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H.264/AVC versus Mpeg 2
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Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
Beiträge: 1741

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Beitrag Beitrag 0 - Verfasst am: Sa Jan 21, 2006 0:19    Titel: H.264/AVC versus Mpeg 2 Antworten mit Zitat

Ich hatte jetzt mal die Gelegenheit, das H.264/AVC-Format näher zu betrachten. Besonders interessiert hat mich hier ein direkter Vergleich zum Mpeg-2-Format, was die Bildqualität bei unterschiedlichen Bitraten betrifft. Ich habe dazu ein DV-AVI-Video (eine Schwenkszene) mit unterschiedlichen Bitraten durch den Procoder Express (PCE) und den frei verfügbaren x264-Encoder gejagt und die so erzeugten Videos anhand einer Einzelbildanalyse gegenüber gestellt. Beim x264-Encoder habe ich das Profil „HQ-Slow“ verwendet, welches schon fast optimale Ergebnisse liefern soll. Die dabei erzeugten Dateien der beiden Encoder waren bei identischer Bitrate dann auch annähernd gleich groß.

Steht beiden Encodern eine mittlere Bitrate von 6500 kbps (VBR, 2-pass) zur Verfügung (also eine für Mpeg 2 ausreichend hohe Bitrate), so ist der Unterschied in der Bildqualität äußerst marginal (auf herkömmlichen Sichtgeräten wohl kaum unterscheidbar).

Bei einer mittleren Bitrate von 3000 kbps (VBR, 2-pass) sieht das Ganze schon etwas anders aus. Vergleicht man das 3000-er PCE-Video mit dem 6500-er PCE-Video, so fällt das 3000-er schon deutlich ab. Wohingegen das 3000-er x264-Video gegenüber dem 6500-er x264-Video wesentlich weniger Unterschiede aufzuweisen hat. Kurzum, die Unterschiede zwischen beiden Encodern bei einer mittleren Bitrate von 3000 kbps sind hier schon wesentlich deutlicher zu sehen.

Das H.264/AVC-Format soll ja bei halber (und weniger) Bitrate die gleiche Qualität liefern wie ein Mpeg-2-Video mit doppelter Bitrate. Wenn ich allerdings das 3000-er x264-Video mit dem 6500-er PCE-Video vergleiche, stelle ich fest, dass der Procoder Express dann doch die Nase vorne hat. Das selbe Bild ergab sich auch bei einem Vergleich mit einem 3500-er x264-Video. Aber welcher Bitrate das x264-Video dann letztendlich besser wird als das PCE-Video, habe ich allerdings nicht getestet.

Wie auch immer, das war natürlich nur ein sehr oberflächlicher und subjektiver Test von mir. Mich hat insbesondere das Qualitätsdelta bei unterschiedlichen Bitraten interessiert.


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:54, insgesamt einmal bearbeitet
Kika 
Moderator


Anmeldungsdatum: 11.06.2001
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Beitrag Beitrag 1 - Verfasst am: Sa Jan 21, 2006 0:51    Titel: Antworten mit Zitat

Das mit der halben Bitrate bei gleicher Qualität kann man bei Consumer-Videos voll vergessen. Das klappt einfach nicht. Bei Source von hochwertigeren Quellen klappt es gerade mal so.
Bei der Wiedergabe am PC muss man aber, wenn man vergleichen will, aufpassen, ob nicht sowas wie psychovisual enhancement bei h.264 aktiv ist, bei MPEG2 gibt's sowas schließlich nicht.
Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
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Beitrag Beitrag 2 - Verfasst am: So Jan 22, 2006 1:23    Titel: Antworten mit Zitat

Weil ich gerade so schön dabei war, habe ich für das mir vorliegende DV-AVI-Video („Autoverfolgungsschwenks“) mal ausgetestet, ab welcher Bitrate denn nun der x264-Encoder bessere Ergebnisse liefert als der Procoder Express. Dazu habe ich mir, um eine zusätzliche Informationsquelle zu haben, von allen erstellten Videos via AviSynth mal die SSIM-Werte ausrechnen lassen.

Laut diesen Werten wäre das ab einer Bitrate von ungefähr 5400 kbps der Fall. Also, wenn man den Procoder Express mal als Qualitätsgrundlage hernimmt – man will sich ja nicht verschlechtern – und was ich aus den Einzelbildextrahierungen ersehe, ist man mit 5400 kbps mittlerer Bitrate (bei relativ optimalen Einstellungen) locker dabei. Wohlgemerkt, für das vorliegende DV-AVI-Video. Ist zwar kein Achterbahnvideo, aber immerhin. ;-)

Was mir noch aufgefallen ist, dass die H.264/AVC-Videos über eine viel größere Bandbreite und vor allem auch bei niedrigen Bitraten eine gute Qualität liefern. Mpeg 2 fällt da viel rascher ab (bei niedrigeren Bitraten). Gut, das war ja auch zu erwarten. Interessant war jedoch zu sehen, dass es bei 6500 kbps keine so großen Unterschiede zwischen den beiden Formaten zu sehen gab.

Exemplarisch stelle ich mal einen Ausschnitt aus den "6500-er" Videos hier rein. Der Ausschnitt stammt aus dem ersten Frame einer neuen Szene. Die Bilder sind 150 % vergrößert und wurden mit der geringsten Kompressionsstufe im JPG-Format abgespeichert.

Original


Procoder Express, 6500 kbps


X264, Profil "HQ-Slow", 6500 kbps


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:55, insgesamt 2-mal bearbeitet
Kika 
Moderator


Anmeldungsdatum: 11.06.2001
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Beitrag Beitrag 3 - Verfasst am: So Jan 22, 2006 3:20    Titel: Antworten mit Zitat

Deine Bilder zeigen recht gut die Stärken und Schwächen der jeweiligen Kompressions-Systeme:

H.264 neigt dazu, große Flächen abzusoften
MPEG2 neigt dazu, große Flächen zu verblocken

Beides ist optisch auf einem großen TV eher unangenehm.

Der große Unterschied ist der, dass, je näher man an den jweiligen Grenzbereich (Bitrate) kommt, MPEG2 dazu neigt, alles zu verblocken, während H.264 Details länger erhält, dafür aber große Flächen stärker absoftet.

Witzig ist allerdings, dass bei Deinen beiden Bildern in der MPEG2-Version erheblich mehr Details enthalten sind als in der H.264-Version. Besonders im Bereich des Daches fällt das auf (siehe die zweite, schwarze Linie im Dach, die ist bei H.264 nurmehr eine Pixelwüste, die nichtmal mehr zusammenhängt, während sie bei MPEG2 zwar auch eine Pixelwüste ist, aber durchgehend erhalten blieb).
Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
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Beitrag Beitrag 4 - Verfasst am: So Jan 22, 2006 23:37    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe das Beispiel extra so gewählt, weil man hier (insbesondere auch im Dachbereich) die Unterschiede recht gut erkennen kann. Überhaupt, dieser Dachbereich, damit war ich in den x264-Videos überhaupt nicht zufrieden. Da sah in den niedrigeren Bitraten-Versionen noch verheerender aus.

Wenn ich allerdings die Bilder, so wie sie hier sind – dann jedoch im verlustfreien BMP-Format – einer Metrik-Analyse (Q, basierend auf der SSIM-Metrik) unterziehe, erhalte ich für das x264-Bild dann doch die besseren Resultate. Das gilt auch, wenn ich nur den Dachbereich alleine analysiere. Das ist auch wieder so ein Fall, wo das Auge, nur weil vielleicht mal eine Linie unterbrochen wird, etwas besser sieht, als es tatsächlich der Fall ist. Bei genauerem Hinsehen kann man aber schon erkennen, dass der x264-Ausschnitt dann doch ein paar Einzelheiten mehr enthält als die Procoder-Express-Variante.

Hier noch mal ein Ausschnitt – ebenfalls der erste Frame aus einer neuen Szene -, wo man sehr deutlich sieht, wie stark Mpeg 2 bei einer niedrigen Bitrate gegenüber H.264/AVC abfällt. Die Bilder sind ebenfalls wieder mit 150 % vergrößert worden.

Original


Procoder Express, 3000 kbps


X264, Profil „HQ-Slow“, 3000 kbps


Als Vergleich nochmal die beiden 6500-er Varianten. Man beachte die doch geringen Unterschiede zwischen 3000 kbps und 6500 kbps bei den beiden x264-Ausschnitten im Gegensatz zu den beiden Ausschnitten vom Procoder Express.

Procoder Express, 6500 kbps


X264, Profil „HQ-Slow“, 6500 kbps


Noch ein kleiner Nachtrag. Ich habe jetzt auch mal einen Test mit Nero Recode 2 gefahren. Und siehe da, er meistert die „Dachszene“ mit Bravour! Ob er (bzgl. DV-AVI-Videos) allerdings die bessere Lösung ist, vermag ich auf die Schnelle nicht zu sagen. Habe das Profil „Maximum Definition – AVC“ geladen und u. a. auch die psycho-visuellen Erweiterungen deaktiviert (scheinen beim x264-Encoder gar nicht implementiert zu sein).

Nero Recode 2, Profil „Maximum Definition - AVC“, 6,52 Mbps


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:55, insgesamt einmal bearbeitet
BPHennek 



Anmeldungsdatum: 05.06.2001
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Beitrag Beitrag 5 - Verfasst am: Mo Jan 23, 2006 9:21    Titel: Antworten mit Zitat

Wie sieht der Vergleich der Encodingszeiten aus bitte?
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Gier und Uneinsichtigkeit fressen den Verstand!
bergH 
Moderator


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Beitrag Beitrag 6 - Verfasst am: Mo Jan 23, 2006 13:06    Titel: Antworten mit Zitat

tach auch !

Ich schätze :
h264 = 2 bis 3 * Encodingzeit für MPEG II
Beim ProCo wahrscheinlich eher 2*, da der auch bei MPEG II recht gemächlich ans Werk geht.

Wobei dieser Vergleich ist :
Äpfel <> Birnen
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Gruß BergH
Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
Beiträge: 1741

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Beitrag Beitrag 7 - Verfasst am: Mo Jan 23, 2006 17:39    Titel: Antworten mit Zitat

Auf einem Intel Centrino mit 1,5 GHz habe ich für das Canopus-DV-AVI-Video mit einer Länge von 38 Sekunden nachfolgende Enkodierzeiten ermittelt. Enkodiert wurde jeweils mit variabler Bitrate und 2 Durchgängen. Beim x264-Encoder habe ich das Profil „HQ-Slow“ verwendet.

Procoder Express: 129 Sekunden
Procoder Express (via AviSynth): 153 Sekunden
(CCE Basic: 55 Sekunden)

X264 (via AviSynth und normaler Prioriät): 387 Sekunden

Wenn wir jetzt mal die schnellste PCE-Zeit (ohne AviSynth) mit dem x264-Ergebnis vergleichen, kommen wir genau auf einen Faktor von 3, ansonsten (beide Encoder werden mit dem gleichen AviSynth-Script gefüttert, ergibt allerdings für den PCE ein farbraumverschobenes Video) ergibt sich ein Faktor von ca. 2,5.


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:55, insgesamt einmal bearbeitet
bergH 
Moderator


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Beitrag Beitrag 8 - Verfasst am: Mo Jan 23, 2006 17:54    Titel: Antworten mit Zitat


[Hab' ich aber gut geschätzt]
_________________
Gruß BergH
Archimedes 



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Beitrag Beitrag 9 - Verfasst am: Mo Jan 23, 2006 18:27    Titel: Antworten mit Zitat

Nicht ganz unbedenklich finde ich allerdings die Enkodierzeit bei Nero Recode 2 (Version 2.2.6.17). Nero benötigt ganze 937 Sekunden (via AviSynth) - das wäre ungefähr das 2,4-fache der x264-Enkodierzeit. Eventuell kann man an den Einstellungen noch was drehen, ohne dass die Qualität allzu sehr darunter leidet.

- Profil „Maximum Definition – AVC“.
- High-Quality enkodieren (2 Durchgänge).
- Allgemeine Einstellungen habe ich mal so belassen.
- In „Encoder-Werkzeuge“ habe ich „Adaptiv“ deaktiviert und „Deblocking Stärke“ auf 0 gesetzt.
- In „Visuelle Verbesserungen“ habe ich die psycho-visuellen Erweiterungen deaktiviert.


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:56, insgesamt einmal bearbeitet
Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
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Beitrag Beitrag 10 - Verfasst am: Fr Feb 03, 2006 21:36    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt muss ich den Thread noch einmal aufgreifen. Mir ist zu meiner Schande ein Fehler unterlaufen. Wie sich herausgestellt hat, unterstützt der x264-Encoder gar kein interlaced Material. Während das originale DV-AVI-Video, das Procoder-Express- und das Nero-Recode-2-Video interlaced waren, betrachtete und verglich ich diese Videos mit dem "progressiven" x264-Video. Das tat den hier gezeigten Bildausschnitten aber keinen Abbruch, da diese jeweils den Anfang einer neuen Szene (mit fast keiner Bewegung) markierten.

Ich habe daraufhin auch noch einmal einen anderen Camcorder-Clip (via AviSynth) den beiden Encodern deinterlaced verabreicht und die so gewonnenen Videos miteinander verglichen. Dabei ist mir beim Vergleichen der Nachfolgeframes - das sind die Frames, die nach einem I-Frame folgen - aufgefallen, dass Nero genauso gewisse Bereiche „softet“. Nach Analyse der SSIM-Werte über alle Frames war aber klar, dass das x264-Video dann doch die Nase vorne hat.

Um die Zahlen von oben noch mal zu verifizieren, und um es mir einfacher zu machen, habe ich den interlaced Clip („Autoschwenk“) noch einmal mit Nero Recode 2 (interlaced) und einer Bitrate von 5400 kbps enkodiert. Anhand der ermittelten SSIM-Werte ist eben diese Bitrate dann auch von Nöten, um ein besseres Ergebnis als mit dem Procoder Express (bei 6500 kbps) zu erzielen. Bei der Analyse mit anderen Camcorder-Clip („Wasser“) – diesmal allerdings (via AviSynth) deinterlaced – komme ich auf einen ähnlichen Wert.


Zuletzt bearbeitet von Archimedes am Fr März 07, 2008 13:56, insgesamt einmal bearbeitet
Archimedes 



Anmeldungsdatum: 23.07.2005
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Beitrag Beitrag 11 - Verfasst am: Fr Feb 24, 2006 2:52    Titel: Antworten mit Zitat

Anhand einer anderen kurzen Schwenkszene habe ich auch noch mal für die Bitraten von 1000 bis 6500 kbps in 500-er Schritten die Ergebnisse vom Procoder Express mit den x264-Ergebnissen verglichen. Der Referenz-Clip wurde dabei deinterlaced verabreicht. Enkodiert wurde jeweils mit variabler Bitrate.



Aus den ermittelten SSIM-Werten ist dann diese Grafik entstanden.



Sehr schön zu sehen ist auch, dass mit steigender Bitrate die Unterschiede zwischen zwei korrespondierenden SSIM-Werten (Delta Y in Q) geringer werden.

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