系列之2─強大的外掛解碼方案-LAV Filters

在介紹這個東西之前，先簡介一下一般影音檔在DirectShow架構的播放器播放時的運作過程，首先是讀取檔案的File source(讀取濾鏡)，將其讀取的內容傳給Splitter(分離器)，前面兩者又可合稱Source filters(源濾鏡)。然後Splitter會將其分離為視訊編碼跟音訊編碼，將視訊編碼傳給Video decoder(視訊解碼器)做解碼，將音訊編碼傳給Audio decoder(音訊解碼器)做解碼，然後解碼完的視訊內容傳給Video renderer(渲染器)渲染後交由顯卡輸出，解碼完的音訊內容則交給音訊裝置輸出(預設是DirectSound Device)。

若是播放DVD，則源濾鏡會使用win內建的DVD Navigator，其他則大同小異。

而今天要介紹的主角LAV Filters，則是一個包含分離器/視訊解碼器/音訊解碼器三者的外掛解碼方案，內容有LAV Splitter、LAV video decoder、LAV audio decoder三者，由DOOM9論壇上的nevcairiel所開發，檔案格式支援性高，完整支援各種10bit編碼，亦支援DVD及BD的解碼(BD的選單則尚不支援)，BUG少，功能強大但又實用而不花俏。

以往在MKV檔的播放上，也有人推薦Haali Media Splitter這款分離器，可惜其似乎已停止開發，而LAV Splitter在不斷改進下，其功能已不輸給Haali Media Splitter，而我在預設的狀態下去測試也發現LAV在拉動時間軸時的反應時間要快得多，所以我認為現在已可捨Haali Media Splitter而將LAV Splitter做為預設的分離器。

在解碼器方面，LAV比MPC-BE內建的更具優勢之處個人認為至少有以下幾點：

1. 強大的硬解支援能力，MPC-BE內建的解碼器硬解只支援微軟標準的DXVA，而LAV video decoder除了支援DXVA外亦支援NV卡的CUVID解碼，及Intel的QuickSync解碼，此外還支援DXVA-copy back，以及D3D11解碼(0.71版加入)，這個後面會再介紹。
2. 10bit、16bit color space的輸出支援，可以直接輸出如P010、P016等等這些解碼完的10bit、16bit color space的內容給渲染器處理，MPC內建輸出就只有NV12、YV12、YUV2這些8bit的color space。(新版本的MPC-BE已能支援P010等等輸出了)
3. 若讓LAV直接輸出RGB訊號，其內建的Dithering算法亦有極高的轉換品質。
4. 多聲道降混頻可自由設置Center、Surround及LFE三者的混合比例。
5. 具備MKV Edition/Ordered Chapters/Segment linking 章節連結/選擇功能(0.56版後加入)

上面廢話講了那麼多，還是趕快來介紹安裝及設置，首先一樣到官方討論頁下載最新的版本安裝：

http://forum.doom9.org/showthread.php?t=156191

一路點下去就好

安裝完後打開MPC-BE，到設定裡的"內部篩選器"裡，把Source Filters、Video Decoders、Audio Decoders三個分頁所有的格式全部取消勾選(依情形也可勾選一些格式與LAV做互補利用)

到"外部篩選器"裡，新增圖示裡的三個，LAV Splitter Source的優先權不更動，其餘兩個設為"偏好"(Prefer)

在LAV Splitter上點兩下可打開設定頁，預設如下：

Audio和Subtitles可設定讓其優先選擇的音軌跟字幕軌(如有需要的話)，左下角的Enable System Tray Icon是會讓影片播放時在右下角工作列出現一個小圖示，右鍵點一下小圖示可選擇視訊/音訊/字幕串流切換(影音檔內封)，也可隨時打開這個設定頁。

在LAV video decoder上點兩下打開設定頁，預設如下：

簡單介紹一下幾個功能，右上角的Hardware Acceleration即是關於硬體解碼的設置，預設是不使用(即軟解)，要開硬解的話則在下拉式選單選擇要用的模式：

1. NVIDIA CUVID，顧名思義是N卡才能用的硬解模式，使用N卡的CUDA視訊解碼API，XP及WIN7之後作業系統皆可使用
2. Intel QuickSync，為Intel內顯的硬解API，當然是Intel內顯才能使用
3. DXVA2(copy-back)，為微軟DXVA2標準的硬解模式，而copy-back指的是將顯卡解碼完的內容從顯卡記憶體中抓回主記憶體，此為較新的模式，好處是能在解碼器跟渲染器中間插入後處理濾鏡(如ffdshow raw video filter或是xy-vsfilter這類)，就如同軟解一般。但缺點是CPU占用率仍較傳統型硬解(DXVA2(native))高一點，且反應速度會慢一點。這個模式A/I/N三家顯卡都能使用，不過因為是DXVA2，所以不能在XP下使用(XP只支援DXVA1) LAV在0.64版之後對DXVA2(copy-back)做了一些改動，當解碼→輸出格式為NV12→NV12或P010→P010或P010→NV12時這三種情形時會自動套用一個DXVA2 Copy-Back Direct mode，這個模式下解碼效率大幅增進，逼近DXVA2(native)的水準。選擇此模式時底下的下拉式選單"Hardware Device to use"可以指定解碼的顯卡，但必須是有啟用狀態的顯卡(可能必須連接螢幕)，選擇Automatic則是自動挑主顯卡解碼。
4. DXVA2(native)，微軟DXVA2標準的傳統型硬解API，是最常見的模式，效率僅次於D3D11 (native)，CPU占用極低，A/I/N三家顯卡都能使用，XP下不能用。缺點是不能在解碼器跟渲染器中間插入任何後處理濾鏡，此外，N卡在使用此模式時會有一些chroma的畫質損失(copy-back模式則無此問題)，解HDR影片也會有一些banding問題。
5. D3D11，上面的DXVA2是使用D3D9介面，這個則是使用較新的D3D11介面，是目前效率最好的硬解模式(指D3D11 native)，而且可以確保得到跟軟解完全相同的畫質，不會有上面DXVA2(native)提到的一些畫質損失狀況。但由於D3D11在win7下無法輸出NV12跟P010，也就是說這個模式必須win8之後的系統才能使用。這個模式一樣有分native跟copy-back，這邊的下拉式選單"Hardware Device to use"選擇Automatic則是使用native，選擇任一顯卡則是使用copy-back，但注意native模式必須要渲染器支援才能使用，目前只有madVR有支援，如果不是搭配madVR使用的話都會自動切換成copy-back。而native模式目前madVR也尚未支援硬體去交錯，要播interlaced影片的話建議選擇任一顯卡讓它變copy-back就能做硬體去交錯。

效率比較：D3D11 native >= DXVA2(native) > D3D11 copy-back >= DXVA2(copy-back)

選擇硬解模式時，右方也可選擇要讓其執行硬解的格式，沒勾選的就是使用軟解，Resolutions是指要讓其硬解的解析度，把UHD勾選的話則對4K解析度(3840*2160)的檔案也可進行硬解(要N卡VP5以上、A卡UVD5以上跟I卡IVB以上才支援)。

這邊也要澄清一個觀念，硬解畫質並沒有比較好或比較差(除了上面提到的DXVA2-native的某些狀況)，純粹只是把解碼工作由CPU轉交給顯卡去做而已，而且必須完全符合標準規範的格式才能硬解，自己壓製的，如果參數比較奇怪，或是像10bit h.264編碼這些都是不能硬解的。對比較舊的顯卡來說，如果CPU能力還不差的話建議還是使用軟解，原因在於軟解能力雖然也會因CPU等級不同而有差別，但不像硬解受硬體影響那麼大(各世代顯卡硬解能力不同，驅動也會影響)，比較穩定不容易出問題，至於效率上，以A卡來說的話，就算UVD4這代，效率還是比軟解慢很多，測試同一個影片用硬解跟軟解，快速拉動時間軸，去比較其反應時間應該可以明顯地感覺出來。
不過同樣情形在N卡跟I卡上並不成立，N卡VP4效率普遍比軟解慢，但N卡到VP5這一代跟軟解的效率則互有高下，視CPU能力而定，以Intel i5-2400來說在CPU解得動的場合下普遍還是比VP5快一些。而在I內顯跟N卡VP6之後(Maxwell架構之後的N卡)和A卡UVD5之後(GCN 3rd gen架構之後的A卡)的場合則完全顛倒過來，硬解是壓倒性的比軟解快(用DXVA Checker跑分可以很明顯比較出來，但因為軟解已經很快了，所以有時候這種快在播FHD影片不一定有感就是了，要在4K影片的場合比較有感覺)，如果是這些架構之後的顯卡就很推薦使用硬解！

要知道自己的顯卡硬解模組是哪一個世代的可參考維基
http://en.wikipedia.org/wiki/Unified_Video_Decoder
http://en.wikipedia.org/wiki/Nvidia_PureVideo

再來介紹左上角的Settings for Interlaced Streams，這是針對交錯掃描的片源所做的選項(如電視錄製下來的1080i檔案或是標準DVD的輸出格式皆為此類)，關於交錯掃描相關的知識實在太過長篇大論，請自行GOOGLE，這邊不再贅述。Field Order是指場序，Deinterlacing Mode是指解碼器判斷交錯片源的方式，一般讓其保持Auto即可，不過有時會遇到判斷錯誤的情況則必須進行手動設置。像影像進行去交錯時，如果畫面抖動嚴重通常就是場序弄錯了。

Deinterlacing Mode選Auto有時候也會遇到該去交錯而沒有去交錯的情況......

Deinterlacing Mode除了Auto外還有三個選項，Agressive是指影像串流中有偵側到交錯式的畫格則全部進行去交錯處理，Force是指不論內容一律進行去交錯處理，Disabled是指不論內容一律當作循序掃描影像(不進行去交錯)。

右下角的Software Deinterlacing是指軟體去交錯，一般渲染器如果能正常呼叫顯卡執行硬體去交錯(Hardware Deinterlacing)的話則不需要勾選此選項，不過如果想使用軟體去交錯也可勾選，軟體去交錯對CPU負擔較大，效果的話個人覺得跟硬體去交錯差異不大。另外需注意DXVA2 Copy-Back Direct mode在YADIF啟用時無法作用。

右邊中間是N卡專用的Hardware Deinterlacing，N卡可勾選，不過N卡跟其他家顯卡亦可由渲染器透過DXVA呼叫硬體去交錯功能，所以不一定要勾，個人比較喜歡交給渲染器呼叫。

建議設置如下(win8以上)，輸出格式可以全勾：

"Format"這個分頁，維持預設即可

如果要看影像播放時有無啟用硬解，除了上一篇提到的MPC-BE右下角的GPU小燈號外，也可在影像播放時右鍵>篩選器，點開LAV video decoder，看看右上角的硬解模式是否為Active

此為有啟用硬解，跑native模式

此為有啟用硬解，跑copy-back direct模式

此為無法啟用硬解，使用軟解

在軟解4K HEVC編碼的影片時，x64版本的LAV效率遠大於x86，故有軟解4K HEVC的需求我會建議用x64版本的LAV搭配x64播放軟體。

硬解的話x86和x64效率上差別就很小了

NV卡的Kepler和Maxwell架構之後，以及Intel Haswell之後的內顯，更新到最新的驅動後都能使用HEVC硬解

Intel官方的網頁：
https://communities.intel.com/thread/59216

須注意的是，這種硬解並不是我們傳統意義上的硬解，而是屬於混合硬解(Hybrid HW decoder)

混合硬解大部分是利用顯卡shaders來解碼，效率比較低，CPU使用率也會比較高，
而且解碼能力直接跟顯卡效能成正比，也就是說遇到幀數高一點的流量高一點的4K HEVC，
顯卡效能不夠的話解起來就可能會頓，我自己的750ti測試起來，HEVC硬解效率就十分低落，遠不如x64軟解.

而傳統意義的純硬解(fixed function HW decoder)，利用顯卡裡固有的解碼模組，
效率高很多且解碼能力不會受到顯卡效能影響，以現有的NV卡和I內顯來說H.264、VC-1、Mpeg-2都屬此類......

以NV卡來說GTX 970和980以及比他們更早出的顯卡，HEVC解碼都是混合硬解，而且都只有支援到8bit HEVC，10bit HEVC不支援

至於Intel內顯來說，Haswell、Broadwell的HEVC解碼也都是混合硬解，
只是Haswell支援到8bit，而Broadwell可以支援到10bit HEVC
而Skylake，支援8bit HEVC的純硬解，但10bit HEVC只支援混合硬解
2017年發表的Kaby Lake架構之內顯才有HEVC 8bit/10bit全面的純硬解支援

世界上第一張支援HEVC"純硬解"的獨顯是2015年1月22日發表的NV的GTX 960(解碼模組VP7)，10bit HEVC(main@10)也有支援，在其之後發表的N卡有VP7以上模組的也都有支援HEVC 8bit/10bit純硬解了
而AMD則是在2016發表的Polaris(RX 4xx系列)之後的顯卡有HEVC 8bit/10bit的純硬解支援

擁有HEVC純硬解能力的顯卡，使用LAV開啟硬解時就會自動用顯卡裡固有的解碼模組來解碼，如同H.264那樣，而不會再使用混合硬解。

另外就是VP9編碼的部分，這個是Google主推的編碼格式，主要是用在線上串流，像Youtube就是其大宗。要測試VP9硬解的部分可用MPC-BE直接來播Youtube的影片(設定裡選擇WebM優先)。VP9 profile0(8bit)，NV也是從GTX 960(解碼模組VP7)開始有支援純硬解；而VP9 profile2(10bit)的純硬解，至2016年底為止只有GTX 1050/1050 Ti 有支援。
AMD的部分則到2016年底為止的卡都尚未支援VP9純硬解(但RX 4XX似乎有支援VP9混合硬解，但目前無法用正規方式開啟)
Intel內顯的部分，Skylake只支援VP9 8bit的混合硬解，Kaby Lake才有支援VP9 8bit/10bit的純硬解

接下來介紹LAV audio decoder的設置，一樣點兩下進入設定頁，以下為預設設置：

如果跟我一樣是兩聲道喇叭或耳機的話，可將設定改成這樣：

第1頁的"Convert Output to Standard Channel Layouts"是在透過HDMI做聲音輸出時，如聲道數未達標準5.1/6.1/7.1聲道則會自動添加靜音聲道補足。當然一般兩聲道的類比輸出是不用勾選的。

第二頁的Enable Mixing勾選的話，在解多聲道的訊號時就會將其降混成兩聲道輸出(其他也可降混成單聲道/4.0/5.1/6.1/7.1，但注意只能多變少不能少變多)我設置的數值是ITU規範裡多聲道降混到立體聲的建議混音比例，若不喜歡也可設置成自己喜愛的數值。

另外請注意，如果喇叭或耳機沒有良好的低頻響應，LFE這項還是維持預設的0會好一點

右上角有一個"Clipping Protectiom"，一些等級較低的喇叭遇到動態範圍較大的音源可能會產生破音，這時可將這個選項勾選，它會適時調整聲道的動態範圍讓其不會破音，效果有點類似"Normalize Matrix"但不會像其損失那麼多音量。

至於Matrix Encoding，是用在PC輸出給有Dolby Pro Logic解碼能力的擴大機才有作用，它的作用是能把立體聲拓展成多聲道，Pro Logic支援拓展到4聲道，Pro Logic II支援到5.1聲道。如果沒有此類設備的話請選擇None。

"Formats"分頁，維持預設即可，"WMA"相關格式無勾選，會自動交給DMO解碼

設定完成，最後在播放影片時檢查一下是否成功調用了

2013/02/15新增：

LAV Splitter的語言(字幕)偏好設置說明

先聲明一點，LAV Splitter的選擇邏輯，只對內封的字幕跟音軌有效(像封在MKV檔裡面的字幕檔)，外掛的字幕檔跟音軌則不在LAV Splitter的管轄範圍內。

使用時要先取消MPC-BE內建的預設軌道，否則會覆寫LAV的設定

以下圖為範例來說明

在Subtitle Selection Mode的選單裡有四種模式可以選擇，下面逐一說明(其實大多是翻譯一下原文說明而以)

• "No Subtitles"顧名思義，不載入任何字幕
• "Only Forced Subtitles"，只選擇有強制軌(forced track)標記的字幕，被選擇的字幕遵守語言偏好設定(在Subtitles的欄位中填入語言的3個英文字代碼，如英文"eng"'、中文"chi"，則該語言會被優先選擇)
• "Default"，有強制軌(forced track)或是預設軌(default track)標記的字幕會被選擇，被選擇的字幕遵守語言偏好設定
• "Advanced"，此模式可透過在Subtitles的欄位中填入特定的語法來編寫自己的語言選擇邏輯，以下介紹其所使用的語法

其語法是由一組音軌跟一組字幕軌組成，由分號隔開，例如"eng:ger"即代表"讀取到一個英文的音軌時，選擇德文的字幕"
另外有兩個特殊的指令
"*"代表"全部"
"off"代表"不選擇"
例如"*:eng"代表"任何音軌下都選擇英文字幕"，也可以反過來用，"eng:*"代表"讀取到英文音軌時選擇任何字幕"
"eng:off"則代表"讀取到英文音軌時，不選擇任何字幕"

另外還有以下四種標記
"d"代表有預設軌(default track)標記的字幕
"f"代表有強制軌(forced track)標記的字幕
"h"代表聽障人士用字幕(hearing impaired)，此在美國及日本電視節目較常見
"n"代表一般串流(normal streams)字幕，即沒有以上三種標記的字幕
以及否定標記"!"，例如"!h"則代表"非h"，也就是"dfn"，依此類推

標記的用法，是在上面提到的語法中，用"|"這個符號附加在後面，例如"*:*|f"，則代表"讀取到任何音軌時，選擇任何有強制軌標記的字幕"

一個完整的字幕選擇邏輯，可藉由在Subtitles的欄位中輸入數個這樣的語法來建立起來，每個語法間用空格或逗號分隔開，LAV讀取他們的順序是由左至右，第一個符合條件的字幕就會被選擇
例如以下這個邏輯"eng:eng|f eng:ger|f eng:off *:eng *:ger"，它代表的是"如果音軌是英文時，選擇有強制軌標記的英文字幕，沒英文字幕時就選擇有強制軌標記的德文字幕，都沒有時就不選擇字幕，如果音軌不是英文時，選擇英文字幕，沒英文字幕時選擇德文字幕"


不過對中文使用者來說，還是有一些問題就是了，在於中文有簡體字跟繁體字兩種區別，但是在內封軌的代碼中(以MKV來說)不管簡體字幕跟繁體字幕都是"chi"(Chinese)，有些字幕組則是全部都封成und(未知)，也就是說，上面的邏輯並沒有辦法區分出繁體字幕跟簡體字幕

而以我上面那張範例圖來說，我設定的"*:chi|!d *:und|!d *:*|d *:*"這個邏輯的意思是
"讀取任何音軌時，選擇任何不是預設軌的chi字幕，沒非預設軌chi字幕的話選擇任何不是預設軌的und字幕，沒非預設軌und字幕的話選擇任何預設軌字幕，沒預設軌字幕的話選擇任何字幕"
這樣設定是因為有些對岸的字幕組出的簡繁內封檔會把簡體中文字幕設為預設軌，因此我這樣設置就能讓其自動讀取繁體中文的字幕檔，但是如果遇到預設軌是繁體中文字幕的，或是裡面有封超過兩個的chi或und字幕檔，這種設定方式有時候也是破功，還是勤勞一點手動選擇吧！
(或是乾脆用播放器內建的字幕軌偏好選擇，它辨識tag的能力還不錯)

此外，個人實測發現，對於ts檔而言，MPC-BE內建的延遲最短支援度也高，故建議ts檔以MPC-BE內建做為分離器

內部篩選器source filter那邊勾選"MPEG PS/TS/PVA"

到Priority這項，保持預設即可