eredményez.

- b_adapt: Megjegyzés: Ez alapértelmezetten be van kapcsolva.

  Ezzel az opcióval a kódoló egy eléggé gyors döntési eljárást fog használni a B-kockák számának csökkentésére az olyan jelenetekben, amelyek nem profitálnak belőlük. Használhatod a `b_bias`-t a kódoló B-kocka-használatának nyomonkövetésére. Az adaptív B-kockák sebességbeli hátránya jelenleg elég szerény, de ilyen a potenciális minőségbeli javulás is. De általában nem árt. Jegyezd meg, hogy ez csak az első lépésben érinti a sebességet és a képkocka típus döntéseket. A `b_adapt`-nak és a `b_bias`-nak nincs hatása a következő lépésekre.

- b_pyramid: Jó ha engedélyezed ezt az opciót, ha >=2 B-kockát használsz; ahogy a man oldal is írja, egy kicsi minőségi javulást kapsz sebességcsökkenés nélkül. Jegyezd meg, hogy ezen videók nem olvashatóak a 2005. március 5-nél korábbi libavcodec-alapú dekódolókkal.

- weight_b: Általános esetekben ez az opció nem hoz sokat a konyhára. Bár az át- és az elsötétülő jeleneteknél, a súlyozott jóslás jelentős bitráta spórolást hoz. Az MPEG-4 ASP-ben az elsötétülés általában drága I-kockák sorozatával kerül legjobban elkódolásra; a B-kockákban használt súlyozott jóslással lehetséges ezek legalább részben a sokkal kisebb B-kockákkal történő lecserélése. A kódolási időben jelentkező plusz ráfordítás minimális, mivel nem kell külön döntéseket hozni. Ellentétben azzal, amire pár ember gondol, a dekódoló CPU igényét nem érinti jelentősen a súlyozott jóslás.

  Sajnos a jelenlegi adaptív B-kocka döntési algoritmusnak van egy olayn érdekes tulajdonsága, hogy kerüli a B-kockákat az elsötétedéseknél. Amíg ez nem változik meg, jó ötlet lehet a `nob_adapt` opció hozzáadása az x264encopts-hoz, ha arra számítasz, hogy sötétedések jelentősen befolyásolják a videódat.

- threads: Ez az opció szálak segítségével párhuzamos kódolást tesz lehetővé több CPU-n. A létrejövő szálak száma kézzel is beállítható, de jobb a `threads=auto` és rábízni az `x264`-re a használható CPU-k felderítését és a szálak optimális számának megállapítását. Ha több processzoros géped van, nem árt fontolóra venni ennek a használatát, mivel a CPU magokkal arányosan megnövelheti a kódolási sebességet (kb. 94% CPU magonként), nagyon kicsi minőségromlással (kb. 0.005dB dual processzornál, 0.01dB quad processzoros gépnél).

#### 9.5.1.3. Különböző igényekhez tartozó opciók

- Két lépéses kódolás: Fentebb azt javasoltuk, hogy mindig használj két lépéses kódolást, azonban vannak indokok az elkerülése mellett is. Például ha élő TV adást mentesz és kódolsz valós időben, kénytelen vagy egy lépést használni. Az egy lépés nyilvánvalóan gyorsabb, mint a két lépéses; ha teljesen ugyan azokkal az opciókat használod mind a két lépésben, a két lépéses kódolás majdnem kétszer olyan lassú.

  Mégis van pár nagyon jó indok a két lépéses kódolás használatára. Az egyik, hogy az egy lépés rátakontollja nem pszichikai, így gyakran ésszerűtlen döntéseket hoz, mert nem látja a nagy képet. Például tegyük fel, hogy van egy két perces videód, mely két eltérő félből áll. Az első fele nagyon gyors mozgású, 60 másodperces jelenet, ami magában kb. 2500kbps-t igényel, hogy megfelelően nézzen ki. Majd rögtön ez után egy sokkal kisebb igényű 60 másodperces jelenet jön, ami 300 kbps-sel is jól néz ki. Tegyük fel, hogy 1400kbps-t kérsz, ami elméletileg elég mind a két jelenethez. Az egy lépéses rátakontroll rengeteg "hibát" ejt egy ilyen esetben. Mindenek előtt az 1400kbps-t célozza meg mind a két szegmensben. Az első rész erőteljesen túl lesz kvantálva, emiatt elfogadhatatlan és túlzottan blokkos képet kapsz. A második szegmens pedig erőteljesen alul lesz kvantálva; tökéletesen néz ki, de az ezzel járó bitráta többlet teljesen ésszerűtlen. Amit még nehezebb elkerülni, az a két jelenet közötti átmenet problémája. A lassú mozgású rész első pár másodperce túlságosan túl lesz kvantálva, mert a rátakontroll még a videó első feléből származó bitráta igényre számít. Ez a túlkvantálási "hiba periódus" a kevés mozgást tartalmazó részt szörnyen rosszá teszi, tulajdonképpen kevesebb, mint 300kbps-t fog használni, ami a megfelelő kinézethez kellene. Több lehetőség is van az egy lépéses kódolás buktatóiból származó hibák csökkentésére, de összességében mégis növelik a bitráta félrebecslésének esélyét.

  A többlépéses rátakontrollnak több előnye is van az egylépésessel szemben. Az első lépésből nyert statisztikai adatokból a kódoló egész jó pontossággal meg tudja jósolni egy bármilyen adott kocka bármilyen adott kvantálás melletti kódolásának "költségét" (bitekben). Ez a bitek sokkal ésszerűbb, jobban megtervezett elosztását eredményezi a drága (sok mozgású) és az olcsó (kevés mozgású) jelenetek között. Lásd a `qcomp` opciót lejjebb néhány ötletért, hogy hogyan tudod ezt a felosztást kedvedre változtatni.

  Továbbá a két lépés nem tart kétszer annyi ideig, mint az egy. Az első lépés opcióit rá lehet hangolni a nagyobb sebességre és a gyengébb minőségre. Ha jól választod meg az opciókat, egy nagyon gyors első lépésed lehet. Az eredmény minősége a második lépésben kicsit alacsonyabb lesz mert a méret becslés kevésbé pontos, de a minőségi különbség normális esetben túl kicsi ahhoz, hogy észrevedd. Például próbáld meg a `subq=1:frameref=1` opció hozzáadását a `x264encopts` első lépéséhez. Majd, a második lépésben használj lassabb, jobb minőséget biztosító opciókat: `subq=6:frameref=15:partitions=all:me=umh`

- Három lépéses kódolás? Az x264 lehetőséget nyújt tetszőleges számú egymás utáni lépések elvégzésére. Ha megadod a `pass=1` opciót az első lépésben, majd `pass=3`-at használsz az egyik következő lépésben, a következő lépés beolvassa az előző statisztikáját és megírja a sajátját. Egy ezt követő lépésnek már nagyon jó alapjai lesznek, nagyon pontos döntéseket tud hozni a képkocka méretre vonatkozóan a választott kvantálás mellett. A gyakorlatban az össz minőségi nyereség ebből közel van a nullához és lehetséges, hogy egy harmadik lépés kissé még rontja is a globális PSNR-t az előző lépéshez képest. Az átlagos felhasználásban a három lépés akkor segít, ha két lépéssel rossz bitráta jóslást kaptál vagy ronda átmeneteket a jelenetek között. Ilyen dolog csak a nagyon rövid klippeknél fordulhat elő. Van még pár speciális eset is, amikor a három (vagy több) lépés jól jöhet a haladó felhasználóknak, de a rövidítés végett ezeket az eseteket nem tárgyaljuk ebben a leírásban.

- qcomp: A `qcomp` a "drága", sok mozgást és az "olcsó", kevés mozgást tartalmazó jelenetekhez használt bitek arányát szabályozza. Extrém esetben a `qcomp=0` az igazi konstans bitrátát célozza meg. Ezzel a sok mozgású részek borzasztóan fognak kinézni, míg a kevés mozgást tartalmazó részek valószínűleg tökéletesen fognak kinézni, de a hasonló kinézethez szükséges bitráta többszörösét fogják felhasználni. A másik extrém véglet a `qcomp=1` majdnem konstans kvantálási paramétert ér el (QP). A konstans QP nem néz ki rosszul, de a legtöbb ember úgy gondolja, hogy ésszerűbb egy kis bitrátát feláldozni a roppant drága jeleneteknél (ahol a minőségromlás nem olyan észrevehető) és felhasználni őket a kitűnő minőségben is könnyebben kódolható jeleneteknél. A `qcomp` alapértelmezett értéke 0.6, ami eléggé alacsony sok ember ízléséhez képest (0.7-0.8 a leggyakrabban használt).

- keyint: A `keyint` kizárólag a a fájlon belüli keresést rontja a kódolási hatékonyság javára. Alapértelmezésként a `keyint` 250-re van állítva. Egy 25fps-es anyagnál ez garantálja a 10 másodpercen belüli pontossággal történő ugrást. Ha úgy gondolod, hogy fontos és hasznos lenne az 5 másodperces pontosság, állítsd be a `keyint=125` értéket; ez egy kissé rontja a minőséget/bitrátát. Ha csak a minőség érdekel és a kereshetőség nem, beállíthatod magasabb értékre (észben tartva azt, hogy egyre csökkenő hasznot hoz, mely végül szinte észrevehetetlenül kicsi vagy akár nulla lesz). A videó folyam még így is fog tartalmazni kereshető pontokat, amíg van benne jelenet váltás.

- deblock: Ez a rész egy kicsit vitatható lesz.

  A H.264 egy egyszerű deblocking eljárást definiál az I-blokkokra, ami előre beállított erősséget és áteresztést használ a szóbanforgó blokk QP-je alapján. Alapértelmezettként a nagy QP blokkok erős szűrön mennek át, az alacsony QP blokkok nem kerülnek deblock-olásra semennyire sem. Az alapértelmezett értékek szerint előre beállított erősség jól megválasztott és jó eséllyel PSNR-optimális bármilyen videóhoz, amit csak próbálsz elkódolni. A `deblock` paraméterrel megadhatod az előre beállított deblocking áteresztés eltolását.

  Sokan úgy gondolják, hogy jó ötlet nagy mértékben csökkenteni a deblocking szűrő erősségét (mondjuk -3-ra). Ez valójában szinte soha sem jó ötlet és a legtöbb esetben azok az emberek, akik ezt csinálják, nem is értik igazán, hogy hogyan működik a deblocking alapból.

  Az első és legfontosabb dolog azt tudni a beépített deblocking szűrőről, hogy az alapértelmezett áteresztés majdnem mindig PSNR-optimális. Ritkább esetben nem optimális, az ideális eltolás plusz vagy mínusz 1. A deblocking paramétereinek nagy mértékben történő megváltoztatása majdnem garantáltan rontja a PSNR-t. A szűrő erősítése elmaszatol néhány részletet; a szűrő gyengítése a kockásodás láthatóságát növeli.

  Tipikusan rossz ötlet a deblocking áteresztés csökkentése, ha a forrásod térbeli komplexitása alacsony (pl. nem túl részletes vagy zajos). A beépített szűrő remek munkát végez a felbukkanó mellékhatások elrejtése érdekében. Ha a forrásban térbeli komplexitása nagy, a mellékhatások még kevésbé láthatóak. Ez azért van, mert a gyűrűs haladás részletnek vagy zajnak látszik. Az emberi szem könnyen meglátja, ha egy részlet elmozdul, de nem olyan könnyű észrevenni, ha a zaj rosszul van reprezentálva. Ha szubjektív minőséghez ér, a zaj és a részletesség valamennyire felcserélhető. A deblocking szűrő erősségének csökkentésével a legvalószínűbb, hogy növeled a hibákat a gyűrűs mellékhatások hozzáadásával, de a szem nem veszi észre, mert összekeveri a mellékhatásokat és a részleteket.

  Ez még nem igazolja a deblocking szűrő erősségének csökkentését. Általában jobb zajminőséget érhetsz el az utófeldolgozással. Ha a H.264 kódolásod túl foltos vagy maszatos, próbáld meg lejátszani a `-vf noise` kapcsolóval. A `-vf noise=8a:4a`-nak a gyenge mellékhatásokat el kell tüntetnie. Majdnem biztos, hogy jobb eredményt kapsz, mint a deblocking szűrővel való pepecseléssel.

### 9.5.2. Kódolás beállítási példák

A következő beállítások példák a különböző kódolási opciók kombinációjára, amik érintik a sebességet vagy a minőséget ugyan annál a cél bitrátánál.

Az összes kódolási beállítást egy 720x448 @30000/1001 fps-es minta videón teszteltük, a cél bitráta 900kbps volt, a gép pedig egy AMD-64 3400+ 2400 MHz-en, 64 bit-es módban. Mindegyik kódolási beállítás tartalmazza a kódolási sebességet (képkocka per másodpercben) és a PSNR veszteséget (dB-ben) a "nagyon jó minőséghez" viszonyítva. Kérlek vedd figyelembe, hogy a forrásanyagodtól, a géped típusától és a fejlesztésektől függően különböző eredményeket kaphatsz.

Leírás | Kódolási opciók | sebesség (fps-ben) | relatív PSNR veszteség (dB-ben)
--- | --- | --- | ---
Nagyon jó minőség | `subq=6:partitions=all:8x8dct:me=umh:frameref=5:bframes=3:b_pyramid=normal:weight_b` | 6fps | 0dB
Jó minőség | `subq=5:partitions=all:8x8dct:frameref=2:bframes=3:b_pyramid=normal:weight_b` | 13fps | -0.89dB
Gyors | `subq=4:bframes=2:b_pyramid=normal:weight_b` | 17fps | -1.48dB

Vissza | Fel | Előre
9.4. Kódolás az `Xvid` codec-kal | Főoldal | 9.6. Kódolás a `Video For Windows` codec családdal