新一代AV1編碼格式,H.265的最大對手來了

2020-12-28 騰訊網

9月2日,NVIDIA發布了全新的RTX 30系列顯卡,除了強大的性能和對8K HDR畫面的輸出外,RTX 30系列也是全球首批支持AV1硬體解碼的顯卡,支持解碼8K/60fps的視頻,大大降低了串流高解析度視頻所需的網絡寬帶。

在不久前,有人發現在AMD在提交的Linux內核補丁中,加入了對AV1視頻格式解碼的支持,基本確認AMD RX 6000系列顯卡也將支持AV1硬體解碼。

那麼,這個引得A、N兩家相繼支持的AV1編碼,到底是什麼東西?

什麼是AV1編碼

AV1是一種視頻編碼,所謂視頻編碼,就是指通過壓縮技術,將原始視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的方式,比如DVD廣泛採用的MPEG-2和電信視頻應用採用的H.263。

隨著移動網際網路的廣泛發展,視頻逐漸成為網際網路產品的主要需求,未來超過80%的網際網路流量將會被視頻佔據。這使得壓縮率更高、更清晰的視頻編碼被開發出來,目前在網際網路上被廣泛應用視頻編碼格式有H.264、H.265、VP9和AV1。

AV1是一款開源、免版權費的視頻編碼格式,出自Google主導的開放媒體聯盟(AOM)。相比目前的H.265(HEVC)編碼,不僅能保持原視頻的解析度、幀率、比特率,視頻體積還能再縮小20%,相比於VP9壓縮率也高出30%。這就意味著在同等帶寬下可以傳輸更高清的畫質。

根據Streaming Media East中的一個報告,下面給出了AV1編解碼器和VP9、x.265、MainConcept以及x.264的性能對比,從總體的平均值來看,相同畫面質量下,AV1編解碼器的碼率是最低的。

因為免費,所以被寄予厚望

開放媒體聯盟(AOM)的成立、AV1編碼的開發,基本就是衝著ITU-T VCEG(視頻編碼專家組)和H.265而來。主要原因是太貴,H.265編碼高昂的專利費用和複雜的授權政策導致授權費高昂和重複收費。

H265/HEVC主要分為3個不同的專利池和包括Technicolor在內的獨立專利擁有者組成,終端和提供商都會被收取授權費用。終端設備要繳納0.2-1.2美元不等,封頂年費4000萬美元。在內容提供商方面,要根據訂閱數、節目數和媒體數收費,封頂年費500萬美元。

H265錯綜複雜的專利池

其實AV1可以算作是VP9編碼的繼任者,因為這兩款編碼都是由Google主導並開發的。但AV1是一款要在技術上能夠與H.265叫板,又兼具VP9免費開源、瀏覽器友好性等優勢的視頻編碼,同時開發維護權在AOM這樣的非盈利標準組織手裡。

AOM成立的目的是為網際網路和其他市場創建一個免費、開源的視頻編解碼器,採用會員制度。國內愛奇藝率先加入了AOM聯盟,隨後阿里雲、騰訊也宣布加入。畢竟以後網際網路內容將是視頻的天下,一款免費的流媒體視頻編碼是所有人都需要的。

今年4月,愛奇藝在電腦瀏覽器端(PC web端)、安卓移動端上線AV1視頻編碼格式,成為國內首家也是目前唯一一家應用AV1的視頻網站。

國內AOM聯盟成員

AV1從研發到推廣,將會分為四個階段:

第一階段,標準的研發與制定

第二階段,桌面瀏覽器對解碼的支持

第三階段,推廣AV1在更多硬體與軟體的支持

第四階段,在AOM生態系統中支持AV1的軟硬體編碼

按照這個時間表,2020年將會是AV1獲得更廣泛的應用的一年。

你真的需要在線觀看8K視頻嗎?

下一代的視頻編碼都將更高的視頻解析度和更高的壓縮率作為主要指標來開發,基本上實現8K HDR視頻串流播放。目前終端播放設備主流的解析度都還是1080P,4K設備不多,8K設備更是鳳毛麟角。

在視頻製作流程中,拍攝高解析度再進行超採樣能提升畫面清晰度,但在視頻流分發過程中,設備解析度不變的情況下,提高碼率才是保證畫面質量的關鍵。

提高壓縮率和減小文件大小的最大好處是在廣播時消耗更少的帶寬,這意味著網速較慢的用戶仍然可以觀看更高質量的視頻流,從這個角度考慮,AV1編碼用於抖音、快手這種低解析度、小碼率的短視頻平臺優勢應該很大。

然而,雖然消耗更少的帶寬是有用的,但好像也沒那麼重要。根據流媒體提供商BOXCAST的統計,全球固定寬帶連接的平均速度為42.63 Mbps,這意味著哪怕採用H.264編碼,大多數地方也能支持4K流媒體。行動裝置的平均速度為10.93 Mbps,但仍然可以支持1080p流,看看番追追劇完全夠了。

新一代的視頻編碼用更高的編解碼複雜度,換取視頻壓縮效率的提升,這使得新一代視頻編碼十分依賴硬體解碼。不管是AV1還是H265的編碼複雜度都遠遠高於H264,光靠軟解高清視頻,哪怕是PC端處理器佔用也居高不下。

作為直播視頻流時還要解決延遲問題,目前H265已經有實用的8K直播方案(100Mbps碼率左右),而直播優化的SVT-AV1編碼主攻4K,8K直播暫時不要想了。

AV1硬體普及道路任重道遠

雖然我們現在還處在1080P時代,但未來網絡一定是高解析度的天下,那個時候新一代視頻編碼的高壓縮率和其他特性的優勢,才能從高清內容中體現出來。

從技術角度看,H265和AV1編碼不相上下,H265強在編碼效率和兼容性,AV1壓縮率更高而且免費。免費的AV1吸引力的確很強,但硬體解碼的支持,才是新一代視頻編碼普及的關鍵。

目前,硬體支持方面,H265大幅領先,手機、機頂盒、PC端都有相應的硬解設備;支持AV1編碼的硬體還在爬坡階段,目前只有Intel Tiger Lake 11代酷睿中的Iris Xe核芯顯卡、NVIDIA RTX 30系列和聯發科天璣1000系列支持。

不過在Google、蘋果和網飛(Netflix)、BBC、愛奇藝等一眾內容提供商,加上瀏覽器的強推下,對AV1的硬解支持會逐漸成為硬體廠商首要考慮的問題。有了硬體支持,AV1編碼才算真正擁有廣泛應用的基礎。

(文/胡文滔)

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