基础视频编码（MPEG-5 EVC）：面向商业友好的下一代视频标准

随着流媒体平台、数字广播公司和移动网络不断扩大高分辨率内容的传输（4K、8K 和 HDR），视频压缩效率仅是成功的一半。许可不确定性和复杂的专利版税历来阻碍了编解码器在媒体行业的采用。为了解决这一瓶颈，动态图像专家组（MPEG）开发了 Essential Video Coding (EVC)，正式命名为 ISO/IEC 23094-1（MPEG-5 第 1 部分）。

MPEG-5 EVC 于 2020 年完成，提供了一个简化且高性能的视频压缩框架，采用透明、可预测的许可模式，以满足现代业务和技术需求。

1. 什么是 MPEG-5 基础视频编码（EVC）？

Essential Video Coding (EVC) 是 MPEG 创建的先进视频压缩标准，旨在服务于现代媒体流媒体、广播和 OTT（Over-The-Top）平台。不同于前代标准那复杂的专利格局导致部署困难，EVC 的架构围绕两个明确定义的操作配置文件：

Baseline Profile: 完全免版税的层级，严格使用技术，这些技术要么已有超过20年历史，要么以不可撤销的免版税声明贡献。
Main Profile: 高性能层级，融合了一组选定的先进压缩工具，旨在匹配或超越 HEVC (H.265) 效率；如果出现许可问题，每个专有工具都可以单独启用或关闭。

EVC 提供了高计算吞吐量、卓越带宽压缩和知识产权透明度的良好平衡。

2. MPEG-5 EVC 的关键特性

特性	规格 / 细节
标准化组织	ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11 (MPEG)
标准参考	ISO/IEC 23094-1 (MPEG-5 Part 1)
关键贡献者	Samsung, Huawei, Qualcomm
压缩目标	在主配置文件中，匹配/超越 HEVC (H.265)，效率提升约 25–30%
授权结构	双配置文件模型：免版税（基线）& 收费（主）
主要编解码器实现	XEVE（编码器）& XEVD（解码器）
支持的文件扩展名	`.evc`、原始比特流，以及 `.mp4` / `.mkv` 容器绑定
分辨率支持	SD最高可达 8K UHD ($7680 \times 4320$) 及更高

核心战略优势：

IP 风险缓解： 透明的许可池确保流媒体供应商能够部署下一代压缩技术，而不会出现突如其来的版税诉讼。
模块化工具切换： 主配置文件中的高级编码工具可以单独切换，而不会使整体比特流合规性失效。
硬件与软件友好： 从一开始就为桌面/移动 CPU 上的快速多线程软件执行以及简易的 ASIC 实现而设计。

3. EVC 的深入技术特性

EVC 的架构通过现代算法创新，在两个配置文件中优化了传统的基于块的混合视频编码流水线：

A. 双层配置文件架构

基线配置文件： 提供与 H.264/AVC 相当的压缩效率（在相同视觉质量下比旧的 AVC 基线节省约 30% 的比特率），同时保持严格的 免版税 状态。
主配置文件： 增加了多达 26 项高级编码工具，使压缩效率提升约 25% 到 30%，在相同主观质量下可匹配或超越 HEVC (H.265)。

B. 灵活的块划分（二叉树和三叉树）

使用 Coding Tree Unit (CTU) 结构，支持大块尺寸最高可达 $64 \times 64$（在扩展框架中可达 $128 \times 128$）。
用灵活的 Binary-Tree (BT) 和 Ternary-Tree (TT) 划分取代僵硬的四叉树分割，使编码器能够沿真实运动矢量和不规则图像轮廓切分块。

C. 高级帧内预测模式

扩展传统的帧内预测，提供更丰富的方向角度和平面模式。
在主配置文件中使用 Advanced Intra Prediction (AIP) 和帧内子块划分，以在无块状伪影的情况下对复杂的前景图案和细腻的背景渐变进行建模。

D. 增强的帧间预测与运动细化

仿射运动补偿: 高效预测诸如缩放、透视扭曲和旋转运动等复杂运动动态。
合并模式与 MVD (MMVD): 将标准运动合并候选与小的运动矢量差异相结合，实现超高效的运动信号传递。
自适应运动矢量分辨率 (AMVR): 使编码器能够根据视频复杂度在四分之一像素、全像素和 4 像素分辨率之间动态切换运动精度。

E. 循环内后处理滤镜

去块滤波 (DBF): 消除块边缘沿线的边界不连续性。
高级环路滤波器 (ALF) 与 Hadamard 变换域滤波器 (HTDF)： 主档案特性包括复杂的环路滤波器，可重建高频纹理细节，在低比特率下抑制压缩噪声。

4. 如何创建和编码 EVC 文件

EVC 视频流使用官方开源 XEVE（超快速基础视频编码器） 库或配置了 libxeve 的现代 FFmpeg 构建生成。

方法 1：使用独立的 XEVE CLI 编码器

克隆并编译 XEVE 仓库：

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

将原始 YUV 视频编码为 EVC 位流：

# 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

方法 2：使用 FFmpeg (`libxeve`) 编码 EVC

现代 FFmpeg 版本（使用 --enable-libxeve 编译）允许直接从 MP4、MKV 或 ProRes 源进行一步编码：

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

5. 如何打开和播放 EVC 视频文件

由于 EVC 为现代架构设计，解码可通过软件解码器和媒体播放套件得到支持：

1. 使用官方 XEVD（超快速基础视频解码器）

官方 MPEG 开源解码器将原始 .evc 流解码回未压缩视频：

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. 使用 FFmpeg / FFplay 进行解码和播放

如果你的 FFmpeg 环境使用 --enable-libxevd 构建，你可以直接解码或预览 EVC 视频流：

# 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. 集成视频播放器

EVC 流复用到标准的 .mp4 或 .mkv 文件中，可使用自定义构建的 MPV 或包含更新的 LAV Filters 并支持 libxevd 的媒体播放器进行回放。

EVC 与 HEVC、VVC、AV1 比较

编解码器	标准化组织	授权模式	压缩 vs. AVC (H.264)	关键优势
EVC（基线）	ISO/IEC MPEG	100% 免版税	~30% 更好	无知识产权/许可风险
EVC（主）	ISO/IEC MPEG	透明版税池	~60% 更好	可切换工具，高速
HEVC（H.265）	ITU-T / ISO/IEC	复杂的多池许可	~50% 更好	广泛的硬件支持
AV1	AOMedia	免版税	~50-55% 更好	庞大的网络生态系统支持
VVC (H.266)	ITU-T / ISO/IEC	带版税的	~70-75% 更佳	8K/VR 的极致效率

常见问题解答（FAQ）

**Q1: 开发 MPEG-5 EVC 的主要目的是什么？ A1: EVC 的创建旨在提供下一代视频压缩，具备可预测、透明的许可，并提供免版税的基线配置文件。

**Q2: EVC 基线配置文件与主配置文件有何区别？ A2：基线配置文件完全免版税，使用较早的成熟技术，而主配置文件则加入可切换的高级工具，以实现最高的压缩效率。

**Q3: 用于编码和解码 EVC 视频的开源工具有哪些？ A3：编码使用 XEVE（超快速基础视频编码器），解码则使用 XEVD（超快速基础视频解码器）。

**Q4: MPEG‑5 EVC 能否封装在标准视频容器格式中？ A4：是的，EVC 位流可以复用到流行的媒体容器格式中，包括 MP4（.mp4）、Matroska（.mkv）以及 MPEG 传输流。

**Q5: EVC 的压缩效率与 HEVC（H.265）相比如何？ A5：在主配置文件下，EVC 能够实现与 HEVC 相同的视觉质量，同时整体比特率降低 25% 到 30%。

结论

MPEG-5 Essential Video Coding (EVC) 解决了历史上减缓下一代编解码器采用的商业和运营挑战。通过将保证免版税的基线层与高效、模块化的主配置文件相结合，EVC 为视频流媒体服务、广播运营商和软件开发者提供了技术性能、计算速度和知识产权透明度之间的理想平衡。

参考文献

EVC：MPEG-5 基本视频编码（EVC）