Co to jest kodek AV1? W jaki sposób zmniejsza pliki?

Jeśli śledzisz scenę strumieniowego przesyłania multimediów od wielu lat, być może widziałeś wiele emocji związanych z pogłoskami o obsłudze kodeka AV1. Chociaż jest to rzeczywiście dość duży krok naprzód w stosunku do kodeków, takich jak H264 i VP9, ​​w tej historii jest o wiele więcej. AV1, znany również jako AOMedia Video 1, został po raz pierwszy wydany w marcu 2018 roku i jego przyjęcie w całej branży było powolne. To jest cała historia AV1, jak poprawia się w stosunku do VP9 i H.264 i dlaczego to wielka sprawa.

Co to jest AV1?

AV1 to kodek opracowany przez Alliance for Open Media, konglomerat wielu różnych firm z branży technologicznej. Jego głównymi zaletami jest to, że jest bezpłatny (więc firmy mogą zaimplementować go w swoim oprogramowaniu za darmo) i ma ogromne oszczędności w porównaniu z VP9 i H264. Facebook Engineering przeprowadził testy w 2018 roku, stwierdzając, że koder referencyjny AV1 osiągnął 34%, 46,2% i 50,3% wyższa kompresja danych niż libvpx-vp9, x264 High profile i x264 Main profile, odpowiednio. Oznacza to, że osoby korzystające z wolniejszych połączeń mogą cieszyć się jakością wyższą niż ta, z której korzystasz do, a dla tych, którzy korzystają z szybszych połączeń, będziesz mógł uzyskać jeszcze wyższy bitrate na tym samym połączeniu prędkość.

Pierwszym chipsetem smartfona obsługującym dekodowanie AV1 był MediaTek Dimensity 1000, który obsługiwał do 4K 60 FPS. Seria Nvidia Geforce 3000 obsługiwała dekodowanie nowa seria Nvidii Geforce 4000 obsługuje zarówno kodowanie, jak i dekodowanie, a Samsung Exynos 2100/2200 obsługuje również dekodowanie AV1. Później, Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 przyniósł wsparcie dla dekodowania AV1 i jest pojawiły się plotki, że nadchodzący Tensor G3 będzie obsługiwał AV1 kodowanie również. Wsparcie powoli rośnie w branży, a chipset Chromecasta HD obsługuje również dekodowanie AV1. Skontaktowaliśmy się z Google w celu uzyskania komentarza i powiedziano nam, że Chromecast z Google TV (HD) obsługuje AV1.

Nie tylko to, ale YouTube na komputerze obsługuje również AV1, i możesz ją włączyć w ustawieniach swojego konta o ile używasz kompatybilnej przeglądarki. W rzeczywistości firma ma zaprojektował własny silikon do kodowania wideo AV1, które będzie używane w centrach danych dla YouTube. Chip o nazwie kodowej „Argos” to jednostka kodowania wideo (trans) drugiej generacji (VCU), która konwertuje wideo przesłane na platformę do różnych formatów kompresji i optymalizuje je dla różnych ekranów rozmiary. Google twierdzi, że jego nowy Argos VCU może obsługiwać wideo 20-33 razy wydajniej niż konwencjonalne serwery.

Historia AV1

Kontekst za Ważny jest również AV1 i dlaczego został stworzony. VP9 to nieodpłatny kodek opracowany przez Google, z którego każdy może korzystać, a ponieważ jest bezpłatny, można go zaimplementować na dowolnej platformie lub w dowolnej usłudze. YouTube korzystał z kodeka na każdym urządzeniu, które mogło go obsługiwać (ponieważ oznaczało to duże oszczędności dla Google dzięki zmniejszonej przepustowości), a nawet zostało przyjęte przez usługi wideo na żądanie, takie jak Netflixa, Twitcha i Vimeo.

Ponieważ jednak Google jest żywotnie zainteresowany przyjęciem lepszych algorytmów kompresji w celu zmniejszenia wykorzystania przepustowości w swoich centrach danych, rozpoczął prace nad VP10 — następcą VP9. Niewielki wzrost kompresji wideo na film może spowodować ogromne oszczędności i znaczną poprawę komfortu użytkowania, gdy liczysz się z miliardami minut wideo. Google ogłosiło, że planuje wydać VP10 w 2016 r., a następnie będzie wydawać aktualizację co 18 miesięcy, aby zapewnić stały postęp. Doszło do tego, że Google zaczął nawet wydawać kod dla VP10, ale firma ogłosiła anulowanie VP10 i zamiast tego utworzyła Alliance for Open Media (AOMedia).

Alliance for Open Media obejmuje wszystkich, od projektantów procesorów (AMD, Arm, Broadcom, Chips&Media, Intel, Nvidia) po przeglądarki deweloperów (Google, Microsoft i Mozilla), usług transmisji strumieniowej i wideokonferencji (Adobe, Amazon, BBC R&D, Cisco, Netflix, Youtube). Wszystkie te firmy oferowały jakąś formę wsparcia dla AV1, czy to przez dekodery sprzętowe wprowadzone w chipsetach, implementacja dekoderów w przeglądarkach czy wykorzystanie kodeka w streamingu usługi.

AV1 kontra HEVC/H265

Największa różnica między AV1 a HEVC (High-Efficiency Video Coding), znanym również jako H.265, polega na licencjonowaniu. Aby wysłać produkt z obsługą HEVC, musisz nabyć licencje z co najmniej czterech pul patentów (MPEG LA, HEVC Advance, Technicolor, i Velos Media), a także wiele innych firm, z których wiele nie oferuje standardowych warunków licencyjnych — zamiast tego wymaga od Ciebie negocjowania warunki.

Te wysokie opłaty licencyjne były już problematyczne w przypadku produktów takich jak Google Chrome, Opera, Netflix, Amazon Video, Cisco WebEx Connect, Skype i inne, które całkowicie wykluczają HEVC jako opcję dla projektów takich jak Mozilla Firefoxa. Dzieje się tak, ponieważ jest to sprzeczne z wieloma podstawowymi wartościami projektu Firefox: Firefox musi być bezpłatny, aby mógł być dostarczany w wielu projektach FOSS, czego uniemożliwiłoby użycie HEVC; a Mozilla wierzy w wolną i otwartą sieć, a to nie jest możliwe, jeśli promuje się standardy obciążone patentami. Nawet ignorując te dwa problemy, Mozilla po prostu nie może sobie pozwolić na marnowanie setek milionów dolarów na tantiemy i cały czas negocjowanie niezbędnych umów licencyjnych.

Zabawny fakt: te same problemy uniemożliwiły Firefoksowi (i Chromium) nawet włączenie natywnego odtwarzania H.264 na wielu platformach jeszcze kilka lat temu… i nadal wymaga wtyczki w systemie Linux. Jest mało prawdopodobne, aby Firefox był w stanie obsługiwać HEVC przed wygaśnięciem patentów w latach 30. XXI wieku (a może nawet później). Nawet do dziś Firefox obsługuje natywnie tylko H.264 dzięki ofercie Cisco, która pokrywa wszystkie koszty licencyjne dla Mozilla poprzez OpenH264, w celu standaryzacji H.264 do przesyłania strumieniowego na rynku aż do kodeka nowej generacji był gotowy. Na Przewodnik po kodekach wideo Mozilli, firma twierdzi, że „Mozilla nie będzie wspierać HEVC, dopóki jest obciążona patentami”. Tylko do dzisiaj Edge i Internet Explorer obsługują natywne odtwarzanie HEVC i tylko na określonym sprzęcie, który obsługuje rozszyfrowanie.

Pod względem wydajności oba kodeki idą ze sobą w parze. Ich skuteczność jest na ogół porównywalna (chociaż testy wykazały, że AV1 nieznacznie wyprzedza), ale jest pewien haczyk — kodowanie AV1 zwykle trwa znacznie dłużej, ze względu na brak kodowania sprzętowego możliwości. University of Waterloo odkrył w 2020 r., że chociaż AV1 oferował oszczędność bitrate o 9,5% w porównaniu z HEVC przy kodowaniu wideo 4K, kodowanie wideo AV1 trwało również 590 razy dłużej niż w przypadku AVC. Natomiast HEVC trwało tylko 4,2 razy dłużej. Testy te zostały oczywiście przeprowadzone dość wcześnie w okresie istnienia AV1, kiedy wsparcie sprzętowe nie było tak naprawdę dostępne.

Przyszłość AV1

Wygląda na to, że AV1 wytyczy szlak dla wysokiej jakości odtwarzania skompresowanego wideo, ponieważ coraz więcej urządzeń obsługuje dekodowanie sprzętowe. Biorąc pod uwagę, że HEVC jest obsługiwany tylko przez jedną przeglądarkę na komputerze (teraz, gdy Internet Explorer jest martwy, w każdym razie), AV1 jest wyraźnie kodekiem typu „go-to” na przyszłość jako następca VP9. Przy spodziewanym wzroście wsparcia coraz więcej urządzeń będzie z niego korzystać. Już są niektóre flagi eksperymentu odnosząc się do AV2 w repozytorium AOM i „początkowej kotwicy do badań AV2”. zaangażowany do repozytorium w zeszłym roku, co sugeruje, że w przyszłości doczekamy się iteracji.

Jeśli chodzi o tych z was, którzy oglądają smartfon z Androida 14 wstępnie załadowany (kiedy zostanie wydany), z przyjemnością dowiesz się, że jest to prawdopodobne będzie wymagać obsługi AV1 po wyjęciu z pudełka. Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 i seria MediaTek Dimensity 9000 obsługują AV1, więc nie ma już żadnych ograniczeń sprzętowych w tym sensie.

Dlaczego AV1 ma znaczenie dla urządzeń do przesyłania strumieniowego, takich jak Google Chromecast HD?

Jeśli chcesz kupić Google Chromecast HD, istnieje jeden ważny powód, dla którego może Ci zależeć na AV1 — a są to możliwości sieciowe. Jeśli kupujesz wersję HD zamiast wersji 4K, prawdopodobnie jest kilka powodów zrobiłbyś to, a jednym z nich może być to, że twój internet nie ma przepustowości dla 4K przesyłanie strumieniowe. Jeśli tak jest, prawdopodobnie i tak będziesz świadomy przepustowości, a AV1 oznacza, że ​​możesz uzyskać wideo o wyższej przepływności z Chromecasta. Doprowadzi to do ogólnej lepszej jakości wideo przy tych samych szybkościach transmisji danych, które już obsługuje Twój Internet.

Jednak nie tylko to, i jest to prawdopodobnie jeszcze większy powód, jest to pierwszy Naprawdęgłówny klucz telewizyjny który aktywnie obsługuje AV1. Roku jest do pewnego stopnia głównym nurtem, ale trudniej go zdobyć w niektórych regionach, a Fire TV Stick 4K Max jest obecnie jedyną inną opcją. Ekosystem Google dla jego kluczy telewizyjnych jest zdecydowanie najbardziej rozwinięty ze wszystkich z nich, a włączenie AV1 jest również z tego powodu bardzo ważne. Legitymizuje to jako opcję i może skłonić inne firmy do wspierania AV1 również na inne sposoby.