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

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

Co to jest AV1?

AV1 to kodek opracowany przez Alliance for Open Media, konglomerat wielu różnych firm z branży technologicznej. Jego główne zalety to to, że jest bezpłatny (dzięki czemu firmy mogą bezpłatnie wdrożyć go w swoim oprogramowaniu) i zapewnia ogromne oszczędności w porównaniu z VP9 i H264. Facebook Engineering przeprowadził testy w 2018 roku, stwierdzając, że referencyjny koder 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 w przypadku osób korzystających z wolniejszych połączeń możesz cieszyć się jakością wyższą niż ta, której używasz do, a w przypadku osób korzystających z szybszych połączeń, będziesz mógł uzyskać jeszcze większą przepływność 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 obsługuje dekodowanie, nową serię Nvidia Geforce 4000 obsługuje zarówno kodowanie, jak i dekodowanie, a Exynos 2100/2200 firmy Samsung obsługują również dekodowanie AV1. Później, Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 przyniósł obsługę dekodowania AV1 i jest krążyły pogłoski, że nadchodzący Tensor G3 będzie obsługiwać AV1 kodowanie również. Wsparcie w branży powoli rośnie, 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.

Co więcej, YouTube na komputerze obsługuje również AV1, i możesz włączyć tę opcję w ustawieniach swojego konta pod warunkiem, że korzystasz z kompatybilnej przeglądarki. Faktycznie, firma ma zaprojektował własny krzem do kodowania wideo AV1, które będzie używane w centrach danych dla YouTube. Chip o nazwie kodowej „Argos” to jednostka kodująca wideo (trans) drugiej generacji (VCU), która konwertuje pliki wideo przesyłane na platformę w różnych formatach kompresji i optymalizuje je dla różnych ekranów rozmiary. Google twierdzi, że nowy Argos VCU może obsługiwać filmy 20–33 razy wydajniej niż konwencjonalne serwery.

Historia AV1

Kontekst za AV1 i powód jego powstania są również ważne. VP9 to bezpłatny kodek opracowany przez Google, z którego może korzystać każdy, a ponieważ jest bezpłatny, można go wdrożyć na dowolnej platformie lub usłudze, która tego potrzebuje. YouTube korzystał z tego kodeka na każdym urządzeniu, które mogło go obsługiwać (ponieważ oznaczało to duże oszczędności dla Google dzięki zmniejszonej przepustowości), a nawet został przyjęty w usługach wideo na żądanie, takich jak Netflixa, Twitcha i Vimeo.

Ponieważ jednak Google ma żywotny interes w przyjęciu lepszych algorytmów kompresji w celu zmniejszenia wykorzystania przepustowości swoich centrów danych, rozpoczął prace nad VP10 — następcą VP9. Niewielki wzrost kompresji wideo na film może skutkować ogromnymi oszczędnościami i znaczną poprawą komfortu użytkowania, gdy rozliczasz miliardy minut wideo. Firma Google ogłosiła, że ​​planuje wypuścić wersję VP10 w 2016 r., a następnie będzie udostępniać aktualizację co 18 miesięcy, aby zapewnić stały postęp. Doszło do tego, że Google zaczął nawet udostępniać 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 programistów (Google, Microsoft i Mozilla), po usługi przesyłania strumieniowego i wideokonferencji (Adobe, Amazon, BBC R&D, Cisco, Netflix, Youtube). Wszystkie te firmy oferują jakąś formę wsparcia dla AV1, czy to poprzez dekodery sprzętowe wprowadzanych w chipsetach, implementację dekoderów w przeglądarkach czy wykorzystanie kodeków podczas przesyłania strumieniowego usługi.

AV1 kontra HEVC/H265

Największa różnica między AV1 a HEVC (High-Efficiency Video Coding), znana również jako H.265, polega na licencjonowaniu. Aby wysłać produkt ze wsparciem HEVC, należy 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 negocjacji 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 Firefoksa. Dzieje się tak, ponieważ jest to sprzeczne z wieloma podstawowymi wartościami projektu Firefox: Firefox musi być wolny od opłat licencyjnych, aby móc być dostarczany w wielu projektach FOSS, czego uniemożliwiałoby 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 ciągłe negocjowanie niezbędnych umów licencyjnych.

Ciekawostką jest to, że te same problemy uniemożliwiały 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, że Firefox będzie w ogóle w stanie obsługiwać HEVC przed wygaśnięciem patentów w latach trzydziestych XXI wieku (lub być może nawet później). Nawet do dziś Firefox obsługuje natywnie tylko standard H.264, dzięki ofercie Cisco, która pokrywa wszystkie koszty licencyjne Mozilla poprzez OpenH264, w celu standaryzacji H.264 do przesyłania strumieniowego na całym rynku aż do wprowadzenia kodeka nowej generacji był gotowy. Na Przewodnik po kodekach wideo Mozillifirma twierdzi, że „Mozilla nie będzie wspierać HEVC, dopóki jest obciążona patentami”. Do dziś tylko Edge i Internet Explorer obsługują natywne odtwarzanie HEVC i tylko na określonym sprzęcie, który to obsługuje rozszyfrowanie.

Pod względem wydajności oba kodeki idą w parze. Ich skuteczność jest ogólnie 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. Uniwersytet Waterloo odkrył w 2020 roku, że chociaż AV1 zapewniał oszczędność szybkości transmisji bitów o 9,5% w porównaniu z HEVC przy kodowaniu wideo 4K, kodowanie filmów AV1 również trwało 590 razy dłużej niż AVC. Natomiast HEVC trwało tylko 4,2 razy dłużej. Testy te oczywiście przeprowadzono na dość wczesnym etapie życia AV1, kiedy wsparcie sprzętowe nie było jeszcze dostępne.

Przyszłość AV1

Wygląda na to, że AV1 wytyczy szlak w zakresie odtwarzania wysokiej jakości 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 martwyw każdym razie), AV1 jest bez wątpienia najpopularniejszym kodekiem w przyszłości jako następca VP9. Ponieważ oczekuje się, że wsparcie będzie rosło, coraz więcej urządzeń będzie z niego korzystać. Już są niektóre flagi eksperymentalne odnosząc się do AV2 w repozytorium AOM i „kotwicą startową dla badań nad AV2”. zaangażowany do repozytorium w zeszłym roku, co sugeruje, że w przyszłości zobaczymy także iteracje.

A co do tych z Was, którzy patrzą na smartfona Androida 14 preinstalowany (kiedy zostanie wydany), z przyjemnością dowiesz się, że jest to prawdopodobne będzie wymagać obsługi AV1 od razu po wyjęciu z pudełka. Zarówno Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2, jak i seria MediaTek Dimensity 9000 obsługują AV1, więc nie ma już żadnych ograniczeń sprzętowych w tym sensie.

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

Jeśli chcesz kupić Google Chromecast HD, jest jeden główny powód, dla którego możesz zainteresować się AV1 – a są to możliwości Twojej sieci. Jeśli kupujesz wersję HD zamiast wersji 4K, prawdopodobnie istnieje kilka powodów tak byś zrobił, a jedną z nich może być to, że Twój internet nie ma przepustowości dla 4K przesyłanie strumieniowe. W takim przypadku prawdopodobnie i tak będziesz zwracać uwagę na przepustowość, a AV1 oznacza, że ​​możesz uzyskać wyższą przepływność wideo ze swojego Chromecasta. Doprowadzi to do ogólnej lepszej jakości wideo przy tej samej szybkości transmisji danych, którą obsługuje już Twój Internet.

Ale nie tylko to – i jest to prawdopodobnie jeszcze większy powód – to pierwszy Naprawdęgłówny klucz telewizyjny który aktywnie obsługuje AV1. Roku jest w pewnym stopniu popularne, ale w niektórych regionach jest trudniejsze do zdobycia, a Fire TV Stick 4K Max to obecnie jedyna inna opcja. Ekosystem Google dla kluczy telewizyjnych jest zdecydowanie najbardziej rozbudowany ze wszystkich, a włączenie AV1 również jest z tego powodu dość istotne. Legitymizuje to jako opcję i może nakłonić inne firmy do wspierania AV1 również na inne sposoby.