8bit和10bit视频编码的优劣对比

mawen1250

之前我也发了贴说明10bit压制的优势以及播放方法，也提供了一些自压的10bit视频供测试：http://game.ali213.net/thread-3666562-1-1.html
当然光提供10bit视频的确很难让人信服其优势，于是我今天就做了个8bit与10bit编码的对比测试。
对10bit压制感兴趣的可以使用这个：http://u.115.com/file/bhufydb3
应该很容易就能学会的。

压制方法：
使用06_taro的x264编译版：http://www.nmm-hd.org/newbbs/viewtopic.php?f=8&t=219
SAP的EP x264压制脚本：http://www.nmm-hd.org/newbbs/viewtopic.php?f=8&t=168

前者就是带patch以及位深转换修复的x264编译版。后者是个方便的脚本，可以实现1st pass使用指定的CRF（固定质量模式，数值越低质量越好）编码，然后2nd pass使用1st pass判定出来的码率进行编码。所以下文所说的CRF指的都是1st pass使用的，实际上还是2pass（二次编码）模式。

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8月31日新增3个高压视频测试：
1.码率大约1230kbps的720p，K-ON!的NCED加上雪飘的华丽字幕（做成了内嵌，因为外挂的话会非常耗CPU资源）。8bit和10bit在色彩过渡区域有着巨大差距。
2.码率大约700kbps的720p，Anohana EP01的ED，加上雪飘的字幕做成内嵌。
3.用了2pass bitrate=4000压的720p，Planet Earth 1080i25版本（fake interlaced）EP01前2分钟的片段，封装了1条DTS-HDHR音轨和9条PGS字幕（包括DIY中字）。
http://u.115.com/folder/f02c9c0983f

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片源为Clannad ~After Story~ NCOP的第0帧到第299帧，最后我用3种不同的CRF值及mbtree，其他所有参数都固定，分别用8bit和10bit压制，获得了6个片段，下载地址，包括了所有记录信息的log：
http://u.115.com/file/bhu5jbti

以下均使用缩略图，要获得完整PNG图片请点击，最佳的比较方法是下载下来然后全屏进行比较。

一、来自原盘的截图
原盘的前13秒是码率最高的部分，也是暗场/噪点最多的部分，所以比较有参考价值。


二、使用CRF=16 开启mbtree

8bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9879862 (19.203db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.49 fps, 10841.03 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:12.68  size:170163
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:18.35  size: 82105
x264 [info]: frame B:226   Avg QP:20.25  size: 46581

10bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9891903 (19.662db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.05 fps, 10247.70 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:28.91  size:146955
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:30.35  size: 76692
x264 [info]: frame B:226   Avg QP:32.31  size: 44562


8bit截图

10bit截图


三、使用CRF=16 关闭mbtree

8bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9904566 (20.203db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.10 fps, 16238.86 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:11.55  size:196421
x264 [info]: frame P:71    Avg QP:13.52  size:115905
x264 [info]: frame B:225   Avg QP:16.98  size: 72813

10bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9914928 (20.702db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 0.79 fps, 15401.50 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:23.74  size:197882
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:25.75  size:109516
x264 [info]: frame B:226   Avg QP:29.19  size: 69161


8bit截图

10bit截图


四、使用CRF=18 关闭mbtree

8bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9875204 (19.038db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 1.35 fps, 10924.29 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:12.45  size:187823
x264 [info]: frame P:71    Avg QP:15.62  size: 81799
x264 [info]: frame B:225   Avg QP:19.29  size: 46784

10bit的log：
x264 [info]: SSIM Mean Y:0.9887816 (19.501db)
x264 [info]: encoded 300 frames, 0.96 fps, 10382.31 kb/s
x264 [info]: frame I:4     Avg QP:24.94  size:188878
x264 [info]: frame P:70    Avg QP:27.96  size: 76864
x264 [info]: frame B:226   Avg QP:31.37  size: 44698


8bit截图

10bit截图


结论：
1.要展现10bit压制在画质和压缩率上的双重优势，可以将BD的截图（所在时间段码率为33Mbps）、CRF16关闭mbtree时8bit的截图（13Mbps）、CRF18关闭mbtree时10bit的截图（5Mbps），放在一起对比，很明显的是有损编码后的结果10bit更加接近原盘，而视频里这1秒中10bit的码率只有8bit的5/13。
当然，这也是在这种暗场+色彩过渡画面情况下的结论，这也正是10bit优势很大的一块，在一般情况的画面上不会有这么巨大的差距，但是25%的压缩率优势是“保底”的。

2.mbtree的码率控制我算是体会到了，在相同CRF的情况下，开启mbtree能让最终码率降低三分之一。看似很好地提高了压缩率，CRF18关闭mbtree，和CRF16开启mbtree，平均码率是差不多的。
但是我查看其码率的分布时，发现CRF16开启mbtree在暗场的时间段（也就是我截图的部分）只分配了2100-2500kbps的码率。CRF18关闭mbtree在同一时间段则分配了5000-6000kbps。
于是可以看出，mbtree给这种看似比较简单的场景分配的码率更少，而给高动态场景分配的码率更多。直接导致在这种暗场码率明显分配不足，所以很多压制现在都不使用mbtree，它带来的劣势可能比优势更多。
而在这种码率分配不足的情况下，8bit压制产生了明显的banding（色彩平滑过渡区域由于可用颜色不足产生的色带），而10bit由于其64-940的取值范围，在这种低码率高量化的前提下就能保持一个平滑的色彩过渡。
所以开启mbtree的截图中对比那么明显，就可以看成是码率较低的情况下10bit相对8bit的画质优势（在截图的那一段中码率分配较少）。

3.但即使是CRF16关闭mbtree，有着16Mbps的平均码率，这段暗场的码率分配也给了12-13Mbps，也能明显看出10bit编码的结果有着更平滑的色彩过渡，而量化造成的画面改变也比8bit编码的结果要小（对比原盘的截图），在许多细节区域，明显10bit编码的结果与原盘更为接近。

4.从上面提供的log里的x264 info可以看出：
相同参数下，10bit编码的最终平均码率始终比8bit要小一点，而SSIM值（与源的一种相似度算法）比8bit更高，主观画面质量通过上面的截图对比也已经很明显了。10bit的编码速度也比8bit要慢大约28%。
同时也能看到，相同参数下，10bit编码后帧的平均QP（量化值）比8bit的结果高大约12，这也是很正常的结果，在10bit下QP值就是要高出这么多。

5.至于为什么原盘也是8bit，却没有明显的banding，可以通过截图看出来，有一些类似噪点和抖动的结果，在AVS后处理中，加噪点和抖动处理都可以一定程度上地去掉banding（主要是视觉效果上，Luma的取值范围16-235依旧没变）。而原盘由于有较高的码率，较小的量化，所以它可以容纳下这些噪点和抖动，从而没有显示出明显的banding。
而重编码的过程，首先就是码率肯定比原盘低，不然就失去了其意义，如果我用CRF12开启mbtree，用8bit也可以压制出和原盘十分接近的画面，但是码率则是从原盘的33.5Mbps降到了23.1Mbps，这已经失去了重编码的价值了。
所以当我要控制重编码的码率在合理的范围内，也就意味着有一定程度的量化，量化后的结果导致原盘中的这些噪点抖动没有保持下来，于是在8bit压制下banding就出现了，而10bit下由于其天生的精度高的优势，即便使用比8bit更高的量化，依然能获得很好的还原质量。

6.我这里所说的也只是展现了10bit压制一方面的优势，另外在量化方面的优势并没有明显体现出来，或者说截图对比起来没有banding的视觉区别明显。但通过多次对比我可以肯定的是，相同码率下10bit在细节方面的还原也是比8bit好的。

7.但是也并非是所有的码率下10bit都能获得优势，假如是毫无量化的无损压缩（qp=0），10bit只是比8bit占更多空间而已，没有任何其他区别（因为现在都是8bit的片源），不过又有谁会去用视频的无损压缩呢？10bit的优势也是体现在量化上更高精度换来的更高压缩率。
而我也尝试开启mbtree，指定4000kbps的平均码率用2pass去压这个1080p的片段，于是在这段暗场只分配到了600kbps的码率，在如此低的码率下，8bit的画面已经相当糟糕，而10bit的画面比8bit更糟糕。可以看出，10bit在有损编码上的优势也是有限度有范围的，如果你用极端的码率去编码，那10bit便不能体现出其优势。
所以在我们正常使用的码率范围内，10bit也正是发挥其优势最大的地方，这也是为什么我们要普及10bit压制的原因。


引用一段ssnake蛇大的话：http://flsnow.net/bbs/thread-28754-1-1.html

FANSUB到底是生产环境还是测试环境呢？我也不知道。反正在K-ON!上我是真的被问烦了，或许我一开始就应该按生产环境的标准做，即只用完全成熟的技术（比如srt字幕、2.33版VSFilter支持的ass spec），实现不好的功能统统去掉。但如果这样，测试环境又在哪里呢？在K-ON!发布时的妇联评论里，有一期我对x264项目Leader，Dark Shikari的专访。他就特别提到动漫FANSUB对新技术的执着追求，以及动漫FANSUB与Dev群体的密切联系。如果新技术没有测试的环境，那么它永远都是不成熟的“新技术”。如果连FANSUB这样没什么商业气息的领域，都要为生产环境的要求所束缚，那么，我们又如何去期待技术的进步呢？

以Don't say "lazy"的两句歌词作结：
発展途中だし…
だから不意にピッチ外れるんです

最后2句就是K-ON！的ED歌曲最后一句，意思是：
因为我们还会进步，所以偶尔也会跑调。

mycoco520

{:00:}{:00:}{:00:}～～～～～～～～～～～～～

kozol999

看不出区别....................................................

luohe2004

我觉得你看不出区别，顶多颜色上有点

与其纠结这还不如研究其它压制的参数，提高片子质量。

mawen1250

回复 luohe2004 的帖子

至少在我的液晶电视上区别十分明显，而我看片也都是用液晶电视的。
其他参数都已经很优化了，就算你用ref=16/me=tesa/subme=11/me-range=64/bframes=16这种无比蛋疼的参数，也只是用95%以上的速度牺牲换来大约5%的压缩率提升而已。完全没法和10bit用28%的速度牺牲换来25%的压缩率提升相比。

zones参数以及patch加入的fgo参数我没有加入，因为这贴是做8bit和10bit的对比，一定要优化这个场景的话，用zones单独给这段增加码率也能还原出更好的效果。或者是在AVS里加入加噪点、dither的滤镜，也能让8bit压制最后出来的banding减少。

songxiaofei

本帖的意思就是mp3转成APE就无损了，太可笑了。蓝光片源全是8位的有脑子的人自己明白

mawen1250

回复 songxiaofei 的帖子

我笑而不语……我这贴里说的是有损编码的情况，而不是有损和无损的对比。x264主要开发者Dark Shikari、doom9上一大堆技术牛人、所有动漫压制者都达成共识，10bit压制有更高的效率，你就这么一句毫无根据的话想说明什么？

无损和有损只是相对概念，无损编码就是熵编码(Entropy Coding)，输入的源是什么还原出来就是什么，mp3转成APE，那这个APE相对mp3就是无损的，所以我上面也说到了，如果是qp=0的无损编码，10bit相比8bit不会有任何优势，只是还多占了2bit。
但有损编码下就需要量化(Quantization)，这时情况就复杂得多了，也因为目前的8bit的确灰阶范围偏少（16-235），所以量化后的画面质量十分容易出现肉眼易察觉的劣化，而10bit天生有着更高的冗余范围（64-940），相同量化后数值的变动相当于8bit下的四分之一，可以保证有平滑的色彩过渡，更不容易出现肉眼察觉的劣化，于是便可以通过使用更高的量化值来获得更大的压缩率。

a451629412

技术帖，纯学习。。。。

chenqizss

10bit的确有优势，起码看片的时候banding少了很多
一看LZID很眼熟，一查，果然是自己人

偶尔管理

喜欢DICE的战地3官方出的那种30000Kbps码率60fps的游戏视频，每秒60贞的1080p画面，跟真玩游戏的效果差别不太大了都，不知那种视频是怎么录制的，战地3到时用fraps软件能录制吗？

如果行先录个孤岛危机2 DX11版本+4096x4096高清纹理包游戏视频炫耀一下

mawen1250

回复 偶尔管理 的帖子

我最好的显卡还是三年前买的HD4870，现在睡大觉中，因为我现在基本不玩游戏了……

mango36

好那么一丁点...............{:0:}

cxm13

体积的比较呢

mawen1250

回复 cxm13 的帖子

看上面提供的log里，都已经写出了最终编码后的码率，10bit比8bit要小。

cxm13

回复 mawen1250 的帖子

这么看的话 10BIT 还是很不错

johnloo

现在思路开始有10BIT的片片，CHD还没有使用！两方因为这个在互掐！

mawen1250

引用一段ssnake蛇大的话：http://flsnow.net/bbs/thread-28754-1-1.html

FANSUB到底是生产环境还是测试环境呢？我也不知道。反正在K-ON!上我是真的被问烦了，或许我一开始就应该按生产环境的标准做，即只用完全成熟的技术（比如srt字幕、2.33版VSFilter支持的ass spec），实现不好的功能统统去掉。但如果这样，测试环境又在哪里呢？在K-ON!发布时的妇联评论里，有一期我对x264项目Leader，Dark Shikari的专访。他就特别提到动漫FANSUB对新技术的执着追求，以及动漫FANSUB与Dev群体的密切联系。如果新技术没有测试的环境，那么它永远都是不成熟的“新技术”。如果连FANSUB这样没什么商业气息的领域，都要为生产环境的要求所束缚，那么，我们又如何去期待技术的进步呢？

以Don't say "lazy"的两句歌词作结：
発展途中だし…
だから不意にピッチ外れるんです

最后2句就是K-ON！的ED歌曲最后一句，意思是：
因为我们还会进步，所以偶尔也会跑调。

songxiaofei

我只是打比方说的，片源是不可能改变了10位编码现有的硬件全部解码不能，面临大规模淘汰。电脑无所谓了，碟机等能不能升级固件解决很成问题，VCD淘汰过一次坑人的很。

songxiaofei

而且10位片源不能等同10位的2次编码体积应该会更大。加上未来的48帧电影，一部电影4CD。其实国内就思路炒这没意义的玩意，拿8位片源压10位电影也就是我说的mp3转ape的笑话，还声称效果更好，思路就是游戏界的3大妈整天追求高参数高“技术”换来的高压缩比，得出的结果就是狗屎一般的兼容性

songxiaofei

这种东西压出来只能电脑看，电脑显示器集体6位面板的时代，多可笑啊。即便是面板解决了或者无视了，输出呢，现阶段只有DP能满足要求，有几个人现在电脑是DP接显示器能告诉我吗