VVC 与 MPEG-5 EVC / LCEVC：广播的未来是什么？

在本论坛中，David Guillermo Fernández Herrera 博士，首席技术官你有视频，深入分析了 VVC 和 MPEG-5 EVC / LCEVC 视频压缩格式，它们是中短期内成为广播行业标准的有力候选者。

在过去的几十年里，我们在多媒体应用领域取得了令人难以置信的进步。在众多的干预因素中，值得强调的是 视频压缩标准。自 20 世纪 80 年代末以来，已经开发了多种标准，从 H.261 到最近的 VVC (多功能视频编码），始终寻求在不降低视觉质量的情况下获得高数据压缩率。

这一目标使得每一个大约 10年发布了一项新标准，与之前的标准相比，所需带宽减少了 50%。曾经有过这样的情况 H.265/HEVC （高效视频编码，2013 年发布）与 H.264/AVC （高级视频编码， 2003）。

2020年第一版标准发布 可变电压控制 以及家族内的另外两项新标准 MPEG-5、MPEG-5 EVC （基本视频编码） y MPEG-5 LCEVC （低复杂度增强视频编码）。

发现 VVC

可变电压控制 承诺 减少50% 相对于 H.265 生成的数据速率（比特流）。然而，这种改进是以显着增加 算法复杂度 因此，需要更多的计算资源、更大的功耗以及更高的经济成本来满足允许实时编码/解码高清(HD)和超高清(UHD)信号的要求。随着每个新标准的发布，我们已经习惯了这一点，VVC 也不例外，因为它具有大量的 新技术 这给编码器或解码器的设计增加了很大的复杂性。

两者的比率压缩像视频视觉质量它们直接依赖于执行在编码器中制作的技巧已被使用以及如何使用实施的。

强调视频压缩标准非常重要 定义语法 的 比特流 （如何构建它）以及执行解码所遵循的方法（如何从 比特流），但 他们没有描述编码器的实现。这意味着该标准指示了例如如何将运动矢量转换为比特序列，但它没有定义编码器如何通过搜索构成视频的不同图像之间存在的运动来获取所述矢量的值。两者的比率压缩像 视频视觉质量 它们直接依赖于执行在编码器中制作的技巧已被使用以及如何使用 实施的。因此，编码器的性能在一种实现方式与另一种实现方式之间可能存在显着差异。

在 H.265 编码器的第一个实现中，可以确认，与使用允许使用相同数量的计算资源（CPU 负载、内存使用等）的配置的 H.264 编码器的成熟实现相比，H.264 中获得了更好的结果。目前，由于H.265的实现已经足够成熟，情况已经发生了变化。这条评论的目的是 关于编码器实施的警报 新标准发布后出现。有些被认为仅仅是营销产品，包括新技术的简单实现，旨在尽快进入市场，但当与基于先前标准的成熟编码器进行详细比较时，最终会屈服于自身的重量。基于对标准和现有技术的详尽研究而进行的实施，并在严格的测试环境中进行了优化，是那些 他们真正利用了每个新标准的贡献。

与 VVC 一起在 UHD 世界中向前迈进

其中的贡献 可变电压控制，值得强调的是大编码单元（128x128像素）的使用，这大大减少了带宽当应用于以下领域时需要 均匀的纹理 在决议中 超高清。另一个非常有趣的贡献是使用 多种类型的分区，它允许将图像划分为适应内容的编码单元，完美地界定图像中的不同对象。这种级别的划分为在视频压缩中使用人工智能算法打开了大门，例如分割，其中图像的每个像素都被单独分类。通过分割，可以检测感兴趣的区域、个体或对象并将其划分为每个图像内的不同类别，并且可以根据每个类别期望获得的视觉质量水平来应用不同的压缩技术。换句话说，分配 更多位到感兴趣的区域 para mejorar su calidad visual en función de un análisis de la imagen previo.

可变电压控制 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。

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 允许以合理的计算成本提高其前辈的性能。 VVC 提供了优化内容分发的必要工具 超高清 并且已经有商业实现使其成为可能；但这些解决方案使用得很好 计算资源量 y suponen una importante inversión。

MPEG5-EVC / LCEVC：自然进化？

MPEG-5 EVC 它的优点是拥有免版税的基本配置文件，解决了 H.265 的弱点，即许可证管理已成为一个非常繁琐的过程。但在 MPEG-5 系列中，它脱颖而出 MPEG-5 LCEVC。

该新标准在基础上增加了 额外的质量改进层 在使用其他压缩标准获得的基础层上。这个概念是一个大跳与它的前身相比，因为它允许团队继续使用 硬件加速 （基于H.264、H.265、VP9等）对基础层进行处理，并通过软件，通过附加层提高其性能。在解码器方面，如果不支持 MPEG-5 LCEVC，则仅解码基础层，从而与现有基础设施和设备兼容。

因此，MPEG-5 LCEVC 引入了 压缩增强数据流概念, 降低处理复杂性 它是 向后兼容;所有这一切，都不会给系统带来额外的延迟。

La adopción de VVC y MPEG-5 LCEVC

Aunque han pasado tres años desde la liberación de la primera versión del estándar 可变电压控制, 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 数字视频广播 (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. 致力于实施 VVC 解决方案的公司包括 高通、华为、海康威视、MainConcept、Ateme 或 Bitmovin，可能是其未来广泛采用的另一个迹象。

MPEG5-LCEVC 是显而易见的现实，目前其实施可行的，并通过添加软件层在编码和解码方面，可以显着提高任何基于以前的标准。

由于缺乏实施开源成熟的VVC和商业编码器分配的资源（比H.264多8倍，比HEVC多4倍）， MPEG-5 LCEVC 它正在成为一个非常有趣的选择，可以根据以前的标准提高现有系统的性能。当然，对于内容或多媒体服务提供商来说，奉献的可能性 强大的加密服务器 这不是问题，不应该被忽视 可变电压控制 为 重大改进 它有助于提高压缩效率以及我们讨论过的未来采用指标。

随着实施的进展，可以运行 VVC 的低成本设备将开始出现。其前身也是如此：H.265 的第一个实现只能在功能强大的服务器上运行；但是，随着时间的推移，优化的实现可以在其他类型的设备上运行，例如 FPGA、GPU，最后是 ASIC。这样，它的使用就变得民主化了。

虽然可变电压控制目前还没有通过硬件加速进行解码的设备（手机、机顶盒、电脑中的GPU等），它正在作为伟大的候选人到减少所需的带宽分发内容超高清未来几年。

MPEG5-LCEVC 是显而易见的现实，其实现目前是可行的，并且通过在编码和解码方面添加软件层，它可以显着改进基于先前标准的任何系统的性能。由于它提供的兼容性，它可以使用当前的基础设施进行部署，而无需创建并行数据流，与由于不兼容问题而需要应用流的标准的实施相比，这意味着显着降低了成本。然而，尽管 可变电压控制 目前还没有通过硬件加速进行解码的设备（手机、机顶盒、电脑中的GPU等），它正在作为 未来几年减少分发超高清内容所需带宽的绝佳选择。

最终，赌注将是 广播公司、制造商和供应商， 以及日益广泛的概念中的具体需求播送，谁将决定与谁的战斗中的胜利者 两项非常强大的技术 解决了内容传输中涉及的许多挑战 高清和超高清。