AV1 (.av1 / .ivf) vaizdo formatas: Paaiškintas be autorinių mokesčių kito kartos kodekas

Kadangi 4K, 8K ir HDR transliacijos dominuoja šiuolaikinėje internetinėje medijoje, pralaidumo reikalavimai viršijo senas suspaudimo standartus, tokius kaip H.264 (AVC) ir licencijomis apibrėžtus kodekus, kaip H.265 (HEVC). AOMedia Video 1 (AV1)—dažniausiai saugomas kaip neapdorotos bitų srauto failai su .av1 arba .ivf (Indeo Video Framework) plėtiniu—yra atviras, be autorinių mokėjimų vaizdo suspaudimo standartas, sukurtas specialiai interneto vaizdo transliacijai, vaizdo konferencijoms ir aukštos efektyvumo transliavimui.

Suformuota Alliance for Open Media (AOMedia)—konsorciume, kuriame dalyvauja Google, Netflix, Amazon, Apple, Microsoft, Meta, Intel, Mozilla ir kiti—AV1 suteikia pažangiausią duomenų suspaudimą be licencijavimo mokesčių ar patentų neapibrėžtumo.

1. Kas yra AV1 / IVF vaizdo failas?

AV1 failas turi elementarią vaizdo bitų srautą, užkoduotą naudojant AOMedia Video 1 suspaudimo algoritmą. Jo neapdorotoje formoje AV1 elementinis srautas gali naudoti .av1 plėtinį, tačiau dažnai jis supakuojamas į lengvą IVF (.ivf) konteinerio formatą. IVF yra paprastas kadro formatas, plačiai naudojamas atviro kodo įrankių, norint perkelti nepakartotą neapdorotą vaizdo kadrą kartu su pagrindinėmis kadro dydžio, laiko bazės ir kadrų dažnio antraštėmis.

Vartotojams skirtam pristatymui ir atkūrimui AV1 vaizdas paprastai sujungiamas į standartinius konteinerio formatus, tokius kaip:

• MP4 (.mp4) per ISO bazinio medijos failo formatą (ISOBMFF) susiejimus
• Matroska (.mkv)
• WebM (.webm) skirtas HTML5 naršyklės viduje vaizdo srautinimui

AV1 suteikia apie 30% didesnį suspaudimo efektyvumą nei HEVC (H.265) ir VP9, ir iki 50% ar daugiau taupymo lyginant su H.264 (AVC) esant identiškam subjektyviam vaizdo kokybės lygiui.

2. Pagrindinės AV1 (.av1 / .ivf) savybės

Pagrindiniai strateginiai privalumai:

1. Nulinė autorinių teisių rizika: Srautinio transliavimo tiekėjai ir naršyklių gamintojai gali platinti aukštos raiškos vaizdo įrašus be sudėtingų patentų baseino mokesčių.
2. Aukštesnė interneto našumas: Žymiai sumažina mobiliojo duomenų naudojimą ir vaizdo buferizavimą platformoms, tokioms kaip YouTube ir Netflix.
3. Filmo grūdų sintezė: Sintezuoja grūdus atkūrimo metu, o ne koduoja triukšmingus grūdų bitus, taip taupant didžiulį pralaidumą kino turiniui.

3. Išsamios techninės AV1 savybės

AV1 optimizuoja klasiką blokų pagrindu veikiančią hibridinę vaizdo kodavimo architektūrą su šiuolaikiniais algoritminiais patobulinimais:

A. Lanksti blokų skaidymas (Superblokai iki $128 \times 128$)

• AV1 pristato $128 \times 128$ Superblokus (išplėstą nuo VP9 $64 \times 64$).
• Palaiko rekursinį skaidymą su 10-šakėmis skaidymo medžiu (įskaitant horizontalius/vertikalius skaidymus, 1:4 ir 4:1 santykio stačiakampius skaidymus bei T formos padalijimus).
• Leidžia koderiui tiksliai pritaikyti blokų ribas prie smulkių kraštų, švelnių gradientų ir nereguliaraus judesio.

B. Turtingi intra prognozavimo režimai

• Turi 56 kryptingų intra prognozės kampų, kad modeliuotų kraštų orientacijas su mikroprecizija.
• Glotnūs ir Paeth prognozės metodai: Atkuria švelnius gradientus ir sudėtingą paviršiaus lūmos be juostų artefaktų.
• Spalvų komponentas iš lūmos (CFL): Prognozuoja chrominancijos spalvų kanalus tiesiogiai iš atkurtais luminanso mėginių, sumažindama spalvų pertekliaus.

C. Išplėstinis tarpinis prognozavimas & judesio kompensavimas

• Iškraipytas judesio kompensavimas (Affine modeliavimas): Tiksliai modeliuoja netransliacinį judesį, pvz., panoramavimą, kameros sukimą, priartinimą ir perspektyvos iškraipymą naudojant 6 parametrų afininį transformavimą.
• Persidengiantis blokų judesio kompensavimas (OBMC): Lygina judesio vektorius per gretimus blokų kraštus, kad pašalintų blokų artefaktus.
• Sudėtinių prognozės režimų: Sumaišo du skirtingus referencinius kadrus naudojant skiltelės formos ir skirtumo svorių kaukes.

D. Išplėstinis ciklo vidinis postapdorojimo konvejeris

Norint išlaikyti nepriekaištingą kadrų kokybę esant mažiems bitų srautams, AV1 taiko 4 etapų kilpos filtravimo sistemą:

1. Deblocking Filter: Išlygina tinklelio siūles per blokų skaidinius.
2. Constrained Directional Enhancement Filter (CDEF): Analizuoja kryptinius pikselių modelius, kad sustiprintų kraštus ir sumažintų „ringing“ artefaktus.
3. Loop Restoration Filter (LR): Naudoja Vainerio filtrus ir savarankiškai vadovaujamą restauraciją, kad atgautų aukšto dažnio tekstūrinius detalius, prarastus kvantizacijos metu.
4. Film Grain Synthesis: Pašalina triukšmingą analoginį grūdą prieš suspaudimą ir nurodo dekoderiui vietoje atkūrimo pakartoti atitinkamus grūdo parametrus.

4. Kaip sukurti ir koduoti AV1 / IVF failus

AV1 failus galima kurti naudojant atviro kodo kodavimo priemones, tokias kaip SVT-AV1 (Scalable Video Technology for AV1, kartu sukurta Intel ir AOMedia), libaom arba rav1e, dažniausiai per FFmpeg.

Metodas 1: Kodavimas su FFmpeg ir SVT-AV1 (greičiausias ir pasiruošęs gamybai)

Norint užkoduoti vaizdo failą į AV1 suspaustą .mp4 konteinerį:

ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -c:a libopus -b:a 128k output_av1.mp4

Metodas 2: Gryno AV1 bitų srauto arba IVF konteinerio generavimas

Norint sukurti atskirą .ivf arba .av1 srautą testavimui ar transliacijos įrankių grandinėms:

# Export to IVF raw container
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -an output.ivf

# Export to raw AV1 bitstream
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -an -f av1 output.av1

Svarbūs kodavimo parametrai:

• --preset (0 iki 12): Parinktis 4–6 siūlo optimalų balansą tarp didelio suspaudimo efektyvumo ir kodavimo greičio.
• -crf (Pastovus greičio faktorius, 0 iki 63): Vertės nuo 24 iki 32 yra standartinės internetui ir aukštos raiškos platinimui.

5. Kaip atidaryti ir leisti AV1 / IVF vaizdo failus

AV1 yra plačiai integruotas į pagrindines interneto naršykles, medijos paketus ir operacines sistemas:

1. Žiniatinklio naršyklės (gimtoji atkūrimas)

Modernios interneto naršyklės natūraliai dekoduoja AV1 vaizdo įrašus su aparatine spartinimu:

• Google Chrome, Microsoft Edge, Mozilla Firefox, Brave ir Apple Safari (palaikomuose įrenginiuose).
• Tiesiog vilkite ir numeskite output_av1.mp4 arba output_av1.webm failą tiesiai į naršyklės skirtuką.

2. VLC Media Player (kelių platformų)

1. Atsisiųskite naujausią VLC Media Player versiją (Windows, macOS, Linux, Android, iOS).
2. Atidarykite VLC, eikite į Media > Open File…, ir pasirinkite savo .av1, .ivf, .webm arba .mp4 failą.
3. VLC naudoja savo integruotą dav1d dekoderio biblioteką greitam programinės įrangos ir aparatūrinio spartinimo atkūrimui.

3. MPV grotuvas

MPV įtraukia integruotą palaikymą dav1d ir aparatūriniams dekoderiams:

mpv output.ivf
# or
mpv output_av1.mp4

4. Windows Media Player / Filmų ir TV programų programa

• Windows 10 ir 11 naudotojai gali atsisiųsti nemokamą AV1 Video Extension tiesiai iš Microsoft Store, kad įgalintų natūralų AV1 atkūrimą numatytose Windows medijos programose.

6. AV1 vs. HEVC (H.265) vs. AVC (H.264) palyginimas

7. Dažnai užduodami klausimai (DUK)

**Q1: Koks yra pagrindinis skirtumas tarp .av1 failo ir .ivf failo? A1: .av1 failas yra neapdorotos AV1 elementariosios vaizdo srauto, o .ivf failas – minimalus rėminių konteineris, kuris supakuoja neapdorotus AV1 kadrus su laiko ir rezoliucijos metaduomenimis.

**Q2: Ar AV1 yra visiškai nemokamas naudoti be licencinių honorarų? A2: Taip, AV1 yra atviro kodo, be honorarų kodavimo formatas, sukurtas Alliance for Open Media, siekiant pašalinti patentų licencijavimo mokesčius kūrėjams ir platintojams.

**Q3: Kuris enkoderis yra geriausias efektyviam AV1 vaizdo kodavimui šiandien? A3: SVT-AV1 yra pramonės standartinis atviro kodo enkoderis, siūlantis greitą daugiagiję našumą ir gamybos lygio suspaudimo efektyvumą.

**Q4: Ar šiuolaikiniai išmanieji telefonai ir kompiuteriai gali leisti AV1 vaizdo įrašus naudojant aparatūrinį spartinimą? A4: Taip, šiuolaikiniai GPU ir SoC nuo Intel, AMD, NVIDIA, Apple, Qualcomm ir MediaTek turi specialų silicio komponentą aparatūriam AV1 dekodavimui.

**Q5: Kokie standartiniai konteinerio formatai dažniausiai talpina AV1 vaizdo srautus? A5: AV1 vaizdo srautai dažniausiai supakuojami MP4 (.mp4), WebM (.webm) ir Matroska (.mkv) konteinerio failuose.

8. Santrauka

AOMedia Video 1 (AV1) žymi svarbų perversmą šiuolaikinėje skaitmeninio vaizdo tiekime. Sujungdama pramonės lyderius prie atviros, be autorinių mokėjimų ir itin efektyvios suspaudimo architektūros, AV1 pašalina licencijavimo kliūtis, tuo pačiu teikdama aukštesnės kokybės vaizdą mažesniu pralaidumu milijardų prijungtų įrenginių visame pasaulyje.

Šaltiniai

• Universalus vaizdo kodavimas (VVC): Kitos kartos vaizdo suspaudimo standartas