Що таке кодек AV1? Як це зменшує файли?

Якщо ви стежите за потоковим передаванням медіа протягом кількох років, можливо, ви бачили багато хвилювання навколо чуток про підтримку кодека AV1. Хоча це справді досить великий крок вперед у порівнянні з такими кодеками, як H264 і VP9, ​​в історії є набагато більше. AV1, також відомий як AOMedia Video 1, був вперше випущений у березні 2018 року, і його впровадження в індустрії було повільним. Це вся історія AV1, як він покращується в порівнянні з VP9 і H.264, і чому це велика справа.

Що таке AV1?

AV1 — це кодек, розроблений Alliance for Open Media, конгломератом безлічі різних компаній у технологічному просторі. Його головні переваги полягають у тому, що він безоплатний (тому компанії можуть впроваджувати його у своє програмне забезпечення безкоштовно), і він має величезну економію порівняно з VP9 і H264. У 2018 році Facebook Engineering провела тести, дійшовши висновку, що еталонний кодер AV1 досяг 34% 46,2% і 50,3% вище стиснення даних, ніж libvpx-vp9, x264 High profile та x264 Main profile, відповідно. Це означає, що для тих, хто має повільніше з’єднання, ви зможете насолоджуватися якістю, вищою за ту, яку ви використовуєте до, а для тих, хто використовує швидші з’єднання, ви зможете отримати ще більший бітрейт на тому самому з’єднанні швидкість.

Першим чіпсетом для смартфонів, який підтримує декодування AV1, був MediaTek Dimensity 1000, який підтримував до 4K 60 FPS. Серія Nvidia Geforce 3000 підтримує декодування нова серія Nvidia Geforce 4000 підтримує як кодування, так і декодування, а Exynos 2100/2200 від Samsung також підтримують декодування AV1. Пізніше, Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 приніс підтримку декодування AV1, і це подейкують, що майбутній Tensor G3 підтримуватиме AV1 кодування так само. Підтримка повільно зростає в галузі, і чіпсет Chromecast HD також підтримує декодування AV1. Ми звернулися до Google за коментарем і нам сказали, що Chromecast із Google TV (HD) підтримує AV1.

Крім того, YouTube на комп’ютері також підтримує AV1, і ви можете ввімкнути його в налаштуваннях свого облікового запису якщо ви використовуєте сумісний браузер. Насправді компанія має розробив власний кремній для кодування відео AV1, яке використовуватиметься в центрах обробки даних для YouTube. Чіп під кодовою назвою «Argos» — це блок кодування відео (транс) другого покоління (VCU), який перетворює відео завантажується на платформу в різні формати стиснення та оптимізує їх для різних екранів розміри. Google стверджує, що його новий Argos VCU може обробляти відео в 20-33 рази ефективніше, ніж звичайні сервери.

Історія AV1

Контекст ззаду AV1 і чому він був створений також важливий. VP9 — це безкоштовний кодек, розроблений Google, яким може користуватися будь-хто, і оскільки він безоплатний, його можна застосувати на будь-якій платформі чи в будь-якій службі. YouTube використовував кодек на будь-якому пристрої, який міг його підтримувати (оскільки це означало велику економію для Google завдяки зменшеній пропускній здатності), і його навіть застосували такі служби відео на вимогу, як Netflix, Twitch і Vimeo.

Однак, оскільки Google зацікавлена ​​в застосуванні кращих алгоритмів стиснення для зменшення використання пропускної здатності своїх центрів обробки даних, вона почала працювати над VP10 — наступником VP9. Невелике збільшення стиснення відео на одне відео може призвести до величезної економії коштів і значного покращення взаємодії з користувачем, коли ви використовуєте мільярди відеохвилин. Google оголосив, що планує випустити VP10 у 2016 році, а потім буде випускати оновлення кожні 18 місяців, щоб забезпечити стабільний прогрес. Дійшло до того, що Google навіть почав випускати код для VP10, але компанія оголосила про скасування VP10 і замість цього створила Альянс відкритих медіа (AOMedia).

Alliance for Open Media включає всіх, від розробників процесорів (AMD, Arm, Broadcom, Chips&Media, Intel, Nvidia) до браузерів розробників (Google, Microsoft і Mozilla), до служб потокового передавання та відеоконференцій (Adobe, Amazon, BBC R&D, Cisco, Netflix, YouTube). Усі ці компанії пропонували певну форму підтримки AV1, будь то через апаратні декодери представлені в чіпсетах, реалізація декодерів у браузерах або використання кодека для потокового передавання послуги.

AV1 проти HEVC/H265

Найбільша різниця між AV1 і HEVC (High-Efficiency Video Coding), також відомим як H.265, полягає в ліцензуванні. Щоб постачати продукт із підтримкою HEVC, вам потрібно придбати ліцензії принаймні чотирьох патентних пулів (MPEG LA, HEVC Advance, Technicolor, і Velos Media), а також численні інші компанії, багато з яких не пропонують стандартних умов ліцензування — натомість вимагають від вас домовитися умови.

Ці високі гонорари вже були проблематичними для таких продуктів, як Google Chrome, Opera, Netflix, Amazon Video, Cisco WebEx Connect, Skype та інші, і вони повністю виключають HEVC як варіант для таких проектів, як Mozilla Firefox. Це тому, що це суперечить багатьом основним цінностям проекту Firefox: Firefox має бути безоплатним, щоб поставлятися в багатьох проектах FOSS, чому використання HEVC завадить цьому; і Mozilla вірить у вільний і відкритий Інтернет, а це неможливо, якщо ви просуваєте стандарти, обтяжені патентами. Навіть ігноруючи ці дві проблеми, Mozilla просто не може дозволити собі витрачати сотні мільйонів доларів на роялті та весь цей час на переговори щодо необхідних ліцензійних угод.

Цікавий факт, що ці ж проблеми заважали Firefox (і Chromium) навіть включити рідне відтворення H.264 на багатьох платформах до кількох років тому... і для цього все ще потрібен плагін у Linux. Малоймовірно, що Firefox навіть зможе підтримувати HEVC до закінчення терміну дії його патентів у 2030-х роках (або, можливо, навіть пізніше). Навіть до цього дня Firefox підтримує лише H.264, завдяки тому, що Cisco пропонує сплатити всі витрати на ліцензування Mozilla через OpenH264, щоб стандартизувати H.264 для трансляції на ринку до кодека наступного покоління був готовий. На Керівництво по відеокодеку Mozilla, компанія каже, що «Mozilla не підтримуватиме HEVC, поки він обтяжений патентами». Лише донині Edge та Internet Explorer підтримують власне відтворення HEVC і лише на певному обладнанні, яке підтримує розшифровка.

З точки зору ефективності, обидва кодеки йдуть один проти одного. Їх ефективність, як правило, однакова (хоча тести показали, що AV1 трохи випереджає), але є заковика — кодування AV1 зазвичай займає значно більше часу завдяки відсутності апаратного кодування можливості. У 2020 році Університет Ватерлоо виявив, що, хоча AV1 забезпечує економію бітрейту на 9,5% у порівнянні з HEVC при кодуванні відео 4K, кодування відео AV1 також займає в 590 разів більше часу, ніж AVC. Навпаки, HEVC займав лише в 4,2 рази більше часу. Ці тести, очевидно, проводилися на досить ранньому етапі життя AV1, коли апаратна підтримка була недоступна.

Майбутнє AV1

Схоже, що AV1 прокладе шлях для відтворення високоякісного стисненого відео, оскільки все більше пристроїв підтримують апаратне декодування. Зважаючи на те, що HEVC підтримується лише одним браузером на робочому столі (тепер, коли Internet Explorer мертвий, у всякому разі), AV1, очевидно, є основним кодеком для майбутнього як наступник VP9. Оскільки очікується, що підтримка буде зростати, її використовуватиме все більше пристроїв. Вже є деякі позначки експерименту посилання на AV2 у сховищі AOM і «початковий якір для дослідження AV2», який був скоєний до репозиторію минулого року, що свідчить про те, що ми також побачимо ітерації в майбутньому.

Що стосується тих із вас, хто шукає смартфон Android 14 попередньо завантажений (коли він буде випущений), ви будете раді дізнатися, що це ймовірно для цього потрібна підтримка AV1 із коробки. Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 і MediaTek Dimensity 9000 серії підтримують AV1, тому апаратних обмежень у цьому сенсі більше немає.

Чому AV1 важливий для потокових пристроїв, таких як Google Chromecast HD?

Якщо ви бажаєте придбати Google Chromecast HD, є одна вагома причина, чому вас може зацікавити AV1 — і це ваші мережеві можливості. Якщо ви купуєте версію HD замість версії 4K, ймовірно, є кілька причин ви б це зробили, і одна з них може полягати в тому, що ваш Інтернет не має пропускної спроможності для 4K потокове передавання. Якщо це так, то ви, ймовірно, все одно будете стежити за пропускною спроможністю, а AV1 означає, що ви можете отримувати відео з вищим бітрейтом зі свого Chromecast. Це призведе до кращої якості відео за тих самих швидкостей передачі даних, які вже підтримує ваш Інтернет.

Але не тільки це, і це, мабуть, ще більша причина, це перша насправдіосновний телевізійний ключ який активно підтримує AV1. Roku певною мірою є основним, але його важче отримати в деяких регіонах, а Fire TV Stick 4K Max наразі є єдиним іншим варіантом. Екосистема Google для телевізійних ключів на сьогоднішній день є найбільш конкретизованою з усіх, і з цієї причини включення AV1 є досить важливою справою. Це узаконює його як варіант і може підштовхнути інші компанії підтримувати AV1 також іншими способами.