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不好的情况，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降低了。高清意味着高分辨以及需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”发挥了重大的作用。

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，用户可以更加随心所欲的“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情况下，大部分的用户对直播的清晰度和流畅度表示满意。

另外一个数据显示，光酷喵在世界杯期间就有超过800万的用户通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不好的情况，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降低了。高清意味着高分辨以及需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”发挥了重大的作用。

那窄带高清究竟是什么呢？

带宽成本是视频服务中非常重的基础设施成本，如何在保证视频质量的前提下降低成本是整个链路中至关重要的一环。所以，在视频服务中，视频的编码和解码是非常重要的技术。

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，视频的压缩率会提升一倍左右，平均下来，每年行业视频压缩率能提升只有不到7%。这种客观发展规律之下，视频行业内的从业者给对手造成压倒性的竞争优势已经变得非常困难。

传统的视频编码以信号的损失量最小作为编码的目标，力求输出视频与输入视频的差值最小，但实际上，同样的编码损耗，在人眼看起来的清晰度可能相差很大，因为人眼对不同画面位置的敏感程度是不一样的。窄带高清是一套以人眼主观感受最优为基准的视频编码技术，通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

保真度和主观感受的关系模型

当视频的保真度越来越高时，人眼逐渐就没有感受了，所以编码时卡在失真度并没有很大变化的临界点上，就可以适当节省带宽。下图为保真度与主观感受模型关系图。

分辨率和码率的关系模型

为了保证在某个网络条件下能够流畅播放，视频的码率需要有一个上限，在这个上限的条件内，如果分辨率选择过高，会导致分配给每个像素的比特太少，导致视频模糊，如果分辨率选择过低，虽然能够描述清楚每个像素，但是需要依赖播放器做插值放大，视频也会模糊。窄带高清结合了大量视频样本的分析，在一定的码率设定下，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，并对这些部分做不同的处理。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，这是我们一定要保护的区域，我们会在这些区域做一些调整优化，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，我们可以把这块的处理省掉，同时，我们也可以去掉一些没有聚集效应的小细节，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聚集效应的小细节。除此之外，人眼还会非常厌恶毛刺、马赛克，持续的闪动，我们将这些细节处理得更平缓、清晰，能提升画面整体观感。

下图为窄带高清对人眼聚焦区域的增强，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，在没有经过窄带高清时(左图)，会发现梅西的脸上很多细节被丢失了，看到的画面比较平滑，有点像打过一层粉，而经过窄带高清的编码(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以后，在这次世界杯直播中，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，比如足球、草地、球员分别采用特别编码策略进行优化，大幅提升了比赛画面的层次感和通透性。

在足球比赛中，画面经常会在不同场景中切换，如何在场景切换中保持清晰度需要有精巧的码率控制策略。一方面，视频码率不能恒定不变，如果恒定不变，突然的场景切换会导致分配给运动场景的码率过小，导致画面模糊。另一方面，视频码率不能大幅度波动，如果大幅度波动，会容易导致用户卡顿，也会导致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，可以在保证指定带宽下播放流畅的同时尽可能地提高主观清晰度。

下图为另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非常巨大。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，导致非常糟糕的用户体验。

下图为窄带高清在不同码率下的与x264，x265的评测对比，可以看到，无论是主观评测还是VMAF评分，窄带高清与普通编码有一代编码器的差距，在相同清晰度下可以节约30％带宽。

写在最后

阿里云作为强有力的技术作为支撑，和优酷一起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。当然，除了窄带高清技术之外，阿里视频云也拥有众多行业领先技术，目前已经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。阿里云将通过阿里集团多年的技术沉淀，构建不一样的视频云服务，让客户也变得与众不同。

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