經典的開源編碼器X264/X265是否真的無法超越?

　　近日，由莫斯科國立大學組織連續舉行13年的視頻編碼器大賽成績公布，引發網絡對H.264/H.265標準技術、以及曾經在該項大賽封王的開源軟體X264/X265性能的熱議。筆者特意整理相關資料，與大家分享討論——被奉為經典的開源編碼器X264/X265是否真的無法超越?

 

X264何以一戰成名?

什麼是H.264?H.264是ITU(International Telecommunication Union，國際通信聯盟)和MPEG(Motion Picture Experts Group，運動圖像專家組)聯合制定的視頻編碼標準。而X264是一個開源的H.264視頻編碼函數庫，是最好的有損視頻編碼器。其最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5～2倍。

X264開發者團隊也頗為神秘，自2003年開始，初創十幾位成員中，僅有ChenMin一位華人，Dark Shikari加入開發後，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具有極高影響力，X264在眾多編碼軟體中脫穎而出，獲得第二名。憑藉這屆比賽，X264在業內已小有名氣。而在2010年第6屆視頻編碼器大賽中，不斷完善的X264在三個檔次均獲得第一名，並大幅領先其他參賽者，從而一戰成名。

X264的壓縮效率成為H.264的巨大優勢，對比其他編碼軟體，如業內某知名雲公司使用的openh264是WebEx的開源項目，僅能做到與X264的superfast檔次上速度相當，但壓縮效率落後超過20%。而當今的手機編碼晶片的壓縮效率落後X264高達20%以上。

X264的開源和完備功能，使得H.264得以大規模商用。迄今，無論是在直播、點播、還是在視頻社區(如字幕組)中，都可以找到X264的身影。可以說，X264使網際網路視頻全面迎來H.264的時代，X264也成為移動直播、視頻壓制等領域的必備之選。

雖然X264被奉為行業經典的編碼技術，但其制定距今已經過了13年。隨著網絡技術和終端處理能力的不斷提高，高清、3D、移動網際網路的需求日益增加，人們對視頻編碼標準提出了更高的編碼效率上的要求。而視頻壓縮技術經過這麼多年的發展，也已經具備推出更新一代視頻編碼標準的技術基礎。

X265能否滿足H.265的核心訴求?

生活源於對美好的嚮往，創造源於對未來的渴望。

H.265正是帶著我們對美好生活的嚮往而來，H.265的核心目標是在H.264的基礎上有更高的壓縮率，更高的圖像質量。H.265標準於2013年正式推出，如圖1所示，在同等圖像質量下，H.265壓縮率提高了50%，即體積減少50%;等價於在同等體積下，擁有更高的圖像質量，畫質更清晰。H.265技術對於移動網際網路應用的首要意義在於，移動直播時碼率更低、減少對網絡的衝擊、大幅度節省帶寬費用。

圖1：H.265相比H.264在相同主觀質量下的碼率節省

值得注意的是，H.265在壓縮效率提高的同時，在參考模型中，其實是在編碼端提高了較多的計算複雜度。在標準發布之後，市場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體，於是，X265應運而生。X265在2015年的MSU大賽中獲得綜合評估結果第一的成績，意味著H.265商用開始破冰。然而，如表1所示，目前開源H.265編碼器X265相比於X264仍有如下問題：

比較X265 ultrafast vs X264 veryfastX265 placebo vs X264 placebo

視頻分類相同質量下的碼率編碼速度相同質量下的

碼率編碼速度

表1：X265和X264的編碼性能比較

(1)在視頻直播應用(X265 ultrafast vs X264 veryfast速度級別)上，X265僅有12%的碼率節省。由於視頻直播格式的升級會帶來一連串的從播放端到CDN到服務端的連鎖反應，不足以誘惑直播APP升級編碼格式為H.265。

(2)無論是視頻直播還是離線轉碼(X265 placebo vs X264 placebo)，X265在編碼速度上，相比於X264有較大劣勢。不僅難以支撐視頻3.0時代移動視頻直播場景中對編碼速度的需求，在離線轉碼服務上也太過耗時，無法支持大規模、強頻率上傳至伺服器的短視頻轉碼服務。

這無疑給H.265在移動網際網路的視頻應用潑了冷水。因而，視頻3.0時代亟需一款能夠全方位支持視頻直播和離線轉碼的高性能高速H.265編碼器。

無法超越還是過於「神話」?

混跡於中國的開源社區，在視頻壓縮類的項目中，很大一部分從業者會認為X264/X265已經臻於完善，想從頭搭建一個全新的跨越性的中國自己的編碼器是不大可能的。因而，大部分的中國網際網路公司都以X265或H.265的參考軟體為基礎，直接使用或簡單優化來完成H.265視頻的壓制。直播類的X265編碼器則有可能以X264為基礎來實現X265快速編碼。儘管有迭代升級，但仍存在技術門檻無法突破，壓縮速度上仍嚴重影響視頻的體驗度。

令人驚喜的是，近日公布結果的2016年視頻編碼器大賽中出現了一匹黑馬。據大賽官方數據顯示結果，金山雲完全自主研發的KSC265編碼器跑贏X264/X265奪得編碼軟體冠軍。

圖2：2016視頻編碼器大賽綜合評價結果

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，注意箭頭better的方向)，KSC265在編碼速度、編碼效率兩方面，相比於X265/X264，均有明顯的優勢。跟INTEL GPU硬體編碼器相差無幾，且更具速度優勢。基於INTEL GPU編碼器受限於INTEL GPU晶片的使用，一般很難在移動終端(例如ARM手機)中應用，KSC265無疑在商用範圍上更廣。而這對中國編碼界來說無疑是一個巨大的驚喜。

驚喜後回望，這其實是必然結果。為什麼這麼說呢?

因為中國的視頻編碼軟體是在無數的工程實踐中走出來的。縱觀中國網際網路市場，作為中國的雲計算企業，更專注於如何為客戶節省帶寬成本、提高視頻質量，面對激烈的市場競爭，這也是視頻編碼軟體所研究的重點。中國編碼軟體通過網際網路迭代而產生，已經經歷了成熟的商用實踐過程，實際服務於數百個直播平臺和上億用戶，這是任何一個國際上的編碼軟體都不具備的先天優勢。

以當下「帶寬大戶」直播行業為例，排名前200位的直播APP有一半以上是金山雲的合作夥伴。業務基礎為其提供了充足的直播流量、峰值帶寬，支撐數幾千萬人並發等寶貴實踐機會。

除此之外，金山雲H.265編碼器表現出以下明顯優勢：

1) 金山雲H.265編碼是純粹的軟體編碼，在ARM\X86\X64等多個平臺均可以編譯執行，有利於H.265編碼在多種平臺下的推廣和應用。

2) 金山雲H.265編碼碼率控制能力能夠更好地適應帶寬受限下的應用需求。

3) 從金山雲公開的測試數據看，金山雲H.265的編碼速度可以接近X264的veryfast檔次(同時達到30%以上碼率節省)，相比於其他H.265編碼具有很大的速度優勢和效率優勢，能夠方便H.265在移動直播等環境下的推廣，使得H.265的生態環境得到了明顯的提升。

在X264/X265過後，金山雲KSC265成為再一個視頻編碼器大賽認定的「最強視頻編碼軟體」，這個消息足以使中國編碼界振奮，基於大賽的權威性，可以大膽預測這可能會成為中國編碼軟體在國際上嶄露頭角的開端。相信在不久的未來，中國的編碼軟體將會在國際舞臺上發揮更大的作用。