# TAKT 案例展示：rav1e 0.8.0，Xiph 测试片段的 AV1 编码

rav1e AV1 编码器 0.8.0 版的两个构建：官方原版，以及经 TAKT 优化后的同一编码器。在五个公开的 Xiph.org 测试片段上，两者输出的 AV1 文件逐字节一致，而 TAKT 构建在 speed 10 下提速 1.38×，在 speed 6 下提速 1.30×（CPU 时钟周期，单线程）。本包提供这两个程序、从 Xiph.org 下载片段的脚本、运行对比的脚本以及我们的测量数据。

## 基准测试的内容

每个片段用一条命令行编码，两个程序的命令行完全相同：

```sh
rav1e <clip>_first64.y4m --threads 1 --speed 10 --quantizer 100 --limit 64 --output <clip>.ivf
rav1e <clip>_first64.y4m --threads 1 --speed 6  --quantizer 100 --limit 64 --output <clip>.ivf
```

speed 10 是 rav1e 最快的预设，speed 6 是其默认预设。片段取自 [Xiph.org Video Test Media](https://media.xiph.org/video/derf/) 合集中原始 8 位 4:2:0 Y4M 文件的前 64 帧，未做任何改动（不缩放，不重新编码）：

| 片段 | 画面尺寸、帧率 | 内容 | Xiph.org 源文件 |
|---|---|---|---|
| Elephants Dream | 1280×720, 24 fps | 3D 动画 | `elephants_dream_720p24.y4m.xz` |
| Park Joy | 1280×720, 50 fps | 公园里的人群和树木 | `park_joy_420_720p50.y4m` |
| Johnny | 1280×720, 60 fps | 人物讲话特写 | `Johnny_1280x720_60.y4m` |
| Bus | 352×288 (CIF), 30 fps | 公交车和街道交通 | `bus_cif.y4m` |
| Stefan | 352×240 (SIF), 29.97 fps | 网球运动员 | `stefan_sif.y4m` |

## 测量（TAKT 测试台）

AMD Threadripper PRO 5975WX（Zen 3），Linux。一个专用核心，其所在核心复合体（CCX）的其余核心保持空闲；用户态时钟周期和指令数来自 `perf stat`，另记录墙钟时间。7 轮交替测量：每一轮中，每个片段都由两个程序先后连续编码，奇数轮先运行原版，偶数轮先运行 TAKT 构建；对每个片段和程序取中位数。某一预设的加速等于五个原版中位数之和除以五个 TAKT 中位数之和。所测文件正是 `bin/` 中的文件，测量使用 `tools/run_bench.sh`。

| 预设 | 原版（十亿周期） | TAKT（十亿周期） | 加速（按周期） | 原版（s） | TAKT（s） | 加速（按时间） |
|---|---:|---:|---:|---:|---:|---:|
| speed 10 | 139.8 | 101.6 | **1.38×** | 32.3 | 23.7 | 1.37× |
| speed 6 | 446.2 | 343.2 | **1.30×** | 101.9 | 78.2 | 1.30× |

按片段（按时钟周期计算的加速；括号内为按墙钟时间计算的加速）：

| 片段 | speed 10 | speed 6 |
|---|---:|---:|
| Elephants Dream | 1.31× (1.31×) | 1.28× (1.27×) |
| Park Joy | 1.38× (1.38×) | 1.29× (1.30×) |
| Johnny | 1.40× (1.38×) | 1.37× (1.36×) |
| Bus | 1.40× (1.38×) | 1.29× (1.29×) |
| Stefan | 1.45× (1.40×) | 1.33× (1.33×) |

按时钟周期计，单个片段的最小加速为 1.28×（Elephants Dream，speed 6）。全部样本、中位数和指令数见 `measurements.json`。

## 等价性

在本基准测试上，TAKT 构建输出的码流与原版 rav1e 完全相同：每一轮中，全部十次编码（5 个片段 × 2 个预设）都逐字节比对，共 70 对，70 对全部一致。每个输出文件的 SHA-256 见 `tools/expected_ivf.sha256`；`tools/run_bench.sh` 会据此检查您的输出。本展示仅涵盖上述配置（8 位 4:2:0 输入、单线程、speed 10 和 6、quantizer 100）；rav1e 的其他选项不在本次测量范围内。

## 运行

```sh
python3 tools/fetch_clips.py              # 下载约 300 MB，写入 clips/（283 MB），校验 SHA-256
tools/run_bench.sh                        # 5 轮，两个预设，两个程序；在我们的测试台上约需 20 分钟
CPU=3 tools/run_bench.sh 3                # 将每次编码绑定到核心 3；3 轮
SPEEDS=10 tools/run_bench.sh 1            # 快速查看：speed 10 下运行一轮（约 1 分钟）
```

`run_bench.sh` 会打印每次编码、中位数与加速表，以及有多少对输出一致；只要有任何一对不同，它就以状态 1 退出。当 `perf` 能统计 `cycles:u` 时会报告时钟周期（否则只报告墙钟时间）。原始数据写入它所打印的工作目录中的 `runs.csv`。两个程序也都可以直接运行，用法与普通 rav1e 命令行相同：

```sh
bin/rav1e-0.8.0-takt clips/bus_cif_first64.y4m --threads 1 --speed 6 --quantizer 100 --limit 64 --output bus.ivf
bin/rav1e-0.8.0      clips/bus_cif_first64.y4m --threads 1 --speed 6 --quantizer 100 --limit 64 --output bus-stock.ivf
cmp bus.ivf bus-stock.ivf                 # 完全一致
```

要求：Linux x86-64，glibc 2.34 或更新版本，CPU 支持 x86-64-v3（AVX2、FMA、BMI2：Intel Haswell 及更新、AMD Zen 及更新的处理器）。`fetch_clips.py` 需要 Python 3.8+（仅使用标准库）；`perf` 为可选。

## 程序的构建方式

两者的构建方式相同：rustc 1.96.0，`cargo build --release --locked --bin rav1e`，使用 rav1e 自带的 release 配置（thin LTO）和默认特性（包括其 NASM 汇编代码），`-C target-cpu=x86-64-v3 -C debuginfo=0`，去除符号。`bin/rav1e-0.8.0` 由 git 标签 [v0.8.0](https://github.com/xiph/rav1e/tree/v0.8.0)（提交 1fd67cd）处未经修改的 rav1e 源代码构建；您可以自行构建并比对。`bin/rav1e-0.8.0-takt` 由经 TAKT 优化后的同一源代码构建。优化后的源代码不公开：我们交付的是构建产物。

## 包内容

- `bin/rav1e-0.8.0`：原版 rav1e 0.8.0；
- `bin/rav1e-0.8.0-takt`：经 TAKT 优化后的 rav1e 0.8.0；
- `tools/fetch_clips.py`：从 Xiph.org 下载五个片段并校验其 SHA-256；
- `tools/run_bench.sh`：运行两个程序，比对输出，打印计时；
- `tools/expected_ivf.sha256`：十个输出文件的 SHA-256；
- `measurements.json`、`SHA256SUMS`、`LICENSE`、`THIRD_PARTY_LICENSES.txt`。

## 许可证与片段版权

rav1e 依据 BSD 2-Clause License 和 Alliance for Open Media Patent License 1.0 分发；两个程序均按相同条款分发（`LICENSE`），链接到其中的第三方代码列于 `THIRD_PARTY_LICENSES.txt`。我们的脚本采用 MIT License。

片段不包含在本包中：`tools/fetch_clips.py` 从 Xiph.org 下载这些片段，它们仍受该网站所述条款的约束。Elephants Dream © Blender Foundation / Netherlands Media Art Institute，采用 Creative Commons Attribution 2.5 许可（[orange.blender.org](https://orange.blender.org/)）。Park Joy 来自 SVT MultiFormat 测试集（Sveriges Television；条款见 [SVT 文档](https://media.xiph.org/video/derf/vqeg.its.bldrdoc.gov/HDTV/SVT_MultiFormat/SVT_MultiFormat_v10.pdf)）。Johnny 在 Xiph.org 目录中标注为公有领域。Bus 和 Stefan 是 Xiph.org 合集中的标准测试序列，该合集列出了它们的原始来源。