实战揭秘

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  毫无疑问,去年的巴西世界杯再一次让全世界球迷为之疯狂。幸运的观众,有机会在现场亲身感受足球的无边魅力,而绝大多数观众都只能通过屏幕转播来感受足球的热情。如何让更多的观众如亲临现场一般地感受到世界杯魅力?巴西世界杯组委会赶上了好时候,4K超高清视频转播技术的成熟,让2014年巴西世界杯成为首届启用4K超高清转播、重播的“画质党”世界杯。相比以往,4K超高清画质的纤毫毕现,让球迷们得到了极大的视觉满足,也由此,让更多人体会到了4K画质的魅力。消费者的关注,让4K商业化提速,4K也逐渐成为家电、PC厂商宣传时的热门技术、重点词汇。
  但时至今日,用PC回放4K超高清视频依旧不是一件轻松的事儿。恰好近期备受玩家推崇的完美解码等播放软件迎来了新一波更新,配合上NVI DlA基于Maxwell架构的新品发布,当前的软、硬件环境再次发生改变。如何选择硬件、软件组合,才能让回放更流畅、更低耗,转码如何才能更节省时间……这些都是直接影响用户4K超高清应用体验的关键,也是我们将要重点测试和考察的要点。在正式测试之前,我们觉得依旧有必要从原理的角度解析编、解码,让新玩家了解编、解码性能对实际应用的影响,知其然又能知其所以然。而熟悉高清的老玩家,也能了解到有关4K超高清和1080p的一些差异,帮助大家更好地理解新技术和全新的硬件搭配理念。
  影响播放流畅度的2个主因之:视频质量
  不仅针对4K,对所有视频文件来说,影响播放流畅度的原因归根结底都是由视频质量和解码能力两方面综合决定的。通常来说,视频文件的分辨率越高,视频的质量也越高,所以才会有4K视频比1080p视频画质更好,播放要求也更高的普遍认知。这样的评判标准算不上错,但并不完善。实际上从播放(解码)的角度来衡量,视频质量的高低又通常以“码率”来衡量。就视频本身的流畅度而言,制作时设定的源帧率才是最关键的因素。也即是说,分辨率、码率和帧率这“3率”综合起来决定了一段视频的质量,不了解任意一个要素都有可能让你的影片观赏体验达不到预期。
  视频质量3大要素:
  1、分辨率
  这是行业定义视频、图像等媒体文件时提及最多的词汇,也成为当前大家认识一个媒体质量高低的首要衡量标准。例如说到高清,大家第一时间就会想到1080p,这实际上就是1920×1080分辨率的代称。4K依旧是由分辨率代指了一类视频,但和1080p不同,4K超高清的分辨率并不像1080p那样统一,而是有3840×2160(4个1080 p)、4096×2160、4096×3112……等多种规格。对主流设备厂商而言,他们更倾向于制造3840×2160(0uad Full HD)设备。因为这个分辨率的显示比例为16:9,与消费者当前习惯的观看比例吻合,也更满足生产利益最大化的需求。所以可以预见之后玩家最常见的4K就是指3840×2160分辨率,例如当前的4K显示器、4K电视等等大多基于这个分辨率(若未特别说明,本文中的4K也代指3840×2160分辨率)。
  分辨率如何影响视频质量,其实原理很简单,同样一个画面,让你用100个像素点来表示,无疑会是一个分不清轮廓的马赛克,但增加到10000个像素点时则会清晰不少。1080p分辨率下,图像拥有1920×1080约207万个像素点,称为高清;而4K分辨率则大幅增长到近830万个像素点,效果无疑更出色。与此同时,更多的像素点也意味着硬件平台需要处理的瞬时数据流量也更大,对硬件的要求也就越高。
  2、码率
  若分辨率相同时,视频的质量就一定一样吗?显然不是,实际上常被资深玩家挂在嘴边的“码率”才是决定视频质量的关键因素。为什么资深玩家宁愿花大量时间成本和设备成本去挂机下载,也不愿意看所谓的在线1080p高清视频?最大的原因就是在线观看的1080p视频为了满足流畅度需求,都是些低码率的片源。同样的分辨率,码率低通常就意味着视频文件每一帧的抽样率低。好处是可以明显缩减视频文件体积,利于实时传播;坏处则是会进一步损失画面细节,降低每一幅画面的精细度,也就是质量差。没有对比很难形容这种差距,有兴趣的玩家可以下载同一部影片,同分辨率下的高、低两种码率文件,然后最好在大尺寸电视上对比观看这两部影片,你就能有非常直观的优、劣感受。更重要的是,对硬件设备来说,解码视频文件时的工作负载主要由码率来决定,而非分辨率。在我们以往的测试中,一个码率高达60Mbps的720p高质量视频对硬件的要求比一个码率仅40Mbps的1080p视频更高。毫无疑问,在4K和1080p的对比中,情况也会类似。
  这里需要注意,码率大小的直观对比只能在同样的编码格式之间,不同的编码格式不具备直观对比意义。例如在1080p时代,我们使用得最多的绝对是H.264编码格式加MKV封装格式的组合。而现在到来的4K超高清时代,重心将逐步从H.264转移到全新的H.265编码格式上。相对于H.264编码格式,H.265最主要的变化是压缩率更高。相同质量的视频文件,H.265编码能让文件体积更小,码率.更低。这有利于减小视频的传输带宽,也就有利于视频的传播。H.264想要传播标清数字图像都至少需要1Mbps带宽,而H.265在同带宽下,已经能够传播720p分辨率的普通高清视频,所以直接对比码率没有太大意义。但与H.264早已被广大设备支持不同,当前支持H.265的软、硬件还不算丰富。我们本次测试想要重点探索的,也正是当的软、硬件系统,对H.264、H.265编码格式的支持力度究竟如何。倘若能得H.265,自然能得未来。若能两者兼顾,毫无疑问就是当下最值得推荐的完美平台。
  3、源帧率
  这是看视频时,大家关注得相对较少的一个技术指标。只有在视频卡顿或者无法播放时,我们才会在检查过程中发现这个常被忽略的重要参数。源帧率是指视频在制作时,设定的每秒播放的画面数量。通常电影会设定在每秒播放24张~30张画面,也就是24~30fps。对玩家来说这很熟悉,这基本就是人眼区分静态和动态的阈值,低于这个帧数,游戏画面就会成为幻灯片,对视频来说也一样。实际上,保持视频持续24fps以上的输出正是我们寻求的流畅解码。但这里需要注意的是,有一些特别的视频文件,在制作时,将源帧率设定在了50fps,甚至1 20fps的高度上,持续24fps显然不能让它们流畅。高帧率非常适合用来展示一些快速运动的镜头,让画面流畅度和连贯性更出色。但对解码硬件来说这显得相当不友好,普通4K视频每秒种处理、输出的画面数量也就24到30张,但高源帧率的4K视频则需要系统每秒处理50甚至上100张。也即是说它们对播放系统在单位时间内的解码能力要求进一步提高,以至于不少未采用专用协处理器方案的播放机根本无法播放这类视频。   影响播放流畅度的2个主因之:解码能力
  视频质量的高低决定了它对播放系统性能的要求,理论上分辨率越高、码率越高、源帧率越高的视频,对播放设备的解码要求就越高。很显然,我们想要获得流畅的观影体验,就必须在搭建播放系统时,充分考虑到各种片源对解码能力的要求。只有满足在最苛刻条件下都能流畅的目标,才能算是一个合格的播放系统。问题是如何才能流畅?很简单,解码能力达到或者超过影片需要的性能就能流畅。和1080p时代一样,解码依旧分软解、硬解两种。前者依靠处理器通用计算能力处理视频流数据;后者则依靠专用硬件单元,能大幅度加速特定编码格式的视频流数据处理效率。对PC来说,硬件解码单元多半集成在显示核心内部,主要由英特尔、AMD、NVIDIA三大上游厂商提供。英特尔核芯显卡和处理器集成在一起,所以你也可以理解为英特尔的硬件解码单元就集成在处理器中。
  三大硬件加速引擎
  Intel高效的Quick SyBCVideo引擎
  Quick Sync Video最早出现在第二代酷睿处理器上,它诞生的目的就是为了解决CPU处理视频流时,效率低下的问题。随后,这个协处理器硬件模块凭借出彩的表现,快速获得玩家认可。因为不仅仅针对解码,在压片、制片的编码应用中,它也表现出了相当出色的高效率。这得益于Quick Sync Video引擎的工作机制更先进,加速范围更广泛。在以往的视频重编码处理过程中,一共分为五步,分别是视频输入、解码、预处理、编码和输出。而在解码、预处理和编码这三部主要步骤中,之前的协处理器或独立显卡仅支持加速解码过程,预处理和编码这两步都是通过软件进行的,依旧考验CPU能力。Quick Sync Video引擎,则全部采用硬件电路对视频的解码、预处理和编码三步进行加速。也因为此,让它一时间成为市面上最高效的硬件编、解码协处理器,其性能表现远超同时代其他方案。但在1080p时代后期,这样的优势难以体现,因为AMD和NVIDIA的类似技术也能满足流畅地硬件解码1080p高清视频的需求。只有经常压片的少数用户能在1080p时代就深刻感受到Quick Sync Video引擎的魅力。由它压制的影片质量可以和CPU软处理媲美,同时它的处理速度还能达到软处理的5倍甚至更多。其表现不仅超越同时代CPU,甚至达到同时代其他硬件加速方案的2倍。直到4K视频初来乍到的时候,我们发现只有基于Quick SyncVideo引擎的播放系统才能满足流畅播放的硬解码需求。这时,它才真正在高清玩家群中火了起来。更可贵的是,随着CPU的发展,Quick Sync Video更加成熟,已经不再是高端酷睿系列处理器的专属,在最新一代的奔腾等实惠产品线上,英特尔已经通过驱动更新开启了这个功能,入门门槛相当低。
  AMD UVD3能否老当益壮?
  UVD3技术是AMD早在HD 7970发布时,就宣布了的视频加速技术,其本质也是一组专门负责编、解码操作的硬件协处理模块。此后在发布R9 290X时,AMD并没有提到更新的技术。所以UVD依旧是当前的AM D显卡,包括APU集成的核显在内的主要视频加速技术。该协处理单元在操作方式上类似Quick SyncVideo,都是通过硬件单元来高速完成预处理以及编码过程。与Quick SyncVideo不同的是,UVD对视频编码的操作分为两种模式,在Full Mode下,UVD会以自身的硬件单元来完成加速。而HybirdMode-F,UVD单元会调用显示核心丰富的ALU资源来更高速的完成预处理等过程,进一步提高效率。
  NVI DIA逝去的CUDA、PureVide05和兴起的NVENC
  过去几年在通用处理方面的优秀表现让NVIDIA收获了不少意外,包括在视频处理上,不少使用CUDA加速的软件也来横插一脚。尤其是转码领域,曾获得不少好评。时过境迁,CUDA并没在这方面走太远,倒是NVIDIA的专用视频处理技术PureVideo在升级到PureVide05后,功能已经比较强大,硬件加速MPEG、H.264等等都不在话下。只是设计之初并没想到4K超高清视频的解码需求,应付1080p视频绰绰有余,但在面对分辨率提高到4K的超高清时,解码能力依旧不足,难以维持硬解的流畅。直到去年底发布基于Maxwell新架构的显卡时,NVIDIA才发布了全新的NVENC引擎。NVIDIA官方并没在这个技术上花费太多笔墨,仅仅写道它具备硬件加速H.265编码的能力,以及2.5倍于Kepler架构的H.264解码能力。但这足以让超高清玩家兴奋,只是我们第一时间测试GTX 980显卡时,由于软件的支持力度并不高等问题,它的表现并不出彩。现在包括完美解码在内的重量级播放软件纷纷迎来更新,是否能释放NVENC的实力,我们拭目以待。
  容易被忽略的播放器
  在正式开始测试之前,还必须得说说播放器的事儿,这是不少新手玩家容易忽略的细节。在前文中,我们提到了三大加速引擎。实际使用时如何调动这些引擎?在视频播放的过程中,自然就是播放器的内置解码器了,是否能开启相应硬件的加速技术,使用效率是否足够高都会影响最终视频播放的流畅与否。我们常见的播放器,如暴风影音等,通常对硬件解码的支持力度都不够好,很多时候只能依靠处理器软解码。处理器性能够高还能勉强胜任,若处理器并非酷睿i7等高端型号,就很容易卡顿。哪怕用户的硬件平台原本支持硬件加速,也不能带来良好的观影体验。这里我们打算用完美解码、DivXPlayer、射手影音和PowerDVD14来检验我们的平台。我们将选择理由陈列如下,综合这4款播放器,应该基本上包含了当前所有种类的播放设置和硬件调用能力,如果在这几个播放器中都不能成功开启硬件加速,那么这个系统基本上就不具备回放4K超高清的实用性。
  完美解码:它是当前玩家比较公认的,综合实力比较出色的播放器,在H.264时代,对各种视频格式和解码硬件的支持力度都相对出色。这要归功于其内置的Potplayer播放器,支持多种软、硬件解码,辅助上MPC的硬件解码,它能发挥出不少平台的最强硬件加速能力。
  射手影音:这是字幕组发展起来的播放软件,其特色自然也就是字母的自动匹配,方便性尤佳,是不少用户的必备。更难得的是,它还具备对常见硬件解码引擎的支持能力,这赋予它更好的高清观赏性能。只是在新设备和新格式的检验下,它是否依旧好用有待实测。
  DivX Player:DivX Player是DivX的力作,其特点是编、解码一体,和DivXConverter组合成实用套装,满足即看片又压片的专业用户的双重需求。尤其是最新版本加入了对H.265编码的支持,值得喜欢4 K超高清的用户关注和尝试。
  PowerDVD14:PowerDVD系列播放器是款老字号的专业播放器,作为一款收费软件,它的制作水平和功能、性能特性一直都是标杆级别。更重要的是,相比那些需要自己动手调节解码策略的播放系统,PowerDVD14的智能匹配确实具有更高的易用性。而这,正好能弥补不少新手玩家所缺乏的经验,能最简单、且最大程度地发挥出系统应有的解码性能。当然,PowerDVD14也有它的局限性,随后的测试中我们会——谈到。其实对资深玩家来说,多个播放器也基本是标配,而我们这么做,无疑是希望尽可能地发挥出测试平台的解码性能。
  解码到底哪家强?
  那么我的测试究竟如何进行?也很简单,我们将在挑选出具备上诉三大加速引擎的产品,然后利用我们选出的播放器,在不同设置下交叉测试,纪录最好成绩。至于测试视频,重点自然是两段基于H.265编码的4K超高清视频片段。但考虑到当前不少4K超高清片源依旧采用了.大家熟悉的H.264编码,所以还加入了码率、源帧率各不相同的几段H.264编码的视频片段。其中不乏码率高达280Mbps或源帧率高达120fps的高要求片段,以求更全面、真实地还原出用户的实际播放环境。也意在拉高测试强度,让平台满足“任何情况”都能流畅的需求。
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