AVS3基准档次性能评测报告

导读

新一代视频编码标准AVS3基准档次于2019年3月正式推出,本测试对比了AVS3、H.265/HEVC和AV1在超清及超高清10bit序列上的性能。实验结果表明,AVS3基准档次的编码性能比H.265/HEVC高28.19%,比最新版本的AV1高8.4%,是高质量HDR视频的最佳选择。

测试序列

由于AVS3主要是为了满足旨在提升用户观看感受的高分辨率视频和HDR视频的需求而制定的标准,本次测试选择的是MPEG最新的超清及超高清10bit通测序列,具体如下:

类别 序列名 分辨率 帧率 位深 帧数
Class A1 Campfire 3840×2160 30 10 300
FoodMarket4 3840×2160 60 10 600
Tango2 3840×2160 60 10 600
Class A2 CatRobot1 3840×2160 60 10 600
DaylightRoad2 3840×2160 60 10 600
ParkRunning3 3840×2160 50 10 500
Class B MarketPlace 1920×1080 60 10 600
RitualDance 1920×1080 60 10 600

测试环境

服务器型号:Dell R840 4U机架式服务器

操作系统:windows server 2016 standard 64位操作系统

处理器:四颗Intel(R)Xeon(R)Gold 6154 CPU@3.00GHz

内存:384GB 2666MHz DDR4 REG ECC 内存

编码器

AVS3编码器采用与AVS3基准档次参考软件HPM4.0对齐的编码器“天枢”,简称uavs3e(该编码器计划于2020年3月开源),与HPM相比,该编码器添加了WPP并行算法,速度提升了约10倍。测试时,WPP并行数设为20。测试用的命令行参数如下:

uavs3e uavs3e.exe –config encode_RA.cfg -w %2 -h %3 -q %7 -p %5 –fps_num %4 –fps_den 1 -f %FrameN% -i %InputFile% -o .\stream\%1_%7.avs3 -v 2 >dat\%1_%7_avs3.txt

AV1编码器从AOM官网直接获取,版本号为AOMedia Project AV1 Encoder 1.0.0-errata1-avif-65-gd0f0d3b17,发布时间为2019年12月24日,SHA1 ID:d0f0d3b17ac94a23d80bac74ff55d7fe8a44e87a,使用默认配置,采用1 pass编码和固定质量模式(end-usage=q)。测试用的命令行参数如下:

aomenc aomenc.exe %InputFile% -w %2 -h %3 –fps=%4/1 –i420 -y –codec=av1 –cpu-used=1 –threads=0 –profile=0  –lag-in-frames=19 –min-q=0 –max-q=63 –auto-alt-ref=1 –kf-max-dist=%5 –kf-min-dist=%5 –drop-frame=0 –static-thresh=0 –arnr-maxframes=7 –arnr-strength=5 –sharpness=0 –undershoot-pct=100 –overshoot-pct=100 –tile-columns=0 –frame-parallel=0 –test-decode=warn -v –end-usage=q –passes=1 –cq-level=%7 –webm –psnr -o %StrmFile%   2>data\av1_%1_%7.txt

H.265/HEVC编码器采用的是最新版的参考软件HM-16.9,使用encoder_randomaccess_main10.cfg中的默认配置,测试用的命令行如下:

HM16.9 TAppEncoder.exe -c encoder_randomaccess_main10.cfg -wdt %2 -hgt %3 -q %7 -ip %5 -fr %4 -f %FrameN% -i %InputFile% -b %StrmFile%  >dat\%1_%7_hm.txt

三种编码器的I帧间隔均设置为1秒,取最接近的16的倍数,即帧率为24或30的视频设置32,帧率为50的视频设置为48,帧率为60的视频设置为64。每个序列测试四个QP点,具体如下:

编码器 QP
uavs3e 27,32,38,45
aomenc 33,43,53,63
HM-16.9 27,30,35,40

测试结果

最终的测试结果以BDrate来表示,负值表示增益,显示的是同等编码质量情况下,码率的节约情况,正值表示性能损失,显示的是同等编码质量情况下,码率的增加情况。AVS3与H.265/HEVC和AV1的对比结果如下:

表1 AVS3与H.265/HEVC性能对比
Class Seq PSNR_Y PSNR_U PSNR_V
Class A1
3840×2160

10bit

Campfire -34.0% -29.0% -43.5%
FoodMarket4 -27.3% -22.1% -27.0%
Tango2 -24.3% -31.9% -33.3%
Class A2

3840×2160
10bit

CatRobot1 -31.8% -34.0% -30.7%
DaylightRoad2 -33.3% -36.7% -27.4%
ParkRunning3 -28.3% -10.6% -7.6%
Class B

1920×1080
10bit

MarketPlace -23.3% -21.0% -21.8%
RitualDance -23.2% -17.4% -23.1%
平均 -28.19% -25.33% -26.80%
表2 AVS3与AV1性能对比
Class Seq PSNR_Y PSNR_U PSNR_V
Class A1
3840×2160

10bit

Campfire 5.5% 3.0% 13.9%
FoodMarket4 -11.3% 2.6% 4.2%
Tango2 -12.0% -1.6% -10.1%
Class A2

3840×2160
10bit

CatRobot1 -14.4% -3.0% -7.5%
DaylightRoad2 -13.6% 3.7% 2.2%
ParkRunning3 -8.9% -8.7% -6.8%
Class B

1920×1080
10bit

MarketPlace -7.7% 9.4% 11.1%
RitualDance -8.4% 1.5% -1.0%
平均 -8.85% 0.86% 0.75%

从表1和表2可以看到,与H.265/HEVC和AV1相比,在超清和超高清HDR视频上AVS3基准档次的编码性能提升分别是28.19%和8.85%。通过实际的测试情况可以看到,对于超清和超高清HDR视频来说,用AVS3进行编码是最佳选择。

此外,前不久发布的AVS3全平台开源解码器“天璇”(简称“uavs3d”)的测试也证明了AVS3的解码复杂度在制定标准时得到了有效的控制,uavs3d的解码速度与Android原生HEVC解码器Libhevc基本相当,不论是PC端还是移动端均大幅领先AV1开源解码器。华为海思也已推出基于AVS3标准的8K/120fps实时解码芯片Hi3796CV300,进一步完善了AVS3的产业链。相信AVS3标准基准档次凭借着先发优势和卓越的性能,必将为2022年北京冬奥会8K直播和国家《超高清视频产业发展行动计划》增光添彩。同时,也为5G时代超高清视频的发展提供了新的选择和更广阔的想象空间。