Что такое av1 кодек
Создание новых видеокодеков это преследует одну ключевую цель: уменьшение количества байтов при сохранении качества видео. Битрейт видео является одной из самых важных характеристик при доставке видео в Интернете, как с точки зрения затрат на трансляции, так и на хранение тяжелых видеоматериалов, требующих всё большее пространство облачного хранилища и большей пропускной способности CDN для доставки. Кроме того, вопрос актуален для зрителей, кто использует мобильный Интернет для просмотра, так как на сегодняшний день видео высочайшего качества им не доступно в принципе.
Сегодня большинство видеоконтента в Интернете кодируются кодеком H.264. Разработанный группой экспертов MPEG и VCEG, H.264 был надежным видеокодеком, но многое изменилось с момента его создания, с введением HDR, разрешений 4K и 8K, VR, 3D и 360° видео, а также выпуск новых аппаратных средств, которые могут быть использованы для кодирования видео с существенно меньшим битрейтом.
Чтобы удовлетворить все эти требования, с тех пор были разработаны другие видеокодеки. Одним из них является H.265, прямой преемник H.264, который обеспечивает значительно лучшее соотношение скорости кодирования к качеству и содержит встроенные технологии оптимизации для обработки больших разрешений, таких как 4K и 8K.
Необходимость нового и более мощного видеокодека понятна. Итак, почему не все видео сегодня кодируются H.265? Одной большой проблемой, которая препятствует широко распространенному принятию H.265, является плата за использование (роялти). H.265 разработан множеством компаний, все из которых владеют серией патентов на базовую технологию. Доставка продукта с H.265 требует, лицензии этих патентов, с расходами в миллионы долларов, что делает использование H.265 очень дорогостоящим делом.
Кодек VP9
Если гонорары препятствуют принятию H.265, другие компании работают над предоставлением рабочих альтернатив. Одна из этих компаний — Google, которая предоставляет полностью бесплатный видеокодек VP9. Стремясь заменить H.264 в качестве основного видеокодека, VP9 также обеспечивает существенно лучшее соотношение использование полосы пропускания к качеству видео. Кроме того, благодаря своей бесплатной модели, кодек VP9 сегодня поддерживается примерно 3/4 веб-браузерами и имеет поддержку аппаратного декодирования на всех современных телефонах Android.
Google в первую очередь испытал VP9 на YouTube, и посчитал расходы на хранение и доставку контента. YouTube хранит 80PB (петабайт) и доставляет 500PB видеоконтента в месяц. Экономия всего на пару процентов на этих числах благодаря лучшей кодировке видео может резко сократить их счет.
Для Google VP9 был прямым решением проблемы снижения эксплуатационных расходов. VP9 – это отличный видеокодек, который решает реальные проблемы, но он в значительной степени остался незамеченным. В то время как у YouTube есть огромная полоса пропускания и счет за хранение, большинство других видеокомпаний немного отстают, пытаясь получить видеоинформацию онлайн. Для них H.264 был стабильным и безопасным выбором, доказанным в отрасли. Однако теперь, когда их инфраструктура уже установлена, они также начнут рассматривать сокращение операционных расходов.
В среднем VP9 по-прежнему превосходит H.265. Это, в сочетании с быстрым ростом потребления мобильного видео, привело к тому, что Google захотел еще лучше сжать свои мобильные видеопродукты. С быстрым развитием программных и аппаратных технологий Google изначально планировала выпускать новые версии кодеков VP каждые 18 месяцев, а VP10 планировался к выходу в 2016 году. Этот план резко закончился 1 сентября 2015 года, когда Google объявил о создании The Alliance for Open Media (AOMedia) и прекратил дальнейшее развитие кодеков VP.
Следующее поколение видео – Alliance for Open Media и AV1
На момент его образования альянса три компании работали индивидуально на видеокодеках:
- Google, с кодеком VP10
- Cisco, с кодеком Thor
- Mozilla & Xiph с кодеком Daala
В то время как все три кодека выглядели многообещающими, их раздельные усилия препятствовали развитию. Стремясь решить эти проблемы, три стороны решили работать вместе и сформировали Альянс Alliance for Open Media (AOM).
С членами-учредителями, включая Amazon, Cisco, Google, Intel Corporation, Microsoft, Mozilla и Netflix, альянс фокусируется на предоставлении следующего видеоформата следующего поколения:
- Бесплатное использование
- Открытый код для широкого взаимодействия различных систем
- Оптимизация для Интернета
- Масштабируемость любого современного устройства с любой полосой пропускания
- Низкие требования к ресурсам для аппаратного кодирования
- Возможность последовательной, высококачественной передачи видео в реальном времени
- Гибкость как для коммерческого, так и для некоммерческого контента, включая пользовательский контент
В конечном итоге это привело к разработке нового, открытого и не требующего роялти видеокодека под названием AOMedia Video 1 (AV1), с конечной целью — повысить пропускную способность на 50% по сравнению с H.265.
На развитие AV1 сильно влияет Google, поскольку они занимают ключевые позиции в браузерном, мобильном рынках, они находятся в лучшем положении, чтобы подтолкнуть принятие AV1 к массам. Кроме того, с Microsoft и Mozilla в качестве членов, неизбежно, что большинство современных веб-браузеров получат поддержку AV1. Google пообещали, что они будут вкладывать долгосрочные средства в AV-кодеки и, подобно кодекам VP, планируют выпускать более новые версии кодеков каждые 18 месяцев
Хотя AV1 выглядит готовым к революционной онлайн-доставке видео, есть еще некоторые открытые вопросы, которые могут оказать существенное влияние на принятие видеокодека.
Во-первых, AV1 обещает радикальные улучшения в отношении битрейта к качеству по сравнению с H.265, однако фактическая производительность AV1 до сих пор неизвестна. Битовый поток и спецификация кодека планировались завершить в конце 2017 года, и только после этой даты мы можем ожидать точных результатов третьих сторон, сравнивающих его производительность с H.264, VP9 или H.265 в своей видеоинфраструктуре.
Кроме того, информация об аппаратных требованиях для потоковой передачи AV1 в данный момент остается под вопросом. Первоначальные демонстрации во время NAB 2017 требовали до 200 виртуальных ядер процессоров для кодирования и для одного видеоканала AV1. Если эти цифры являются указанием фактических требований к оборудованию для потоковой передачи AV1, это, несомненно, будет препятствовать его принятию, поскольку кодирование и транскодирование станет слишком дорогим.
Также открыт вопрос требований к декодирующему оборудованию для воспроизведения видео AV1, что также относится к видеоуслугам, ориентированным на потребление Smart TV. Большинство смарт-телевизоров сегодня поддерживают встроенную поддержку кодеков H.265 на аппаратном уровне. Однако, если те же самые телевизоры Smart не смогут также поддерживать кодек AV1, это может привести к очень медленному принятию кодека, при этом среднее время развертываения для телевизоров составляет несколько лет.
Аналогичный вопрос касается устройств Apple. Google занимает лидирующие позиции, чтобы обеспечить прием AV1 в экосистеме Android, однако Apple в настоящее время полностью не вовлечена в процесс AV1. Кроме того, Apple недавно объявила о том, что они будут поддерживать H.265 на своих устройствах, оставив вопрос о том, идет ли поддержка AV1 к устройствам iOS и MacOS Apple без ответа.
Наконец, в то время как маркетинг для AV1 приближается к финалу, существует также правовая угроза, которая возникает из патентных групп, окружающих H.265. Подобные угрозы были сделаны в прошлом в отношении VP9 и даже VP8, но единственный раз, когда он попал в суд, не было обнаружено никаких нарушений в патентах, и Google оказался победителем. Верно, что патентные группы, окружающие H.265, не будут сидеть без дела, когда AV1 будет выпущен общественности, однако еще предстоит выяснить, какие действия они предпримут, чтобы остановить его принятие.
Мы же убеждены, что AV1 будет иметь окончательное и позитивное влияние на онлайн-видеоиндустрию. Члены Alliance of Open Media не только имеют предыдущий опыт разработки видеокодеков, но также имеют непосредственный опыт в решении существующих у них проблем.
В результате, следим за развитием AV1, но пока, было бы разумно придерживаться H.264, или выходить на рынок с VP9 или H.265.
Вам также может понравиться
HDR экосистема
Что такое кодек AV1? Какие телефоны поддерживают AV1?
На потоковую передачу видео приходится значительная часть онлайн-трафика, и даже незначительные улучшения в технологии потоковой передачи могут сократить расходы. Стриминговые сервисы, такие как Netflix и Amazon Prime, не воспринимают кодеки однозначно, поскольку использование правильных кодеков определяет не только качество потоковой передачи, но и то на каких устройствах будет доступен их контент.
Крупнейшие технические корпорации, включая Apple, Google, Facebook и Microsoft, теперь поддерживают кодек AV1. Давайте разберемся в чем важность AV1 и рассмотрим устройства, которые поддерживают или будут поддерживать AV1 в будущем.
В чем преимущества кодека AV1?
AV1 обеспечивает потоковую передачу высококачественного видео при относительно небольших размерах файлов и на 20% эффективен при сжатии видео по сравнению с VP9 (согласно Netflix).
Google изначально разрабатывал VP10, преемника очень популярного и бесплатного VP9, но решил объединить ресурсы с Firefox (кодек Dallas) и Cisco (кодек Thor), чтобы сформировать альянс AOMedia для кодека AV1.
AV1 — это программа с открытым исходным кодом и без лицензионных отчислений, а альянс AOMedia объединяет основных производителей оборудования, ведущих производителей программного обеспечения и самых популярных игроков OTT. Ассоциированные участники включают Google, Firefox, Apple, Facebook, Microsoft, Netflix, Amazon, AMD, Intel и многие другие.
Поскольку AV1 не требует лицензии и разработан некоммерческим промышленным консорциумом, весьма вероятно, что он будет принят повсеместно. Идея кодека, который позволит кодировать весь контент в едином формате и при этом иметь доступ ко всем основным устройствам и платформам, слишком привлекательна.
AV1 еще не полностью готов к выходу в прайм-тайм. Впервые он был официально представлен в 2018 году, и с тех пор альянс работает над улучшением времени кодирования и эффективности декодирования.
Потоковая передача видео 1080p или 720p в AV1 требует серьезной мощности процессора, и поэтому никто еще не использует его для высококачественной потоковой передачи.
Потоковые сервисы, поддерживающие кодек AV1
AV1 получит широкое распространение только при широкой поддержке аппаратных кодеков. Однако некоторые потоковые сервисы уже проводят тесты.
YouTube имеет ограниченную поддержку кодека AV1 для браузеров и телевизоров на Android. На ПК параметры воспроизведения позволяют пользователям выбирать AV1 для видео SD и кодек VP9 для потоковой передачи HD или всегда отдавать предпочтение AV1. Информационные сервисы предупреждают, что декодирование AV1 требует мощного компьютера и что контент AV1 ограничен в настоящее время.
Netflix начал потоковую передачу некоторого контента в AV1, но только в низком качестве, который будет воспроизводиться, когда пользователи выберут опцию сохранения данных.
Процессоры поддерживающие кодек AV1
Лишь несколько процессоров в настоящее время имеют аппаратную поддержку для обработки кодека AV1.
- Broadcom bcm72190 / 72180
- Realtek RTD1311 / RTD1319
- MediaTek Dimensity 1000 5G
Список телефонов, поддерживающих кодек AV1
Mediatek подтвердил в пресс-релизе, что потоковая передача AV1 на Youtube будет будет поддерживаться для телефонов MediaTek Dimensity 1000 и Dimensity 1000+. Многие OEM-производители будут использовать эти SoC в своих телефонах во второй половине 2020 года, но у нас есть достоверные утечки в отношении некоторых телефонов
- iQOO Z1 5G
- OnePlus Z
- Realme X3
В конце концов, все наши телефоны скорее всего в ближайшем будущем будут иметь аппаратную поддержку кодека AV1, но на данный момент только телефоны с чипсетом MediaTek Dimensity 1000 5G имеют аппаратный декодер AV1.
Следующим за H.264, H.265 (HEVC) и VP9 форматом сжатия видео должен стать AV1, который базируется на наработках Mozilla Daala, Cisco Thor Project, Google VP9 и VP10. Разработкой стандарта занимается ассоциация Alliance for Open Media (AOMedia), в которую входят такие гиганты, как Amazon, Google, Facebook, Microsoft, Netflix, Hulu, а с января — и Apple. AOMedia также присматривается к созданию собственного стандарта для фотографий на замену JPEG, GIF и PNG, который может оформиться во что-то реальное в отдалённой перспективе.
Тем не менее, пока главная и единственная задача ассоциации — продвижение видеокодека AV1 (вначале для онлайн-служб, а впоследствии — и для других задач). В рамках этой деятельности 28 марта AOMedia опубликовала первую полную версию спецификации потокового вещания и декодирования открытого и бесплатного формата AV1. Можно сказать, начало экспансии видеоформата положено: стабильность кодирования находится на хорошем уровне, а дальнейшие усилия по разработке AV1 будут направлены на оптимизацию скорости, чтобы кодек стал более практичным для реального использования.
Но как же AV1 показывает себя по сравнению x264 и VP9 в деле? Перспективно, если судить по первым всесторонним тестам Facebook, которая постаралась проверить как формат ведёт себя в самых разных и наиболее приближенных распространённых условиях. В целом, тестирование Facebook показывает, что AV1 превосходит поставленную изначально цель обойти VP9 на 30 % по эффективности сжатия.
Тесты Facebook проводила на 400 самых популярных в крупнейшей социальной сети роликах. В подавляющем большинстве речь идёт о предварительно сжатых клиентом файлах стандартной (SD) и высокой чёткости (HD), снятых, как правило, на смартфон. В реальности удалось достичь при сходном итоговом качестве уровня компрессии на 50,3 %, 46,2 % и 34 % выше по сравнению с x264 main profile, x264 high profile и libvpx-vp9, соответственно.
Но, поскольку эффективность AV1 увеличивается по мере роста разрешения видео, Facebook пришла к выводу, что новый кодек, скорее всего, принесёт ещё больший выигрыш в случае сжатия UHD/4K или 8K-материалов. Действительно, если в режиме CRF (постоянное значение оценки) AV1 на 27,4–36 % обходит VP9 по уровню сжатия для файлов с вертикальным разрешением 360p, то для роликов 1080p превосходство возрастает уже до более весомых 37,9–44,8 %:
Но, разумеется, достигается такое преимущество небесплатно: новый кодек требует более длительного времени кодирования по сравнению с существующими альтернативами из-за повышенной сложности. Разумеется, пока речь идёт о первой неоптимизированной версии, но всё же вычислительные ресурсы требуются не в разы, а в сотни и даже тысячи раз большие. AV1 по времени кодирования уступает x264 main, x264 high и libvpx-vp9 в среднем соответственно в 5721,5, 5869,9 и 658,5 раз:
В аналогичных тестах для режима кодирования ABR (усреднённый битрейт) AV1 демонстрирует уровень сжатия против libvpx-vp9 уже 27–29,5 % для 360p и 33,1–35,9% для 1080p:
При этом сложность сжатия дополнительно возрастает и AV1 по сравнению x264 main, x264 high и libvpx-vp9 требует в среднем в 9226,4, 8139,2 и 667,1 раза больше времени, соответственно:
Эти результаты в целом обнадёживают специалистов Facebook: степень сжатия при сопоставимом со старыми кодеками качестве превосходит целевую, а производительность ещё будет оптимизироваться. Facebook обещает продолжить продвижение AV1 в своих платформах. Видео в формате AV1 постепенно начнёт появляться в Интернете для популярных роликов в Facebook, как только поддержка AV1 появится в популярных браузерах вроде Chrome и Firefox.
Разработчики предполагают использование AV1 в связке с аудио кодеком Opus и медиа-контейнером WebM для проигрывания видео на сайтах с HTML5 или для WebRTC.
Содержание
История [ ]
AV1 является традиционным блочным форматом частотного преобразования с новыми технологиями, некоторые из них были разработаны в экспериментальных форматах, которые тестировали технологию для формата следующего поколения после HEVC и VP9. Основанный на экспериментальном проекте Google VP9 по эволюции VP10, AV1 включает в себя дополнительные методы, разработанные в Xiph/Mozilla Daala и Разбиение (Partitioning) [ ]
Содержимое кадра разделяется на смежные блоки одного размера, называемые суперблоками. Подобно концепции макроблока, суперблоки имеют квадратную форму и могут иметь размер 128x128 или 64x64 пикселей. Суперблоки могут быть разделены на более мелкие блоки в соответствии с различными схемами разделения. Схема четырехстороннего разбиения является единственной схемой, разделы которого могут быть рекурсивно подразделены. Это позволяет разделять суперблоки на разделы размером до 4х4 пикселей.
Введены «Т-образные» схемы разделения, особенность, разработанная для VP10, а также горизонтальное или вертикальное разделение на четыре полосы с соотношением сторон 4:1 и 1:4. Доступные схемы разбиения зависят от размера блока: блоки 128x128 и 8x8 не могут использовать разбиения 4:1 и 1:4. Кроме того, блоки 8x8 не могут использовать «Т-образные» разбиения.
Теперь можно использовать два отдельных прогнозирования для пространственно разных частей блока, используя гладкую наклонную переходную линию (прогнозирование с клиновым разделением). Это позволяет более точно разделять объекты без традиционных лестничных линий вдоль границ квадратных блоков.
Возможен больший параллелизм кодера благодаря настраиваемой зависимости предсказания между строками тайлов.
Прогнозирование (Prediction) [ ]
AV1 выполняет внутреннюю обработку с более высокой точностью (10 или 12 бит на выборку), что приводит к улучшению сжатия из-за меньших ошибок округления в эталонных изображениях.
Читайте также: