窄帶高清賦能體育賽事，世界盃高清直播背後的技術變革

摘要： 當你觀看視頻如遇網絡很差的狀況，就會出現卡頓或系統提示切換成標清或流暢的畫質，這個時候你會發現視頻的清析度下降了。高清意味着高分辨以及須要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優酷世界盃直播受到一致好評的關鍵，阿里雲「窄帶高清2.0」發揮了重大的做用。

寫在前面

2018年俄羅斯世界盃比賽正在如火如荼進行中，互聯網視頻平臺的入局，新媒體直播賽事的火爆，讓本屆世界盃也有了一個新標籤：掌上世界盃。這意味着，用戶能夠更加爲所欲爲的「躺着看球」。

半數球迷選擇優酷 超6成認爲高清且流暢

根據流媒體網調查數據顯示，今年使用手機看世界盃的用戶中，超過50%的用戶選擇優酷。而在新媒體平臺加入直播的狀況下，大部分的用戶對直播的清晰度和流暢度表示滿意。

另一個數據顯示，光酷喵在世界盃期間就有超過800萬的用戶經過投屏智能電視的方式觀看世界盃，把客廳變成了世界盃的主場。只有真正的高清畫質，才能扛住手機超清屏以及電視超大屏的雙重考驗。

當你觀看視頻如遇網絡很差的狀況，就會出現卡頓或系統提示切換成標清或流暢的畫質，這個時候你會發現視頻的清析度下降了。高清意味着高分辨以及須要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優酷世界盃直播受到一致好評的關鍵，阿里雲「窄帶高清2.0」發揮了重大的做用。

那窄帶高清到底是什麼呢？

帶寬成本是視頻服務中很是重的基礎設施成本，如何在保證視頻質量的前提降低低成本是整個鏈路中相當重要的一環。因此，在視頻服務中，視頻的編碼和解碼是很是重要的技術。

業內的轉碼技術從MPEG2，到H.264，到H.265大概是下圖的技術發展曲線，每隔十年的時間，視頻的壓縮率會提高一倍左右，平均下來，每一年行業視頻壓縮率能提高只有不到7%。這種客觀發展規律之下，視頻行業內的從業者給對手形成壓倒性的競爭優點已經變得很是困難。

傳統的視頻編碼以信號的損失量最小做爲編碼的目標，力求輸出視頻與輸入視頻的差值最小，但實際上，一樣的編碼損耗，在人眼看起來的清晰度可能相差很大，由於人眼對不一樣畫面位置的敏感程度是不同的。窄帶高清是一套以人眼主觀感覺最優爲基準的視頻編碼技術，經過對直播內容的智能分析，根據對人眼敏感度進行動態處理與編碼，以達到最佳的主觀清晰度效果。

窄帶高清2.0背後有三套視覺模型

保真度和主觀感覺的關係模型

當視頻的保真度愈來愈高時，人眼逐漸就沒有感覺了，因此編碼時卡在失真度並無很大變化的臨界點上，就能夠適當節省帶寬。下圖爲保真度與主觀感覺模型關係圖。

分辨率和碼率的關係模型

爲了保證在某個網絡條件下可以流暢播放，視頻的碼率須要有一個上限，在這個上限的條件內，若是分辨率選擇太高，會致使分配給每一個像素的比特太少，致使視頻模糊，若是分辨率選擇太低，雖然可以描述清楚每一個像素，可是須要依賴播放器作插值放大，視頻也會模糊。窄帶高清結合了大量視頻樣本的分析，在必定的碼率設定下，會根據視頻的內容智能選擇最合適的分辨率，達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容分爲人眼容易關注的和人眼容易忽視的部分，並對這些部分作不一樣的處理。對於人眼容易關注的部分，除了人眼聚焦的區域外，人眼還關注規則的紋理，例如球場中的禁區線，球員的輪廓，這是咱們必定要保護的區域，咱們會在這些區域作一些調整優化，讓它更加突出，使畫面更有張力。對於人眼容易忽視的部分，例如脫焦區域就，咱們能夠把這塊的處理省掉，同時，咱們也能夠去掉一些沒有彙集效應的小細節，以此省掉帶寬。例如，球場中的觀衆席，廣告牌的背景就屬於人眼脫焦的區域或沒有彙集效應的小細節。除此以外，人眼還會很是厭惡毛刺、馬賽克，持續的閃動，咱們將這些細節處理得更平緩、清晰，能提高畫面總體觀感。

下圖爲窄帶高清對人眼聚焦區域的加強，圖中爲梅西準備發定位球的場景，畫面的焦點集中在梅西的臉上，在沒有通過窄帶高清時(左圖)，會發現梅西的臉上不少細節被丟失了，看到的畫面比較平滑，有點像打過一層粉，而通過窄帶高清的編碼(右圖)，臉上的細節被完整的保留下來，並進行了適當的強化，使得畫面有很強的立體感。

窄帶高清世界盃升級版

在引入了以上的三個模型之後，在此次世界盃直播中，窄帶高清還針對足球直播場景，基於機器學習優化了特有的編碼策略，好比足球、草地、球員分別採用特別編碼策略進行優化，大幅提高了比賽畫面的層次感和通透性。

在足球比賽中，畫面常常會在不一樣場景中切換，如何在場景切換中保持清晰度須要有精巧的碼率控制策略。一方面，視頻碼率不能恆定不變，若是恆定不變，忽然的場景切換會致使分配給運動場景的碼率太小，致使畫面模糊。另外一方面，視頻碼率不能大幅度波動，若是大幅度波動，會容易致使用戶卡頓，也會致使CDN帶寬發生劇烈波動，這樣的劇烈波動對CDN調度將會是巨大的挑戰。窄帶高清分析視頻畫面的運動劇烈程度，結合對視頻長時間碼率分配的統計學習與實時視頻運動複雜度，在有限的播放器緩衝範圍內進行碼率騰挪，能夠在保證指定帶寬下播放流暢的同時儘量地提升主觀清晰度。

下圖爲另外一個世界盃轉播公司畫面的（左）與優酷（右）在1080P和480P的畫面對比，當切換到這個細節豐富，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很是巨大。在沒有使用窄帶高清時，會出現對該場景的碼率分配嚴重不足，致使很是糟糕的用戶體驗。

下圖爲窄帶高清在不一樣碼率下的與x264，x265的評測對比，能夠看到，不管是主觀評測仍是VMAF評分，窄帶高清與普通編碼有一代編碼器的差距，在相同清晰度下能夠節約30％帶寬。

寫在最後

阿里雲做爲強有力的技術做爲支撐，和優酷一塊兒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。固然，除了窄帶高清技術以外，阿里視頻雲也擁有衆多行業領先技術，目前已是國內視頻服務體量最大的雲計算公司。從阿里雲視頻雲誕生以來，一直在致力於用自身的技術，去創造一些行業裏獨有的東西。阿里雲將經過阿里集團多年的技術沉澱，構建不同的視頻雲服務，讓客戶也變得不同凡響。

原文連接

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