Rate-distortion

Rate-distortion – фундаментальный trade-off в сердце любой lossy-системы сжатия: сколько данных (rate) вы тратите, чтобы достичь насколько маленькой потери качества (distortion)? Тратьте больше бит – больший файл, меньше distortion. Тратьте меньше бит – меньший файл, больше distortion. Вся область видеокомпрессии – это, по сути, изучение того, как сдвинуть эту кривую trade-off как можно дальше вниз-и-влево – меньше distortion при том же rate или меньше rate при том же distortion.

Trade-off проявляется везде в encoding-решениях. Rate-distortion optimisation (`rdo`) – алгоритм энкодера для выбора режима кодирования каждого блока через минимизацию совместной стоимости J = D + λ·R. Rate-distortion curves строят качество (PSNR, SSIM, VMAF – любая distortion-метрика) против bitrate, позволяя сравнить два кодека визуально: кривая, ближе к верхне-левому углу, более эффективна. BD-rate (Bjøntegaard Delta-rate) суммирует разницу между двумя rate-distortion-кривыми одним процентом – «AV1 имеет −30 % BD-rate относительно HEVC» означает, что кривая AV1 сдвинута влево достаточно, чтобы в среднем требовалось на 30 % меньше bitrate для того же качества.

Для продуктовой команды rate-distortion – язык, на котором индустриальные статьи и вендорские бенчмарки описывают качество кодеков. При оценке нового кодека или энкодера вопрос никогда не звучит «лучше ли он?», а «где его rate-distortion-кривая относительно нашей?». Честный ответ часто включает показ кривых для нескольких типов контента – спорт, драма, анимация, скринкаст – потому что rate-distortion-поведение драматически варьируется по контенту. Кодек, выигрывающий на натуральном движении, может проигрывать на анимации. Deliverable любой серьёзной оценки кодека должен быть rate-distortion-плотами, а не одиночными числами.