AV1


AOMedia vídeo 1 ( AV1 ) es una abierta , libre de royalties formato de codificación de vídeo inicialmente diseñado para transmisiones de vídeo a través de Internet. Fue desarrollado como sucesor de VP9 por Alliance for Open Media (AOMedia), [2] un consorcio fundado en 2015 que incluye empresas de semiconductores, proveedores de video a pedido , productores de contenido de video, empresas de desarrollo de software y proveedores de navegadores web. La especificación de flujo de bits AV1 incluye un códec de video de referencia . [1] En 2018 Facebookpruebas realizadas que se aproxima a las condiciones del mundo real, el codificador de referencia AV1 logra 34%, 46,2% y 50,3% más alto de compresión de datos que libvpx-VP9, x264 de alto perfil, y x264 perfil principal respectivamente.

Como VP9, ​​pero a diferencia de H.264 / AVC y HEVC , AV1 tiene un modelo de licencia libre de regalías que no obstaculiza la adopción en proyectos de código abierto . [3] [4] [5] [6] [2] [7]

El formato de archivo de imagen AV1 ( AVIF ) es un formato de archivo de imagen que utiliza algoritmos de compresión AV1.

Las motivaciones de la Alianza para crear AV1 incluyeron el alto costo y la incertidumbre involucrados con la licencia de patente de HEVC , el códec diseñado por MPEG que se espera que suceda a AVC . [8] [6] Además, los siete miembros fundadores de la Alianza - Amazon, Cisco, Google, Intel, Microsoft, Mozilla y Netflix - anunciaron que el enfoque inicial del formato de video sería la entrega de videos web de alta calidad. [9] El anuncio oficial de AV1 llegó con el comunicado de prensa sobre la formación de Alliance for Open Media el 1 de septiembre de 2015. Solo 42 días antes, el 21 de julio de 2015, se anunció que la oferta de licencia inicial de HEVC Advance era un aumento con respecto a la derechos de autor de su predecesor, AVC. [10] Además del mayor costo, la complejidad del proceso de licencia aumentó con HEVC. A diferencia de los estándares MPEG anteriores, en los que la tecnología del estándar podía obtener la licencia de una sola entidad, MPEG-LA , cuando se terminó el estándar HEVC, se habían formado dos grupos de patentes con un tercer grupo en el horizonte. Además, varios titulares de patentes se negaban a otorgar licencias de patentes a través de cualquiera de los conjuntos, lo que aumentaba la incertidumbre sobre las licencias de HEVC. Según Ian LeGrow de Microsoft, se consideraba que una tecnología de código abierto libre de regalías era la forma más fácil de eliminar esta incertidumbre en torno a las licencias. [8]

El efecto negativo de la concesión de licencias de patentes sobre el software libre y de código abierto también se ha citado como una razón para la creación de AV1. [6] Por ejemplo, construir una implementación H.264 en Firefox evitaría que se distribuyera de forma gratuita, ya que las tarifas de licencia se tendrían que pagar a MPEG-LA. [11] Free Software Foundation Europe ha argumentado que las prácticas de concesión de licencias de patentes de FRAND hacen imposible la implementación de estándares de software libre debido a varias incompatibilidades con las licencias de software libre . [7]

Muchos de los componentes del proyecto AV1 se obtuvieron de esfuerzos de investigación anteriores de miembros de la Alianza. Los colaboradores individuales comenzaron con plataformas de tecnología experimental años antes: el código de Xiph / Mozilla's Daala ya publicó en 2010, el proyecto de evolución VP9 experimental de Google, VP10, se anunció el 12 de septiembre de 2014, [12] y Thor de Cisco se publicó el 11 de agosto de 2015. Construyendo sobre la base del código de VP9, ​​AV1 incorpora técnicas adicionales, varias de las cuales fueron desarrolladas en estos formatos experimentales. [13] La primera versión 0.1.0 del códec de referencia AV1 se publicó el 7 de abril de 2016.

Aunque a finales de octubre de 2017 entró en vigor una congelación de funciones suaves , el desarrollo continuó en varias funciones importantes. Se proyectó que una de estas características en progreso, el formato de flujo de bits , se congelaría en enero de 2018, pero se retrasó debido a errores críticos no resueltos, así como a cambios adicionales en las transformaciones, la sintaxis, la predicción de vectores de movimiento y la finalización del análisis legal. . [ cita requerida ] La Alianza anunció el lanzamiento de la especificación de flujo de bits AV1 el 28 de marzo de 2018, junto con un codificador y decodificador de referencia basado en software. [14] El 25 de junio de 2018, se publicó una versión 1.0.0 validada de la especificación. [15] El 8 de enero de 2019 se publicó una versión 1.0.0 validada con errata 1 de la especificación.

Martin Smole de Bitmovin, miembro de AOM, dijo que la eficiencia computacional del codificador de referencia era el mayor desafío que quedaba después de que se completara la congelación del formato de flujo de bits. [16] Mientras seguía trabajando en el formato, el codificador no estaba destinado al uso en producción y no se priorizaron las optimizaciones de velocidad. En consecuencia, la primera versión de AV1 era órdenes de magnitud más lenta que los codificadores HEVC existentes. En consecuencia, gran parte del esfuerzo de desarrollo se orientó hacia la maduración del codificador de referencia. En marzo de 2019, se informó que la velocidad del codificador de referencia había mejorado mucho y dentro del mismo orden de magnitud que los codificadores para otros formatos comunes. [17]

AV1 pretende ser un formato de video para la web que sea de última generación y libre de regalías . [2] La misión de Alliance for Open Media es la misma que la del proyecto WebM .

Una preocupación recurrente en el desarrollo de estándares, sobre todo en los formatos multimedia libres de regalías, es el peligro de infringir accidentalmente patentes que sus creadores y usuarios no conocían. Se ha planteado la preocupación con respecto a AV1, [18] y anteriormente VP8 , [19] VP9, [20] Theora [21] y IVC . [22] El problema no es exclusivo de los formatos libres de regalías, sino que amenaza de manera única su condición de libres de regalías.

Para cumplir con el objetivo de estar libre de regalías, el proceso de desarrollo requiere que ninguna característica pueda ser adoptada antes de que haya sido confirmada independientemente por dos partes separadas para no infringir las patentes de empresas competidoras. En los casos en que no se dispone de una alternativa a una técnica protegida por patente, se ha invitado a los propietarios de las patentes pertinentes a unirse a la Alianza (incluso si ya eran miembros de otro grupo de patentes). Por ejemplo, los miembros de la Alianza Apple, Cisco, Google y Microsoft también son licenciantes en el grupo de patentes de MPEG-LA para H.264. [18] Como protección adicional para el estado libre de regalías de AV1, la Alianza tiene un fondo de defensa legal para ayudar a los miembros más pequeños de la Alianza o licenciatarios de AV1 en caso de que sean demandados por presunta infracción de patente. [18] [5] [23]

Según las reglas de patentes adoptadas por el World Wide Web Consortium (W3C), los contribuyentes de tecnología otorgan licencias de sus patentes conectadas a AV1 a cualquier persona, en cualquier lugar y en cualquier momento en función de la reciprocidad (es decir, siempre que el usuario no participe en un litigio de patentes). [24] Como condición defensiva, cualquiera que participe en un litigio sobre patentes pierde el derecho a las patentes de todos los titulares de patentes. [ cita requerida ] [25]

Este tratamiento de los derechos de propiedad intelectual ( DPI ), y su prioridad absoluta durante el desarrollo, es contrario a los formatos MPEG existentes como AVC y HEVC. Estos fueron desarrollados bajo una política de desvinculación de los derechos de propiedad intelectual por sus organizaciones de normalización, como se estipula en la definición del UIT-T de un estándar abierto . Sin embargo, el presidente de MPEG ha argumentado que esta práctica tiene que cambiar, [26] que es: [ cita requerida ] EVC también está configurado para tener un subconjunto libre de regalías, [27] [28] y tendrá características intercambiables en su flujo de bits para defenderse de futuras amenazas de DPI. [ cita requerida ]

La creación de estándares web libres de regalías ha sido un objetivo de la industria desde hace mucho tiempo. En 2007, la propuesta de video HTML5 especificaba que Theora era de implementación obligatoria. La razón era que el contenido público debería codificarse en formatos que se pudieran implementar libremente, aunque sólo fuera como un "formato de referencia", y que cambiar ese formato de referencia más adelante sería difícil debido a los efectos de la red. [29] La Alliance for Open Media es una continuación de los esfuerzos de Google con el proyecto WebM, que renovó la competencia libre de regalías después de que Theora fuera superada por AVC. Para empresas como Mozilla que distribuyen software libre, AVC puede ser difícil de soportar ya que una regalía por copia fácilmente es insostenible dada la falta de flujo de ingresos para respaldar estos pagos en software libre (ver FRAND § Excluyendo distribución gratuita ). [3] De manera similar, HEVC no ha logrado convencer a todos los licenciantes para que permitan una excepción para el software distribuido libremente (consulte HEVC § Disposición para software gratuito ).

Los objetivos de rendimiento incluyen "un paso adelante de VP9 y HEVC" en eficiencia para un bajo aumento en la complejidad . El objetivo de eficiencia de NETVC es una mejora del 25% sobre HEVC. [30] La principal preocupación por la complejidad es la decodificación de software, ya que el soporte de hardware tardará en llegar a los usuarios. Sin embargo, para WebRTC , el rendimiento de la codificación en vivo también es relevante, que es la agenda de Cisco : Cisco es un fabricante de equipos de videoconferencia , y sus contribuciones de Thor apuntan a "una compresión razonable con una complejidad moderada". [31]

En cuanto a las características, AV1 está diseñado específicamente para aplicaciones en tiempo real (especialmente WebRTC) y resoluciones más altas ( gamas de colores más amplias , velocidades de cuadro más altas , UHD ) que los escenarios de uso típicos de la generación actual (H.264) de formatos de video, donde se encuentra espera lograr sus mayores ganancias de eficiencia. Por lo tanto, está previsto admitir el espacio de color de la Recomendación UIT-R BT.2020 y hasta 12 bits de precisión por componente de color. [32] AV1 está diseñado principalmente para codificación con pérdida , aunque también se admite la compresión sin pérdida . [33]

AV1 es un formato de transformación de frecuencia tradicional basado en bloques que presenta nuevas técnicas. Basado en el VP9 de Google, [34] AV1 incorpora técnicas adicionales que principalmente dan a los codificadores más opciones de codificación para permitir una mejor adaptación a diferentes tipos de entrada.

Etapas de procesamiento de un codificador AV1 con tecnologías relevantes asociadas a cada etapa.

Alliance publicó una implementación de referencia escrita en C y lenguaje ensamblador ( aomenc, aomdec) como software libre bajo los términos de la Licencia BSD de 2 Cláusulas . [36] El desarrollo ocurre en público y está abierto a contribuciones, independientemente de la membresía de AOM.

El proceso de desarrollo fue tal que las herramientas de codificación se agregaron a la base del código de referencia como experimentos , controlados por indicadores que los habilitan o deshabilitan en el momento de la compilación, para que los revisen otros miembros del grupo y equipos especializados que ayudaron y aseguraron la compatibilidad y el cumplimiento del hardware con derechos de propiedad intelectual (TAPAS). Cuando la función obtuvo cierto apoyo en la comunidad, el experimento se habilitó de forma predeterminada y, en última instancia, se eliminó su marca cuando se aprobaron todas las revisiones. [37] Los nombres de los experimentos se escribieron en minúsculas en el script de configuración y en mayúsculas en los indicadores de compilación condicional . [ cita requerida ]

Para admitir mejor y de manera más confiable HDR y espacios de color, los metadatos correspondientes ahora se pueden integrar en el flujo de bits de video en lugar de señalizarse en el contenedor.

Fraccionamiento

Diez formas de subdividir unidades de codificación: en cuadrados (recursivamente), rectángulos o mezclas de los mismos ("en forma de T").

El contenido de la trama se separa en bloques adyacentes del mismo tamaño denominados superbloques. Similar al concepto de un macrobloque , los superbloques tienen forma cuadrada y pueden tener un tamaño de 128 × 128 o 64 × 64 píxeles. Los superbloques se pueden dividir en bloques más pequeños de acuerdo con diferentes patrones de partición. El patrón de división en cuatro direcciones es el único patrón cuyas particiones se pueden subdividir de forma recursiva. Esto permite que los superbloques se dividan en particiones tan pequeñas como 4 × 4 píxeles.

Diagrama de la partición del superbloque AV1. Muestra cómo los superbloques de 128 × 128 se pueden dividir en bloques de 4 × 4. Como casos especiales, los bloques de 128 × 128 y 8 × 8 no pueden usar divisiones 1: 4 y 4: 1, y los bloques de 8 × 8 no pueden usar divisiones en forma de "T".

Se introducen patrones de partición "en forma de T", una característica desarrollada para VP10, así como divisiones horizontales o verticales en cuatro franjas de relación de aspecto 4: 1 y 1: 4. Los patrones de partición disponibles varían según el tamaño del bloque, los bloques de 128 × 128 y 8 × 8 no pueden usar divisiones 4: 1 y 1: 4. Además, los bloques de 8 × 8 no pueden utilizar divisiones en forma de "T".

Ahora se pueden usar dos predicciones separadas en partes espacialmente diferentes de un bloque usando una línea de transición suave y oblicua ( predicción dividida en cuñas ). [ cita requerida ] Esto permite una separación más precisa de objetos sin las tradicionales líneas de escalera a lo largo de los límites de los bloques cuadrados.

Es posible un mayor paralelismo del codificador gracias a la dependencia de predicción configurable entre filas de mosaicos ( ext_tile). [38]

Predicción

AV1 realiza un procesamiento interno con mayor precisión (10 o 12 bits por muestra), lo que conduce a una mejora de la compresión debido a errores de redondeo más pequeños en las imágenes de referencia.

Las predicciones se pueden combinar de formas más avanzadas (que un promedio uniforme) en un bloque ( predicción compuesta ), incluidos gradientes de transición suaves y nítidos en diferentes direcciones ( predicción dividida en cuñas ), así como máscaras implícitas que se basan en la diferencia entre las dos predictores. Esto permite utilizar la combinación de dos inter predicciones o una inter y una intra predicción en el mismo bloque. [39] [ cita requerida ]

Una trama puede hacer referencia a 6 en lugar de 3 de las 8 memorias intermedias de tramas disponibles para la (inter) predicción temporal, al tiempo que proporciona más flexibilidad en la bi-predicción [40] ( ext_refs[ cita requerida ] ).

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Movimiento deformado visto desde la parte delantera de un tren.

Las herramientas Warped Motion ( warped_motion) [38] y Global Motion ( global_motion[ cita requerida ] ) en AV1 tienen como objetivo reducir la información redundante en vectores de movimiento al reconocer patrones que surgen del movimiento de la cámara. [38] Implementan ideas que se intentaron explotar en formatos anteriores como, por ejemplo, MPEG-4 ASP, aunque con un enfoque novedoso que funciona en tres dimensiones. Puede haber un conjunto de parámetros de deformación para una trama completa ofrecida en el flujo de bits, o los bloques pueden usar un conjunto de parámetros locales implícitos que se calculan en función de los bloques circundantes.

Los fotogramas de cambio ( fotograma S) son un nuevo tipo entre fotogramas que se puede predecir utilizando fotogramas de referencia ya decodificados de una versión de mayor resolución del mismo video para permitir el cambio a una resolución más baja sin la necesidad de un fotograma clave completo al principio de un segmento de video en el caso de uso de transmisión de velocidad de bits adaptativa . [41]

Predicción intra

La predicción intra consiste en predecir los píxeles de un bloque determinado utilizando únicamente la información disponible en el fotograma actual. La mayoría de las veces, las predicciones intra se construyen a partir de los píxeles vecinos arriba y a la izquierda del bloque predicho. El predictor DC construye una predicción promediando los píxeles arriba y a la izquierda del bloque.

Los predictores direccionales extrapolan estos píxeles vecinos de acuerdo con un ángulo específico. En AV1, se pueden elegir 8 modos direccionales principales. Estos modos comienzan en un ángulo de 45 grados y aumentan en un tamaño de paso de 22,5 grados hasta 203 grados. Además, para cada modo direccional, se pueden señalar seis compensaciones de 3 grados para bloques más grandes, tres por encima del ángulo principal y tres por debajo de él, lo que da como resultado un total de 56 ángulos ( ext_intra).

El predictor "TrueMotion" se reemplazó por un predictor de Paeth que analiza la diferencia entre el píxel conocido en la esquina superior izquierda y el píxel directamente arriba y directamente a la izquierda del nuevo y luego elige el que se encuentra en la dirección del gradiente más pequeño. como predictor. Un predictor de paleta está disponible para bloques con muy pocos colores (hasta 8, dominantes) como en algunos contenidos de pantalla de computadora. Las correlaciones entre la luminosidad y la información de color ahora se pueden explotar con un predictor para bloques de croma que se basa en muestras del plano de luminancia ( cfl). [38] Con el fin de reducir los límites visibles a lo largo de los bordes de los bloques predichos, se puede utilizar una técnica llamada compensación de movimiento de bloques superpuestos (OBMC). Esto implica extender el tamaño de un bloque para que se superponga con los bloques vecinos de 2 a 32 píxeles y combinar las partes superpuestas. [42]

Transformación de datos

Para transformar el error restante después de la predicción en el dominio de frecuencia, los codificadores AV1 pueden usar DCT cuadrados, 2: 1/1: 2 y 4: 1/1: 4 rectangulares ( rect_tx), [40] , así como un DST asimétrico [43 ] [44] [45] para bloques donde se espera que el borde superior y / o izquierdo tenga un error menor gracias a la predicción de píxeles cercanos, o elija no hacer ninguna transformación (transformación de identidad).

Puede combinar dos transformaciones unidimensionales para utilizar diferentes transformaciones para la dimensión horizontal y vertical ( ext_tx). [38] [40]

Cuantización

AV1 tiene nuevas matrices de cuantificación optimizadas ( aom_qm). [ cita requerida ] Los ocho conjuntos de parámetros de cuantificación que se pueden seleccionar y señalar para cada fotograma ahora tienen parámetros individuales para los dos planos cromáticos y pueden usar predicción espacial. En cada nuevo superbloque, los parámetros de cuantificación se pueden ajustar mediante la señalización de un desplazamiento.

Filtros

Para el paso de filtrado en bucle, la integración del filtro de paso bajo restringido de Thor y el filtro de derivación direccional de Daala ha sido fructífera: el filtro de mejora direccional restringido combinado ( cdef[ cita requerida ] ) supera los resultados de usar los filtros originales por separado o juntos. [ cita requerida ]

Es un filtro de reemplazo condicional dirigido al borde que suaviza los bloques con una fuerza configurable (señalizada) aproximadamente a lo largo de la dirección del borde dominante para eliminar los artefactos de timbre .

También existe el filtro de restauración de bucle ( loop_restoration) basado en el filtro Wiener y filtros de restauración autoguiados para eliminar los artefactos borrosos debido al procesamiento de bloques. [38]

La síntesis de grano de película ( film_grain) mejora la codificación de señales ruidosas mediante un enfoque de codificación de vídeo paramétrico. Debido a la aleatoriedad inherente al ruido del grano de la película, este componente de señal es tradicionalmente muy costoso de codificar o propenso a dañarse o perderse, posiblemente dejando serios artefactos de codificación como residuo. Esta herramienta evita estos problemas mediante el análisis y la síntesis, reemplazando partes de la señal con una textura sintética visualmente similar, basada únicamente en la impresión visual subjetiva en lugar de la similitud objetiva. Elimina el componente de grano de la señal, analiza sus características no aleatorias y, en su lugar, transmite solo parámetros descriptivos al decodificador, que agrega una señal de ruido pseudoaleatoria sintética que tiene la forma del componente original. Es el equivalente visual de la técnica de sustitución de ruido perceptual utilizada en los códecs de audio AC3, AAC, Vorbis y Opus.

Codificación de entropía

El codificador de entropía de Daala ( daala_ec[ cita requerida ] ), un codificador aritmético no binario , fue seleccionado para reemplazar el codificador de entropía binario de VP9. El uso de codificación aritmética no binaria ayuda a evadir patentes, pero también agrega paralelismo a nivel de bits a un proceso que de otro modo sería en serie, lo que reduce las demandas de frecuencia de reloj en las implementaciones de hardware. [ cita requerida ] Esto quiere decir que la efectividad de la codificación aritmética binaria moderna como CABAC se está abordando utilizando un alfabeto mayor que el binario, por lo tanto, mayor velocidad, como en el código Huffman (pero no tan simple y rápido como el código Huffman). AV1 también obtuvo la capacidad de adaptar las probabilidades de símbolo en el codificador aritmético por símbolo codificado en lugar de por cuadro ( ec_adapt). [38]

Codificación de video escalable

De principal importancia para las videoconferencias, la codificación de video escalable es una técnica general, no exclusiva de AV1, para restringir y estructurar las dependencias de cuadros de video para que una o más secuencias de video de menor tasa de bits se puedan extraer de una secuencia de mayor tasa de bits con mejor calidad. Esto difiere de la transmisión de velocidad de bits adaptativa en que se renuncia a cierta eficiencia de compresión en cada adaptación de velocidad de bits más alta en beneficio de la transmisión general. El proceso de codificación también es menos redundante y exigente.

AV1 tiene disposiciones para la escalabilidad temporal y espacial. [46] Esto quiere decir que tanto la velocidad de fotogramas como la resolución son formas utilizables para definir una subflujo de velocidad de bits más baja.

Una primera comparación desde principios de junio de 2016 [47] [¿ por quién? ] encontró AV1 aproximadamente a la par con HEVC, al igual que uno que usaba código de fines de enero de 2017. [48]

En abril de 2017, utilizando las 8 funciones experimentales habilitadas en ese momento (de un total de 77), Bitmovin pudo demostrar métricas objetivas favorables , así como resultados visuales, en comparación con HEVC en los cortometrajes de Sintel y Tears of Steel . [49] Una comparación de seguimiento realizada por Jan Ozer de Streaming Media Magazine confirmó esto y concluyó que "AV1 es al menos tan bueno como HEVC ahora". [50] Ozer señaló que sus resultados y los de Bitmovin contradecían una comparación del Instituto Fraunhofer de Telecomunicaciones de finales de 2016 [51] que había encontrado que AV1 era un 65,7% menos eficiente que HEVC, con un rendimiento inferior incluso a H.264 / AVC, que concluyeron que era un 10,5% más eficiente, y justificó esta discrepancia al haber utilizado parámetros de codificación respaldados por cada proveedor de codificadores, además de tener más funciones en el codificador AV1 más nuevo. [51] El rendimiento de decodificación fue aproximadamente la mitad de la velocidad de VP9 según las mediciones internas de 2017. [41]

Las pruebas de Netflix en 2017, basadas en mediciones con PSNR y VMAF a 720p, mostraron que AV1 era aproximadamente un 25% más eficiente que VP9 (libvpx). [52] Las pruebas de Facebook realizadas en 2018, basadas en PSNR , mostraron que el codificador de referencia AV1 fue capaz de lograr una compresión de datos 34%, 46,2% y 50,3% más alta que libvpx-vp9, x264 high profile y x264 main profile respectivamente. [53] [54]

Las pruebas de la Universidad Estatal de Moscú en 2017 encontraron que VP9 requería un 31% y HEVC un 22% más de tasa de bits que AV1 para lograr niveles similares de calidad. [55] El codificador AV1 funcionaba a una velocidad "2500 a 3500 veces menor que la de la competencia" debido a la falta de optimización (que no estaba disponible en ese momento). [56]

Las pruebas de la Universidad de Waterloo en 2020 encontraron que cuando se usaba una puntuación de opinión media (MOS) para video de 2160p (4K), AV1 tenía un ahorro de tasa de bits del 9.5% en comparación con HEVC y del 16.4% en comparación con VP9. Sin embargo, también llegaron a la conclusión de que en el momento del estudio a 2160p, las codificaciones de vídeo AV1 tardaban en promedio 590 veces más en comparación con la codificación con AVC; mientras que HEVC tomó en promedio 4,2 veces más y VP9 tomó en promedio 5,2 veces más que AVC, respectivamente. [57] [58]

La última comparación de codificadores realizada por Streaming Media Magazine en septiembre de 2020, que utilizó velocidades de codificación moderadas, VMAF y un conjunto diverso de clips cortos, indicó que los codificadores libaom y SVT-AV1 de código abierto tardaron aproximadamente el doble de tiempo en codificar que x265 en su ajuste preestablecido "muy lento" mientras usa un 15-20% menos de tasa de bits, o aproximadamente un 45% menos de tasa de bits que x264 muy lento . El mejor codificador AV1 de la prueba, Aurora1 de Visionular, en su ajuste preestablecido "más lento", era tan rápido como x265 muy lento y ahorraba un 50% de tasa de bits sobre x264 muy bajo . [59]

Perfiles

AV1 define tres perfiles para decodificadores que son Principal , Alto y Profesional . El perfil principal permite una profundidad de bits de 8 o 10 bits por muestra con muestreo de croma 4: 0: 0 (escala de grises) y 4: 2: 0 (cuarto) . El perfil alto agrega soporte para muestreo de croma 4: 4: 4 (sin submuestreo). El perfil profesional amplía las capacidades a soporte completo para submuestreo de croma 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 (mitad) y 4: 4: 4 con profundidades de color de 8, 10 y 12 bits. [14]

Niveles

AV1 define niveles para decodificadores con variables máximas para niveles que van desde 2.0 a 6.3. [60] Los niveles que se pueden implementar dependen de la capacidad del hardware.

Las resoluciones de ejemplo serían 426 × 240 a 30  fps para el nivel 2.0, 854 × 480 a 30  fps para el nivel 3.0, 1920 × 1080 a 30  fps para el nivel 4.0, 3840 × 2160 a 60  fps para el nivel 5.1, 3840 × 2160 a 120  fps para el nivel 5.2 y 7680 × 4320 a 120  fps para el nivel 6.2. El nivel 7 aún no se ha definido. [61]

Estandarizado
Formato de archivo de medios base ISO : [62] La especificación de contenedorización ISOBMFF de AOMedia fue la primera en ser finalizada y la primera en ser adoptada. Este es el formato utilizado por YouTube.
Matroska : la versión 1 de la especificación de contenedorización de Matroska [63] se publicó a finales de 2018. [64]
Estándares inacabados
Flujo de transporte MPEG (MPEG TS) [65]
Protocolo de transporte en tiempo real : una especificación preliminar de paquetización RTP de AOMedia define la transmisión de OBU AV1 directamente como la carga útil RTP. [46] Define una extensión de encabezado RTP que transporta información sobre los fotogramas de video y sus dependencias, que es de utilidad general para la codificación de video escalable . El transporte de datos de video sin procesar también se diferencia de, por ejemplo, MPEG TS sobre RTP en que otros flujos, como el audio, deben transportarse externamente.
No estandarizado
WebM: como cuestión de formalidad, AV1 no ha sido sancionado en el subconjunto de Matroska conocido como WebM a finales de 2019. [66]
On2 IVF : este formato fue heredado de la primera versión pública de VP8, donde sirvió como un contenedor de desarrollo simple. [67] rav1e también admite este formato. [68]
WebM anterior al estándar: Libaom presentó soporte temprano para WebM, antes de que se especificara la contenedorización de Matroska, pero se ha cambiado para adaptarse. [69]

Proveedores de contenido

En octubre de 2016, Netflix declaró que esperaban ser uno de los primeros en adoptar AV1. [70] El 5 de febrero de 2020, Netflix comenzó a usar AV1 para transmitir títulos seleccionados en Android, lo que proporciona una eficiencia de compresión mejorada en un 20% sobre sus transmisiones VP9. [71]

En 2018, YouTube comenzó a implementar AV1, comenzando con su lista de reproducción de lanzamiento AV1 Beta . Según la descripción, los videos están (para empezar) codificados a una alta tasa de bits para probar el rendimiento de la decodificación, y YouTube tiene "metas ambiciosas" para implementar AV1. YouTube para Android TV admite la reproducción de videos codificados en AV1 en plataformas compatibles a partir de la versión 2.10.13, lanzada a principios de 2020. [72]

En febrero de 2019, Facebook, luego de sus propios resultados positivos en las pruebas, dijo que lanzarían gradualmente AV1 tan pronto como emerja la compatibilidad con el navegador, comenzando con sus videos más populares. [53]

En junio de 2019, los videos de Vimeo en el canal "Selección de personal" estaban disponibles en AV1. [73] Vimeo está utilizando y contribuyendo al codificador Rav1e de Mozilla y espera, con más mejoras en el codificador, eventualmente proporcionar soporte AV1 para todos los videos subidos a Vimeo, así como la oferta "Live" de la compañía. [73]

El 30 de abril de 2020, iQIYI anunció soporte para AV1 para usuarios en navegadores web de PC y dispositivos Android, según el anuncio, como el primer sitio de transmisión de video chino en adoptar el formato AV1. [74]

Twitch planea lanzar AV1 para su contenido más popular en 2022 o 2023, y se prevé que el soporte universal llegue en 2024 o 2025. [75]

Implementaciones de software

  • Libaom es la implementación de referencia . Incluye un codificador (aomenc) y un decodificador (aomdec). Como el códec de investigación anterior, tiene la ventaja de estar hecho para demostrar de manera justificada el uso eficiente de todas las funciones, pero con el costo general de la velocidad de codificación. En la congelación de características, el codificador se había vuelto problemáticamente lento, pero también después de eso se han seguido realizando optimizaciones de velocidad con un impacto de eficiencia insignificante. [76] [17]
  • rav1e es un codificador escrito en Rust y ensamblador. [68] rav1e adopta el enfoque de desarrollo opuesto al de Aomenc: comienza como el codificador conforme más simple (por lo tanto, el más rápido) y luego mejora la eficiencia con el tiempo sin dejar de ser rápido. [76]
  • SVT-AV1 incluye un codificador y decodificador de código abierto lanzado por primera vez por Intel en febrero de 2019 que está diseñado especialmente para su uso en servidores de centros de datos basados ​​en procesadores Intel Xeon . Netflix colabora con Intel en SVT-AV1. [77] [78]
  • dav1d es un decodificador escrito en C99 y ensamblado enfocado a la velocidad y portabilidad. [79] La primera versión oficial (0.1) fue lanzada en diciembre de 2018. [80] La versión 0.2 fue lanzada en marzo de 2019, con los usuarios capaces de "usar el decodificador de manera segura en todas las plataformas, con un rendimiento excelente", según los desarrolladores. [81] La versión 0.3 se anunció en mayo de 2019 con más optimizaciones que demuestran un rendimiento de 2 a 5 veces más rápido que aomdec .; [82] La versión 0.5 se lanzó en octubre de 2019. [83] Firefox 67 cambió de Libaom a dav1d como decodificador predeterminado en mayo de 2019. [84] En 2019, dav1d v0.5 fue calificado como el mejor decodificador en comparación con libgav1 y libaom . [85] dav1d 0.9.0 fue lanzado el 17 de mayo de 2021. [86]
  • Cisco AV1 es un codificador en vivo patentado que Cisco desarrolló para sus productos de teleconferencia Webex . El codificador está optimizado para la latencia [87] y la restricción de tener una "huella de CPU utilizable", como con un "portátil básico". [88] Cisco enfatizó que en su punto de operación - alta velocidad, baja latencia - el gran conjunto de herramientas de AV1 no excluye una baja complejidad de codificación. [87] Más bien, la disponibilidad de herramientas para el contenido de la pantalla y la escalabilidad en todos los perfiles les permitió encontrar buenas compensaciones entre la compresión y la velocidad, incluso mejor que con HEVC. [88] En comparación con su codificador H.264 implementado anteriormente, un área particular de mejora fue el uso compartido de pantalla de alta resolución. [87]
  • libgav1 es un decodificador escrito en C ++ 11 lanzado por Google.

Varias otras partes han anunciado que están trabajando en codificadores, incluidos EVE para AV1 (en prueba beta), [89] NGCodec, [90] Socionext, [91] Aurora [92] y MilliCast. [93]

Soporte de software

  • Navegadores web:
    • Firefox (desde la versión 67.0, mayo de 2019; habilitado de forma predeterminada en todas las plataformas de escritorio: Windows, macOS y Linux para sistemas de 32 y 64 bits) [94]
    • Google Chrome (decodificador desde la versión 70, octubre de 2018; [95] codificador desde 90, 14 de abril de 2021) [96]
    • Opera (desde la versión 57, 28 de noviembre de 2018) [97] [98]
    • Microsoft Edge (desde la actualización de Windows 10 de octubre de 2018 (1809) con el complemento AV1 Video Extension ) [99]
    • Vivaldi (desde octubre de 2018) [100]
  • Reproductores de video:
    • Reproductor multimedia VLC (desde la versión 3.0) [101]
    • mpv (desde la versión 0.29.0) [102]
    • Xine-lib (desde 1.2.10)
    • PotPlayer (desde la versión 1.7.14804, 16 de octubre de 2018) [103]
    • K-Lite Codec Pack (desde la versión 14.4.5, 13 de septiembre de 2018) [104]
  • Codificadores:
    • FFmpeg (desde la versión 4.0, 20 de abril de 2018) [105]
    • HandBrake (desde la versión 1.3.0, 9 de noviembre de 2019; soporte para decodificación) [106]
    • Codificación Bitmovin (desde la versión 1.50.0, 4 de julio de 2018) [107]
  • Editores de video:
    • DaVinci Resolve (desde la versión 17.2, mayo de 2021; soporte para decodificación)
  • Otros:
    • GStreamer (desde la versión 1.14) [108]
    • MKVToolNix (adopción de la especificación final av1-in-mkv desde la versión 28)
    • MediaInfo (desde la versión 18.03) [109]
    • Elecard StreamEye Studio (herramientas para análisis de calidad de video)
    • Google Duo (desde abril de 2020) [110]

Soporte del sistema operativo

Hardware

Varios miembros de la Alianza demostraron productos habilitados para AV1 en IBC 2018, [141] [142] incluido el codificador acelerado por hardware de Socionext . Según Socionext, el acelerador de codificación está basado en FPGA y puede ejecutarse en una instancia de nube Amazon EC2 F1 , donde se ejecuta 10 veces más rápido que los codificadores de software existentes.

Según Mukund Srinivasan, director comercial de Ittiam , miembro de AOM , el soporte de hardware inicial estará dominado por el software que se ejecuta en hardware sin CPU (como GPGPU , DSP o programas de sombreado , como es el caso de algunas implementaciones de hardware VP9 ), como se ha corregido. El hardware de función demorará entre 12 y 18 meses después de la congelación del flujo de bits hasta que los chips estén disponibles, más 6 meses para que los productos basados ​​en esos chips lleguen al mercado. [37] El flujo de bits finalmente se congeló el 28 de marzo de 2018, lo que significa que los chips podrían estar disponibles en algún momento entre marzo y agosto de 2019. [18] Según el pronóstico anterior, los productos basados ​​en chips podrían estar en el mercado a fines de 2019 o principios de 2020.

  • El 7 de enero de 2019, NGCodec anunció el soporte AV1 para NGCodec acelerado con FPGA de Xilinx . [90]
  • El 18 de abril de 2019, Allegro DVT anunció su IP de hardware codificador de video multiformato AL-E210, el primer codificador AV1 de hardware anunciado públicamente. [143] [116]
  • El 23 de abril de 2019, Rockchip anunció su SoC RK3588 que cuenta con decodificación de hardware AV1 hasta 4K 60fps a una profundidad de color de 10 bits. [139]
  • El 9 de mayo de 2019, Amphion anunció un decodificador de video con soporte AV1 hasta 4K 60fps [144] El 28 de mayo de 2019, Realtek anunció el RTD2893, su primer circuito integrado con decodificación AV1, hasta 8K. [137] [138]
  • El 17 de junio de 2019, Realtek anunció el SoC RTD1311 para decodificadores con decodificador AV1 integrado. [136]
  • El 20 de octubre de 2019, una hoja de ruta de Amlogic mostró 3 SoC decodificadores que pueden decodificar contenido AV1, el S805X2, S905X4 y S908X. [145] El S905X4 se utilizó en el SDMC DV8919 en diciembre. [146]
  • El 21 de octubre de 2019, Chips & Media anunció la VPU WAVE510A que admite la decodificación AV1 hasta 4Kp120. [147]
  • El 26 de noviembre de 2019, MediaTek anunció el primer SoC de teléfono inteligente del mundo con un decodificador AV1 integrado. [131] El Dimensity 1000 puede decodificar contenido AV1 hasta 4K 60fps.
  • El 3 de enero de 2020, LG Electronics anunció que sus televisores 8K 2020, que se basan en el procesador α9 Gen 3, son compatibles con AV1. [148] [149]
  • En CES 2020, Samsung anunció que sus televisores 2020 8K QLED, con el "Procesador Quantum 8K SoC" de Samsung, son capaces de decodificar AV1. [150]
  • El 13 de agosto de 2020, Intel anunció que su GPU Intel Xe-LP en Tiger Lake será su primer producto en incluir decodificación de hardware de función fija AV1. [129] [128]
  • El 1 de septiembre de 2020, Nvidia anunció que sus GPU Nvidia GeForce RTX 30 Series admitirán la decodificación de hardware de función fija AV1. [134]
  • El 2 de septiembre de 2020, Intel lanzó oficialmente las CPU Tiger Lake de 11a generación con decodificación de hardware de función fija AV1. [151]
  • El 15 de septiembre de 2020, AMD fusionó parches en los controladores amdgpu para Linux, lo que agrega soporte para la decodificación AV1 en las GPU RDNA2. [118] [152] [153]
  • El 28 de septiembre de 2020, Roku actualizó Roku Ultra, incluido el soporte AV1. [154]
  • El 30 de septiembre de 2020, Intel lanzó la versión 20.3.0 para Intel Media Driver, que agregó soporte para la decodificación AV1 en Linux. [126] [127] [155]
  • El 10 de octubre de 2020, Microsoft confirmó la compatibilidad con la decodificación de hardware AV1 en Xe-LP (Gen12), Ampere y RDNA2 con una publicación de blog. [119]
  • El 16 de marzo de 2021, Intel lanzó oficialmente las CPU Rocket Lake 11th Gen con decodificación de hardware de función fija AV1. [156]

Sisvel, una empresa con sede en Luxemburgo, ha formado un grupo de patentes y está vendiendo una licencia de patente para AV1. El grupo se anunció a principios de 2019, [157] pero una lista de patentes reivindicadas se publicó por primera vez el 10 de marzo de 2020. [158] Esta lista contiene más de 1050 patentes. [158] Queda por cuestionar el fondo de las reivindicaciones de patente. [159]

Los precios de Sisvel son 0,32 € para dispositivos con pantalla y 0,11 € para dispositivos sin pantalla que utilicen AV1. Sisvel ha declarado que no buscarán regalías por contenido, pero su licencia no hace exenciones para el software. [158] [159]

A marzo de 2020, Alliance for Open Media no ha respondido a la lista de solicitudes de patente. Su declaración después del anuncio inicial de Sisvel reiteró el compromiso con su licencia de patente libre de regalías e hizo mención al "programa de defensa de patentes de AOMedia para ayudar a proteger a los participantes del ecosistema AV1 en caso de reclamos de patentes", pero no mencionó el reclamo de Sisvel por su nombre. [160]

Google está al tanto del grupo de patentes, pero no planea alterar sus planes de uso actuales o futuros de AV1. [161]

AV1 Image File Format ( AVIF ) ( / ə v i f / [ cita requerida ] ) es un formato de archivo de imagen de especificación para almacenar imágenes o secuencias de imágenes comprimidas con AV1 en el HEIF formato de archivo. [162] Compite con HEIC, que utiliza el mismo formato de contenedor, construido sobre ISOBMFF , pero HEVC para la compresión. La versión 1.0.0 de la especificación AVIF se finalizó en febrero de 2019.

AVIF admite funciones como:

  • Múltiples espacios de color que incluyen:
    • High Dynamic Range ( PQ o GAN funciones de transferencia, BT.2020 colores primarios y BT.2100 espacio de color) [162]
    • SDR (con sRGB / BT.709 o con amplia gama de colores )
    • Señalización de espacio de color por CICP (ITU-T H.273 e ISO / IEC 23091-2) o perfiles ICC
  • Compresión sin pérdida y compresión con pérdida
  • Profundidad de color de 8, 10, 12 bits [163]
  • Monocromo (alfa / profundidad) o multicomponentes
  • Submuestreo de croma 4: 2: 0, 4: 2: 2, 4: 4: 4
  • Grano de película [164]

Soporte AVIF

El 14 de diciembre de 2018, Netflix publicó las primeras imágenes de muestra .avif [165].

  • Software:
    • Navegadores web:
      • La compatibilidad con AVIF en los navegadores web está en desarrollo. [166]
      • En agosto de 2020, se lanzó la versión 85 de Google Chrome con soporte AVIF completo. [167] Google Chrome 89 para Android agrega compatibilidad con AVIF. [168]
      • Mozilla está trabajando en la compatibilidad con el formato de imagen en Firefox ; planeaba habilitar el soporte AVIF de forma predeterminada en Firefox 86, pero retiró el cambio un día antes del lanzamiento. [169] [170] El objetivo de la versión actual es Firefox 90. [171]
      • Webkit agregó compatibilidad con AVIF el 5 de marzo de 2021. [172]
    • Visor de imágenes:
      • Se agregó soporte en VLC .
      • El soporte de lectura AVIF está presente en el visor de imágenes qView a partir de la v4.0.
    • Editores de imágenes:
      • Paint.net agregó soporte para abrir archivos AVIF en septiembre de 2019, [173] y la capacidad de guardar imágenes en formato AVIF en una actualización de agosto de 2020. [174]
      • La conversión de formato Colorist y los datos de imagen Darktable RAW tienen cada uno soporte liberado y proporcionan implementaciones de referencia de libavif.
      • Se ha desarrollado una implementación de complemento de GIMP que admite las API de complemento 3.xy 2.10.x. La importación y exportación nativa de AVIF se agregó a GIMP en octubre de 2020. [175]
  • SO:
    • Microsoft anunció la compatibilidad con la versión preliminar de Windows 10 " 19H1 ", incluida la compatibilidad con el Explorador de archivos, Paint y varias API, junto con imágenes de muestra. [176]
    • Android 12 agregará soporte para AVIF, aunque no será el formato de imagen predeterminado para la aplicación de la cámara. [177]
  • Sitios web:
    • El 14 de febrero de 2020, Netflix publicó un artículo de blog con mediciones objetivas sobre la calidad de imagen y la eficiencia de compresión de AVIF en comparación con JPEG . [178]
    • Cloudflare anunció la compatibilidad con AVIF en una publicación de blog el 3 de octubre de 2020. [179]
    • Vimeo anunció la compatibilidad con AVIF en una publicación de blog el 3 de junio de 2021. [180]

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  • Página web oficial Edit this at Wikidata
  • AV1 Bitstream y especificación del proceso de decodificación
  • Organización AOMedia GitHub