窄带高清赋能体育赛事，世界杯高清直播背后的技术变革

摘要： 当你观看视频如遇网络很差的状况，就会出现卡顿或系统提示切换成标清或流畅的画质，这个时候你会发现视频的清析度下降了。高清意味着高分辨以及须要更大的带宽来支撑，高清和宽带是一对矛盾体。这届优酷世界杯直播受到一致好评的关键，阿里云“窄带高清2.0”发挥了重大的做用。

写在前面
2018年俄罗斯世界杯比赛正在如火如荼进行中，互联网视频平台的入局，新媒体直播赛事的火爆，让本届世界杯也有了一个新标签：掌上世界杯。这意味着，用户能够更加为所欲为的“躺着看球”。

半数球迷选择优酷 超6成认为高清且流畅
根据流媒体网调查数据显示，今年使用手机看世界杯的用户中，超过50%的用户选择优酷。而在新媒体平台加入直播的状况下，大部分的用户对直播的清晰度和流畅度表示满意。

另一个数据显示，光酷喵在世界杯期间就有超过800万的用户经过投屏智能电视的方式观看世界杯，把客厅变成了世界杯的主场。只有真正的高清画质，才能扛住手机超清屏以及电视超大屏的双重考验。

当你观看视频如遇网络很差的状况，就会出现卡顿或系统提示切换成标清或流畅的画质，这个时候你会发现视频的清析度下降了。高清意味着高分辨以及须要更大的带宽来支撑，高清和宽带是一对矛盾体。这届优酷世界杯直播受到一致好评的关键，阿里云“窄带高清2.0”发挥了重大的做用。

那窄带高清到底是什么呢？
带宽成本是视频服务中很是重的基础设施成本，如何在保证视频质量的前提降低低成本是整个链路中相当重要的一环。因此，在视频服务中，视频的编码和解码是很是重要的技术。

业内的转码技术从MPEG2，到H.264，到H.265大概是下图的技术发展曲线，每隔十年的时间，视频的压缩率会提高一倍左右，平均下来，每一年行业视频压缩率能提高只有不到7%。这种客观发展规律之下，视频行业内的从业者给对手形成压倒性的竞争优点已经变得很是困难。

传统的视频编码以信号的损失量最小做为编码的目标，力求输出视频与输入视频的差值最小，但实际上，一样的编码损耗，在人眼看起来的清晰度可能相差很大，由于人眼对不一样画面位置的敏感程度是不同的。窄带高清是一套以人眼主观感觉最优为基准的视频编码技术，经过对直播内容的智能分析，根据对人眼敏感度进行动态处理与编码，以达到最佳的主观清晰度效果。

窄带高清2.0背后有三套视觉模型
保真度和主观感觉的关系模型
当视频的保真度愈来愈高时，人眼逐渐就没有感觉了，因此编码时卡在失真度并无很大变化的临界点上，就能够适当节省带宽。下图为保真度与主观感觉模型关系图。

分辨率和码率的关系模型
为了保证在某个网络条件下可以流畅播放，视频的码率须要有一个上限，在这个上限的条件内，若是分辨率选择太高，会致使分配给每一个像素的比特太少，致使视频模糊，若是分辨率选择太低，虽然可以描述清楚每一个像素，可是须要依赖播放器作插值放大，视频也会模糊。窄带高清结合了大量视频样本的分析，在必定的码率设定下，会根据视频的内容智能选择最合适的分辨率，达到最好的主观视觉效果。

视觉敏感度模型
窄带高清会将视频内容分为人眼容易关注的和人眼容易忽视的部分，并对这些部分作不一样的处理。对于人眼容易关注的部分，除了人眼聚焦的区域外，人眼还关注规则的纹理，例如球场中的禁区线，球员的轮廓，这是咱们必定要保护的区域，咱们会在这些区域作一些调整优化，让它更加突出，使画面更有张力。对于人眼容易忽视的部分，例如脱焦区域就，咱们能够把这块的处理省掉，同时，咱们也能够去掉一些没有汇集效应的小细节，以此省掉带宽。例如，球场中的观众席，广告牌的背景就属于人眼脱焦的区域或没有汇集效应的小细节。除此以外，人眼还会很是厌恶毛刺、马赛克，持续的闪动，咱们将这些细节处理得更平缓、清晰，能提高画面总体观感。

下图为窄带高清对人眼聚焦区域的加强，图中为梅西准备发定位球的场景，画面的焦点集中在梅西的脸上，在没有通过窄带高清时(左图)，会发现梅西的脸上不少细节被丢失了，看到的画面比较平滑，有点像打过一层粉，而通过窄带高清的编码(右图)，脸上的细节被完整的保留下来，并进行了适当的强化，使得画面有很强的立体感。

窄带高清世界杯升级版
在引入了以上的三个模型之后，在此次世界杯直播中，窄带高清还针对足球直播场景，基于机器学习优化了特有的编码策略，好比足球、草地、球员分别采用特别编码策略进行优化，大幅提高了比赛画面的层次感和通透性。

在足球比赛中，画面常常会在不一样场景中切换，如何在场景切换中保持清晰度须要有精巧的码率控制策略。一方面，视频码率不能恒定不变，若是恒定不变，忽然的场景切换会致使分配给运动场景的码率太小，致使画面模糊。另外一方面，视频码率不能大幅度波动，若是大幅度波动，会容易致使用户卡顿，也会致使CDN带宽发生剧烈波动，这样的剧烈波动对CDN调度将会是巨大的挑战。窄带高清分析视频画面的运动剧烈程度，结合对视频长时间码率分配的统计学习与实时视频运动复杂度，在有限的播放器缓冲范围内进行码率腾挪，能够在保证指定带宽下播放流畅的同时尽量地提升主观清晰度。

下图为另外一个世界杯转播公司画面的（左）与优酷（右）在1080P和480P的画面对比，当切换到这个细节丰富，且运动剧烈的角球争抢画面时，使用窄带高清和非窄带高清的效果相差很是巨大。在没有使用窄带高清时，会出现对该场景的码率分配严重不足，致使很是糟糕的用户体验。

下图为窄带高清在不一样码率下的与x264，x265的评测对比，能够看到，不管是主观评测仍是VMAF评分，窄带高清与普通编码有一代编码器的差距，在相同清晰度下能够节约30％带宽。

写在最后
阿里云做为强有力的技术做为支撑，和优酷一块儿解决了体育赛事卡顿、清晰度低的用户痛点，以高清、流畅、零延时的极致观看体验俘获大批球迷。固然，除了窄带高清技术以外，阿里视频云也拥有众多行业领先技术，目前已是国内视频服务体量最大的云计算公司。从阿里云视频云诞生以来，一直在致力于用自身的技术，去创造一些行业里独有的东西。阿里云将经过阿里集团多年的技术沉淀，构建不同的视频云服务，让客户也变得不同凡响。

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