VVC vs. MPEG-5 EVC / LCEVC: ¿cuál es el futuro del broadcast?

このトリビューンでは、CTO、デビッド・ギレルモ・フェルナンデス・エレーラ博士が語った。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) および超高精細度 (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ました。

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 実装されました。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 que surgen tras la liberación de un nuevo estándar. Algunas son concebidas como meros productos de marketing que incluyen implementaciones sencillas de las nuevas técnicas buscando llegar al mercado lo antes posible, pero finalmente caen por su propio peso al realizar detalladas comparativas con codificadores maduros basados en estándares previos. Las implementaciones realizadas a partir de un estudio exhaustivo del estándar y del estado del arte, y que han sido optimizadas en estrictos entornos de pruebas, son las que realmente explotan las aportaciones de cada nuevo estándar。

Pasos adelante con VVC en el mundo UHD

Entre las aportaciones dentro de VVC, hay que destacar el uso de unidades de codificación de gran tamaño (128×128 píxeles), que permiten reducir enormemente el 帯域幅 requerido cuando se aplican en zonas de texturas homogéneas en la resolución UHD. Otra aportación muy interesante es el uso de múltiples tipos de particiones, lo que permite dividir la imagen en unidades de codificación que se adapten al contenido, delimitando perfectamente los diferentes objetos de la imagen. Este nivel de división abre las puertas a la utilización de algoritmos de inteligencia artificial en la compresión de vídeo, como la segmentación, donde cada píxel de la imagen es clasificado individualmente. Mediante segmentación se pueden detectar y delimitar regiones, individuos u objetos de interés en diferentes clases dentro de cada imagen y aplicar diferentes técnicas de compresión según el nivel de calidad visual que se desee obtener para cada clase. Dicho de otra forma, destinar más bits a las regiones de interés para mejorar su calidad visual en función de un análisis de la imagen previo.

VVC proporciona las 必要な道具 para optimizar la distribución de contenidos en UHD y ya existen implementaciones comerciales que lo posibilitan; pero dichas soluciones utilizan gran cantidad de recursos computacionales y suponen una importante inversión。

Estas herramientas son sólo una pequeña introducción a todas las que utiliza VVC y que, aplicadas correctamente, pueden suponer un salto cualitativo muy importante. Según se publique mayor número de artículos sobre cómo usar eficientemente estas técnicas y se dediquen mayores esfuerzos a optimizar los diferentes algoritmos, se comenzarán a obtener implementaciones de VVC que permitan mejorar las prestaciones de sus predecesores a un coste computacional razonable. VVC proporciona las herramientas necesarias para optimizar la distribución de contenidos en UHD y ya existen implementaciones comerciales que lo posibilitan; pero dichas soluciones utilizan gran cantidad de recursos computacionales y suponen una importante inversión。

MPEG5-EVC / LCEVC: ¿evolución natural?

MPEG-5 EVC presenta la ventaja de disponer de un perfil básico exento de regalías por lo que resuelve una debilidad de H.265, donde la gestión de licencias se ha convertido en un proceso muy engorroso. Pero dentro de la familia MPEG-5, destaca MPEG-5 LCEVC。

Este nuevo estándar se basa en añadir capas adicionales de mejora de calidad sobre una capa base obtenida mediante otros estándares de compresión. Este concepto es un gran salto respecto a sus predecesores, ya que permite que los equipos puedan seguir haciendo uso de aceleración hardware (basada en H.264, H.265, VP9, etc.) para procesar la capa base y, mediante ソフトウェア, mejorar sus prestaciones gracias a las capas adicionales. En el lado del descodificador, si no se soporta MPEG-5 LCEVC, se descodificará únicamente la capa base permitiendo compatibilidad con infraestructuras y dispositivos existentes.

Por lo tanto, MPEG-5 LCEVC introduce el concepto de flujo de datos de mejora de compresión、 reduce la complejidad de procesamiento そしてそれは compatible con versiones anteriores; todo ello, sin introducir latencia adicional en el sistema.

La adopción de VVC y MPEG-5 LCEVC

Aunque han pasado tres años desde la liberación de la primera versión del estándar VVC, actualmente, no existe soporte hardware en ningún dispositivo para VVC, lo que ralentiza su adopción y nos permite predecir que no se acelerará su expansión hasta 2026 o 2027. Aun sin soporte hardware, estamos viendo una serie de indicadores en el mercado que indican su potencial. Uno de estos indicadores es la adopción de VVC en estándares de aplicación como DVB (adoptó VVC como Next Generation Codec, en 2022), SBTVD (para su capa base, en 2021), SCTE (lo incluyó entre sus estándares en 2023) y su inclusión en ATSC 3.0. El esfuerzo dedicado a la implementación de soluciones VVC por parte de empresas como Qualcomm, Huawei, Hikvision, MainConcept, Ateme o Bitmovin, podría ser otra indicación de su futura amplia adopción.

MPEG5-LCEVC es una realidad palpable, su implantación actualmente es factible, y mediante la adición de capas software tanto en la codificación como en la descodificación, aporta una importante mejora en las prestaciones de cualquier sistema basado en estándares previos.

Debido a la carencia de implementaciones open source maduras de VVC y a los recursos que destinan los codificadores comerciales (8 veces más que H.264 y 4 veces más que HEVC), MPEG-5 LCEVC se perfila como una opción muy interesante para mejorar las prestaciones de sistemas existentes basados en estándares anteriores. Eso sí, en el caso de proveedores de contenidos o servicios multimedia, donde la posibilidad de dedicar potentes servidores a la codificación no sea problema, no se debería perder de vista VVC por las mejoras significativas que aporta en la eficiencia de compresión y por los indicadores sobre su futura adopción que hemos comentado.

A medida que avancen las implementaciones, comenzarán a aparecer dispositivos de menor coste donde sea posible ejecutar VVC. Lo mismo ocurrió con sus predecesores: las primeras implementaciones de H.265 sólo podían ejecutarse en potentes servidores; pero, con el paso de los años, llegaron las implementaciones optimizadas ejecutadas sobre otros tipos de dispositivos como FPGA, GPU y, finalmente, ASIC. Con ello, se llegó a democratizar su uso.

それでも VVC en la actualidad no dispone de dispositivos que realicen la descodificación mediante aceleración hardware (móviles, set-top boxes, GPU en ordenadores, etc.), se perfila como el gran candidato に disminuir el ancho de banda requerido para distribuir contenidos UHD en los próximos años.

MPEG5-LCEVC es una realidad palpable, su implantación actualmente es factible, y mediante la adición de capas software tanto en la codificación como en la descodificación, aporta una importante mejora en las prestaciones de cualquier sistema basado en estándares previos. Gracias a la compatibilidad que ofrece, puede desplegarse usando la infraestructura actual y sin necesidad de crear un flujo de datos paralelo, lo cual supone una reducción de costes significativa respecto a la implantación de un estándar que obligue aplicar flujos por problemas de incompatibilidad. No obstante, aunque VVC en la actualidad no dispone de dispositivos que realicen la descodificación mediante aceleración hardware (móviles, set-top boxes, GPU en ordenadores, etc.), se perfila como el gran candidato para disminuir el ancho de banda requerido para distribuir contenidos UHD en los próximos años。

Al final, serán las apuestas de broadcasters, fabricantes y proveedores, así como necesidades específicas en el cada vez más amplio concepto 放送, quien definirá el ganador en una batalla con dos tecnologías muy potentes que llegan a solventar muchos de los desafíos que implica la transmisión de contenido HD y UHD。