2019年版自宅録画サーバーのQSV最適化

以前、QSVの設定を最適化しようとして、以下の3種のモードを比較した。

（１）固定ビットレートモード（CBR)
（２）可変ビットレートモード（VBR)
（３）固定量子化モード(CQP)

その結果、固定ビットレートモードの4Mbpsが無難という結論だった。

しかし、固定量子化モードについては、10ファイル程度のサンプリングでは不十分という認識があった。

固定量子化モード調査の設定条件

今回は、固定量子化モードを徹底的に調べようと思い、以下の条件で調査を行った。

（１）データ収集　1チャンネル1週間の番組をすべて録画し、固定量子化モードでトランスコードする。
（2019年11月1～7日）

（２）チャンネル　NHK、テレビ朝日、BSプレミアムの３チャンネル

（３）QSVの固定量子化モードのパラメータ設定

EPGstationのconfigを以下のように設定。
config.jsonの”encode”の項

"encode": [

{
"name": "qsv4m",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv4m.sh",
"suffix": "-4m.mp4",
"default": true
},
{
"name": "qsv23",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv23.sh",
"suffix": "-q23.mp4"
},
{
"name": "qsv24",
"cmd": "/bin/bash %ROOT%/config/enc-qsv24.sh",
"suffix": "-q24.mp4"
}

enc-qsv4m.sh

#!/bin/bash
# epgstation-qsv
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl:

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -b:v 4M -maxrate 8M  -acodec aac  -loglevel error "$OUTPUT"

enc-qsv23.sh

#!/bin/bash
# epgstation-qsv
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl:

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -q 23 -acodec aac -loglevel error "$OUTPUT"

enc-qsv24.sh

#!/bin/bash 
# epgstation-qsv 
export LIBVA_DRIVERS_PATH=/opt/intel/mediasdk/lib64 
export LIBVA_DRIVER_NAME=iHD 
export MFX_HOME=/opt/intel/mediasdk 
export PKG_CONFIG_PATH=/opt/intel/opencl: 

$FFMPEG -y -i "$INPUT" -init_hw_device qsv=hw -filter_hw_device hw -c:v h264_qsv -vf hwupload=extra_hw_frames=64,format=qsv -q 24 -acodec aac -loglevel error "$OUTPUT"

固定量子化モード調査の結果

固定量子化モードのパラメータを「-q 24」に設定した時の結果を以下に示す。

NHK

NHKの番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

縦軸に番組の個数、横軸に圧縮したmp4のビットレート。

テレビ朝日

テレビ朝日の番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

NHKBSプレミアム

BSプレミアムの番組を一週間録画してエンコードした結果は、以下のとおり。

結果の分析

やはり固定量子化モードでは、番組によって大きくビットレートが変動する。

放送データは、地上波デジタルやBSデジタルは1440×1080の16Mbps、NHKBSプレミアムだけは1920×1080の20Mbps。

トランスコードした結果は、以下のとおり。

NHK、テレビ朝日：範囲2M～14Mbps、平均5Mbps程度

NHKBSプレミアム：範囲2M～20Mbps、平均7.7Mbps

パラメータをq=23とq=24でまとめた結果は、以下の通り。

q=23は、q=24より平均ビットレートが0.5Mbps以上高くなってしまうので、q=24かq=25くらいが使うにはいいと思える。

ただし、q=24であっても、まったく圧縮できない16Mbpsや20Mbpsの番組がある。
圧縮が効く、圧縮が効かない番組について、コンテンツのジャンルによる違いを調査した。

コンテンツのジャンルによるビットレートの違い

（１）ドラマ

ドラマは圧縮が効くコンテンツである。例えば、NHKの連続テレビ小説「スカーレット」の場合、日によって変動はあるものの、地上波で1.5～2.5Mbpsに収まっている。

以下が、各局で1週間のうち最高ビットレートのドラマである。

NHK　　　　　連続テレビ小説 ゲゲゲの女房(92)「来るべき時が来た」　　3.5Mbps
テレビ朝日　　科捜研の女9 #5[字][再]　　　　　　　　　　　　　　　　　4.5Mbps
BSプレミアム　大河ドラマアンコール 葵 徳川三代(31)「忠輝勘当」[字]　　4.1Mbps

（２）アニメ

アニメも圧縮が効くコンテンツである。

以下が、各局で1週間のうち最高ビットレートのアニメである。

NHK　　　　　ヴィンランド・サガ(17)「仕えし者」　　　　　　　　　　　5.9Mbps
テレビ朝日　　ドラえもん 【落とし物つりぼり】【強いペットがほしい】　3.3Mbps
BSプレミアム　おしりかじり虫4(10)「ウソでしょ!？さよならかじり屋」　　4.3Mbps

（３）映画

映画もある程度圧縮が効くコンテンツである。

NHK、テレビ朝日は、ほとんど映画を放送していない。
以下が、BSプレミアムの最高ビットレートの映画である。

BSプレミアム　シネマ「ロミオとジュリエット」　　7.2Mbps

（４）ニュース

ニュースは、スタジオと外の映像が混合しているため、中間のビットレートになる。

例えば、以下のとおりである。

NHKニュース７　　6.2～6.5Mbps
報道ステーション　5.6～6.7Mbps

（５）スポーツ中継

スポーツ中継は、動きもあるため、全体に高めである。

例えば、以下のような例がある。

Jリーグ「大分トリニータ」対「FC東京」　　　　　　　　9.6Mbps
世界野球プレミア12 開幕戦 日本×ベネズエラ　　　　　　7.9Mbps
秩父宮賜杯第51回全日本大学駅伝対校選手権大会[字]　　12.4Mbps

（６）圧縮の効かない番組

圧縮に向いていない番組は、特定の番組である。

NHK　　　　　日本夜景めぐり、美しき日本の山々、美しき世界の山々
テレビ朝日　　ぽつんと一軒家、朝だ!生です旅サラダ、じゅん散歩
BSプレミアム　グレートトラバース、にっぽん縦断 こころ旅、
ふらっとあの街 旅ラン10キロ、世界ふれあい街歩き

まとめ

調査結果から、おおよそ固定量子化モードの挙動が見えてきた。

（１）番組によって、圧縮率（ビットレート）が大きく異る。
（２）圧縮できない番組は、アウトドアを映し、動きが大きい。
（３）圧縮できる番組は、インドアを映し、動きが少ない。

以上の結果を踏まえれば、固定量子化モードをうまく使って、画質をある程度保ちながら、番組を適度に圧縮することが可能である。

現在考えている方法は、以下のとおりである。
（１）ドラマ、アニメ、映画は、固定量子化モードのq=24で圧縮する。
（２）ニュースやバラエティは、固定ビットレートの4Mbpsで圧縮する。
（３）スポーツやドキュメンタリーは、固定ビットレートで6Mbps程度、あるいは可変ビットレートで上限8Mbpas程度にする。

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