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继八项第一后,阿里自研编码器又得MSU2021世界编码器大赛主观评分第一!

2021年MSU世界编码器大赛主观性能赛道成绩揭晓,阿里自研的VVC编码器S266问鼎离线(1fps)档主观评分第一,在与MSU官方指定的基准编码器x265相同的主观质量下,带宽节省高达71%。

继客观赛道8项第一,又问鼎主观赛道第一

近日,2021年的MSU世界编码器大赛主观性能赛道成绩揭晓。阿里自研的VVC编码器S266参加离线(1fps)档的比赛,官方正式报告显示,S266最终问鼎主观评分这一重磅指标,在与MSU官方指定的基准编码器x265相同的主观质量下,带宽节省了71%之多,大幅领先其他参赛编码器

图说:MSU主观性能赛道离线评测(1fps)档官方成绩

这是继S266获得MSU世界编码器大赛全高清(FullHD)客观性能赛道离线评测(1fps)档公开的14项指标中的8项第一后,再次获得MSU世界编码器大赛这一全球顶级赛事的权威认证!(延伸阅读:MSU2021世界编码器大赛成绩公布,阿里自研编码器获六项第一。文章标题中“六项第一”,经MSU官方修正后实际为“八项第一”——编者注)。

此外,在MSU主观赛道的企业版完整报告中,同步公布了56项客观评测指标,S266一举获得其中的47项第一,6项第二,3项第三。至此,S266在MSU世界编码器大赛主观比赛中,成为唯一一个所有指标都进入前三的参赛编码器,延续了在全高清(FullHD)客观比赛中所创造的的良好记录。MSU的权威报告表明,S266的主观和客观的编码质量均处于业界领先地位。

人眼主观评分第一,带宽节省71%

今年MSU世界编码器大赛主观赛道云集了国内外12家参赛单位的16款编码器,比去年多5个参赛编码器,包括微帧、爱奇艺、腾讯、Intel、MulticoreWare、HHI、Mozilla/Xiph等知名科技企业或研究机构都有参赛,其中大部分参赛者都具有多年的参赛经验,竞争十分激烈。

MSU本次发布了主观性能赛道的测试报告:

https://www.compression.ru/video/codec_comparison/2021/subjective_report.html

该报告给出了各个参赛编码器以人眼主观打分为评价依据的主观评分,同时也给出了实际业务场景中广泛采用的SSIM、PSNR、VMAF等客观质量评分。

最终,经过激烈地角逐,阿里巴巴自主研发的VVC编码器S266最终获得离线评测(1fps)档主观评分这一重磅指标的第一名,在与MSU官方指定的基准编码器x265相同的主观质量下,带宽节省了71%之多,大幅领先其他参赛编码器

上图中,横坐标为16个参赛编码器,纵坐标为相同的主观质量下,各编码器输出文件相对于基准编码器x265的平均大小,柱状图越低,表示编码器输出文件越小,压缩率越高,也就是编码器性能越好。

图中显示,在同等主观画质下,S266比基准编码器x265节省了71%的带宽,相比第二名60%的带宽节省能力,优势明显。

除了主观评分第一,S266在MSU公布的企业版完整报告中,共获得56项客观评测指标的47项第一,6项第二,3项第三,对于SSIM、MS-SSIM、PSNR (avg. log)、PSNR (avg. MSE)、VMAF NEG等重要指标,S266均获得所有指标第一。

至此,S266在MSU世界编码器大赛主观比赛中成为唯一一个所有指标都进入前三的参赛编码器,延续了在全高清(FullHD)客观比赛中所创造的同一记录。

人眼主观:视频质量的黄金标准

人眼主观质量代表了视频质量的黄金标准(golden standard),因为人是视频最终的消费者,因此主观质量评估是站在观测者的角度,真实反映人的视觉感受和审美水平,避免各种客观质量模型都无法全面模拟人的视觉系统的问题。因此,在编码标准的制定、编码器的重大版本发布、以及商用系统上线时,都会评估人眼主观质量。

加州大学伯克利分校与Adobe公司的研究人员在CVPR 2018发表的研究论文《The unreasonable effectiveness of deep features as a perceptual metric》证实了一个很有意思的现象。在下图的一组对比图像中,中间图像为原始参考图像,左右两侧分别为两幅失真图像,要求分别采用人眼主观评价方法和客观评价方法选择哪幅失真图像质量更高。结果显示人眼主观评价认为失真图像2与原始参考图像相似度更高,即失真更小,质量更高,而客观评价指标PSNR、SSIM、FSIM等认为失真图像1与原始参考图像相似度更高。

由此可见,客观评价质量有时存在与人眼主观评价质量结果相悖的情况,仅凭客观评价指标无法“客观”表示被测图像的真正质量,而应以人眼主观评价作为图像质量的黄金标准,视频亦然。

图说:CVPR 2018

编码器的实际开发过程中,为了降低测试难度和测试成本,往往以客观评价为主,但在最终版本发布时,仍然将主观质量作为最重要的评价依据。实践表明,对编码器采用这样的评价方法,不仅可以保证编码器的开发效率,同时也可以保证编码图像质量符合人眼的主观特性。

本次比赛,MSU邀请了10,800多人参与本次主观评分,一共获得了529,171组有效评分,从而避免少数个体偏好对总体评价的影响,以保证主观评分的有效性和权威性。S266能延续本届MSU大赛不久前公布的全高清(FullHD)客观赛道的良好成绩,在主观赛道中获得人眼主观评分第一,同时获得56项客观评测指标中的47项第一,这既充分体现了S266编码器在各项主客观指标下的均衡表现和综合实力,同时也是对团队在编码器开发的不同阶段坚持科学评价方法的肯定。

Ali266:完整的VVC实时高清编解码能力

代表阿里巴巴参加本届MSU比赛的编码器,是基于阿里巴巴自主研发的VVC编码器Ali266演化而来。

Ali266是阿里巴巴对最新标准VVC进行编解码实现,首先希望做到高压缩性能,拿到VVC所带来的带宽节省红利;其次是高清实时编码速度,相较于VVC的上一代标准HEVC,VVC标准提供了30多种最新的编码工具,保持实时编码速度对于真正商用来说具有巨大的意义;最后是让Ali266具有完整的自成一体的编解码能力,更好地打开端到端的生态。开发Ali266是希望实现上述三个非常有挑战的技术点,做到技术领先性,转换成产品竞争力,并帮助进行业务拓展。

Ali266解码器通过多核并行、汇编优化、内存占用和访存效率优化等一系列工程和算法的优化手段来提高解码速度,测试显示在低端手机仅需三个线程就可以做到720p的实时解码,集成Ali266的中低端手机也可清晰流畅地观看最新的VVC视频或直播,最新发布的手机甚至可支持4K@30fps实时解码。

此外,Ali266解码器在稳定性、鲁棒性、内存占用等方面充分考虑了商业化软件的需求,经过11000多条错误码流的测试,并在Android、iOS等多款高中低端设备的测试,来保障解码器的鲁棒性和稳定性。Ali266自研的解码器架构、数据结构和内存可复用设计,充分提高了内存使用效率,解码高清720p视频仅需33MB的内存,极大程度上验证了VVC标准的实用性。

Ali266编码器目前支持Slow和Fast两大档次。Slow档次主要适用于离线应用,通过本次MSU世界编码器大赛的权威认证,在与x265 veryslow档次相同的编码速度和主观质量下,带宽成本可以下降71%。同时Ali266还支持对于商业化来说非常重要的Fast档次,2021年6月底,Ali266成为业界首个公开宣称实现720p实时高清编码速度的VVC编码器,同年9月底,Ali266又成为业界首个公开宣称实现1080p实时高清编码速度的VVC编码器

与x265 medium实时应用档次相比,在相同的SSIM质量指标下,Ali266的Fast档次可以达到40%的带宽节省,为直播和视频会议等实时视频应用带来巨大的带宽红利。作为第一个实时高清VVC软件编码器,Ali266在业界走出了重要的一步,证明了现有的算力平台就可以让我们充分享受到国际最新标准VVC的强大压缩能力。

后续在保持Ali266性能优势的同时,阿里云视频云会持续完善Ali266的编解码配置,加强其在更多视频应用上的普适性。同时我们正在大力投入,进行服务端和播放器对Ali266的集成,打通从内容制作到播放的整体链路,助力完善最新标准VVC的整体生态。

在元宇宙图景漫溢的当下,还有很多新兴视频应用在兴起,包括全景视频、AR、VR,这些应用同样需要视频编解码的技术底座,而阿里云视频云在编解码技术上的前瞻性突破,无疑将推动虚拟世界的迎面之势。在不久的将来,阿里云视频云将能够透过Ali266把VVC这个最新标准带给广大消费者,真正开启VVC的商用之路。

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