ตัวแปลงสัญญาณ AV1 คืออะไร มันทำให้ไฟล์เล็กลงได้อย่างไร?

หากคุณติดตามวงการสตรีมมิ่งมีเดียมาเป็นเวลาหลายปี คุณอาจได้เห็นความตื่นเต้นมากมายเกี่ยวกับข่าวลือการรองรับตัวแปลงสัญญาณ AV1 แม้ว่าจะเป็นก้าวสำคัญที่ก้าวไปข้างหน้าจากตัวแปลงสัญญาณอย่าง H264 และ VP9 แต่ก็มีเรื่องราวที่มากกว่านั้นอีกมาก AV1 หรือที่รู้จักในชื่อ AOMmedia Video 1 เปิดตัวครั้งแรกในเดือนมีนาคม 2561 และถือเป็นแนวทางที่ช้าในการนำไปใช้ทั่วทั้งอุตสาหกรรม นี่คือเรื่องราวทั้งหมดของ AV1 วิธีที่ปรับปรุงเหนือ VP9 และ H.264 และเหตุใดจึงเป็นเรื่องใหญ่

AV1 คืออะไร?

AV1 เป็นตัวแปลงสัญญาณที่พัฒนาโดย Alliance for Open Media ซึ่งเป็นกลุ่มบริษัทต่างๆ มากมายในด้านเทคโนโลยี ประโยชน์หลักๆ ของมันคือไม่มีค่าลิขสิทธิ์ (ดังนั้นบริษัทต่างๆ จึงสามารถนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ได้ฟรี) และประหยัดค่าใช้จ่ายได้มหาศาลเมื่อเทียบกับรุ่น VP9 และ H264 Facebook Engineering ทำการทดสอบในปี 2018 โดยสรุปว่าตัวเข้ารหัสอ้างอิง AV1 ทำได้ 34% การบีบอัดข้อมูลสูงกว่า 46.2% และ 50.3% เมื่อเทียบกับ libvpx-vp9, x264 Highprofile และ x264 Mainprofile ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าสำหรับผู้ที่ใช้การเชื่อมต่อที่ช้ากว่า คุณอาจสามารถเพลิดเพลินกับคุณภาพที่สูงกว่าที่คุณใช้อยู่ได้ และสำหรับผู้ที่มีการเชื่อมต่อที่เร็วกว่า คุณจะได้รับบิตเรตที่สูงขึ้นจากการเชื่อมต่อเดียวกัน ความเร็ว.

ชิปเซ็ตสมาร์ทโฟนตัวแรกที่รองรับการถอดรหัส AV1 คือ MediaTek Dimensity 1000 ซึ่งรองรับสูงสุด 4K 60 FPS Nvidia Geforce 3000 series รองรับการถอดรหัส, Nvidia Geforce 4000 ซีรีส์ใหม่ รองรับทั้งการเข้ารหัสและถอดรหัส และ Exynos 2100/2200 ของ Samsung ก็รองรับการถอดรหัส AV1 เช่นกัน ต่อมา. วอลคอมม์ Snapdragon 8 เจนเนอเรชั่น 2 รองรับการถอดรหัส AV1 และมันก็เป็นเช่นนั้น มีข่าวลือว่า Tensor G3 ที่กำลังจะมาถึง จะรองรับ AV1 การเข้ารหัส เช่นกัน. การสนับสนุนเติบโตอย่างช้าๆ ในอุตสาหกรรม และชิปเซ็ตใน Chromecast HD ก็รองรับการถอดรหัส AV1 เช่นกัน เราติดต่อ Google เพื่อขอความคิดเห็นและได้รับแจ้งว่า Chromecast พร้อม Google TV (HD) รองรับ AV1

ไม่เพียงเท่านั้น YouTube บนเดสก์ท็อปยังรองรับ AV1 และคุณสามารถเปิดใช้งานได้ในการตั้งค่าบัญชีของคุณ ตราบใดที่คุณใช้เบราว์เซอร์ที่รองรับ ที่จริงแล้วบริษัทก็มี ออกแบบซิลิคอนของตัวเอง สำหรับการเข้ารหัสวิดีโอ AV1 ที่จะใช้ในศูนย์ข้อมูลสำหรับ YouTube ชิปที่มีชื่อรหัสว่า "Argos" เป็นหน่วยการเข้ารหัสวิดีโอ (ทรานส์) (VCU) รุ่นที่สองที่แปลงวิดีโอ อัปโหลดไปยังแพลตฟอร์มในรูปแบบการบีบอัดต่างๆ และปรับให้เหมาะสมสำหรับหน้าจอที่แตกต่างกัน ขนาด Google อ้างว่า Argos VCU ใหม่สามารถจัดการวิดีโอได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าเซิร์ฟเวอร์ทั่วไปถึง 20-33 เท่า

ประวัติความเป็นมาของ AV1

บริบท ด้านหลัง AV1 และสาเหตุที่สร้างมันขึ้นมาก็มีความสำคัญเช่นกัน VP9 เป็นตัวแปลงสัญญาณที่ไม่มีค่าลิขสิทธิ์ซึ่งพัฒนาโดย Google ที่ใครๆ ก็สามารถใช้ได้ และเนื่องจากไม่มีค่าลิขสิทธิ์ จึงสามารถนำไปใช้บนแพลตฟอร์มหรือบริการใดก็ได้ที่ต้องการ YouTube ใช้ตัวแปลงสัญญาณบนอุปกรณ์ใดๆ ที่สามารถรองรับได้ (ซึ่งนั่นหมายถึงการประหยัดได้มากสำหรับ Google ด้วยแบนด์วิดท์ที่ลดลง) และยังถูกนำมาใช้ในบริการวิดีโอตามความต้องการ เช่น เน็ตฟลิกซ์, Twitch และ Vimeo

อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก Google มีความสนใจในการใช้อัลกอริธึมการบีบอัดที่ดีกว่าเพื่อลดการใช้แบนด์วิธของศูนย์ข้อมูล Google จึงเริ่มทำงานบน VP10 ซึ่งเป็นผู้สืบทอดของ VP9 การบีบอัดวิดีโอที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยต่อวิดีโออาจส่งผลให้ประหยัดต้นทุนได้มหาศาลและปรับปรุงประสบการณ์ผู้ใช้อย่างมากเมื่อคุณใช้วิดีโอนับพันล้านนาที Google ประกาศว่าพวกเขาวางแผนที่จะเปิดตัว VP10 ในปี 2559 จากนั้นจะออกการอัปเดตทุกๆ 18 เดือนเพื่อให้แน่ใจว่ามีความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่อง ถึงจุดที่ Google เริ่มปล่อยโค้ดสำหรับ VP10 แล้ว แต่บริษัทได้ประกาศยกเลิก VP10 และก่อตั้ง Alliance for Open Media (AOMedia) ขึ้นมาแทน

Alliance for Open Media ประกอบด้วยทุกคนตั้งแต่นักออกแบบโปรเซสเซอร์ (AMD, Arm, Broadcom, Chips&Media, Intel, Nvidia) ไปจนถึงเบราว์เซอร์ นักพัฒนาซอฟต์แวร์ (Google, Microsoft และ Mozilla) ไปจนถึงบริการสตรีมมิ่งและการประชุมผ่านวิดีโอ (Adobe, Amazon, BBC R&D, Cisco, Netflix, ยูทูป) บริษัทเหล่านี้ทั้งหมดได้ให้การสนับสนุน AV1 บางรูปแบบ ไม่ว่าจะเป็นผ่านทางตัวถอดรหัสฮาร์ดแวร์ เปิดตัวในชิปเซ็ต การใช้งานตัวถอดรหัสในเบราว์เซอร์ หรือการใช้ตัวแปลงสัญญาณในการสตรีม บริการ

AV1 กับ HEVC/H265

ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่าง AV1 และ HEVC (การเข้ารหัสวิดีโอประสิทธิภาพสูง) หรือที่เรียกว่า H.265 อยู่ที่การให้สิทธิ์ใช้งาน ในการจัดส่งผลิตภัณฑ์ที่รองรับ HEVC คุณจะต้องได้รับใบอนุญาตจากกลุ่มสิทธิบัตรอย่างน้อยสี่กลุ่ม (MPEG LA, HEVC Advance, Technicolor, และ Velos Media) รวมถึงบริษัทอื่นๆ อีกหลายแห่ง ซึ่งหลายแห่งไม่มีเงื่อนไขการอนุญาตมาตรฐาน — แทนที่จะกำหนดให้คุณต้องเจรจา เงื่อนไข

ค่าลิขสิทธิ์ที่สูงลิ่วเหล่านี้เป็นปัญหาอยู่แล้วสำหรับผลิตภัณฑ์เช่น Google Chrome, Opera, Netflix, Amazon Video, Cisco WebEx Connect, Skype และอื่นๆ และไม่รวม HEVC โดยสิ้นเชิงเป็นตัวเลือกสำหรับโครงการเช่น Mozilla ไฟร์ฟอกซ์ เนื่องจากขัดกับค่านิยมหลักหลายประการของโครงการ Firefox: Firefox จะต้องไม่มีค่าลิขสิทธิ์เพื่อที่จะจัดส่งในโครงการ FOSS จำนวนมาก ซึ่งการใช้งาน HEVC จะป้องกันไม่ให้เป็นเช่นนั้น และ Mozilla เชื่อในเว็บที่เสรีและเปิดกว้าง และนั่นเป็นไปไม่ได้หากคุณส่งเสริมมาตรฐานที่มีภาระผูกพันด้านสิทธิบัตร แม้จะเพิกเฉยต่อปัญหาทั้งสองนี้ Mozilla ก็ไม่สามารถเสียค่าลิขสิทธิ์หลายร้อยล้านดอลลาร์และตลอดเวลานั้นในการเจรจาข้อตกลงใบอนุญาตที่จำเป็น

ข้อเท็จจริงที่น่าสนุกเช่นกัน ปัญหาเดียวกันนี้คือสิ่งที่ทำให้ Firefox (และ Chromium) ไม่สามารถรวมการเล่น H.264 ดั้งเดิมบนหลายแพลตฟอร์มได้จนกระทั่งสองสามปีที่แล้ว... และยังต้องใช้ปลั๊กอินบน Linux ไม่น่าเป็นไปได้ที่ Firefox จะสามารถรองรับ HEVC ได้ก่อนที่สิทธิบัตรจะหมดอายุในปี 2030 (หรืออาจจะหลังจากนั้นด้วยซ้ำ) จนถึงทุกวันนี้ Firefox รองรับเฉพาะ H.264 แบบเนทิฟเท่านั้น ต้องขอบคุณ Cisco ที่เสนอให้ชำระค่าใช้จ่ายลิขสิทธิ์ทั้งหมดสำหรับ Mozilla ผ่าน OpenH264 เพื่อสร้างมาตรฐาน H.264 สำหรับการสตรีมทั่วทั้งตลาดจนถึงตัวแปลงสัญญาณรุ่นต่อไป พร้อมแล้ว บน คู่มือตัวแปลงสัญญาณวิดีโอ Mozillaบริษัทกล่าวว่า "Mozilla จะไม่สนับสนุน HEVC ในขณะที่มีสิทธิบัตรมากมาย" ถึงวันนี้เท่านั้น Edge และ Internet Explorer รองรับการเล่น HEVC แบบเนทีฟ และเฉพาะบนฮาร์ดแวร์เฉพาะที่รองรับเท่านั้น ถอดรหัส

ในแง่ของประสิทธิภาพ ตัวแปลงสัญญาณทั้งสองจะทำงานร่วมกันแบบตัวต่อตัว โดยทั่วไปประสิทธิภาพของพวกเขาจะพอๆ กัน (แม้ว่าการทดสอบจะแสดงให้เห็นว่า AV1 ล้ำหน้าเล็กน้อย) แต่ มีข้อเสียคือ โดยทั่วไปแล้ว AV1 จะใช้เวลาในการเข้ารหัสนานกว่ามาก เนื่องจากไม่มีการเข้ารหัสด้วยฮาร์ดแวร์ ความสามารถ มหาวิทยาลัยวอเตอร์ลูพบว่าในปี 2020 แม้ว่า AV1 เสนอการประหยัดบิตเรต 9.5% เมื่อเทียบกับ HEVC ในการเข้ารหัสวิดีโอ 4K แต่วิดีโอ AV1 ก็ใช้เวลาในการเข้ารหัสนานกว่า AVC ถึง 590 เท่าเช่นกัน ในทางตรงกันข้าม HEVC ใช้เวลานานกว่าเพียง 4.2 เท่า เห็นได้ชัดว่าการทดสอบเหล่านี้ดำเนินการค่อนข้างเร็วในช่วงอายุการใช้งานของ AV1 เมื่อไม่มีการรองรับฮาร์ดแวร์จริงๆ

อนาคตของ AV1

มีแนวโน้มว่า AV1 จะบุกเบิกการเล่นวิดีโอบีบอัดคุณภาพสูง เนื่องจากอุปกรณ์ต่างๆ รองรับการถอดรหัสฮาร์ดแวร์มากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจาก HEVC รองรับเบราว์เซอร์เดียวบนเดสก์ท็อปเท่านั้น (ตอนนี้ Internet Explorer ตายแล้วอย่างไรก็ตาม) AV1 เป็นตัวแปลงสัญญาณที่ชัดเจนสำหรับอนาคตในฐานะผู้สืบทอด VP9 ด้วยการสนับสนุนที่คาดว่าจะเพิ่มขึ้น อุปกรณ์ต่างๆ จำนวนมากก็จะหันมาใช้งานในที่สุด มีอยู่แล้ว แฟล็กการทดสอบบางอย่าง หมายถึง AV2 บนที่เก็บ AOM และ "จุดยึดเริ่มต้นสำหรับการวิจัย AV2" นั่นคือ มุ่งมั่น ไปยังพื้นที่เก็บข้อมูลในปีที่แล้ว ซึ่งบ่งบอกว่าเราจะได้เห็นการวนซ้ำในอนาคตเช่นกัน

ส่วนใครที่กำลังมองหาสมาร์ทโฟนด้วย แอนดรอยด์ 14 โหลดไว้ล่วงหน้า (เมื่อมีการเปิดตัว) คุณจะดีใจที่รู้ว่ามีแนวโน้ม มันจะต้องมีการรองรับ AV1 ทันที. Snapdragon 8 Gen 2 ของ Qualcomm และ MediaTek Dimensity 9000 series รองรับ AV1 ทั้งคู่ ดังนั้นจึงไม่มีข้อจำกัดด้านฮาร์ดแวร์อีกต่อไปในแง่นั้น

เหตุใด AV1 จึงมีความสำคัญสำหรับอุปกรณ์สตรีมมิ่งเช่น Google Chromecast HD

หากคุณต้องการใช้ Google Chromecast HD มีเหตุผลสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้คุณสนใจ AV1 และนั่นคือความสามารถด้านเครือข่ายของคุณ หากคุณกำลังซื้อเวอร์ชัน HD แทนเวอร์ชัน 4K อาจมีเหตุผลสองสามประการ คุณจะทำเช่นนั้น และหนึ่งในนั้นอาจเป็นว่าอินเทอร์เน็ตของคุณไม่มีแบนด์วิดท์สำหรับ 4K สตรีมมิ่ง หากเป็นเช่นนั้น คุณก็มีแนวโน้มที่จะคำนึงถึงแบนด์วิดท์อยู่แล้ว และ AV1 หมายความว่าคุณสามารถรับวิดีโอบิตเรตที่สูงกว่าจาก Chromecast ของคุณได้ ซึ่งจะทำให้คุณภาพวิดีโอโดยรวมดีขึ้นด้วยอัตราข้อมูลเดียวกันกับที่อินเทอร์เน็ตของคุณรองรับอยู่แล้ว

ไม่เพียงเท่านั้น และนี่คือเหตุผลที่ใหญ่กว่านี้อีก และนี่คือเหตุผลแรกอีกด้วย จริงหรือดองเกิลทีวีกระแสหลัก ที่รองรับ AV1 อย่างจริงจัง Roku เป็นกระแสหลักในระดับหนึ่ง แต่หาได้ยากในบางภูมิภาค และ Fire TV Stick 4K Max เป็นเพียงตัวเลือกอื่นในปัจจุบัน ระบบนิเวศของ Google สำหรับดองเกิลทีวีนั้นเป็นระบบนิเวศที่สมบูรณ์ที่สุดและการรวม AV1 ก็เป็นเรื่องใหญ่ด้วยเหตุผลดังกล่าวเช่นกัน มันทำให้เป็นทางเลือกที่ถูกต้องตามกฎหมายและอาจผลักดันให้บริษัทอื่นสนับสนุน AV1 ในรูปแบบอื่นด้วย