Būtiska video kodēšana (MPEG-5 EVC): Biznesam draudzīgs nākamās paaudzes video standarts

Kamēr straumēšanas platformas, digitālie pārraidītāji un mobilo tīklu operatori turpina paplašināt augstas izšķirtspējas satura piegādi (4K, 8K un HDR), video saspiešanas efektivitāte ir tikai puse no cīņas. Licencēšanas nenoteiktība un sarežģītās patentu honorāru struktūras vēsturiski ir kavējušas kodeku pieņemšanu mediju nozarē. Lai atrisinātu šo šķērsli, Moving Picture Experts Group (MPEG) izstrādāja Essential Video Coding (EVC), oficiāli apzīmētu kā ISO/IEC 23094-1 (MPEG-5 Part 1).

2020. gadā pabeigta, MPEG-5 EVC nodrošina racionalizētu, ļoti veiktspējīgu video saspiešanas struktūru, kas izstrādāta ar caurspīdīgiem, paredzamiem licencēšanas modeļiem, lai apmierinātu mūsdienu biznesa un tehniskās prasības.

1. Kas ir MPEG-5 Būtiska video kodēšana (EVC)?

Essential Video Coding (EVC) ir uzlabots video saspiešanas standarts, ko izveidoja MPEG, lai apkalpotu mūsdienu mediju straumēšanu, pārraidi un Over-The-Top (OTT) platformas. Atšķirībā no iepriekšējām paaudžu standartiem, kuru sarežģītā patentu ainava apgrūtināja ieviešanu, EVC tika izstrādāts ap diviem skaidri definētiem operacionālajiem profiliem:

• Baseline Profile: Pilnīgi bezlicences līmenis, kas izveidots, stingri izmantojot tehnoloģijas, kas ir vairāk nekā 20 gadus vecas vai sniegtas ar neatgriezenisku bezlicences deklarāciju.
• Main Profile: Augstas veiktspējas līmenis, kas ietver izvēlētu modernu saspiešanas rīku kopumu, kas izstrādāts, lai sasniegtu vai pārsniegtu HEVC (H.265) efektivitāti, un katru īpašnieka rīku var individuāli ieslēgt vai izslēgt, ja rodas licencēšanas problēmas.

EVC nodrošina skaidru līdzsvaru starp augstu skaitļošanas caurlaidību, izcilu joslas platuma saspiešanu un intelektuālā īpašuma caurspīdīgumu.

2. Galvenās MPEG-5 EVC iezīmes

Galvenās stratēģiskās priekšrocības:

1. IP Riska Mazināšana: Caurspīdīgi licencēšanas fondi nodrošina, ka straumēšanas pārdevēji var ieviest nākamās paaudzes saspiešanu bez pēkšņām honorāru tiesvedībām.
2. Modulāra Rīku Pārslēgšana: Uzlaboti kodēšanas rīki galvenajā profilā var tikt individuāli ieslēgti bez kopējās bitplūsmas atbilstības anulēšanas.
3. Aparatūra & Programmatūra Draudzīgs: Veidots no sākuma, lai nodrošinātu ātru, daudzpavedienu programmatūras izpildi uz darbvirsmas/mobilajām CPU un vienkāršu ASIC īstenošanu.

3. Dziļas tehniskās EVC funkcijas

EVC arhitektūra optimizē klasisko bloku balstīto hibrīdo video kodēšanas cauruļvadu, izmantojot modernas algoritmiskās inovācijas abos profilos:

A. Divpakāpju profila arhitektūra

• Baseline Profile: Piedāvā saspiešanas efektivitāti, kas ir vienāda ar H.264/AVC (nodrošinot vienlīdzīgu vizuālo kvalitāti ar aptuveni 30 % bitreita ietaupījumu salīdzinājumā ar vecākajiem AVC pamatiem), vienlaikus saglabājot stingru bezlicences statusu.
• Main Profile: Pievieno līdz 26 uzlabotiem kodēšanas rīkiem, kas palielina saspiešanas efektivitāti, lai sasniegtu vai pārsniegtu HEVC (H.265) aptuveni par 25 % līdz 30 % pie identiskas subjektīvās kvalitātes.

B. Elastīga bloku sadalīšana (binārie un ternārie koki)

• Izmanto Coding Tree Unit (CTU) struktūru, kas atbalsta lielus bloku izmērus līdz $64 \times 64$ (un līdz $128 \times 128$ paplašinātos ietvaros).
• Aizstāj stīvus Quad-Tree sadalījumus ar elastīgu Binary-Tree (BT) un Ternary-Tree (TT) segmentēšanu, ļaujot kodētājam sadalīt blokus gar patiesiem kustības vektoriem un neregulāriem attēla kontūrām.

C. Uzlaboti iekšējās prognozēšanas režīmi

• Paplašina tradicionālo intra prognozēšanu, lai nodrošinātu plašu virziena leņķu un plakanu režīmu klāstu.
• Izmanto Advanced Intra Prediction (AIP) un intra apakšbloku segmentēšanu Galvenajā profilā, lai modelētu sarežģītus priekšplāna modeļus un smalkas fona krāsu pārejas, neizraisot bloku artefaktus.

D. Uzlabota starpprognozēšana & kustības precizēšana

• Affine Motion Compensation: Efektīvi prognozē sarežģītas kustības dinamiku, piemēram, pietuvināšanu, perspektīvas deformāciju un rotācijas kustību.
• Merge Mode with MVD (MMVD): Apvieno standarta kustības sapludināšanas kandidātus ar maziem kustības vektoru atšķirībām, lai nodrošinātu ārkārtīgi efektīvu kustības signalizāciju.
• Adaptive Motion Vector Resolution (AMVR): Ļauj kodētājam dinamiski pārslēgt kustības precizitāti starp kvartālpikseļu, pilnpikseļu un 4-pikseļu izšķirtspējām atkarībā no video sarežģītības.

E. Cilpā notiekošie pēcapstrādes filtri

• Deblocking Filter (DBF): Noņem robežu nepilnības bloku malās.
• Advanced In-Loop Filter (ALF) & Hadamard Transform Domain Filter (HTDF): Galvenā profila funkcijas ietver izsmalcinātus cikla filtrus, kas atjauno augstas frekvences tekstūras detaļas, samazinot saspiešanas troksni zemā bitreītā.

4. Kā izveidot un kodēt EVC failus

EVC video plūsmas tiek izveidotas, izmantojot oficiālo atvērtā koda XEVE (eXtra-fast Essential Video Encoder) bibliotēku vai modernus FFmpeg būvējumus, kas konfigurēti ar libxeve.

Metode 1: Izmantojot neatkarīgo XEVE CLI kodētāju

1. Klonējiet un kompilējiet XEVE krātuvi:

git clone https://github.com/mpeg5/xeve.git
cd xeve && mkdir build && cd build
cmake .. && make

2. Kodējiet neapstrādātu YUV video uz EVC bitplūsmu:

# Baseline Profile (Royalty-Free)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p baseline -o output_baseline.evc

# Main Profile (High Compression)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p main --preset medium -q 28 -o output_main.evc

Metode 2: EVC kodēšana, izmantojot FFmpeg (libxeve)

Mūsdienīgas FFmpeg versijas (kompilētas ar --enable-libxeve) ļauj vienas soļa kodēšanu tieši no MP4, MKV vai ProRes avotiem:

ffmpeg -i input_video.mp4 -c:v libxeve -xeve-params "profile=main:preset=medium:qp=28" -c:a aac output_evc.mp4

5. Kā atvērt un atskaņot EVC video failus

Tā kā EVC ir izstrādāts modernām arhitektūrām, atkodēšana tiek atbalstīta, izmantojot programmatūras atkodētājus un multivides atskaņošanas komplektus:

1. Oficiālās XEVD (eXtra-ātra Essential Video Decoder) izmantošana

Oficiālais MPEG atvērtā koda atkodētājs atkodē neapstrādātus .evc straumes atpakaļ nekompresētā video:

git clone https://github.com/mpeg5/xevd.git
cd xevd && mkdir build && cd build && cmake .. && make
./xevd_app -i output_main.evc -o decoded.yuv

2. Dekodēšana un atskaņošana ar FFmpeg / FFplay

Ja jūsu FFmpeg vide ir izveidota ar --enable-libxevd, jūs varat tieši atkodēt vai priekšskatīt EVC video straumes:

# Playback using FFplay
ffplay -vcodec libxevd output_main.evc

# Transcode EVC to standard H.264/MP4 for wide viewing
ffmpeg -c:v libxevd -i output_main.evc -c:v libx264 -c:a copy output_preview.mp4

3. Integrēti video atskaņotāji

EVC straumes, kas ir savienotas standartā .mp4 vai .mkv failos, var atskaņot, izmantojot pielāgotas MPV versijas vai mediju atskaņotājus, kuros ir iekļauti atjaunināti LAV Filters, kas atbalsta libxevd.

EVC vs. HEVC vs. VVC vs. AV1 salīdzinājums

Biežāk uzdotie jautājumi (BUJ)

**Q1: Kāds ir galvenais mērķis MPEG-5 EVC izstrādē? A1: EVC tika izveidots, lai nodrošinātu nākamās paaudzes video saspiešanu ar paredzamu, caurspīdīgu licencēšanu un bezhonorāru pamata profilu.

**Q2: Kā EVC pamata profils atšķiras no galvenā profila? A2: Pamata profils ir pilnīgi bezhonorārs, izmantojot vecākas, pārbaudītas tehnoloģijas, savukārt galvenais profils pievieno pārslēdzamus uzlabotus rīkus maksimālai saspiešanas efektivitātei.

**Q3: Kādi atvērtā koda rīki tiek izmantoti EVC video kodēšanai un atkodēšanai? A3: XEVE (eXtra-fast Essential Video Encoder) tiek izmantots kodēšanai, savukārt XEVD (eXtra-fast Essential Video Decoder) nodrošina dekodēšanu.

**Q4: Vai MPEG-5 EVC var tikt pakots standarta video konteineru formātos? A4: Jā, EVC bitplūsmas var tikt multiplexētas populāros multivides konteineru formātos, tostarp MP4 (.mp4), Matroska (.mkv) un MPEG transporta plūsmās.

**Q5: Kā EVC saspiešanas efektivitāte salīdzina ar HEVC (H.265)? A5: Savā Galvenajā profilā EVC sasniedz vienādu vizuālo kvalitāti kā HEVC, vienlaikus samazinot kopējo bitreitu par papildu 25 % līdz 30 %.

Secinājums

MPEG-5 Essential Video Coding (EVC) risina komerciālos un operacionālos izaicinājumus, kas vēsturiski ir kavējuši nākamās paaudzes kodeku pieņemšanu. Apvienojot garantētu bezatlīdzības Baseline līmeni ar augstas efektivitātes, modulāro Galveno profilu, EVC piedāvā video straumēšanas pakalpojumiem, pārraides operatoriem un programmatūras izstrādātājiem ideālu tehniskās veiktspējas, skaitļošanas ātruma un intelektuālā īpašuma pārredzamības līdzsvaru.

Atsauces

• EVC: MPEG-5 būtiska video kodēšana (EVC)