Ersetzt QBVE den VMAF?

Nein. QBVE baut auf den VMAF-Werten pro Frame auf. Es ersetzt Mittelwert oder harmonisches Mittel als Entscheidungswert, weil Mittelwerte kurze, sichtbare Qualitätseinbrüche verstecken.

Wie wird QBVE berechnet?

Für jeden Frame unter der Qualitätsschwelle T wird die Abweichung T minus VMAF quadriert. Diese Werte werden summiert und durch die Gesamtzahl der Frames geteilt. Frames über der Schwelle zählen null, niedriger ist besser, 0 heißt: kein Frame unter der Schwelle.

Was ist Quality Pumping?

Ständige Qualitätsschwankungen, die ein Bild unruhig wirken lassen. Minimaler VMAF oder 1% Low zeigen nur, wie tief ein Einbruch war, nicht wie oft und wie lange. QBVE erfasst Stärke und Dauer.

Warum die Schwelle 93, und was gilt für 1080p?

VMAF 93 ist unsere Basis für hochwertige UHD-Inhalte in HEVC. Je niedriger die Auflösung, desto niedriger die Schwelle: Für 1080p nehmen wir anfangs 72 an. Die Schwelle kann angepasst werden, solange sie in einer Testreihe gleich bleibt.

Wie verbessert IRIS den QBVE?

Die IRIS-Entrauschung stabilisiert die Quelle vor dem Encoding, und Per-Shot-Encoding verteilt die Bits dorthin, wo Szenen sie brauchen. In unserer UHD-Fallstudie sank QBVE bei vergleichbaren Bitraten von 9,465 auf 5,062.

QBVE: QUADRATIC BAD VMAF ENERGY

Eine Qualitätsmetrik, die zeigt, was VMAF-Mittelwerte verstecken

Ein Video kann einen "exzellenten" mittleren VMAF von 94 erreichen und trotzdem sekundenlange, sichtbare Qualitätseinbrüche enthalten. QBVE, entwickelt bei Wavelet Beam, misst nur die Energie dieser Fehler unterhalb einer Qualitätsschwelle. So wird aus einem subjektiven Aussetzer ein harter Messwert, und Encoder-Vergleiche werden ehrlich.

Das Problem mit Mittelwerten

Arithmetisches und harmonisches Mittel vermischen Qualitätseinbrüche mit guten Frames. Ein schwerer Aussetzer in einer bewegten Szene wird statistisch von ruhigen, perfekten Szenen überdeckt. Automatische Convex-Hull-Berechnungen auf Basis solcher Mittelwerte wählen Bitraten, die auf dem Papier gut aussehen, in der Praxis aber scheitern.

Mehr als "1% Low" und minimaler VMAF: Quality Pumping

Die Branche schaut inzwischen auf "1% Low"-Statistiken, um Qualitätseinbrüche zu finden. Das greift zu kurz: Ein einzelner Tiefstwert wie der minimale VMAF zeigt nur, wie tief ein Einbruch war. Er erfasst weder die Häufigkeit noch die Dauer noch die Ermüdung durch ständige Qualitätsschwankungen. Diese visuelle Unruhe nennen wir Quality Pumping, und klassische Metriken können sie nicht beziffern. QBVE misst die gesamte Energie aller Fehler unterhalb der Qualitätsschwelle, so zählen Stärke und Dauer jedes Einbruchs. QBVE macht die visuelle Ruhe eines Bitstreams messbar.

So funktioniert QBVE

QBVE = (1 / N) · Σ max(0, T − VMAF_i)²

N = Anzahl der Frames, VMAF_i = VMAF von Frame i, T = Qualitätsschwelle, zum Beispiel 93

Straffilter: Frames oberhalb der Schwelle tragen null bei. Exzellente Frames können einen fehlerhaften Frame nicht "retten".
Quadratische Strafe: Die Abweichung unter der Schwelle wird quadriert, sichtbare Artefakte wiegen also viel schwerer als kleine Schwankungen. Ein Einbruch auf VMAF 75 zählt etwa 5-mal so stark wie einer auf VMAF 85.
Gated MSE: QBVE funktioniert wie ein mittlerer quadratischer Fehler, der sich erst unterhalb der Schwelle öffnet. Niedriger ist besser, 0 heißt: Kein Frame lag unter der Schwelle.

Die Wahl der Schwelle

Die Schwelle T ist der VMAF-Wert, unterhalb dessen Artefakte für den Zuschauer sichtbar werden und die QBVE-Strafe beginnt.

UHD als Basis: Für hochwertige UHD-Inhalte (3840x2160 mit 50 fps) in HEVC verwenden wir die Schwelle 93. Jeder Einbruch darunter ist eine messbare Störung der visuellen Ruhe.
1080p: Bei niedrigeren Auflösungen werden Artefakte anders wahrgenommen. Mit einer linearen Interpolation über die Pixelzahl im Verhältnis zu UHD nehmen wir für 1080p (HEVC 1920x1080 mit 50 fps) eine Anfangsschwelle von 72 an. Als Regel gilt: Je niedriger die Auflösung, desto niedriger die Schwelle.
Vergleichbarkeit: Eine formale Normierung über die Auflösungsstufen ist möglich, aber nicht nötig, solange QBVE innerhalb derselben Testreihe einheitlich ausgewertet wird.

Rechenbeispiel: wenn 1 VMAF-Punkt alles bedeutet

Ein 10-minütiges Video mit 50 fps hat 30.000 Frames und einen mittleren VMAF von 94. Brechen etwa 1.364 Frames, rund 27 Sekunden, auf VMAF 72 ein, sinkt der Mittelwert nur um 1 Punkt: (1.364 × 22) / 30.000 = 1. Mit der Schwelle 93 meldet QBVE (1.364 × 21²) / 30.000 = 20,05. 1 Punkt weniger klingt harmlos, ein QBVE von 20,05 zeigt, dass es das nicht ist.

Fallstudie: Standard-Encoding gegen IRIS (UHD)

Netflix-Testmaterial "Meridian", 43.092 Frames in UHD (3840x2160), encodiert in HEVC bei vergleichbaren Bitraten, gemessen mit IRIS.ANALYST. Ohne IRIS schwankt das Signal stark: Trotz hohem Mittelwert führen häufige Qualitätseinbrüche zu einem QBVE von 9,465, einem unruhigen, flackernden Bild. Mit IRIS-Entrauschung und Per-Shot-Encoding wird die Entropie stabilisiert, bevor sie den Encoder erreicht.

Metrik	Standard-Encoding	Wavelet Beam (IRIS)	Änderung
VMAF Mittelwert	94,985	96,023	+1,04 Punkte
VMAF Minimum	62,197	64,056	+1,86 Punkte
PSNR-Y Mittelwert	46,211 dB	47,444 dB	+1,23 dB
QBVE (T = 93)	9,465	5,062	−46,5 %
Bitrate	7,316 Mbit/s	7,546 Mbit/s	+3,1 %

Der minimale VMAF stieg um weniger als 2 Punkte, aber QBVE wurde bei nur 3 % mehr Bitrate fast halbiert. IRIS hebt nicht nur den Tiefstwert an, es beseitigt das ständige Pumpen der Qualität und liefert ein stabiles UHD-Erlebnis.

QBVE-Vergleich: Standard-Encode QBVE 9,465 gegen Wavelet Beam IRIS QBVE 5,062

Qualitätsanalyse pro Frame: ohne IRIS (links, QBVE 9,465) und mit IRIS (rechts, QBVE 5,062).

Die richtige Referenz

Wer VMAF, PSNR und QBVE mit Rauschunterdrückung misst, steht vor einem Paradox: Standardmetriken bestrafen jede Abweichung von der Quelle, auch das Entfernen von unerwünschtem Sensorrauschen. Deshalb messen wir:

IRIS-Workflow: entrauschte Quelle gegen Encode mit IRIS-Entrauschung
Standard-Workflow: Originalquelle gegen Encode ohne IRIS-Entrauschung

Gegen das verrauschte Original fällt der PSNR eines entrauschten Encodes in den Bereich von 30 dB, nur weil das entfernte Rauschen als Fehler zählt. VMAF dagegen ist für hochfrequentes Zufallsrauschen weitgehend blind: Eine entrauschte Datei erreicht gegen das Original 98 bis 100. Das belegt, dass die IRIS-Entrauschung den eigentlichen Bildinhalt nicht verschlechtert, sagt aber nichts darüber, wie gut der Encoder das bereinigte Signal erhält. Die entrauschte Datei ist deshalb die Referenz für alle IRIS-Workflows. Sie entspricht dem, was ein Beobachter neben der Kamera am Set gesehen hätte: die Szene ohne Sensorrauschen und ohne Kompressionsartefakte.

Ein zweites Problem: keine Fehlerintervalle

VMAF ist ein Machine-Learning-Modell, trainiert auf subjektiven Zuschauerbewertungen, und jedes solche Modell hat eine Vorhersageunsicherheit. Trotzdem wurden für VMAF keine systematischen Fehlerintervalle veröffentlicht. Erreicht ein Encoder 94,2 und ein anderer 93,8, kann niemand sagen, ob der Unterschied signifikant ist oder im Rauschen des Modells liegt. QBVE löst das erste Problem direkt und macht das zweite unübersehbar.

QBVE in unserem Workflow

IRIS und IRIS.ANALYST: IRIS bereinigt das Bild, IRIS.ANALYST erzeugt die Metadaten, die die Encoding-Strategie steuern.
Per-Shot-Encoding mit FFmpeg: Die Analysedaten optimieren die Bitratenverteilung mit Standardwerkzeugen, ohne proprietären Encoder.
QBVE-Messung: Sind die HLS-Dateien erzeugt, berechnet unser QBVE-Tool den abschließenden Stabilitätswert. Bitrateneinsparungen dürfen nicht auf Kosten der visuellen Konstanz gehen.

IRIS.ANALYST und das QBVE-Tool stehen Kunden von Wavelet Beam zur Verfügung. Ergänzend zählen wir die Frames unter VMAF 93, unter VMAF 87 und unter 40 dB PSNR.

Nicht Mittelwerte messen, sondern Fehler beseitigen. Wollen Sie sehen, was QBVE in Ihrem anspruchsvollsten Material aufdeckt? Schreiben Sie an info@waveletbeam.com für eine QBVE-Analyse.