แนะนำเทคโนโลยีควบคุมบิตเรทใหม่ QVBR

QVBR (Quality-Defined Variable Bitrate Control)
เทคโนโลยีการบีบอัดวิดีโอ ปัจจุบันนี้ก้าวไกลไปมาก อัลกอริทึมบีบอัดขั้นสูง เช่น HEVC (H.265), VP9, AV1 ช่วยลดขนาด video ได้ถึง 40% - 50% เมื่อเทียบกับ H.264/MPEG-4 AVC ที่ใช้เป็นมาตราฐานในปัจจุบัน 

แต่นอกจากการลดขนาดวิดีโอด้วยการบีบอัดแล้ว  ยังมีปัจจัยอีกอย่างหนึ่งคือ ตัวควบคุมบิตเรท จะต้องมีประสิทธิภาพตามไปด้วย แต่ที่ผ่านมามักถูกมองข้าม  Intel ได้เสนอเทคโนโลยี ควบคุมบิตเรทใหม่ เรียกว่า Quality-Defined Variable Bitrate Control หรือเรียกสั้นๆ ว่า QVBR เป็นเทคนิคการควบคุมบิตเรต ที่แปรผันไปตามความซับซ้อนของวิดีโอ

Data Rate หรือ ปริมาณการใช้ Bitrate ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของวิดีโอ หรือพูดอีกอย่างหนึ่งก็คือ หากวิดีโอมีภาพเคลื่อนไหวมากๆ หรือภาพในแต่ล่ะ frame มีจุดที่แตกต่างกันมาก ก็จะทำให้ใช้ข้อมูลมากขึ้น หากเป็นไฟล์ ขนาดไฟล์จะใหญ่ขึ้น หากเป็นการถ่ายทอดสด จะใช้ Bandwidth มากขึ้น

ตัวควบคุมบิตเรต (Bitrate control) ที่เป็นที่รู้จักกัน จะมีสองแบบคือ  CBR และ VBR เรามารู้จักสองตัวนี้กันก่อน

CBR หรือ Constant Bit rate control 

เป็นการใช้ bitrate แบบคงที่ ไม่ปรับไปตามความซับซ้อนของวิดีโอ ดังนั้นหากเรากำหนดไว้มากไป ก็จะทำให้ไฟล์ใหญ่ขึ้น (หรือใช้ Bandwidth มากขึ้น)  หากกำหนดไว้ต่ำไป ก็อาจจะส่งผลต่อคุณภาพของวิดีโอได้ โดยทั่วไปมักกำหนดให้มากๆ ไว้ก่อนเพื่อคุณภาพสูงสุด แต่จะสังเกตุว่า มี wasted bits สูง 

content ที่เหมาะกับ CBR เช่น งานกีฬา คอนเสิร์ต หนัง

VBR หรือ Variable Bit Rate

เป็นการปรับขนาด bitrate ไปตามความซับซ้อนของวิดีโอ เช่นเมื่อช่วงที่มีความซับซ้อนของวิดีโอน้อยๆ จอดำ หรือไม่ค่อยมีการเคลื่อนไหว จอดำ (แต่ล่ะ frame มีความใกล้เคียงกัน) จะใช้ Bitrate ลดลง และเมื่อถึงช่วงที่วิดีโอมีความซับซ้อนมากๆ ก็จะใช้ bitrate เพิ่มมากขึ้น

สำหรับไฟล์วิดีโอ วิธีนี้สามารถให้คุณภาพที่ดี ในขณะที่ใช้ bitrate ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ต้องแลกกับการทำ บีบอัดสองรอบ (VBR 2 Pass)  รอบแรกสำหรับวิเคราะห์ความซับซ้อนของวิดีโอ รอบที่สองสำหรับการบีบอัด

หากเราใช้วิธีนี้ในการทำวิดีโอสด แต่วิดีโอสดนั้นไม่สามารถรู้ล่วงหน้าได้ VBR จึงใช้ค่าเฉลี่ยแทน แม้ว่าจะช่วยลด Bandwidth ลง  จากภาพด้านบนจะเห็นว่าในช่วงที่มีความซับซ้อนของวิดีโอสูง จะใช้ data rate มากกว่า ที่จองไว้  จะส่งผลให้ภาพแตกเป็นช่วงสั้นๆ 

content ที่เหมาะกับ VBR จะเป็นวิดีโอที่ไม่ซับซ้อน หรือมี movement มากนัก เช่น งานบรรยาย งานสัมมนา

QVBR (Quality-Defined Variable Bitrate Control)

ดังนั้นจะเห็นว่า CBR และ VBR ต่างก็มีข้อดีข้อเสีย  เทคโนโลยี QVBR จึงได้เข้ามาเติมเต็มช่องว่างนี้  ด้วยการปรับขนาด Bitrate ตามความซับซ้อนของวิดีโอ โดยใช้ Data Rate ตามที่ใช้จริง (ไม่ได้ใช้ค่าเฉลี่ยเหมือน  VBR) และจะใช้ max bitrate ตามที่กำหนดไว้ ในช่วงที่วิดีโอมีความซับซ้อนสูงสุด

วิธีนี้ จะช่วยลดทั้งขนาดไฟล์​ หรือ Bandwidth ได้ถึง 10% -50% ขึ้นอยู่กับเนื้อหาวิดีโอ และยังสามารถใช้ร่วมกับการบีบอัดแบบ HEVC (H.265) ซึ่งจะช่วยลดขนาดวิดีโอ และใช้ Bandwidth ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การทดสอบ

ผลการทดสอบจากเอกสารของ Amazon Elemental กับช่อง TV ที่ live เป็นเวลา 24 ชั่วโมง ด้วยความคมชัด 1080p @30FPS โดยทำเป็น 4 รูปแบบ ดังนี้

• CBR ที่ 6 Mbps

• QVBR  ที่ Quality Level 8  (TV)

• QVBR  ที่ Quality Level 7  (PC/Tablet)

QVBR  ที่ Quality Level 6  (Mobile Phone)

ผลการทดสอบจะเห็นว่า เมื่อเทียบกับ CBR แล้ว QVBR 8 จะใช้ Bandwidth น้อยกว่า CBR ถึง 28.7%  หรือใน 1 วัน สามารถลดค่าใช้จ่ายได้ $31.80 USD  แน่นอนว่าเมื่อ Bandwidth ใช้น้อย หากเป็นไฟล์วิดีโอ ก็จะใช้พื้นที่น้อยลงด้วย

จริงๆ แล้ว Intel นำเสนอ QVBR ในช่วงราวๆ ปี 2016 และออกมาพร้อมกับ Intel Media SDK ในปี 2017 ผู้ให้บริการอย่าง Amazon Elemental  ดูจะเป็นเจ้าเดียว ที่ให้การรองรับ QVBR อย่างจริงจัง และเปิดตัวในงาน NAB 2018  ในขณะที่ ผู้พัฒนา software encoder ยังไม่ค่อยให้ความสนใจ และปัจจุบันยัง support บน Windows เท่านั้น ด้วยข้อจำกัดนี้ ทำให้ยังไม่เป็นที่นิยมเท่าที่ควร

Reference

• https://software.intel.com/en-us/blogs/2017/07/11/whats-new-in-intel-media-server-studio-2017-r3

• http://www.netorium.de/media/20180228_nets_hiscale_opt3.pdf

• https://www.elemental.com/applications/what-quality-defined-variable-bitrate-qvbr-control

• https://software.intel.com/en-us/articles/common-bitrate-control-methods-in-intel-media-sdk

• https://blog.wmspanel.com/2016/06/intel-quick-sync-encoder-setup.html

• https://github.com/intel/media-driver

• https://github.com/FFmpeg/FFmpeg

สนใจช่องทางการ Live Stream หรือต้องการคำแนะนำเรายินดีให้คำปรึกษา

ครบ จบ ในที่เดียว

For more information please contact

Web : www.thailivestream.com

FB : www.facebook.com/thailivestream

A more affordable professional livestream solution.
Tel : 02-412-8880 , 090-986-1388