VVC と MPEG-5 EVC / LCEVC: 放送の未来は何ですか?

このトリビューンでは、CTO の David Guillermo Fernandez Herrera 博士が述べています。あなたはVIDEXをお持ちですは、短期および中期的に放送業界の標準となる有力な候補である VVC および MPEG-5 EVC / LCEVC ビデオ圧縮フォーマットを詳細に分析します。

過去数十年にわたり、私たちはマルチメディアアプリケーションの分野で驚くべき進歩を経験してきました。介入したさまざまな要因の中で、 ビデオ圧縮規格。 1980 年代後半以来、H.261 から最近の VVC (多彩なビデオコーディング）、視覚的な品質を低下させることなく高いデータ圧縮率を取得することを常に追求しています。

この目的により、ほぼすべての 10年では、以前の規格と比較して必要な帯域幅を 50% 削減する新しい規格がリリースされました。これは次のようなケースでした H.265/HEVC (高効率ビデオコーディング、2013 年にリリース） H.264/AVC (高度なビデオコーディング、 2003年）。

2020 年に標準の最初のバージョンが発行されました VVC およびファミリー内の他の 2 つの新しい標準 MPEG-5、MPEG-5 EVC (必須のビデオエンコーディング) y MPEG-5 LCEVC (低複雑性拡張ビデオコーディング）。

VVC の発見

VVC 約束 50%削減 H.265 に関して生成されたデータレート (ビットストリーム)。ただし、この改善は、大幅な増加を犠牲にして得られます。 アルゴリズムの複雑さ その結果、高解像度 (HD) および超高解像度 (UHD) 信号のリアルタイムエンコード/デコードを可能にする要件を満たすには、より多くの計算リソース、より多くの電力消費が必要となり、その結果、より大きな経済的コストが必要になります。これは、新しい標準がリリースされるたびに私たちが慣れ親しんできたものであり、VVC も例外ではありません。 新しい技術 これにより、エンコーダまたはデコーダの設計が非常に複雑になります。

どちらの割合も圧縮のようにビデオのビジュアル品質それらはに直接依存します。実装エンコーダで作られた、何のテクニック使用されてきたか、どのように使用されてきたか実装された。

ビデオ圧縮規格を強調することが非常に重要です。 構文を定義する の ビットストリーム (構築方法) とデコードを実行するために従う方法 (データからビデオを再構築する方法) ビットストリーム）、しかし エンコーダの実装については説明していません。これは、この規格では、たとえば、動きベクトルをビットのシーケンスに変換する方法を示していますが、エンコーダがビデオを構成するさまざまな画像間に存在する動きを検索して、そのベクトルの値を取得する方法は定義されていないことを意味します。どちらの割合も圧縮のように ビデオのビジュアル品質 それらはに直接依存します。実装エンコーダで作られた、何の テクニック 使用されてきたか、どのように使用されてきたか 実装された。したがって、エンコーダのパフォーマンスは実装ごとに大きく異なる可能性があります。

H.265 エンコーダの最初の実装では、同じ量の計算リソース (CPU 負荷、メモリ使用量など) を使用できる構成を使用した H.264 エンコーダの成熟した実装と比較した場合、H.264 でより良い結果が得られたことが確認できました。現在、H.265 の実装はすでに十分に成熟しているため、状況は変わりました。このコメントの目的は、 エンコーダ実装に関するアラート 新しい標準のリリース後に発生する問題。一部の製品は、できるだけ早く市場に投入することを目的とした新しい技術の単純な実装を含む単なるマーケティング製品として考えられていますが、以前の標準に基づいた成熟したエンコーダと詳細な比較が行われると、最終的には自重が落ちます。標準と最先端技術の徹底的な研究に基づいて実行され、厳格なテスト環境で最適化された実装は、 それぞれの新しい標準の貢献を実際に活用しています。

UHD の世界で VVC を活用して前進

内での貢献の中には、 VVC、大きなコーディングユニット (128x128 ピクセル) の使用を強調する価値があります。これにより、 帯域幅 の領域に適用する場合に必要です 均質なテクスチャ 決議の中で UHD。もう 1 つの非常に興味深い貢献は、 複数のタイプのパーティションこれにより、画像をコンテンツに適応するコーディング単位に分割し、画像内のさまざまなオブジェクトを完全に区切ることができます。このレベルの分割により、画像の各ピクセルが個別に分類されるセグメンテーションなど、ビデオ圧縮における人工知能アルゴリズムの使用への扉が開かれます。セグメンテーションを通じて、関心のある領域、個人、またはオブジェクトを検出し、各画像内のさまざまなクラスで区切ることができ、各クラスで得たい視覚的品質のレベルに応じてさまざまな圧縮技術を適用できます。つまり、割り当てます 関心領域へのビット数を増やす 以前の画像分析に基づいて視覚的な品質を向上させます。

VVC を提供します必要な道具 UHD コンテンツの配信を最適化するため、これを可能にする商用実装がすでに行われています。しかし、これらのソリューションでは、大量のコンピューティングリソースそしてそれらは、重要な投資。

これらのツールは、VVC で使用されるすべてのツールのほんの一部を紹介するものであり、正しく適用すると、非常に重要な質的飛躍をもたらす可能性があります。これらのテクニックを効率的に使用する方法に関する記事がさらに多く公開され、さまざまなアルゴリズムの最適化に多大な努力が注がれるにつれて、 VVCの実装 これにより、妥当な計算コストで以前のバージョンのパフォーマンスを向上させることができます。 VVC は、コンテンツ配信を最適化するために必要なツールを提供します。 UHD そして、それを可能にする商用実装がすでに行われています。しかし、これらのソリューションは優れた機能を使用しています コンピューティングリソースの量 そしてそれらは、 重要な投資。

MPEG5-EVC / LCEVC: 自然の進化?

MPEG-5 EVC ロイヤリティフリーの基本プロファイルを備えているという利点があり、ライセンス管理が非常に煩雑なプロセスとなっている H.265 の弱点を解決します。しかし、MPEG-5 ファミリの中で際立っています。 MPEG-5 LCEVC。

この新しい標準は追加に基づいています。 品質向上のための追加レイヤー 他の圧縮規格を使用して取得されたベースレイヤー上で。このコンセプトは、 大ジャンプ 以前のバージョンと比較して、チームは引き続き使用できるため、 ハードウェアアクセラレーション (H.264、H.265、VP9 などに基づく) ベースレイヤーを処理し、 ソフトウェア、追加のレイヤーのおかげでパフォーマンスが向上します。デコーダ側では、MPEG-5 LCEVC がサポートされていない場合、ベースレイヤのみがデコードされ、既存のインフラストラクチャおよびデバイスとの互換性が確保されます。

したがって、MPEG-5 LCEVC では、 圧縮強化データフローの概念、 処理の複雑さを軽減する そしてそれは 下位互換性;これらすべてを、システムに追加の遅延を導入することなく実行できます。

VVCとMPEG-5 LCEVCの採用

標準の最初のバージョンのリリースから 3 年が経過しましたが、 VVC現在、どのデバイスでも VVC をハードウェアでサポートしていないため、VVC の導入が遅れており、その拡大は 2026 年か 2027 年まで加速しないと予測できます。ハードウェアサポートがなくても、VVC で一連の指標が確認されています。 潜在力を示す市場。これらの指標の 1 つは、次のようなアプリケーション標準における VVC の採用です。 DVB (2022年に次世代コーデックとしてVVCを採用)、 SBTVD （そのベース層について、2021 年に）、SCTE（2023 年に規格に含まれる）、および ATSC3.0。 などの企業による VVC ソリューションの実装に特化した取り組み。 クアルコム、ファーウェイ、Hikvision、MainConcept、Ateme、または Bitmovin、これは将来的に広く採用されることを示すもう1つの兆候である可能性があります。

MPEG5-LCEVC は明白な現実です、その実装は現在実現可能、そして追加することでソフトウェア層エンコードとデコードの両方において、以下に基づくあらゆるシステムのパフォーマンスが大幅に向上します。以前の規格。

実装が不足しているため オープンソース 成熟した VVC と商用エンコーダによって割り当てられたリソース (H.264 の 8 倍、HEVC の 4 倍)、 MPEG-5 LCEVC これは、以前の標準に基づいて既存のシステムのパフォーマンスを向上させるための非常に興味深いオプションとして浮上しています。もちろん、コンテンツまたはマルチメディアサービスプロバイダーの場合は、専用のサービスを提供できる可能性があります。 強力な暗号化サーバー 問題じゃない、見失ってはいけない VVC のために 大幅な改善 これは、圧縮効率と、これまでに説明した将来の採用に関する指標に貢献します。

実装が進むにつれて、VVC を実行できる低コストのデバイスが登場し始めます。これは、以前のバージョンでも同様でした。H.265 の最初の実装は、強力なサーバー上でのみ実行できました。しかし、長年にわたって、FPGA、GPU、そして最終的には ASIC など、他のタイプのデバイス上で実行される最適化された実装が登場しました。これにより、その使用が民主化されました。

それでも VVC 現在、ハードウェアアクセラレーションを通じてデコードを実行するデバイス (携帯電話、セットトップボックス、コンピュータの GPU など) がありませんが、素晴らしい候補者に必要な帯域幅を減らすコンテンツを配布する UHD 今後数年間で。

MPEG5-LCEVC は明白な現実ですの実装は現在実現可能であり、エンコードとデコードの両方にソフトウェア層を追加することで、以前の標準に基づくシステムのパフォーマンスが大幅に向上します。互換性があるため、並列データフローを作成することなく、現在のインフラストラクチャを使用して導入できます。これは、非互換性の問題によりフローの適用が必要な標準の実装と比較して大幅なコスト削減になります。ただし、 VVC 現在、ハードウェアアクセラレーションを通じてデコードを実行するデバイス (携帯電話、セットトップボックス、コンピュータの GPU など) がありませんが、 今後数年間で UHD コンテンツの配信に必要な帯域幅を削減する有力な候補。

最終的に賭け金は次のようになります。 放送局、メーカー、サプライヤー、 ますます広範な概念における特定のニーズだけでなく放送、との戦いの勝者を決定するのは誰ですか 2 つの非常に強力なテクノロジー コンテンツの送信に伴う多くの課題を解決します HD と UHD。