H.264三大开源编码器之评测报告

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H.264三大开源编码器之评测报告

Outline
1、三大开源编码器介绍
2、实验条件
3、实验结果
4、实验结论
plus:
增加t264 high quality mode的实验结果
note: 新增内容设置为黄色底纹，以示区别；文中t264表示t264 fast mode，t264表示 t264 high quality mode。
一、三大开源编码器介绍
1、JM
H.264的官方测试源码，由德国hhi研究所负责开发。
特点：实现了264所有的特性，由于是官方的测试源码，所以学术研究的算法都是在JM基础上实现并和JM进行比较。但其程序结构冗长，只考虑引入各种新特性以提高编码性能，忽视了编码复杂度，其编码复杂度极高，不宜实用。
开发起始时间：2002.2
2、X264
网上自由组织联合开发的兼容264标准码流的编码器，创始人是一个法国人。X264在网上的口碑极佳。
特点：注重实用。和JM相比，在不明显降低编码性能的前提下，努力降低编码的计算复杂度，故X264摈弃了264中一些对编码性能贡献微笑但计算复杂度极高的新特性，如多参考帧、帧间预测中不必要的块模式、CABAC等。
开发起始时间：2004.6
3、T264
中国视频编码自由组织联合开发的264编解码器，编码器编码输出标准的264码流，解码器只能解T264编码器生成的码流。
特点：和X264的出发点相似，并吸收了JM、X264、XVID的优点。
开发起始时间：2004.10
二、实验条件
1、测试序列
选用原则：
a、不同分辨率 qcif和cif
b、不同纹理复杂程度
c、不同运动剧烈程度
选用的测试序列：

Note: 编码帧数的选取原则：采用的帧数和运动剧烈程度成正比关系，因为对于运动不大剧烈的序列，较少的帧数就可以反映该序列的特点。
所有测试序列帧率：30fps
2、实验环境
CPU: Intel P4 2.4G
RAM: 512 DDR
OS: windows 2000 professional
3、编码器版本
JM: JM86（选用的原因：90之后的版本主要是针对高保真的视频，不适合本文的测试序列），VC71编译
X264: 2005.06.16版本，VC6编译
T264: 0.14版本，VC71编译
note: 三个编码器生成的都是release版本，通常release版本的执行速度比debug版本的执行速度快。
4、编码选项
由于x264和t264是基于baseline的，所以JM采用baseline profile.
另注：t264采用fast mode
三个编码器都采用默认的编码选项。
量化步长选择：24、28、32、36
三、实验结果
1、三大编码器的RD曲线比较和编码时间比较
总的平均psnr的求取公式：
The PSNR is derived from average PSNRs of luma (Y) and chroma (U, V) based on the equations below:

Substituting (11) into (6), which gives the overall PSNR

【实验结果分析】
1）RD曲线比较
T264的编码性能和JM86相比，有明显的降低，在同样的码率下，psnr下降1－2dB
X264的编码性能和JM86相比，对于运动剧烈的序列，如foreman, mobile，两者的编码性能相当；对于运动不剧烈的序列，X264的编码性能有提高，在相同码率下,psnr提高0.2-1dB.
2）编码速度比较
从上图中无法看出JM86的编码速度，从后面附表中可以得到，对于QCIF序列，其编码速度是0.4fps；对于CIF序列，其编码速度是0.1fps。
由此可得,X264的编码速度是JM86的200－500倍。而且，x264在低码率的时候其编码速度比高码率时快。
T264的编码速度比X264更快。对于qcif序列，其编码速度是x264的2－2.5倍；对于cif序列，其编码速度是是x264的1.5－2倍。这表明，从编码速度角度讲，t264对于低分辨率序列的效果突出。
另外，对于不同的码率，T264在编码速度上差异不大。
3）In generally
X264和JM86相比，在编码性能和JM86相当甚至更好的情况下，其编码速度可以提高200－500倍。这说明x264真的是非常的有效！！！
T264和JM86相比，虽然编码速度有更大的提高，但其编码性能下降太大，除了一些特殊应用场合（传输带宽比较大但延时要求极其苛刻的场合），T264(fast mode)的意义不大。
4）t264- high quality mode（t264high）
RD性能方面：
T264high和t264fast相比，编码性能有一定的提高，但和jm86相比，还是有一定的距离。
而T264high和x264相比，编码性能的差距就更大了（除了mobile.cif序列）。
编码速度方面：
T264high不如x264，对于qcif序列，编码速度为80-100fps；对于cif序列，编码速度为20fps左右。
In generally:
T264high在编码性能不如x264的同时，编码速度也不如x264。总而言之，t264不如x264来得有效！
2、各量化步长下编码得到的主观图像质量比较选用测试序列foreman.cif首帧重建作为示例。
【JM86组】：
【X264组】：

【实验结果分析】
1） 三个编码器所得重建图像的主观质量相比，从好到差分别是：x264>jm86> t264。在高码率时，三者的差异不大明显，在低码率qp=36可以看出明显的差异。
2） qp从24增至36的过程中，t264的主观质量下降明显，x264的主观质量差异不大（脸部基本上看不出变化，左下角墙壁处可以看出差异）
3） x264的主观质量明显比t264的高，特别是qp=36的情况，但有附表的客观质量psnr比较可以看到，两者的psnr并无太大差异，如qp=36时，x264的y分量psnr=31.14, t264的y分量psnr=30.98, 而两者的主观质量缺有如此悬殊的差异，足见x264在提高主观质量上引入的编码技术是非常有成效的！
3、相同测试序列foreman在不同分辨率下的实验结果比较

【实验结果分析】
1）psnr: 三个编码器的表现一致。Cif序列比qcif序列的psnr略高，特别是y分量，其差异不大于1dB.
2）rate: 三个编码器的表现一致。Cif序列的码率是qcif序列的三倍多，qp越大倍数减少，qp=24为3.5倍，qp=36时为3倍。
为什么分辨率是4倍，而码率是3倍多？
a) 分辨率低了，图像纹理会变得复杂。
b) 一些公共信息（如图片头信息）消耗的码率一样。
3）encoding speed: jm86和x264表现一致，qcif编码速度是cif的4倍左右，而t264下，其倍数达4.5倍左右，说明t264对低分辨率序列的编码比较有效。
4）In generally, 分辨率提高n倍，要得到相近的编码质量，输出码率和花费的编码时间也要增加近n倍。
四、实验结论
1、x264
X264和JM86相比，在编码性能和JM86相当甚至更好的情况下，其编码速度可以提高200－500倍。这说明x264真的是非常的有效！！！
而且，在客观质量psnr x264不如jm86的情况下，x264的主观图像质量却比jm86来得好，这说明x264非常注重实效。
2、t264
T264和JM86相比，虽然编码速度有更大的提高，但其编码性能下降太大，除了一些特殊应用场合（传输带宽比较大但延时要求极其苛刻的场合），T264(fast mode)的意义不大。为了对t264有个公平的比较，需要对t264的high quality 进行评测。
3、t264high
T264high在编码性能不如x264的同时，编码速度也不如x264。总而言之，t264不如x264来得有效！
附：详细的实验结果（表）

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