摘要： 當(dāng)你觀看視頻如遇網(wǎng)絡(luò)不好的情況，就會出現(xiàn)卡頓或系統(tǒng)提示切換成標(biāo)清或流暢的畫質(zhì)，這個時候你會發(fā)現(xiàn)視頻的清析度降低了。高清意味著高分辨以及需要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優(yōu)酷世界杯直播受到一致好評的關(guān)鍵，阿里云“窄帶高清2.0”發(fā)揮了重大的作用。

寫在前面

2018年俄羅斯世界杯比賽正在如火如荼進(jìn)行中，互聯(lián)網(wǎng)視頻平臺的入局，新媒體直播賽事的火爆，讓本屆世界杯也有了一個新標(biāo)簽：掌上世界杯。這意味著，用戶可以更加隨心所欲的“躺著看球”。

半數(shù)球迷選擇優(yōu)酷 超6成認(rèn)為高清且流暢

根據(jù)流媒體網(wǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，今年使用手機看世界杯的用戶中，超過50%的用戶選擇優(yōu)酷。而在新媒體平臺加入直播的情況下，大部分的用戶對直播的清晰度和流暢度表示滿意。

另外一個數(shù)據(jù)顯示，光酷喵在世界杯期間就有超過800萬的用戶通過投屏智能電視的方式觀看世界杯，把客廳變成了世界杯的主場。只有真正的高清畫質(zhì)，才能扛住手機超清屏以及電視超大屏的雙重考驗。

當(dāng)你觀看視頻如遇網(wǎng)絡(luò)不好的情況，就會出現(xiàn)卡頓或系統(tǒng)提示切換成標(biāo)清或流暢的畫質(zhì)，這個時候你會發(fā)現(xiàn)視頻的清析度降低了。高清意味著高分辨以及需要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優(yōu)酷世界杯直播受到一致好評的關(guān)鍵，阿里云“窄帶高清2.0”發(fā)揮了重大的作用。

那窄帶高清究竟是什么呢？

帶寬成本是視頻服務(wù)中非常重的基礎(chǔ)設(shè)施成本，如何在保證視頻質(zhì)量的前提下降低成本是整個鏈路中至關(guān)重要的一環(huán)。所以，在視頻服務(wù)中，視頻的編碼和解碼是非常重要的技術(shù)。

業(yè)內(nèi)的轉(zhuǎn)碼技術(shù)從MPEG2，到H.264，到H.265大概是下圖的技術(shù)發(fā)展曲線，每隔十年的時間，視頻的壓縮率會提升一倍左右，平均下來，每年行業(yè)視頻壓縮率能提升只有不到7%。這種客觀發(fā)展規(guī)律之下，視頻行業(yè)內(nèi)的從業(yè)者給對手造成壓倒性的競爭優(yōu)勢已經(jīng)變得非常困難。

傳統(tǒng)的視頻編碼以信號的損失量最小作為編碼的目標(biāo)，力求輸出視頻與輸入視頻的差值最小，但實際上，同樣的編碼損耗，在人眼看起來的清晰度可能相差很大，因為人眼對不同畫面位置的敏感程度是不一樣的。窄帶高清是一套以人眼主觀感受最優(yōu)為基準(zhǔn)的視頻編碼技術(shù)，通過對直播內(nèi)容的智能分析，根據(jù)對人眼敏感度進(jìn)行動態(tài)處理與編碼，以達(dá)到最佳的主觀清晰度效果。

窄帶高清2.0背后有三套視覺模型

保真度和主觀感受的關(guān)系模型

當(dāng)視頻的保真度越來越高時，人眼逐漸就沒有感受了，所以編碼時卡在失真度并沒有很大變化的臨界點上，就可以適當(dāng)節(jié)省帶寬。下圖為保真度與主觀感受模型關(guān)系圖。

分辨率和碼率的關(guān)系模型

為了保證在某個網(wǎng)絡(luò)條件下能夠流暢播放，視頻的碼率需要有一個上限，在這個上限的條件內(nèi)，如果分辨率選擇過高，會導(dǎo)致分配給每個像素的比特太少，導(dǎo)致視頻模糊，如果分辨率選擇過低，雖然能夠描述清楚每個像素，但是需要依賴播放器做插值放大，視頻也會模糊。窄帶高清結(jié)合了大量視頻樣本的分析，在一定的碼率設(shè)定下，會根據(jù)視頻的內(nèi)容智能選擇最合適的分辨率，達(dá)到最好的主觀視覺效果。

視覺敏感度模型

窄帶高清會將視頻內(nèi)容分為人眼容易關(guān)注的和人眼容易忽視的部分，并對這些部分做不同的處理。對于人眼容易關(guān)注的部分，除了人眼聚焦的區(qū)域外，人眼還關(guān)注規(guī)則的紋理，例如球場中的禁區(qū)線，球員的輪廓，這是我們一定要保護(hù)的區(qū)域，我們會在這些區(qū)域做一些調(diào)整優(yōu)化，讓它更加突出，使畫面更有張力。對于人眼容易忽視的部分，例如脫焦區(qū)域就，我們可以把這塊的處理省掉，同時，我們也可以去掉一些沒有聚集效應(yīng)的小細(xì)節(jié)，以此省掉帶寬。例如，球場中的觀眾席，廣告牌的背景就屬于人眼脫焦的區(qū)域或沒有聚集效應(yīng)的小細(xì)節(jié)。除此之外，人眼還會非常厭惡毛刺、馬賽克，持續(xù)的閃動，我們將這些細(xì)節(jié)處理得更平緩、清晰，能提升畫面整體觀感。

下圖為窄帶高清對人眼聚焦區(qū)域的增強，圖中為梅西準(zhǔn)備發(fā)定位球的場景，畫面的焦點集中在梅西的臉上，在沒有經(jīng)過窄帶高清時(左圖)，會發(fā)現(xiàn)梅西的臉上很多細(xì)節(jié)被丟失了，看到的畫面比較平滑，有點像打過一層粉，而經(jīng)過窄帶高清的編碼(右圖)，臉上的細(xì)節(jié)被完整的保留下來，并進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膹娀?，使得畫面有很強的立體感。

窄帶高清世界杯升級版

在引入了以上的三個模型以后，在這次世界杯直播中，窄帶高清還針對足球直播場景，基于機器學(xué)習(xí)優(yōu)化了特有的編碼策略，比如足球、草地、球員分別采用特別編碼策略進(jìn)行優(yōu)化，大幅提升了比賽畫面的層次感和通透性。

在足球比賽中，畫面經(jīng)常會在不同場景中切換，如何在場景切換中保持清晰度需要有精巧的碼率控制策略。一方面，視頻碼率不能恒定不變，如果恒定不變，突然的場景切換會導(dǎo)致分配給運動場景的碼率過小，導(dǎo)致畫面模糊。另一方面，視頻碼率不能大幅度波動，如果大幅度波動，會容易導(dǎo)致用戶卡頓，也會導(dǎo)致CDN帶寬發(fā)生劇烈波動，這樣的劇烈波動對CDN調(diào)度將會是巨大的挑戰(zhàn)。窄帶高清分析視頻畫面的運動劇烈程度，結(jié)合對視頻長時間碼率分配的統(tǒng)計學(xué)習(xí)與實時視頻運動復(fù)雜度，在有限的播放器緩沖范圍內(nèi)進(jìn)行碼率騰挪，可以在保證指定帶寬下播放流暢的同時盡可能地提高主觀清晰度。

下圖為另一個世界杯轉(zhuǎn)播公司畫面的（左）與優(yōu)酷（右）在1080P和480P的畫面對比，當(dāng)切換到這個細(xì)節(jié)豐富，且運動劇烈的角球爭搶畫面時，使用窄帶高清和非窄帶高清的效果相差非常巨大。在沒有使用窄帶高清時，會出現(xiàn)對該場景的碼率分配嚴(yán)重不足，導(dǎo)致非常糟糕的用戶體驗。

下圖為窄帶高清在不同碼率下的與x264，x265的評測對比，可以看到，無論是主觀評測還是VMAF評分，窄帶高清與普通編碼有一代編碼器的差距，在相同清晰度下可以節(jié)約30％帶寬。

寫在最后

阿里云作為強有力的技術(shù)作為支撐，和優(yōu)酷一起解決了體育賽事卡頓、清晰度低的用戶痛點，以高清、流暢、零延時的極致觀看體驗俘獲大批球迷。當(dāng)然，除了窄帶高清技術(shù)之外，阿里視頻云也擁有眾多行業(yè)領(lǐng)先技術(shù)，目前已經(jīng)是國內(nèi)視頻服務(wù)體量最大的云計算公司。從阿里云視頻云誕生以來，一直在致力于用自身的技術(shù)，去創(chuàng)造一些行業(yè)里獨有的東西。阿里云將通過阿里集團多年的技術(shù)沉淀，構(gòu)建不一樣的視頻云服務(wù)，讓客戶也變得與眾不同。

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