摘要： 當你觀看視頻如遇網絡不好的情況，就會出現卡頓或系統提示切換成標清或流暢的畫質，這個時候你會發現視頻的清析度降低了。高清意味著高分辨以及需要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優酷世界杯直播受到一致好評的關鍵，阿里云“窄帶高清2.0”發揮了重大的作用。
寫在前面
2018年俄羅斯世界杯比賽正在如火如荼進行中，互聯網視頻平臺的入局，新媒體直播賽事的火爆，讓本屆世界杯也有了一個新標簽：掌上世界杯。這意味著，用戶可以更加隨心所欲的“躺著看球”。
半數球迷選擇優酷 超6成認為高清且流暢
根據流媒體網調查數據顯示，今年使用手機看世界杯的用戶中，超過50%的用戶選擇優酷。而在新媒體平臺加入直播的情況下，大部分的用戶對直播的清晰度和流暢度表示滿意。

另外一個數據顯示，光酷喵在世界杯期間就有超過800萬的用戶通過投屏智能電視的方式觀看世界杯，把客廳變成了世界杯的主場。只有真正的高清畫質，才能扛住手機超清屏以及電視超大屏的雙重考驗。
當你觀看視頻如遇網絡不好的情況，就會出現卡頓或系統提示切換成標清或流暢的畫質，這個時候你會發現視頻的清析度降低了。高清意味著高分辨以及需要更大的帶寬來支撐，高清和寬帶是一對矛盾體。這屆優酷世界杯直播受到一致好評的關鍵，阿里云“窄帶高清2.0”發揮了重大的作用。
那窄帶高清究竟是什么呢？
帶寬成本是視頻服務中非常重的基礎設施成本，如何在保證視頻質量的前提下降低成本是整個鏈路中至關重要的一環。所以，在視頻服務中，視頻的編碼和解碼是非常重要的技術。
業內的轉碼技術從MPEG2，到H.264，到H.265大概是下圖的技術發展曲線，每隔十年的時間，視頻的壓縮率會提升一倍左右，平均下來，每年行業視頻壓縮率能提升只有不到7%。這種客觀發展規律之下，視頻行業內的從業者給對手造成壓倒性的競爭優勢已經變得非常困難。

傳統的視頻編碼以信號的損失量最小作為編碼的目標，力求輸出視頻與輸入視頻的差值最小，但實際上，同樣的編碼損耗，在人眼看起來的清晰度可能相差很大，因為人眼對不同畫面位置的敏感程度是不一樣的。窄帶高清是一套以人眼主觀感受最優為基準的視頻編碼技術，通過對直播內容的智能分析，根據對人眼敏感度進行動態處理與編碼，以達到最佳的主觀清晰度效果。
窄帶高清2.0背后有三套視覺模型
保真度和主觀感受的關系模型
當視頻的保真度越來越高時，人眼逐漸就沒有感受了，所以編碼時卡在失真度并沒有很大變化的臨界點上，就可以適當節省帶寬。下圖為保真度與主觀感受模型關系圖。

分辨率和碼率的關系模型
為了保證在某個網絡條件下能夠流暢播放，視頻的碼率需要有一個上限，在這個上限的條件內，如果分辨率選擇過高，會導致分配給每個像素的比特太少，導致視頻模糊，如果分辨率選擇過低，雖然能夠描述清楚每個像素，但是需要依賴播放器做插值放大，視頻也會模糊。窄帶高清結合了大量視頻樣本的分析，在一定的碼率設定下，會根據視頻的內容智能選擇最合適的分辨率，達到最好的主觀視覺效果。
視覺敏感度模型
窄帶高清會將視頻內容分為人眼容易關注的和人眼容易忽視的部分，并對這些部分做不同的處理。對于人眼容易關注的部分，除了人眼聚焦的區域外，人眼還關注規則的紋理，例如球場中的禁區線，球員的輪廓，這是我們一定要保護的區域，我們會在這些區域做一些調整優化，讓它更加突出，使畫面更有張力。對于人眼容易忽視的部分，例如脫焦區域就，我們可以把這塊的處理省掉，同時，我們也可以去掉一些沒有聚集效應的小細節，以此省掉帶寬。例如，球場中的觀眾席，廣告牌的背景就屬于人眼脫焦的區域或沒有聚集效應的小細節。除此之外，人眼還會非常厭惡毛刺、馬賽克，持續的閃動，我們將這些細節處理得更平緩、清晰，能提升畫面整體觀感。
下圖為窄帶高清對人眼聚焦區域的增強，圖中為梅西準備發定位球的場景，畫面的焦點集中在梅西的臉上，在沒有經過窄帶高清時(左圖)，會發現梅西的臉上很多細節被丟失了，看到的畫面比較平滑，有點像打過一層粉，而經過窄帶高清的編碼(右圖)，臉上的細節被完整的保留下來，并進行了適當的強化，使得畫面有很強的立體感。

窄帶高清世界杯升級版
在引入了以上的三個模型以后，在這次世界杯直播中，窄帶高清還針對足球直播場景，基于機器學習優化了特有的編碼策略，比如足球、草地、球員分別采用特別編碼策略進行優化，大幅提升了比賽畫面的層次感和通透性。
在足球比賽中，畫面經常會在不同場景中切換，如何在場景切換中保持清晰度需要有精巧的碼率控制策略。一方面，視頻碼率不能恒定不變，如果恒定不變，突然的場景切換會導致分配給運動場景的碼率過小，導致畫面模糊。另一方面，視頻碼率不能大幅度波動，如果大幅度波動，會容易導致用戶卡頓，也會導致CDN帶寬發生劇烈波動，這樣的劇烈波動對CDN調度將會是巨大的挑戰。窄帶高清分析視頻畫面的運動劇烈程度，結合對視頻長時間碼率分配的統計學習與實時視頻運動復雜度，在有限的播放器緩沖范圍內進行碼率騰挪，可以在保證指定帶寬下播放流暢的同時盡可能地提高主觀清晰度。
下圖為另一個世界杯轉播公司畫面的（左）與優酷（右）在1080P和480P的畫面對比，當切換到這個細節豐富，且運動劇烈的角球爭搶畫面時，使用窄帶高清和非窄帶高清的效果相差非常巨大。在沒有使用窄帶高清時，會出現對該場景的碼率分配嚴重不足，導致非常糟糕的用戶體驗。

下圖為窄帶高清在不同碼率下的與x264，x265的評測對比，可以看到，無論是主觀評測還是VMAF評分，窄帶高清與普通編碼有一代編碼器的差距，在相同清晰度下可以節約30％帶寬。


寫在最后
阿里云作為強有力的技術作為支撐，和優酷一起解決了體育賽事卡頓、清晰度低的用戶痛點，以高清、流暢、零延時的極致觀看體驗俘獲大批球迷。當然，除了窄帶高清技術之外，阿里視頻云也擁有眾多行業領先技術，目前已經是國內視頻服務體量最大的云計算公司。從阿里云視頻云誕生以來，一直在致力于用自身的技術，去創造一些行業里獨有的東西。阿里云將通過阿里集團多年的技術沉淀，構建不一樣的視頻云服務，讓客戶也變得與眾不同。

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