AV1 (.av1 / .ivf) Video Format: The Royalty-Free Next-Gen Codec Explained

เมื่อการสตรีม 4K, 8K และ HDR ครองตำแหน่งหลักในสื่อเว็บสมัยใหม่ ความต้องการแบนด์วิดท์ได้เกินกว่ามาตรฐานการบีบอัดแบบเก่าอย่าง H.264 (AVC) และโคเดกที่มีค่าลิขสิทธิ์เช่น H.265 (HEVC) AOMedia Video 1 (AV1)—โดยทั่วไปจะถูกเก็บเป็นบิตสตรีมดิบพร้อมส่วนขยาย .av1 หรือ .ivf (Indeo Video Framework)—เป็นมาตรฐานการบีบอัดวิดีโอแบบเปิดและไม่มีค่าลิขสิทธิ์ที่ออกแบบมาสำหรับการส่งวิดีโอผ่านอินเทอร์เน็ต การประชุมวิดีโอ และการสตรีมที่มีประสิทธิภาพสูง

พัฒนาโดย Alliance for Open Media (AOMedia)—คอนซอร์เทียมที่ประกอบด้วย Google, Netflix, Amazon, Apple, Microsoft, Meta, Intel, Mozilla และอื่น ๆ—AV1 ให้การบีบอัดข้อมูลระดับล้ำสมัยโดยไม่มีค่าลิขสิทธิ์หรือความไม่แน่นอนด้านสิทธิบัตร

1. What is an AV1 / IVF Video File?

ไฟล์ AV1 ประกอบด้วยบิตสตรีมวิดีโอพื้นฐานที่เข้ารหัสด้วยอัลกอริทึมการบีบอัด AOMedia Video 1 ในรูปแบบดิบ สตรีมพื้นฐานของ AV1 สามารถใช้ส่วนขยาย .av1 ได้ แต่บ่อยครั้งจะถูกบรรจุในรูปแบบคอนเทนเนอร์ที่มีน้ำหนักเบา IVF (.ivf) IVF เป็นรูปแบบการจัดเฟรมที่เรียบง่ายซึ่งใช้กันอย่างกว้างขวางโดยเครื่องมือโอเพนซอร์สเพื่อส่งผ่านเฟรมวิดีโอดิบที่ไม่ได้มิกซ์พร้อมกับหัวข้อขนาดเฟรมพื้นฐาน, timebase, และ framerate

สำหรับการส่งมอบและการเล่นของผู้ใช้ขั้นสุดท้าย วิดีโอ AV1 มักจะถูกมักซ์เข้าในรูปแบบคอนเทนเนอร์มาตรฐานเช่น:

• MP4 (.mp4) ผ่านการผูกกับ ISO Base Media File Format (ISOBMFF)
• Matroska (.mkv)
• WebM (.webm) สำหรับการสตรีมวิดีโอในเบราว์เซอร์ HTML5

AV1 ให้ประสิทธิภาพการบีบอัดที่สูงกว่าโดยประมาณ 30% เมื่อเทียบกับ HEVC (H.265) และ VP9, และสามารถประหยัดได้ถึง 50% หรือมากกว่า เมื่อเทียบกับ H.264 (AVC) ที่คุณภาพภาพตามความรู้สึกเดียวกัน.

2. Key Characteristics of AV1 (.av1 / .ivf)

Core Strategic Advantages:

1. ไม่มีค่าใช้สิทธิ์: ผู้ให้บริการสตรีมมิ่งและผู้จำหน่ายเบราว์เซอร์สามารถแจกจ่ายวิดีโอความละเอียดสูงโดยไม่ต้องเสียค่าธรรมเนียมกลุ่มสิทธิบัตรที่ซับซ้อน.
2. ประสิทธิภาพเว็บที่เหนือกว่า: ลดการใช้ข้อมูลมือถือและการบัฟเฟอร์วิดีโออย่างมากสำหรับแพลตฟอร์มเช่น YouTube และ Netflix.
3. การสังเคราะห์เม็ดสีภาพยนตร์: สังเคราะห์เม็ดสีในระหว่างการเล่นแทนการเข้ารหัสบิตเม็ดสีที่มีเสียงรบกวน ช่วยประหยัดแบนด์วิดท์อย่างมหาศาลสำหรับเนื้อหาภาพยนตร์.

3. In-Depth Technical Features of AV1

AV1 ปรับปรุงสถาปัตยกรรมการเข้ารหัสวิดีโอแบบไฮบริดที่ใช้บล็อกแบบคลาสสิกด้วยการปรับปรุงอัลกอริทึมสมัยใหม่:

A. การแบ่งบล็อกที่ยืดหยุ่น (ซูเปอร์บล็อกขนาดสูงสุด $128 \times 128$)

• AV1 แนะนำ $128 \times 128$ Superblocks (ขยายจาก $64 \times 64$ ของ VP9).
• รองรับการแยกแบบเรียกซ้ำด้วยต้นไม้การแบ่ง 10 ทาง (รวมถึงการแยกแนวนอน/แนวตั้ง, การแยกสี่เหลี่ยมอัตราส่วน 1:4 และ 4:1, และการแบ่งรูปทรง T).
• ทำให้ตัวเข้ารหัสปรับขอบบล็อกได้อย่างแม่นยำตามขอบที่ละเอียด, ความไล่ระดับที่ราบรื่น, และการเคลื่อนไหวที่ไม่สม่ำเสมอ.

B. โหมดการทำนายภายในที่หลากหลาย

• มี 56 มุมการทำนายภายในเชิงทิศทาง เพื่อจำลองการจัดแนวของขอบด้วยความแม่นยำระดับไมโคร.
• ตัวทำนาย Smooth และ Paeth: สร้างความไล่ระดับอ่อนและลูมาพื้นผิวซับซ้อนโดยไม่มีปรากฏการณ์แถบสี.
• Chroma from Luma (CFL): ทำนายช่องสีโครม่าโดยตรงจากตัวอย่างความสว่างที่สร้างใหม่, ลดการซ้ำซ้อนของสี.

C. การทำนายข้ามขั้นสูงและการชดเชยการเคลื่อนที่

• Warped Motion Compensation (Affine Modeling): จำลองการเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นการแปลแบบแม่นยำ เช่น การเลื่อนภาพ, การหมุนกล้อง, การซูม, และการบิดเบือนเชิงมุมมองด้วยการแปลงเชิง Affine 6 พารามิเตอร์.
• Overlapped Block Motion Compensation (OBMC): ทำให้เวกเตอร์การเคลื่อนไหวราบรื่นข้ามขอบบล็อกที่อยู่ติดกันเพื่อขจัดปรากฏการณ์บล็อก.
• Compound Prediction Modes: ผสมสองเฟรมอ้างอิงที่แตกต่างกันโดยใช้หน้ากากรูปครีบและหน้ากากที่ให้ค่าน้ำหนักตามความแตกต่าง.

D. กระบวนการหลังการประมวลผลในลูปขั้นสูง

เพื่อรักษาคุณภาพเฟรมที่บริสุทธิ์ที่อัตราบิตต่ำ AV1 ใช้ระบบการกรองลูป 4 ขั้นตอน:

1. ตัวกรอง Deblocking: ทำให้รอยต่อของกริดระหว่างพาร์ทิชันของบล็อกเรียบขึ้น.
2. Constrained Directional Enhancement Filter (CDEF): วิเคราะห์รูปแบบพิกเซลเชิงทิศทางเพื่อทำให้ขอบคมชัดและกดทับปรากฏการณ์ ringing.
3. Loop Restoration Filter (LR): ใช้ตัวกรอง Wiener และการฟื้นฟูแบบ Self-Guided เพื่อกู้คืนรายละเอียดเท็กซ์เจอร์ความถี่สูงที่สูญหายระหว่างการควอนต้าไซเซชัน.
4. Film Grain Synthesis: ลบเม็ดสีภาพแบบอนาล็อกที่มีสัญญาณรบกวนก่อนการบีบอัดและสั่งให้ตัวถอดรหัสสังเคราะห์เม็ดสีที่ตรงกันใหม่ในเครื่องในระหว่างการเล่น.

4. วิธีสร้างและเข้ารหัสไฟล์ AV1 / IVF

ไฟล์ AV1 สามารถสร้างได้โดยใช้ตัวเข้ารหัสโอเพ่นซอร์สเช่น SVT-AV1 (Scalable Video Technology for AV1, พัฒนาร่วมโดย Intel และ AOMedia), libaom, หรือ rav1e, ซึ่งมักถูกควบคุมผ่าน FFmpeg.

วิธีที่ 1: การเข้ารหัสด้วย FFmpeg และ SVT-AV1 (เร็วที่สุดและพร้อมใช้งานในผลิตภัณฑ์)

เพื่อเข้ารหัสไฟล์วิดีโอเป็นคอนเทนเนอร์ .mp4 ที่บีบอัดด้วย AV1:

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

วิธีที่ 2: การสร้างบิตสตรีม AV1 ดิบหรือคอนเทนเนอร์ IVF

เพื่อสร้างสตรีม .ivf หรือ .av1 แบบสแตนด์อโลนสำหรับการทดสอบหรือเครื่องมือสตรีมมิ่ง:

# 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

พารามิเตอร์การเข้ารหัสสำคัญ:

• --preset (0 ถึง 12): พรีเซ็ต 4–6 ให้สมดุลที่ดีที่สุดระหว่างประสิทธิภาพการบีบอัดสูงและความเร็วในการเข้ารหัส.
• -crf (Constant Rate Factor, 0 ถึง 63): ค่าระหว่าง 24 ถึง 32 เป็นค่ามาตรฐานสำหรับการกระจายบนเว็บและความละเอียดสูง.

5. วิธีเปิดและเล่นไฟล์วิดีโอ AV1 / IVF

AV1 ถูกผนวกรวมอย่างทั่วถึงในเว็บเบราว์เซอร์หลัก, ชุดสื่อ, และระบบปฏิบัติการ:

1. เว็บเบราว์เซอร์ (การเล่นแบบเนทีฟ)

เว็บเบราว์เซอร์สมัยใหม่สามารถถอดรหัสวิดีโอ AV1 ได้โดยตรงด้วยการเร่งความเร็วจากฮาร์ดแวร์:

• Google Chrome, Microsoft Edge, Mozilla Firefox, Brave, และ Apple Safari (บนอุปกรณ์ที่รองรับ).
• เพียงแค่ลากและวางไฟล์ output_av1.mp4 หรือ output_av1.webm ลงในแท็บของเบราว์เซอร์โดยตรง.

2. VLC Media Player (ข้ามแพลตฟอร์ม)

1. ดาวน์โหลดเวอร์ชันล่าสุดของ VLC Media Player (Windows, macOS, Linux, Android, iOS).
2. เปิด VLC, ไปที่ Media > Open File…, แล้วเลือกไฟล์ .av1, .ivf, .webm, หรือ .mp4 ของคุณ.
3. VLC ใช้ไลบรารีตัวถอดรหัส dav1d ที่มาพร้อมในตัวสำหรับการเล่นที่เร็วสูงด้วยซอฟต์แวร์และการเร่งความเร็วด้วยฮาร์ดแวร์.

3. MPV Player

MPV มีการสนับสนุนในตัวสำหรับ dav1d และตัวถอดรหัสฮาร์ดแวร์:

mpv output.ivf
# or
mpv output_av1.mp4

4. Windows Media Player / แอป Movies & TV

• ผู้ใช้ Windows 10 และ 11 สามารถดาวน์โหลด AV1 Video Extension ฟรีโดยตรงจาก Microsoft Store เพื่อเปิดใช้งานการเล่น AV1 แบบเนทีฟในแอปสื่อของ Windows เริ่มต้น.

6. การเปรียบเทียบ AV1 กับ HEVC (H.265) กับ AVC (H.264)

7. คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

**Q1: ความแตกต่างหลักระหว่างไฟล์ .av1 กับไฟล์ .ivf คืออะไร? A1: ไฟล์ .av1 มีสตรีมวิดีโอ AV1 ดิบระดับพื้นฐาน, ในขณะที่ไฟล์ .ivf เป็นคอนเทนเนอร์กรอบขั้นต่ำที่ห่อหุ้มเฟรม AV1 ดิบพร้อมข้อมูลเมตาเวลาและความละเอียด.

**Q2: AV1 ฟรีอย่างสมบูรณ์ในการใช้งานโดยไม่มีค่าลิขสิทธิ์หรือค่าธรรมเนียมหรือไม่? A2: ใช่, AV1 เป็นโคเดกโอเพนซอร์สที่ไม่มีค่าลิขสิทธิ์ซึ่งสร้างโดย Alliance for Open Media เพื่อขจัดค่าธรรมเนียมการใช้สิทธิบัตรสำหรับนักพัฒนาและผู้จัดจำหน่าย.

**Q3: ตัวเข้ารหัสใดดีที่สุดสำหรับการเข้ารหัสวิดีโอ AV1 อย่างมีประสิทธิภาพในวันนี้? A3: SVT-AV1 เป็นตัวเข้ารหัสโอเพนซอร์สมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ให้ประสิทธิภาพหลายเธรดที่เร็วและประสิทธิภาพการบีบอัดระดับการผลิต.

**Q4: สมาร์ทโฟนและคอมพิวเตอร์สมัยใหม่สามารถเล่นวิดีโอ AV1 ด้วยการเร่งความเร็วจากฮาร์ดแวร์ได้หรือไม่? A4: ใช่, GPU และ SoC สมัยใหม่จาก Intel, AMD, NVIDIA, Apple, Qualcomm, และ MediaTek มีซิลิกอนเฉพาะสำหรับการถอดรหัส AV1 ด้วยการเร่งความเร็วจากฮาร์ดแวร์.

**Q5: รูปแบบคอนเทนเนอร์มาตรฐานใดที่มักใช้เก็บสตรีมวิดีโอ AV1? A5: สตรีมวิดีโอ AV1 มักจะถูกบรรจุอยู่ในไฟล์คอนเทนเนอร์ MP4 (.mp4), WebM (.webm), และ Matroska (.mkv).

8. สรุป

AOMedia Video 1 (AV1) เป็นการเปลี่ยนแปลงสำคัญในยุคการส่งมอบวิดีดิจิทัลสมัยใหม่ โดยการรวมผู้นำอุตสาหกรรมไว้เบื้องหลังสถาปัตยกรรมการบีบอัดที่เปิดเผย ปราศจากค่าลิขสิทธิ์ และมีประสิทธิภาพสูง AV1 ขจัดอุปสรรคด้านการให้สิทธิ์การใช้งานในขณะที่มอบคุณภาพวิดีโอที่เหนือกว่าโดยใช้แบนด์วิธที่ต่ำลงบนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกันเป็นพันล้านเครื่องทั่วโลก.

อ้างอิง

• การเข้ารหัสวิดีโออเนกประสงค์ (VVC): มาตรฐานการบีบอัดวิดีโอรุ่นต่อไป