bzip2 & x265

Từ khi biết đến mấy chuẩn nén video gần đây (nói là gần đây nhưng thật ra từ H.264 đến giờ cũng 14 năm có lẻ rồi) như H.264, H.265 đều hỗ trợ nén không mất dữ liệu (lossless compression), bằng cách bỏ quá trình transform và quantization, xem ở mục Perceptual redundancy. Đôi lúc tôi thắc mắc xem thử so sánh sánh nó với mấy cái tool nén thường dùng nén các dữ liệu nói chung như Zip, Rar xem xem tỉ lệ nén nó cỡ bao nhiêu.

Kiểm tra bên nào nén mạnh hơn là một việc làm khá là phi khoa học, vì mục đích và đối tượng của 2 thằng khác hẳn nhau, nên việc so sánh kiểu này rất khập khiễng, không có ý nghĩa gì nhiều, cũng chả nói được lên điều chi nốt. Cơ mà mình thích thì mình thử thôi, thử qua 1 lần để từ giờ về sau đỡ “bứt rứt”.

Tôi chọn bzip2 để nén kiểu zip, lựa chọn kiểu zip là khá là ngẫu nhiên vì tôi không biết nhiều về các tool & thuật toán nén này để lựa chọn, đơn giản zip là thuật toán nén có lẽ được dùng nhiều nhất, còn chọn bzip2 là do dựa vào bài này cho thấy bzip2 nén cao so với các phần mềm nén khác như gzip, lzmash.

Về nén video, tôi chọn H.265 vì thời điểm hiện tại nó là chuẩn nén video cho phép tỉ lệ nén cao nhất. Để nén video theo chuẩn H.265 thì chọn x265, theo những gì tôi biết thì đây có vẻ là open source phổ biến và cung cấp độ nén tốt nhất so với các bộ encoder theo chuẩn H.265. Bản thân x265 được xây dựng dựa trên HM tool (HEVC model), là công cụ được nhóm JCT-VC xây dựng trong quá trình xây dựng đặc tả của H.265/HEVC.
Ngoài ra x265 thừa kế rất nhiều thuật toán nén từ x264 (nhìn cái tên chắc cũng đoán được). Mà x264 là open source tốt nhất thực hiện nén theo chuẩn H.264, nghe đâu facebook, youtube cũng dùng (nhưng tôi không tìm thấy thông tin tham khảo ngoài website chính của x264), do đó tôi nghĩ chắc x265 ngon :-), và tất nhiên cái quan trọng nhất để lựa chọn ở đây là cả nó hỗ trợ mode lossless.

Với bzip2 thì file kiểu gì cũng không thành vấn đề, nhưng với x265 vì bản chất nó nén video, nên file đó phải là số nguyên lần của frame size nào đó 🙂 ví dụ 1920×1080 hay chí ít cũng phải là 16×16, vì thế nếu dùng file bất kì thì phải thêm 1 đoạn dummy data vào cho nó đảm bảo việc alignment đấy, sau này khi cần giải nén file đã nén thì ta cắt bỏ đoán dummy data đấy ra là được.
Tuy nhiên để đơn giản thì tôi chọn luôn 1 file raw video, đây cũng là tạo điều kiện thuận lợi cho x265, coi như bzip2 cửa trên, chấp 1 quả trước.

Đầu tiên, người nông dân phải tạo file raw video, để tạo raw video ta kiếm 1 file video nào đó dạng .mp4 chẳng hạn, cái này rất dễ vì a/e thường hay phim ảnh.

$ffmpeg -i conchocon.mp4 -vframes 100 -c:v rawvideo -pix_fmt yuv420p out.yuv

File đang dùng có định dạng yuv420p, 1440×1080 → 1 frame size = 1440x1080x1.5 = 2332800 (byte), vậy 100 frame thì 233280000 byte.

Nén bằng bzip2 với option cho tỉ lệ nén cao nhất.

$bzip2 –best -z -k out.yuv

Kết quả file nén = 85802555 byte, như vậy tỉ lệ nén là 233280000/85802555 ~ 2.71 lần.

Tiếp đến nén lostless bằng x265 với option “–preset placebo” tức tối ưu về tỉ lệ nén.

$x265.exe –input out.yuv –fps 30 –preset placebo –lossless –input-res 1440×1080 –frames 100 -o lossless.h265

Kết quả file sau khi nén có kích thước 32171670 byte, đạt tỉ lệ nén là 233280000/32171670 ~ 7.25. Dùng option nén này thì thời gian nén cực kì lâu, chỉ với 100 frame tức là khoảng 3 giây video nhưng nén hết hơn 30 phút với cấu hình máy Intel(R) Core(TM) i5-3470 CPU@3.20GHz 3.20GHz, 8.00GB.

Tuy nhiên ngay cả lúc tôi chấp nhận không chọn ưu tiên mức độ nén mà chọn việc tối ưu cho tốc độ ” –preset ultrafast” để rút ngắn thời gian nén, lúc đấy hết tầm 16 giây, thì file sau khi nén cũng đạt được 40435062 byte, tỉ lệ nén là 233280000/40435062 ~ 5.77. Kết quả ngoài dự đoán của tôi.

Để chắc ăn là x265 đã thực hiện nén lostless, ta có thể dùng ffmpeg giải nén (decode) và so sánh nó với file gốc lúc đầu.

$ffmpeg -i lossless.h265 dec.yuv
$diff dec.yuv out.yuv

Do việc nén video phải cân đo đong đếm nhiều thứ để thỏa mãn đặc trưng khi nén video, như về tốc độ, về sử dụng memory …, nên tôi nghĩ rằng cho dù ở top đầu nén video như x265 đi chăng nữa thì khó ăn được bzip2 khi so sánh ở mode lossless. Thành ra kết quả nhận được làm tôi khá bất ngờ. Có vẻ như việc lựa chọn file raw video, đồng thời ít có sự chuyển cảnh đã tạo nhiều điểm lợi thế cho x265, y hệt như đang đá bóng sân nhà của x265 công thêm việc trọng tài thiên vị cho nó nốt. Lúc đầu chỉ định chơi nhởi đến đây, nhưng có vẻ quá thiệt cho bzip2, để công bằng hơn chút, lúc nào rảnh thì thử xem với kiểu file văn bản, text, doc … thì điều gì xẩy ra.

Còn nữa …

Tham khảo
[1] https://hevc.hhi.fraunhofer.de
[2] https://tukaani.org/lzma/benchmarks.html
[3] https://www.itu.int/en/ITU-T/studygroups/2013-2016/16/Pages/video/jctvc.aspx
[4] https://github.com/videolan/x265

Creative Commons License

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s