最近整理一些視頻，我發現太多了，就想把一些本來就需要轉碼的視頻縮小一下。因為轉碼的時候為了彌補損失，我將碼率增大了 10-20%，但是如果將 H264 轉 HEVC（當然也可以是其他格式），那么或許不用增大碼率甚至可以減少碼率。

但是碼率縮小多少好呢？

HEVC 的體積一般是 H264 的 50-80%，但是這個跨度也不小。

肉眼觀察太難評了，而且每次都這樣很麻煩，我就找了一些技術評判方法，來找到合理的縮小值。

FFMPEG 支持 SSIM（Structural Similarity Index，結構相似性指數），可以評估兩個視頻之間的差別。我們就使用這個指標。

在轉碼的時候，我們首先要考慮原視頻的碼率。因為碼率極大的情況下，碼率哪怕只有原來的 5%，效果也不會下降太多。而在低碼率的情況下，下降 50% 就會帶來很大的影響。

其次我們需要考慮我們能接受的損失程度是多少。要做到這點，需要通過實驗，建立 SSIM 和人肉眼看到的情況之間的關系。

SSIM 測試

這里需要說明一下，SSIM 只是一個參考，它只是從某種角度上表示轉碼前后的損失度，重點還是我們肉眼看到的情況。

首先這個測試分兩類：第一次我用 Blackmagic Camera 這個 App 拍攝 220Mbps 碼率的 4K H264 視頻，文件大小 80MB；第二次我截取一個 5700Kbps 1080P 流媒體電影片段，文件大小 100 MB，分別代表兩種可能的情況。

本節轉碼時，編碼均使用顯卡加速。

對比測試命令如下：

ffmpeg -i 第一個文件路徑 -i 第二個文件路徑 -lavfi "[0:v]settb=AVTB,setpts=PTS-STARTPTS[main];[1:v]settb=AVTB,setpts=PTS-STARTPTS[ref];[main][ref]ssim" -f null -

這里我使用的是-lavfi "[0:v]settb=AVTB,setpts=PTS-STARTPTS[main];[1:v]settb=AVTB,setpts=PTS-STARTPTS[ref];[main][ref]ssim"，而不是網上常見的-filter_complex ssim，是因為我的兩個視頻如果用這個會識別錯誤。你可以根據你自己的情況修改一下。

你會看到一個類似編碼的過程，然后看到最終的結果：

SSIM Y:0.986175 (18.593297) U:0.995715 (23.680221) V:0.995205 (23.192565) All:0.989270 (19.693974)

它分別顯示了 YUV 和總共的 SSIM。

可以看到在高碼率的情況下，視頻壓到 10% 碼率的時候曲線才出現了波動，當然在肉眼觀察的時候也發現此處開始，畫質有明顯的下降，比如沒有那么銳利了（由于素材不咋地，就不放截圖了）。

我們把圖表縱軸上下限修改一下，可以更精確的看到變化情況：

當在常見的流媒體碼率下，只要壓到 50% 左右，SSIM 就開始有較大損失，雖然肉眼可以發現畫質損失了，但是不明顯，依舊屬于能看。但是當壓到 10% 的時候，那就很無語了。

注意下圖的上下限和上圖不一樣。

下面第一張是原文件，第二張是 45% 碼率的，第三張是 10% 碼率的。可以看到第三張的畫質損失嚴重：

根據數據可以發現，如果碼率相比 100% 碼率的情況下， SSIM 差距達到 0.01，那么畫質會有肉眼可見的損失。如果達到 0.05 -0.1，那么會有很嚴重的畫質損失。

SSIM 僅供參考

這里再次強調一下，SSIM 只是一個參考，它只是從某種角度上表示轉碼前后的損失度，重點還是我們肉眼看到的情況。不要本末倒置。

比如在一些特殊情況下，兩個完全不同的視頻的 SSIM 可能能達到 0.9 的級別。只不過我們在測試原視頻和轉碼文件的時候這個指標可以當做參考。

同碼率下轉碼一定有損失

首先這種換編碼的轉化一定有損失，那怕不降低碼率甚至提高 20% 的碼率也會有損失，上面的測試中你也可以看到 100% 的時候 SSIM 也不為 1（5700K 測試 為 0.992643，而 220m 的結果為 0.896002）。如果你使用--lossless可以保證無損，但是碼率會高很多，不劃算。

關于無損轉碼的詳細說明可以看 x265 - readthedocs。

選擇 75% 碼率

根據上面的測試，我們可以看到 50% 左右一定會損失畫質，只是不明顯罷了，但是 50% 到 100% 這區間，可以看到變化不大，我們可以取中間值。

此外，在 Blackmagic Camera App 中， H264 的編碼為 220Mbps，而 HEVC 的編碼為 160Mbps，約為73%。

所以選擇 75% 碼率是一個比較合理的選項。

在完整轉碼一個約 680 MB 的文件視頻后，得到 SSIM 為 0.989270，肉眼可見沒啥區別。證明這個比例是比較合適的，節約了四分之一的體積，雖然小文件沒什么區別，但是 1TB 變成 0.75 TB，還是差距巨大的

H264 轉 HEVC

在使用 FFMPEG 將 H264 轉為 HEVC，請使用以下命令：

ffmpeg -c:v h264_cuvid -i 輸入文件路徑 -c:v hevc_nvenc -b:v 碼率 -tag:v hvc1 輸出文件路徑

解釋一下：

• -c:v libx265：表示使用 libx265 軟件編碼器。
• -b:v 碼率：這里設置碼率，需要注意如果是大碼率，比如上面的 220Mbps 這種級別，不要使用220m，而是應該使用220000k，因為前者可能會導致轉碼后的碼率非常低，比如我在測試過程中發現，使用220m轉碼后只有7562 kb/s，這差距太大了。
• -tag:v hvc1：這部分是為了支持 Apple 的 HEVC，不然你轉碼完的視頻會發現無法使用 Mac 等蘋果設備的播放器播放。

如果你需要使用 Nvidia 硬件加速，那么使用以下命令：

ffmpeg -c:v h264_cuvid -i 輸入文件路徑 -c:v hevc_nvenc -b:v 碼率 -tag:v hvc1 輸出文件路徑

解釋一下：

• -c:v h264_cuvid表示使用硬件解碼器。如果你的格式出現問題，那么不要用這個，使用軟件解碼兼容性更高，而且速度沒啥區別，就是 CPU 利用率高。
• -c:v hevc_nvenc：表示使用 NVENC 的 HEVC 硬件編碼器。

希望能幫到有需要的人～

參考資料/擴展閱讀

Structural similarity index measure - Wikipedia：SSIM 的維基百科，里面解釋了 SSIM 是如何計算的。

H.265/HEVC Video Encoding Guide - FFMPEG：FFMPEG 官方關于 HEVC 的編碼指南。如果你需要使用 HEVC 編碼，那么建議看看這個指南。

11.237 ssim - FFmpeg Filters Documentation：FFMPEG 關于 SSIM 的文檔。

此外感謝豆包幫我把輸出轉換成表格，方便我制圖。