Charlie's volatile short

昨年8月にx264のパラメータを考察したが、その後x264に各種の改良が加えられてきているため、新たな標準的なパラメータを作っておきたい。

今回はBフレーム制御についての考察。

実験条件

エンコードの素材はTBS 2009-08-30放送の「鋼の錬金術師 FULLMETAL ALCHEMIST」21話「愚者の前進」の次回予告30秒+静止画約3秒。 960×540サイズにリサイズして入力した。

今回の実験に使用したx264は

x264 0.68.1179 96e2229
built on Jul 10 2009, gcc: 3.4.6

のOreAQ版。パラメータは次の通り。

x264.exe 
 -b *
 -r *
 --crf 19 ← 解像度960x540なのでノイズが気にならないよう高めの設定
 --fullrange=on ←
 --direct auto
 -i 2
 --b-adapt=2 ← new!
 --b-pyramid
 --qpstep 24
 --ratetol 80
 --qcomp 0.3
 --me umh
 -m 9 ← 値と動作の対応が変わった。
 --mixed-refs
 --8x8dct
 -t 2
 --no-fast-pskip
 --no-dct-decimate
 --sar 1:1
 -f 0:0
 -w
 --aq-strength=0.4:0.6
 --aq-sensitivity=11
 --psy-rd=0:0 ← 実写でグレインノイズがある時は0.5:0〜1:0で妥協する
 --cqm jvt
 --thread-input

...

実験結果 〜 --refで品質もビットレートも改善、--bframesはビットレートを改善

■ --bframes, --refとSSIM, ビットレートの関係

--ref (-r)を増やして8%のビットレート削減を達成

-rを増やすとグラフは右上左上にシフトする。 つまりビットレートを下げつつ高品質になる。
r=3からr=12にした時に、--bframesによらずビットレートは約8%削減でき、SSIMは約0.00015向上した。つまり、良い事づくめ。

-rは大きいほどよい、ただし……

-rが3から4にかけての変化は大きいが、8から12の変化は小さかった。 rの最大値は16だが、12の時から大きくは改善されないと予想される。

--bframes (-b)は3の倍数がよいかも?

-bを増やすとビットレートが下がるが、品質は上がったり下がったりする。 品質はb=12 > b=3 > b=4 b=4 > b=3となっている。
これは--b-pyramidが、連続3フレームだとうまく作用するが連続4フレームだとうまくいっていないのかもしれない。
b=6だとまた画質が向上しているので、3の倍数がよいのかも。

--b-adapt=2は必須

--b-adapt=2で「--refの指定を最大値として最適なBフレーム数を適宜判断する」ようにしている。この機能はよく効いている。
今回の対象画像ではr=6からr=7でビットレートも品質も飽和している。つまり、--b-adaptによって連続6以上のBフレームは得策でないと判断された。実際、r=7の時のconsecutive B-framesで7フレーム連続のBは789フレーム中に2回だけだった(6フレーム連続は12回)。

まとめると、b=6, r=12 くらいが高品質で高圧縮ということになった (ただし品質については知覚できない程度の微々たるものなので、「画質を落とさずに高圧縮になる」と考えた方がよいだろう)。
デメリットとしては、rを大きくするとエンコ時間がどんどん延びること。 また、H.264のプロファイルレベルも上がるので、再生環境を選ぶこと。

なお、デジタル制作のアニメは素材のS/Nが極めて良好で、画質を落とさず圧縮率を高めやすい特殊な例である。 グレインの乗った実写とか、アニメでもアナログキャプチャだと効果が表れなかったり、特性が異なるかもしれない。

プロの世界でもBフレームの品質向上が重要視されている模様。

たとえばグレインが連続した動きに見えるようになったのは、これまでIとPしかハッキリと目立たず、間のBでのグレインパターンが描かれていなかったのに対し、間のBの再現性が高くなったので、動きが繋がるようになった、というわけだ。

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