1 passe qualité & multi-passes

Je viens de faire quelques tests pour comparer "numériquement" (...ce n'est pas l'oeil humain...) deux stratégies d'encodage. J'ai choisi quelques passages de Star Wars II pour effectuer ces tests. Ce n'est pas un film ultra-rapide, mais ce n'est pas non plus un film en plan fixe. Bref, le film est d'une compressibilité moyenne avec des scènes rapides, des passages lents, etc.

Mes critères numériques sont ceux que l'on peut observer lors de la compilation DivX (avec la fenêtre de retour) : débit moyen, PSNR moyen, quantizer moyen.

Pour commencer, j'ai choisi ces deux stratégies d'encodage (divx 6.6.1 réglé sur "profil de certification" Home Theater et "encodage prédéfini" niveau 6) :
1ère stratégie, "unipass qualité" : une seule passe basée sur la qualité (plus le quantizer est bas, meilleure est la qualité) ;
2ème stratégie "multipass bitrate" : 1 passe d'analyse (normale, pas rapide) + des passes d'encodage en série (plus le bitrate est élevé, meilleure est la qualité).

Au niveau des temps d'encodage, à configurations identiques du codec divx, la stratégie "unipass qualité" est plus rapide : elle est comparable à un "1.5 passe" (si on peut dire) en mode multipass...

En ce qui concerne la stratégie "multipass bitrate" :
- c'est la seule méthode qui fonctionne quand on impose précisément la taille du fichier final (ce qui peut être un atout très important) ;
- c'est la première passe qui fixe le type (I, P ou B ) de chaque image ;
- la troisième passe n'est pas obligatoire bien sûr ;
- après la troisième passe, le "gain" est quasi nul en fait.

Bon, voilà ce que j'ai observé (vous pouvez faire vous aussi des expériences...)

TEST 1 : à quantizer moyen fixé (élevé pour bien voir les différences)

ci-dessus la fenêtre de retour de "multipass bitrate" sur un exemple


ci-dessus la fenêtre de retour de "unipass qualité" sur le même exemple

-> bitrate inférieur 20 à 25 % de pour l'encodage "unipass qualité"
-> psnr moyen assez semblables


TEST 2 : à bitrate moyen fixé (assez bas pour bien voir les différences)


ci-dessus la fenêtre de retour de "multipass bitrate"


ci-dessus la fenêtre de retour de "unipass qualité"

-> quantizer moyen inférieur pour l'encodage "unipass qualité"
-> psnr moyen supérieur pour l'encodage "unipass qualité"


Premières conclusions (en bas débit) ...même si le numérique ne vaut pas nos yeux...
la méthode "unipass qualité" semble être :
- plus économe en temps d'encodage (pour ceux qui sont pressés),
- plus économe en bitrate (pour une même quantisation moyenne),
- obtient un meilleur psnr moyen (pour un bitrate fixé),
- obtient davantage d'images I clés (petit plus pour les recalages lors de la lecture).


Avec les encodages prédéfinis du codec divx 6.6.1 , avantage clair et net à "unipass qualité" en bas débit !

Ce message a été modifié par leon1789 - dimanche 10 juin 2007 à 09:35.

Encore un petit comparatif de plusieurs stratégies, la règle du jeu étant d'obtenir dans un même temps de calcul, un fichier final de même taille avec le codec divx 6.6.1 en bas débit. La qualité est jugée par une analyse ssim image par image. Voici 3 stratégies :

-- stratégie "unipasse qualité" réglée sur "profil de certification" Home Theater et encodage prédéfini niveau 10 ;

-- stratégie "bipasses normales" avec les deux passes réglées sur "profil de certification" Home Theater et encodage prédéfini niveau 4 ;

-- stratégie "bipasses rapide 1" avec "profil de certification" Home Theater et une première passe "rapide" et la seconde réglée sur le niveau 7.

1/ Un premier résultat clair montre que la stratégie "bipasses rapide 1" est meilleure que la stratégie "bipasses normales", et ce de manière très générale. Ceci est dû aux niveaux d'encodage très différents.

2/ De même, au moins pour la même raison, "unipasse qualité" est très souvent supérieure à "bipasses normales".

3/ Enfin, "bipasses rapide 1" est plus irrégulière que "unipasse qualité" : je veux dire que l'intervalle d'amplitude de la qualité ssim est plus large avec "bipasses rapide 1" qu'avec "unipasse qualité".
En effet, lors de scènes correctement encodées (lorsque le bitrate désiré est trop élevé, si on peut dire), "bipasses rapide 1" est assez souvent meilleure que "unipasse qualité",
mais lors de scènes difficilement encodées (lorsque le bitrate désiré est vraiment trop bas), la qualité se dégrade parfois davantage avec "bipasses rapide 1" qu'avec "unipasse qualité".
Bref, alors que "unipasse qualité" semble soutenir un minimum de qualité, "bipasses rapide 1" peut obtenir une qualité un peu plus élevée... mais parfois plus basse (lors de scènes gourmandes en débit), comme ceci :


image originale


image "unipasse qualité" (correcte)


image "bipasses rapide 1" (dégradée)

On voit souvent écrit qu'un encodage en deux passes est meilleur dans les scènes rapides (car bitrate optimisé, etc.). Je pense que ceci n'est pas exact, la réalité "métrique" est quasiment inverse sur mes exemples en bas débit.

Ce message a été modifié par leon1789 - lundi 11 juin 2007 à 09:40.

Je crois qu'il est intéressant d'observer l'effet de l'enchaînement de plusieurs passes sur la qualité des images
(le codec est paramétré sur l'encode prédéfini niveau 10, le bitrate désiré est assez faible, et la mesure de la qualité se fait ici encore avec le score ssim).

Voici un graphique représentant la qualité (par la ligne rouge) de chaque image d'une vidéo après un premier passage en bitrate constant (on s'attend bien sûr à un encodage médiocre...) :

(ssim moyen la 1ere passe : 0.95986)
(attention à ne pas confondre "une passe à bitrate constant" et "une passe à quantizer constant" : les deux méthodes sont à l'opposé l'une de l'autre !!!)

On voit que parfois l'encodage est très (trop) bon dans la zone verte, parfois l'encodage est catastrophique dans la zone rose. Lors d'une seconde passe, le codec va augmenter le bitrate des séquences gourmandes (celles qui sont très mal encodées) en ponctionnant le bitrate sur des séquences qui se compressent bien... Bref, il prend aux riches pour donner aux pauvres

Voilà l'effet de la seconde passe (la ligne bleue) :

(ssim moyen la 2nde passe : 0.96460)

L'effet est net : comme on s'y attendait, la qualité de la seconde passe est clairement plus homogène ! Certes la qualité monte moins haut dans les cercles jaunes (est-ce utile à ces moments-là ?), mais la qualité ne descend pas aussi bas dans les rectangles verts (scènes gourmandes). C'est pour cette raison que l'on préfère encoder en 2 passes plutôt qu'en 1 passe à débit constant.

Regardons (localement, certains extraits) ce que donnent les encodages de passes supplémentaires...

--> Un extrait PEU gourmand en débit (quatrième cercle jaune)

Voici l'évolution de la qualité d'encodage quand on fait de 1 à 4 passes lorsque le bitrate désiré est trop élevé :

(la courbe "série k" correspond au résultat obtenu à la "passe k")

On voit que le codec sait (si on peut dire) qu'il peut ponctionner du bitrate sur cette scène, et par conséquent diminuer sa qualité d'encodage. A chaque passe, la qualité diminue, mais c'est sans soucis puisqu'elle reste bonne (ssim > 0.96 sur cet exemple).

On voit aussi que la quatrième passe (ligne bleue claire) n'est pas utile puisqu'elle correspond à peu de chose à la troisième passe (ligne jaune : on ne la voit pas car elle est dessous la ligne bleue claire justement).

--> Un extrait TRES gourmand en débit (une partie du troisième rectangle vert)

Voici l'évolution de la qualité d'encodage quand on fait de 1 à 4 passes lorsque le bitrate désiré n'est pas assez élevé :

(la courbe "série k" correspond au résultat obtenu à la "passe k")

On voit que le codec sait (si on peut dire) qu'il doit augmenter le bitrate sur cette scène pour augmenter sa qualité d'encodage... Assez étonnant, le nombre de passes suppérieur à 2 n'améliore pas nettement la qualité. (!?) Cela montre qu'encoder, c'est pas simple pour le codec !

Ce message a été modifié par leon1789 - jeudi 30 août 2007 à 13:14.

Sur le même principe que le message précédent (la règle du jeu étant d'obtenir un fichier final de même taille en bas débit, avec le codec divx 6.6.1 réglé en "profil de certification" Home Theater et qualité folle), on va comparer les deux stratégies suivantes :

1ère stratégie, "unipass qualité" : une seule passe basée sur la qualité (plus le quantizer est bas, meilleure est la qualité) ;

2ème stratégie, "4pass bitrate" : 1 passe d'analyse rapide + 3 passes d'encodage en série (plus le bitrate est élevé, meilleure est la qualité).

Nous allons constater que la stratégie "unipass qualité" est encore plus homogène que la stratégie "4pass bitrate" !

--> Un extrait PEU gourmand en débit

La série 1 correspond cette fois à la stratégie "unipass qualité", la série 4 correspond toujours à la stratégie "4pass bitrate".

On voit que la qualité de "unipass qualité" est inférieure à celle de "4pass bitrate", mais qu'elle reste correcte (ssim aux alentours de 0.96 sur cet exemple)...

--> Un extrait TRES gourmand en débit

La série 1 correspond à la stratégie "unipass qualité", la série 4 correspond à la stratégie "4pass bitrate".

On voit que la qualité de "unipass qualité" est supérieure à celle de "4pass bitrate" (ssim > 0.92 sur cet exemple).


--> Conclusion
En bas débit, la stratégie "unipass qualité" est plus homogène (ici, 0.92 < ssim < 0.98) que la stratégie "4pass bitrate" (ici, 0.90 < ssim < 0.98).
Il apparaîterait donc qu'elle soit intéressante quand on veut de la qualité, surtout pendant scènes gourmandes.

Ce message a été modifié par leon1789 - samedi 09 juin 2007 à 13:02.

Les tests effectués ci-dessus sont réalisés avec un bitrate assez bas pour que les défauts apparaissent bien, mais les conclusions de ces tests restent-elles valides lorsque le débit est plus élevé ? ...le principe reste le même, les deux stratégies aussi...

En fait, les résultats sont les mêmes, avec des différences très faibles entre les deux stratégies : vu le bitrate élevé, ce n'est pas étonnant. La qualité de "unipass qualité" est plus homogène avec un léger avantage lors des scènes gourmandes en débit, mais un léger avantage à "multipass bitrate" lors des scènes normales.

A noter : une exception très dommageable (qui peut se produire assez souvent dans les films rapides) où 8 images consécutives étaient encodées de manière très anormalement dégradée avec "unipass qualité" (malgré le haut débit !) et de manière parfaite avec "multipass bitrate" (avec un ENORME pic dans le débit, encodant 14 images clés I consécutives). Voici le détail de la séquence : on voit ce pic impressionnant dans le débit, montant à ce moment-là à 3500 kilobits sur une seconde (la limite absolue du divx 6 est 4854 kbps en profil "home theater"), alors que le bitrate moyen que je demande sur l'ensemble la séquence est de 1300 kbps.

(en rouge les images I, en bleu foncé les images P, en bleu clair les images B )
C'est peut-être pourquoi le comportement de "multipass bitrate" serait a priori plus rassurant sur des séquences rapides en haut débit.


Essayons de trouver des solutions pour que :
-- "multipass bitrate" reste dynamique mais soit plus homogène sur l'ensemble de la vidéo (voir ci-dessous) ;
-- "unipass qualité" reste homogène et ne dégrade pas l'encodage par accident malencontreux (je n'ai pas de solution pour ça).


Rendre la stratégie "multipass bitrate" plus homogène
dans le cas d'un encodage sans bandes noires


Jusqu'à présent le codec 6.1.1 était configuré sur "profil de certification" Home Theater et "encodage prédéfini" niveau quelconque (au moins 4 !). Gardons "profil de certification" Home Theater mais décochons la case "encodage prédéfini" (on peut aussi prendre "1ère passe rapide", mais c'est peut-être moins bon...) : cela va nous donner la possibilité de résoudre en partie notre problème car on peut maintenant gérer le controle d'image du codec pendant la première passe (uniquement pour la première passe, car le controle est repris en main par le codec de manière automatique lors de la seconde passe). On configure comme suit :


Bien sûr, on prend un codage bidirectionnel (ça fait du bien au bitrate). L'option "multiple consécutif" n'est pas disponible à cause de la certification Home Theater.

L'intervalle d'images clés doit rester un nombre assez grand : en général, on conseille 250 (pour insérer de manière forcée une image clé au cas où un plan dure plus de 10 secondes... par exemple pour le premier générique de chaque star wars...).

Enfin, le seuil d'images clés (i.e. seuil de changement de scène, ou Scene change threshold en anglais) : c'est là le réglage qui va résoudre en partie notre problème d'homogénéïté. On va diminuer la tendance à créer des images clés (images I) en mettant le seuil à 75% (ou 80%, ou 85%...). Ainsi, le codec va devenir moins réactif (mais ce n'est pas grave car il l'est suffisament), et par conséquent il sera plus "doux" et sa qualité plus homogène.
Il est en général conseillé de ne pas dépasser 60%, mais j'avoue que je ne vois pas alors l'intérêt, car 50% ou 60%, ça revient au même dans la pratique... Il faut donc y aller franchement ! hop 75 %...
Avec plusieurs tests, je me suis aperçu qu'il valait peut-être mieux augmenter encore ce taux. (!)


Voyons ça sur des tableaux récapitulatifs :
--> en bitrate bas sur un exemple (600 kbps)...

"unipass" désigne la vidéo après une seule passe qualité avec "encodage prédéfini" niveau 10
"passe k" désigne la vidéo après une k-ième passe avec "encodage prédéfini" niveau 10 pour toutes les passes.
"passe k+C" désigne la vidéo après une k-ième passe avec la configuration "seuil images Clés" = 75% pour la première passe, et "encodage prédéfini" niveau 10 pour les passes suivantes.

Plus le score ssim est proche de 1, meilleure est la qualité de l'image.
Plus l'écart moyen est petit, plus la qualité de la vidéo est homogène.

Conclusions
-- "unipass" est globalement de meilleure qualité que "passe k".
-- la vidéo "passe 2+C" est meilleure que "passe 2" (car de qualité plus homogène) et, dans une moindre mesure, meilleure que "unipass qualité" (car plus réactive grâce à la seconde passe).
-- les passes 3 sont encore un peu plus homogènes que les passes 2. Cela dit, "passe 3" a l'air moins performante que "passe 2+C"...

Un classement serait donc
1 -> "tripasse avec seuil Clé = 75 %"
2 -> "bipasse avec seuil Clé = 75 %"
3 -> "unipass qualité"
4 -> "tripasse normal"
5 -> "bipasse normal"

--> en bitrate élevé sur un exemple (1300 kbps)...

Ramerque : j'ai monté le taux "seuil images Clés" = 85% parce que c'est encore meilleur (!)

Conclusions
-- "unipass" peut encoder de manière relativement mauvaise sur certains changements de scènes rapides très gourmands.
-- la vidéo "passe 2+C" est meilleure que "passe 2" (car de qualité plus homogène) et que "unipass qualité" (car plus réactive grâce à la seconde passe).
-- je n'ai pas fait figuré les troisièmes passes 3 car elle n'améliorent visiblement pas grand chose.

Un classement pour une séquence rapide en haut débit serait donc
1 -> "bipasse avec seuil Clé = 85 %"
2 -> "bipasse normal"
3 -> "unipass qualité"


Ce message a été modifié par leon1789 - vendredi 16 mai 2008 à 22:43.

Hébé

voilà! c'est le mot que je cherchais

Promis, demain j'enlève tout

Ce message a été modifié par leon1789 - mercredi 06 juin 2007 à 13:51.

et pourquoi?

...pour mieux expliquer certaines choses, avec plus de détails...

Ca y est, j'ai modifié ... Qu'en pensez-vous maintenant ?

Ce message a été modifié par leon1789 - mercredi 06 juin 2007 à 13:21.

Sa c'est du perfectionnisme

Intéressant

Epinglé

Bon voilà, j'ai fait un petit tour de ce qui m'intéressait.
Je n'ai pas parlé des options "multi images B", le gmc, des effets psychovisuels (pas simple avec les mesures numériques...), tant pis !

Ce message a été modifié par leon1789 - mardi 12 juin 2007 à 08:44.

C'est déjà pas mal

ouais, t'as rien foutu quoi?

Merci


ouais, tu connais le cinéma en 3D ! ...genre les images qui viennent direct sur ton canapé...

d'accord.
pas intérêt à regarder un "Cecil B.Demille" dans un studio.

...quand bd9 parle de bd1000...

Bonjour a tous, nouveau sur le forum je me pose la question pour un encodage 1080P à 20000kb/sec.. une passe est elle suffisante ou bien il est préférable de faire 2 pass? merci et bonne rentré!

J'avoue que 20_000 kbps me paraissent énorme pour une encodage, même HD...

Ceci étant, votre question porte sur un encodage 1 ou 2 passes. Mais vous ne précisez pas votre codec... Je vais donc faire comme si c'était divx 6.6.

Je précise qu'en ce qui concerne l'encodage en 1 passe, seul l'encodage basée sur la qualité (à quantizer donné) est convenanble. Donc surtout pas d'encodage 1 passe à débit constant !!!
Autre précision : Riam ne permet pas (pour l'instant ?) de faire un encodage basée sur la qualité.

Conclusions :
-- si vous utilisez riam, le choix est clair --> encodage multipasses.

-- si vous utilisez un logiciel qui permet de faire des encodages de tous types, alors, cela dépend de votre vidéo :
----- vidéo lente --> encodage basée sur la qualité ;
----- vidéo avec passages rapides --> l'encodage multipasses est plus sûr.

Ce message a été modifié par leon1789 - lundi 27 août 2007 à 18:04.