HEVC和AV1幕后视频编解码器之战

在未来几天的NAB大会上，AOM联盟将展示AV1的性能，多媒体行业全部聚焦于HEVC与AV1比较上。这是AV1于3月底完成1.0版定稿之后，第一次大型公开的展示。视频传输服务商Harmonic的VP Thierry Fautier撰文对HEVC和AV1优势与短板进行了比较，并分析了未来业界可能出现的竞争格局。LiveVideoStack对本文进行了摘译。

文 / Thierry Fautier

译 / 邱泽

审校 / Ant

HEVC和AV1之间正在进行一场编解码器之间的竞赛，最近的事件让它们变得更佳有料可看。如今HEVC编解码器已经超过20亿移动设备支持，这包括三星Galaxy手机和苹果的Safari浏览器，Apple TV，Mac和iOS设备的支持。这让HEVC可以在近50％的智能手机上播放。尽管很多设备广泛得到技术上支持，可HEVC还是没有普遍部署，最主要限制是许可授权问题。然而HEVC Advance最近放弃了流媒体费用新消息，这对编码器厂商来说是很棒的进步。streamingmedia最近一项调查根据苹果公司的支持HEVC部署场景来看，发现24%的运营商已经部署了HEVC，那么到2018年底这个数字预计会增长到64%。

在视频编解码器竞赛的另一方面是 AOM （开放媒体联盟），成员包括Apple、Google、Mozilla、Facebook、Hulu、Netflix、Ateme，微软和亚马逊等等。AOM正巧刚刚发布了其AV1规范，旨在通过提供免费的授权方案来挑战HEVC以实现OTT应用部署。AV1的主要应用场景是OTT VOD。Live也可以被支持，虽然它可能面临一些编码器可伸缩扩展性问题，后续我们会讨论的。

包括Harmonic、HHI、B<>COM及威斯巴登大学研究机构对AV1进行了研究。具体而言，Harmonic和B<>COM对AV1开放源码编解码器与HEVC HM参考模型在ITU-R和EBU提供的不同参考测试序列上进行比较，在广泛的码率范围内使用1080p分辨率。结果已经在2018年NAB展会向大众展示，结果表明AV1视频质量与HEVC相当。测试发现AV1在PSNR和VMAF指标上表现优于HEVC，但这不是主观性测试。纵观整体编解码器性能效率与HEVC相比没有太大的差别。

同时，我们必须以更全面的方式比较AV1和HEVC其中还包括编码器和解码器的复杂性。表1提供了AV1和HEVC之间差异总结。

特征	HEVC	AV1
免授权	收费	声称是
压缩效率与HEVC	NA	与HEVC一致
开源	没有	已开放
用户量	20亿	2020年前不显著
实施编码	经济实惠	编码器的速度比现在的HEVC慢1000倍，优化后预计会达到100x
解码器成本	TCO =解码器芯片（目前市场存量）+内存+ HEVC许可证	需要考虑额外的解码器+存储器成本并与HEVC解码器TCO进行比较
现场部署环境的要求	可以在SW裸机设备容器或本机云上实施	云是唯一支持实时超高清技术
广播支持	是	不支持

表1. HEVC和AV1的好处和局限性的并列比较

AV1设计时考虑到单播传输，即支持HEVC和支持AV1的设备这意味着我们可以预见不同类型设备的不同编解码。在AV1的初期阶段，我们将在2018年仅在网页浏览器上看到AV1的支持; 注意所有主要的网页浏览器都是AOM的成员。2020年后我们才能在连接的设备上看到更多海量AV1的编码应用。

从编码器实现的角度来看添加新的编解码器不会成为问题因为编码是在软件中完成的。但是，根据当前的可扩展性数据（100x vs HEVC），它必然会增加成本。目前AV1编码要求很高，而且基于云的体系结构可以很好地适应，因为它可以实时实现附加节点的实时编码，特别是对于像UHD这样的高分辨率用途。 AV1将迫使编码器企业去创新和实现基于切片处理，其中每个切片将被分配到特定的节点处理。请注意，这种方法会降低编码效率，因为预测将始终限制在切片边界。在解码端为了降低成本，可编程结构将必须内置同时支持HEVC和AV1，因为两者并不需要同时实时解码。

在编解码器竞赛中出现的另一个问题是市场细分。根据服务和设备的不同，服务提供商需要在HEVC（未来几年）或AV1（从2020年开始）进行编码。这需要约36个月的过渡期（移动设备的更新周期的两倍）以及HEVC和AV1的联播，这意味着需要提供双重编码器，以及更多的CDN存储。

在新一代视频编解码器竞赛中有着强大的领先者之前，AVC（H.264）的强大市场空间已经被使用了十多年。随着内容感知编码技术的出现，我们看到了AVC的复兴，这是Harmonic在Netflix和YouTube为VOD做了相同处理之后首次部署用于实时应用的新技术。借助内容感知编码解决方案，视频内容和服务提供商可以将OTT传输带宽降低高达50％降低CDN成本，并提供卓越的体验观感质量，而无需对底层现有增加基础设施和视频播放器进行任何更改。

为了取代HEVC，AV1必须向运营商展示甚至超越许可条款真正实实在在的好处。更具体地说，AV1需要在解码端显示一个具有成本效益的解决方案，特别是如果必须在解码器中实现双解码（HEVC和AV1）的话。在编码方面我们发现HEVC和AV1之间的编码时间差异很大（现在的延迟达到1000倍），这对VOD来说可能是可以接受的，但可能成为实时编码部署的阻碍。由于AV1继续对HEVC许可方施加压力，业界自然需要寻求解决方案。双编解码器的情况并不理想，但也不是没有可能。

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