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Il existe beaucoup de codec vidéo qui permettent de compresser d'une façon extrême la video. Il permettent d'enregistrer sur un cd-r de 700 Mo près de 120 min de video avec une grande qualité. Voici les principaux codecs videos:
Nous allons donc comparer les codecs suivants: le H264, le RV10, le VP6, le WMV9, le XviD, le DivX5 et le DivX3. On définira la Compressibilité de la source à partir d'un encodage en XviD en quant 2 avec les réglages par défaut. Ce réglage ne sert que pour définir la compressibilité de la source et non pour faire l'encodage. La notion de compressibilité est très relative mais aussi très utile car nous obtenons une référence qui permet d'interpoler les tests avec toutes les autres sources.
* ici le XviD sature à q2 mais l'écart relatif de bitrate est faible (~1.5%) et donc acceptable.
Nous utiliseront les courbes de PSNR pour étudier le Rate Control. En effet, lorsque l'on superpose les courbes de répartition de bitrate et de PSNR, on constate qu'elles sont symétriques. Les courbes de PSNR sont donc d'excellents outils pour comparer indirectement le Rate Control des différents codecs. La courbe de référence utilisée est la courbe frame PSNR de XviD car son Rate Control permet facilement d'obtenir une qualité constante en 2 passes: il suffit pour cela de faire la première passe avec un quant dont on sait qu'il sera proche du quant moyen de la seconde passe. Ainsi dans les encodages XviD j'ai utilisé un quantizer égal à 2 lors de la 1ere passe pour l'encodage à 100% de compressibilité, q3 pour 75%, q4 pour 50% et enfin q8 pour pour l'encodage à 25% de compressibilité.
Voici un tableau récapitulatif qui résume les impressions visuelles en "blind test" concernant les différents codecs pour les niveaux de compressibilité où ils sont testés:
Voici de petits sample qui permettront de vous faire une idée de la performance des codecs: ils vous permettront de comparer les codecs entre eux mais aussi de voir quelle sera la qualité pour les différents niveaux de compressibilité:
* il vous faudra installer la dernière version de NeroVision pour lire ces samples
Voici une série de captures en "low motion" et "high motion". Il est impossible de faire un test codec sur la base d'une simple comparaison d'image: il existe de trop grandes différences locales liées au types de frames (I, P, S et BFrames) et il existe aussi des différences au niveau de la régulation du bitrate pour une même source avec les différents codecs. La série de capture suivante pourra donc seulement servir à voir l'évolution de la qualité en fonction de la compressibilité pour un même codec.
Source "Low"
Source "Low"
Source "Low"
Source "Low"
Ce test est une moyenne du PSNR de chaque frame. Dans ce test métrique le VP6 et surtout le H264 sont largement détachés devant les autres. On trouve ensuite dans un peloton très regroupé le RV10, le WMV9 puis le XviD. Plus loin on retrouve le DivX5 et enfin le DivX3 largement derrière. Voici les équivalences en terme de qualité Average PSNR:
Ce test est une moyenne pondérée du PSNR de chaque frame. Dans ce test métrique le VP6 et surtout le H264 sont encore largement détachés devant les autres. Ensuite on trouve aussi dans un peloton très regroupé le RV10, le WMV9 puis le XviD. Puis plus loin on retrouve encore le DivX5 et enfin le DivX3 largement derrière. Voici les équivalences en terme de qualité Overall PSNR:
C'est selon moi le meilleur test métrique: c'est celui qui se rapproche le plus de mes impressions visuelles. Le meilleur codec à ce test est le H264. Les deux meilleurs codecs sont ensuite sont le VP6 et le RV10. Le VP6 prend largement l'avantage à faible et moyen bitrate alors que le RV10 s'en sort légèrement mieux à haut bitrate. Les deux codecs suivant sont le WMV9 et le XviD. Le WMV9 est largement meilleur à faible compressibilité et le XviD prend ensuite l'avantage à partir des compressibilités moyennes. On trouve ensuite le DivX5 assez proche du XviD. Au passage on note que les modes psy du H264, DivX5 ou du XviD sont très efficaces pour ce test. Le DivX3 est logiquement beaucoup plus loin derrière. On remarquera enfin que les différences entre les codecs tendent à rapidement diminuer vers les hautes compressibilités. Voici les équivalences en terme de qualité SSIM:
Cet extrait de Martix Reloaded se décompose en 2 parties: une première partie "high motion" très peu compressible qui représente 85% de la longueur du sample et ensuite une seconde partie "low motion" assez sombre très compressible qui représente 15% de la longueur du sample. C'est donc un sample très stressant pour le Rate Control. La moindre erreur dans l'évaluation du volume de la partie "high motion" (surtout en cas d'oversize) aura de lourdes conséquences sur la qualité de la partie "low motion". Si le Rate Control n'est pas très performant on aura alors soit un mauvais target bitrate, soit une qualité très hétérogène entre la 1ère et la 2nd partie.
Dans ce test aucun codec ne connaît des problèmes majeurs. Les courbes Frames PSNR sont toutes plus ou moins parallèles. Les Rate Control du H264, du DivX5 et du WMV9 en particulier connaissent cependant des difficultés pour maintenir l'écart en terme de PSNR dans la seconde partie "low motion" mais la perte de qualité est relativement faible et c'est donc visuellement difficile à mettre en évidence. Le VP6 lui arrive à maintenir une qualité constante mais par contre le target bitrate n'est pas strictement respecté. Ces remarques étant faites il faut redire que cet extrait de Matrix Reloaded est un cas extrème pour la régulation du bitrate et donc le Rate Control des codecs sera en général beaucoup moins stressé.
Voici un protocole qui vous permettra de faire un encodage avec le niveau de compressibilité souhaité: Si on défini le niveau de quantisation comme étant le niveau absolue de qualité on aura alors une qualité constante avec une même source si la qualité par unité de surface reste constante. J'utilise une formule empirique pour définir cette constance:
bits/( pixels^(3/4) * fps)
On veut faire un encodage avec un bitrate Bf et une compressibilité C. Lors de la première passe avec une résolution Ri on obtient bitrate Bi en quant 2. On fera donc l'encodage avec une résolution Rf pour obtenir la compressibilité C et le bitrate Bf.
Rf = Ri*(Bf/(C*Bi))^(4/3)
Exemple: ma source est en 16/9 et je fait ma première passe en 640*352 et j'obtiens un bitrate de 1550 Kbps en quant 2. Je veux faire mon encodage à 700 Kbps et 55% de compressibilité. La résolution pour obtenir ces paramètres est Rf:
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Le
H264 Nero est un codec MPEG4 AVC. C'est le codec le plus
performant
visuellement et de loin dans ce test. La qualité de compression surtout à faible bitrate est vraiment impressionnante.
C'est le premier codec MPEG4 AVC vraiment performant et il laisse sur
place la concurrence ... !!!
Le RV10 "Elysean"
est très performant à tout bitrate: visuellement c'est un des codec les plus complet à
faible et haute compressibilité. Son nouveau Rate Control et son inloop
avec seuil d'activation basé sur le quant lui ont aussi permis de considérablement s'améliorer
pour les encodages à hautes compressibilités.
Le VP6 6.2 "Sharpeness"
est un codec vraiment performant: c'est sans doute celui qui conserve le
plus les détails de l'image mais l'activation de
son Post-Process est obligatoire à faible bitrate. Son mode "sharpeness"
permet de créer artificiellement des différences locales de quantizer
entre les frames lors
de l'encodage. Cela permet d'avoir visuellement une images plus "sharp" mais
un réglage trop fort créera des différences locales
importantes qui pourront alors devenir visibles.
Le WMV9
"VCM"
est un codec très performant à tout bitrate. Son Post-Process
réglé trop haut par défaut en PP4 devra être positionné en PP1 pour
une meilleure qualité. C'est un codec qui bloque très peu mais qui aura
aussi tendance à vraiment "blurer" pour les encodages à faibles compressibilité.
Le XviD 1.0.1
est un codec MPEG4 ASP Open Source et partiellement compatible avec les platines MPEG4.
C'est un excellent codec pour les encodages à moyennes et fortes
compressibilités mais ses performances auront tendances à s'écrouler pour
les encodages à faibles compressibilités:
le Post-Process sera alors indispensable. C'est le codec MPEG4 ASP de
référence en terme de qualité.
Le
DivX 5.2.1
est un codec MPEG4 ASP compatible avec les platines MPEG4.
C'est un excellent codec pour les encodages à moyennes et fortes
compressibilités mais ses performances auront tendances à s'écrouler pour
les encodages à faibles compressibilités:
le Post-Process sera alors indispensable. C'est le codec MPEG4 ASP le plus
populaire notamment grâce aux profils d'encodages hardwares qui permettent
une parfaite compatibilité avec les platines MPEG4 AS@L5.
Le DivX
3 ffdshow est aussi
partiellement
compatible avec les platines MPEG4. C'est un très bon codec pour les
encodages à fortes compressibilités mais ses performances auront tendances à
s'écrouler pour les encodages à moyennes et faibles compressibilités: le Post-Process sera alors
aussi indispensable. Ce codec même avec l'encodeur ffdshow est largement
dépassé par la concurrence.
