經(jīng)典的開(kāi)源編碼器X264/X265是否真的無(wú)法超越

由莫斯科國(guó)立大學(xué)組織連續(xù)舉行13年的視頻編碼器大賽成績(jī)公布，引發(fā)網(wǎng)絡(luò)對(duì)H.264/H.265標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)、以及曾經(jīng)在該項(xiàng)大賽封王的開(kāi)源軟件X264/X265性能的熱議。筆者特意整理相關(guān)資料，與大家分享討論——被奉為經(jīng)典的開(kāi)源編碼器X264/X265是否真的無(wú)法超越?   　　

X264何以一戰(zhàn)成名?

什么是H.264?H.264是ITU(International Telecommunication Union，國(guó)際通信聯(lián)盟)和MPEG(Motion Picture Experts Group，運(yùn)動(dòng)圖像專家組)聯(lián)合制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。而X264是一個(gè)開(kāi)源的H.264視頻編碼函數(shù)庫(kù)，是最好的有損視頻編碼器。其最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

X264開(kāi)發(fā)者團(tuán)隊(duì)也頗為神秘，自2003年開(kāi)始，初創(chuàng)十幾位成員中，僅有ChenMin一位華人，Dark Shikari加入開(kāi)發(fā)后，X264逐漸成為了最好的視頻編碼器。

X264打響知名度是在2005年第2屆視頻編碼器大賽上。該比賽在視頻編碼行業(yè)具有極高影響力，X264在眾多編碼軟件中脫穎而出，獲得第二名。憑借這屆比賽，X264在業(yè)內(nèi)已小有名氣。而在2010年第6屆視頻編碼器大賽中，不斷完善的X264在三個(gè)檔次均獲得第一名，并大幅領(lǐng)先其他參賽者，從而一戰(zhàn)成名。

X264的壓縮效率成為H.264的巨大優(yōu)勢(shì)，對(duì)比其他編碼軟件，如業(yè)內(nèi)某知名云公司使用的openh264是WebEx的開(kāi)源項(xiàng)目，僅能做到與X264的superfast檔次上速度相當(dāng)，但壓縮效率落后超過(guò)20%。而當(dāng)今的手機(jī)編碼芯片的壓縮效率落后X264高達(dá)20%以上。

X264的開(kāi)源和完備功能，使得H.264得以大規(guī)模商用。迄今，無(wú)論是在直播、點(diǎn)播、還是在視頻社區(qū)(如字幕組)中，都可以找到X264的身影?？梢哉f(shuō)，X264使互聯(lián)網(wǎng)視頻全面迎來(lái)H.264的時(shí)代，X264也成為移動(dòng)直播、視頻壓制等領(lǐng)域的必備之選。

雖然X264被奉為行業(yè)經(jīng)典的編碼技術(shù)，但其制定距今已經(jīng)過(guò)了13年。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和終端處理能力的不斷提高，高清、3D、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的需求日益增加，人們對(duì)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的編碼效率上的要求。而視頻壓縮技術(shù)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，也已經(jīng)具備推出更新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)基礎(chǔ)。

X265能否滿足H.265的核心訴求?  

生活源于對(duì)美好的向往，創(chuàng)造源于對(duì)未來(lái)的渴望。

H.265正是帶著我們對(duì)美好生活的向往而來(lái)，H.265的核心目標(biāo)是在H.264的基礎(chǔ)上有更高的壓縮率，更高的圖像質(zhì)量。H.265標(biāo)準(zhǔn)于2013年正式推出，如圖1所示，在同等圖像質(zhì)量下，H.265壓縮率提高了50%，即體積減少50%;等價(jià)于在同等體積下，擁有更高的圖像質(zhì)量，畫(huà)質(zhì)更清晰。H.265技術(shù)對(duì)于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的首要意義在于，移動(dòng)直播時(shí)碼率更低、減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)的沖擊、大幅度節(jié)省帶寬費(fèi)用。

值得注意的是，H.265在壓縮效率提高的同時(shí)，在參考模型中，其實(shí)是在編碼端提高了較多的計(jì)算復(fù)雜度。在標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，市場(chǎng)上迫切需要一款快速高效的、能夠給H.265商用提供支撐的編碼軟件，于是，X265應(yīng)運(yùn)而生。X265在2015年的MSU大賽中獲得綜合評(píng)估結(jié)果第一的成績(jī)，意味著H.265商用開(kāi)始破冰。然而，如表1所示，目前開(kāi)源H.265編碼器X265相比于X264仍有如下問(wèn)題：

比較X265 ultrafast vs X264 veryfastX265 placebo vs X264 placebo  

視頻分類相同質(zhì)量下的碼率編碼速度相同質(zhì)量下的

碼率編碼速度   　　

(1)在視頻直播應(yīng)用(X265 ultrafast vs X264 veryfast速度級(jí)別)上，X265僅有12%的碼率節(jié)省。由于視頻直播格式的升級(jí)會(huì)帶來(lái)一連串的從播放端到CDN到服務(wù)端的連鎖反應(yīng)，不足以誘惑直播APP升級(jí)編碼格式為H.265。

(2)無(wú)論是視頻直播還是離線轉(zhuǎn)碼(X265 placebo vs X264 placebo)，X265在編碼速度上，相比于X264有較大劣勢(shì)。不僅難以支撐視頻3.0時(shí)代移動(dòng)視頻直播場(chǎng)景中對(duì)編碼速度的需求，在離線轉(zhuǎn)碼服務(wù)上也太過(guò)耗時(shí)，無(wú)法支持大規(guī)模、強(qiáng)頻率上傳至服務(wù)器的短視頻轉(zhuǎn)碼服務(wù)。  

這無(wú)疑給H.265在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的視頻應(yīng)用潑了冷水。因而，視頻3.0時(shí)代亟需一款能夠全方位支持視頻直播和離線轉(zhuǎn)碼的高性能高速H.265編碼器。

無(wú)法超越還是過(guò)于“神話”?

混跡于中國(guó)的開(kāi)源社區(qū)，在視頻壓縮類的項(xiàng)目中，很大一部分從業(yè)者會(huì)認(rèn)為X264/X265已經(jīng)臻于完善，想從頭搭建一個(gè)全新的跨越性的中國(guó)自己的編碼器是不大可能的。因而，大部分的中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)公司都以X265或H.265的參考軟件為基礎(chǔ)，直接使用或簡(jiǎn)單優(yōu)化來(lái)完成H.265視頻的壓制。直播類的X265編碼器則有可能以X264為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)X265快速編碼。盡管有迭代升級(jí)，但仍存在技術(shù)門(mén)檻無(wú)法突破，壓縮速度上仍嚴(yán)重影響視頻的體驗(yàn)度。

令人驚喜的是，近日公布結(jié)果的2016年視頻編碼器大賽中出現(xiàn)了一匹黑馬。據(jù)大賽官方數(shù)據(jù)顯示結(jié)果，金山云完全自主研發(fā)的KSC265編碼器跑贏X264/X265奪得編碼軟件冠軍。   　

首先，上圖速度/效率綜合曲線中(橫軸為編碼速度，縱軸為編碼效率，以X264為基準(zhǔn)，注意箭頭better的方向)，KSC265在編碼速度、編碼效率兩方面，相比于X265/X264，均有明顯的優(yōu)勢(shì)。跟INTEL GPU硬件編碼器相差無(wú)幾，且更具速度優(yōu)勢(shì)?；贗NTEL GPU編碼器受限于INTEL GPU芯片的使用，一般很難在移動(dòng)終端(例如ARM手機(jī))中應(yīng)用，KSC265無(wú)疑在商用范圍上更廣。而這對(duì)中國(guó)編碼界來(lái)說(shuō)無(wú)疑是一個(gè)巨大的驚喜。  

驚喜后回望，這其實(shí)是必然結(jié)果。為什么這么說(shuō)呢?

因?yàn)橹袊?guó)的視頻編碼軟件是在無(wú)數(shù)的工程實(shí)踐中走出來(lái)的?？v觀中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，作為中國(guó)的云計(jì)算企業(yè)，更專注于如何為客戶節(jié)省帶寬成本、提高視頻質(zhì)量，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，這也是視頻編碼軟件所研究的重點(diǎn)。中國(guó)編碼軟件通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)迭代而產(chǎn)生，已經(jīng)經(jīng)歷了成熟的商用實(shí)踐過(guò)程，實(shí)際服務(wù)于數(shù)百個(gè)直播平臺(tái)和上億用戶，這是任何一個(gè)國(guó)際上的編碼軟件都不具備的先天優(yōu)勢(shì)。   　　

以當(dāng)下“帶寬大戶”直播行業(yè)為例，排名前200位的直播APP有一半以上是金山云的合作伙伴。業(yè)務(wù)基礎(chǔ)為其提供了充足的直播流量、峰值帶寬，支撐數(shù)幾千萬(wàn)人并發(fā)等寶貴實(shí)踐機(jī)會(huì)。   　

除此之外，金山云H.265編碼器表現(xiàn)出以下明顯優(yōu)勢(shì)：

1) 金山云H.265編碼是純粹的軟件編碼，在ARM\X86\X64等多個(gè)平臺(tái)均可以編譯執(zhí)行，有利于H.265編碼在多種平臺(tái)下的推廣和應(yīng)用。  

2) 金山云H.265編碼碼率控制能力能夠更好地適應(yīng)帶寬受限下的應(yīng)用需求。

3) 從金山云公開(kāi)的測(cè)試數(shù)據(jù)看，金山云H.265的編碼速度可以接近X264的veryfast檔次(同時(shí)達(dá)到30%以上碼率節(jié)省)，相比于其他H.265編碼具有很大的速度優(yōu)勢(shì)和效率優(yōu)勢(shì)，能夠方便H.265在移動(dòng)直播等環(huán)境下的推廣，使得H.265的生態(tài)環(huán)境得到了明顯的提升。   　　

在X264/X265過(guò)后，金山云KSC265成為再一個(gè)視頻編碼器大賽認(rèn)定的“最強(qiáng)視頻編碼軟件”，這個(gè)消息足以使中國(guó)編碼界振奮，基于大賽的權(quán)威性，可以大膽預(yù)測(cè)這可能會(huì)成為中國(guó)編碼軟件在國(guó)際上嶄露頭角的開(kāi)端。相信在不久的未來(lái)，中國(guó)的編碼軟件將會(huì)在國(guó)際舞臺(tái)上發(fā)揮更大的作用。