AV1: новое поколение видеокодеков

AV1 называют новым видеоформатом для Интернета, который должен заменить хорошо известный и проверенный формат MPEG. Кодек AV1 — это видеокодек с высокой производительностью и без лицензии, детище альянса между VP10 от Google, Daala от Mozilla и Thor от Cisco.

За последние несколько лет кодеки MPEG, включая MPEG1, MPEG2 и MPEG4 варианты ASP (DivX/XviD), AVC (H.264) и HEVC (H.265) были мерилом всех вещей, когда речь шла о потоковом видео онлайн. Потоковые провайдеры предпочитали HEVC для своего 4K-контента. Но форматы MPEG стали стандартом для видеофайлов с высокой степенью сжатия на DVD, Blu-rays и в цифровом телевидении.

Отсутствие конкуренции для форматов MPEG объясняется не только их технологическим превосходством. Многие алгоритмы запатентованы, что всегда затрудняло сторонним провайдерам выпуск сопоставимого кодека. Это влияет на коммерческое использование HEVC, поскольку поставщики потокового вещания требуют лицензию от MPEG, а также других лицензионных партнеров, включая отдельных владельцев патентов. AV1 надеется избежать этих трудностей и в то же время предоставить технически более совершенное решение по сравнению с предыдущими форматами.

AV1 — это формат кодирования видео с открытым исходным кодом, призванный помочь предприятиям и частным лицам более эффективно передавать высококачественное видео в Интернете. Mozilla, Google и Cisco продвигают этот проект, чтобы устранить существующие технологические и финансовые барьеры для пользователей. Цель состоит в том, чтобы все пользователи получили доступ к мощным медиаформатам и в конечном итоге использовали их для обмена и воспроизведения видеофайлов на своих открытых веб-платформах — таких как браузер Firefox или YouTube.

Создатели кодека AV1 объединили усилия в рамках Альянса за открытые медиа (AOMedia), который с 2015 года занимается разработкой кодеков, форматов и технологий для открытого веба. AOMedia Video 1 или сокращенно AV1 — первый из его проектов, который стал общедоступным. Кодек AV1 с открытым исходным кодом и без лицензии используется для сжатия видеофайлов. Кодированные файлы могут быть сохранены в формате MP4 или MKV. В рамках WebM AV1 может использоваться в сочетании с аудиоформатом Opus для встраивания видео HTML5.

Согласно исследованиям компании Cisco, на видеоконтент сегодня приходится 70 процентов интернет-трафика. Ожидается, что к 2021 году эта цифра вырастет до более чем 80 процентов. Даже небольшие улучшения в размере файлов, качестве изображения и времени передачи имеют большое значение для создателей и конечных пользователей. AV1 доступен бесплатно, что позволяет выйти на рынок небольшим компаниям и частным лицам, которые в противном случае не смогли бы позволить себе высокие лицензионные сборы других форматов.

Высокие лицензионные отчисления — не новая проблема. Шесть лет назад почти все крупные игроки начали работу над собственными жизнеспособными альтернативами запатентованным видеокодекам: Google опубликовал VP9, Mozilla запустила свой проект Daala, а Cisco приобрела Thor, кодек, который особенно подходит для видеоконференций с низкой сложностью. Цель у них была одна: создать видеокодек следующего поколения, который сделает обмен видео в Интернете быстрее, проще и дешевле.

В 2015 году они объединили усилия под названием AOMedia, и к работе подключились такие гиганты потокового вещания и аппаратного обеспечения, как Amazon, Netflix, Intel, AMD и NVIDIA. В результате появился кодек AV1, который в основном основан на Google VP9, но в значительной степени использует инструменты и технологии, предоставляемые Daala, Thor и VP10. С 2018 года Google Chrome и Mozilla Firefox — два наиболее часто используемых браузера в мире — поддерживают AV1.

AV1 — это медиакодек, то есть компьютерная программа, которая может кодировать или декодировать цифровое видео, а также фото- и аудиофайлы. Кодирование позволяет пользователям сжимать файлы для эффективного редактирования, хранения и обмена. Затем декодирование позволяет открыть или воспроизвести содержимое — обычно через приложение или онлайн-плеер. Чтобы это взаимодействие работало, процесс кодирования и декодирования должен быть основан на общем формате — в данном случае AV1.

Это не так просто, как кажется. Взаимодействие медиа, приложения и аппаратного обеспечения устройства является очень сложным, что требует специализированных кодеков. Сегодня используется бесчисленное множество кодеков, некоторые из которых имеют открытый исходный код и бесплатны, а некоторые требуют лицензии и являются платными.

В ближайшее время AV1 будет стандартизирован рабочей группой по разработке Интернета (IETF) под названием NetVC (Internet Video Codec). Сейчас YouTube поддерживает кодек AV1 и уже предлагает потоки 8K для совместимых экранов. Это сделано для того, чтобы доказать эффективность кодека AV1 от AOMedia по сравнению с конкурирующими форматами.

Вместе с AVIF Альянс открытых медиа также запустил формат изображения, основанный на видеокодеке AV1. В долгосрочной перспективе формат изображений, вероятно, будет пользоваться сравнительно высоким спросом и призван заменить формат JPEG. Расширение файла — .avif (AV Image File); последовательности изображений заканчиваются .avifs. Новый формат изображений предназначен для достижения высокого качества изображения при более высокой степени сжатия и даже поддерживает анимацию в качестве альтернативы устаревшему формату GIF.

AV1 от AOMedia отличается от AVC по нескольким параметрам. AVC был запущен в 2003 году Группой экспертов по движущемуся изображению (MPEG). Цель AV1 — стать доминирующим видеоформатом в Интернете. Высококачественное видео должно свободно и эффективно обмениваться через Всемирную паутину.

Самыми большими преимуществами AV1 являются:

• AV1 использует технологию сжатия, которая почти в два раза быстрее, чем у конкурентов.
• Видео можно передавать в более высоком качестве и быстрее.
• AV1 не требует лицензирования. Кодирование, декодирование и сжатие видеофайлов не требует оплаты.
• Конечные пользователи могут наслаждаться высококачественным видео даже при низкой пропускной способности Интернета.

Цели производительности AV1 амбициозны. AOMedia планирует повысить эффективность на 25 процентов по сравнению с HEVC. Когда речь идет о повышении сложности, основное внимание по-прежнему уделяется программному декодированию, поскольку до аппаратной поддержки еще далеко. AV1 уже можно использовать в сочетании с аудиоформатом Opus в файлах WebMcontainer во всех распространенных веб-браузерах. Единственным исключением является браузер Safari, который в настоящее время поддерживает только Opus.

Изначально кодек AV1 был пригоден для использования в браузерах Chrome и Firefox. Затем за ними последовали родные браузеры Microsoft и Apple. Но список сторонников AV1 на этом не заканчивается. Дистрибьюторы медиаконтента, такие как Netflix, Amazon, Hulu, Apple и Google, являются членами AOMedia наряду с поставщиками оборудования, такими как Intel, AMD, ARM и Nvidia. YouTube стал одним из первых последователей AV1 и тестирует видеоформат с 2017 года. Кодек AV1 доступен для свободного использования на Googlesource с 2018 года.

Поддержка аппаратного обеспечения

Следующие аппаратные продукты уже поддерживают AV1:

• Allegro DVT запустила оборудование для кодирования мультиформатного видео с поддержкой AV1.
• Телевизор Samsung Q950TS поддерживает 8K-потоки с AV1.
• Телевизоры LG серии ZX-OLED также могут передавать потоковое видео в формате 8K благодаря поддержке AV1.
• Графический процессор Intel Xe от Intel запустил аппаратный декодер AV1.
• Серия RTX 30 от Nvidia поддерживает 8K, 10 бит и 60 кадров в секунду благодаря кодеку AV1.

Поддержка программного обеспечения

Список программного обеспечения, поддерживающего AV1, гораздо длиннее. Вот несколько известных примеров:

• Google Chrome
• Mozilla Firefox
• Microsoft Edge
• Opera
• Vivaldi
• Pale Moon
• Медиаплеер VLC
• Android 10

Компания AOMedia запустила кодек AV1 в июне 2018 года. С тех пор битовый поток был стабилизирован и доступен любому заинтересованному пользователю на безлицензионной основе. Патентная лицензия полностью соответствует патентной политике W3C, что делает AV1 бесплатным для использования. Все производители браузеров могут использовать кодек AV1 в качестве открытого веб-стандарта.

Кодек AV1 уже можно использовать через Android TV на совместимых устройствах. К ним относятся телевизоры с BCM72190 и 72180 от Broadcom и Realtek RTD1311 или RTD1319.

Как только потоковое вещание 8K станет более распространенным, AV1 будет использоваться все чаще.