AV1

AV1 (AOMedia Video 1) — это открытый и бесплатный формат сжатия видео, разработанный Альянсом за открытые медиа (Alliance for Open Media, AOMedia). Он предназначен для передачи и хранения видеоданных в сети Интернет и обеспечивает более высокую степень сжатия по сравнению с предшествующими стандартами (H.264/AVC и H.265/HEVC) при сохранении сопоставимого визуального качества. AV1 позиционируется как альтернатива проприетарным кодекам, не требующая лицензионных отчислений.

История

Разработка AV1 началась в 2015 году, когда несколько крупных технологических компаний, включая Google, Mozilla, Microsoft, Netflix, Amazon, Cisco и Intel, основали некоммерческую организацию Alliance for Open Media (AOMedia). Основной целью альянса было создание видеокодека нового поколения, свободного от патентных ограничений и лицензионных сборов, которые сдерживали внедрение H.265/HEVC и других коммерческих форматов.

Первая версия спецификации AV1 была выпущена в марте 2018 года. Кодек базировался на наработках предшествующих открытых проектов: VP9 (разработка Google), Daala (Mozilla) и Thor (Cisco). В отличие от VP9, который был ориентирован в первую очередь на веб-видео, AV1 с самого начала проектировался как универсальный формат для широкого круга применений — от потокового вещания до видеоконференций.

Ключевым этапом стало принятие AV1 в качестве обязательного стандарта для телевизионного вещания нового поколения (ATSC 3.0) в 2020 году. В 2022 году поддержка аппаратного декодирования AV1 появилась в графических процессорах NVIDIA (серия RTX 30), AMD (RDNA 2) и Intel (Arc Alchemist), что значительно ускорило его внедрение на потребительских устройствах.

Технические особенности

Архитектура сжатия

AV1 использует гибридную архитектуру кодирования, характерную для современных видеокодеков: межкадровое предсказание, внутрикадровое предсказание, преобразование, квантование и энтропийное кодирование. Однако он включает ряд инноваций, повышающих эффективность сжатия:

• Разделение на блоки переменного размера: AV1 поддерживает разбиение кадра на блоки размером от 4×4 до 128×128 пикселей, что позволяет точнее адаптироваться к локальным особенностям изображения.
• Внутрикадровое предсказание с 56 направлениями: по сравнению с 33 направлениями в H.265/HEVC, это улучшает предсказание текстур и границ.
• Инструменты фильтрации: встроенные фильтры (CDEF, Loop Restoration) уменьшают артефакты сжатия без потери деталей.
• Адаптивное квантование: позволяет распределять битовый поток неравномерно по кадру, выделяя больше ресурсов на сложные участки.
• Поддержка HDR и широкого цветового охвата: AV1 поддерживает цветовые пространства BT.2020, PQ (Perceptual Quantizer) и HLG (Hybrid Log-Gamma), что необходимо для видео высокого динамического диапазона.

Сравнение с предшественниками

По данным тестов, проведённых AOMedia и независимыми исследователями, AV1 обеспечивает экономию битрейта в среднем на 30-50% по сравнению с H.264/AVC и на 20-30% по сравнению с H.265/HEVC при одинаковом субъективном качестве. Однако это достигается за счёт значительно более высокой вычислительной сложности кодирования — в 5-10 раз выше, чем у H.265/HEVC, и в 20-30 раз выше, чем у H.264/AVC. Декодирование также требует больше ресурсов, хотя с появлением аппаратных ускорителей эта разница сглаживается.

Применение

Потоковое видео

AV1 активно используется крупнейшими платформами для распространения видео. Netflix начал тестирование AV1 в 2020 году, а с 2021 года использует его для части контента в приложениях на Android и iOS. YouTube (принадлежит Google) внедрил поддержку AV1 в 2018 году, и по состоянию на 2024 год значительная часть видеороликов на платформе кодируется в этом формате. Amazon Prime Video и Disney+ также применяют AV1 для оптимизации трафика.

Веб-браузеры

Все основные браузеры (Google Chrome, Mozilla Firefox, Microsoft Edge, Opera, Safari) поддерживают декодирование AV1 начиная с версий 2021-2023 годов. В Chrome и Firefox используется программный декодер libaom, а в Edge — аппаратное ускорение при наличии совместимого GPU.

Телевещание

Стандарт ATSC 3.0, принятый в США и ряде других стран, включает AV1 как обязательный формат для сжатия видео. Это позволяет вещателям передавать контент в разрешении 4K и HDR с меньшим битрейтом, чем при использовании H.265/HEVC.

Видеоконференции

Сервисы видеосвязи, такие как Zoom и Google Meet, начали внедрять AV1 для снижения нагрузки на каналы связи. В 2023 году Zoom объявил о поддержке AV1 в своих клиентах, что особенно актуально для групповых звонков с большим числом участников.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Отсутствие лицензионных отчислений: AV1 распространяется по открытой лицензии, что снижает затраты для разработчиков и производителей устройств.
• Высокая эффективность сжатия: позволяет экономить пропускную способность каналов и объём хранилищ.
• Открытость спецификации: кодек разрабатывается публично, что способствует аудиту и улучшению безопасности.
• Поддержка современных технологий: HDR, широкий цветовой охват, высокое разрешение (до 8K и выше).

Недостатки

• Высокая вычислительная сложность: кодирование в AV1 требует мощных процессоров, что ограничивает его применение в реальном времени на мобильных устройствах.
• Медленное внедрение аппаратного ускорения: хотя современные GPU поддерживают декодирование, кодирование в AV1 пока доступно только на ограниченном числе устройств (например, NVIDIA RTX 40-й серии, Intel Arc).
• Совместимость: старые устройства и браузеры не поддерживают AV1, что требует использования альтернативных кодеков (например, H.264) для обратной совместимости.

Критика

Основные критические замечания в адрес AV1 связаны с его патентной ситуацией. Несмотря на заявленную свободу от лицензионных сборов, некоторые компании (например, Sisvel) сформировали патентные пулы, в которые включили технологии, предположительно используемые в AV1. AOMedia оспаривает эти претензии, и на данный момент (2024 год) судебных решений, обязывающих выплачивать отчисления за AV1, не принято. Критики также отмечают, что высокая сложность кодирования делает AV1 менее привлекательным для небольших студий и независимых создателей контента, которые не могут позволить себе дорогое оборудование.

Перспективы

Ожидается, что AV1 станет доминирующим форматом для потокового видео в Интернете в ближайшие годы, вытесняя H.264 и H.265. Развитие аппаратного кодирования (например, в мобильных SoC) и совершенствование программных реализаций (кодек libaom) постепенно снижают барьеры для его внедрения. В долгосрочной перспективе AV1 может быть заменён следующим поколением кодеков, разрабатываемых в рамках AOMedia (например, AV2), но на данный момент он остаётся наиболее современным и эффективным открытым стандартом.

Источники

• Alliance for Open Media. «AV1 Bitstream & Decoding Process Specification». Version 1.0.0, 2018.
• Google. «AV1: A New Video Codec for the Web». 2018.
• Netflix Technology Blog. «AV1 at Netflix: The Next Generation of Video Compression». 2020.
• YouTube Engineering Blog. «AV1: The Next Generation Video Codec». 2018.
• ATSC. «ATSC 3.0 Standard: Video Coding». 2020.
• Sisvel. «AV1 Patent Pool: Overview». 2021.
• Mozilla Hacks. «Daala and the Future of Video Codecs». 2017.