AV1编码器速度和压缩率达到点播实用级别

本文来自微帧科技的投稿，文章介绍了微帧科技的AV1编码器Visionular Aurora（以下简称Aurora），并使用公开数据集下与x264和x265做了性能对比测试。从微帧公布的数据看，无论PSNR还是VMAF，Aurora都有明显的码率节省。对比x265-veryslow档在编码速度和压缩率方面都实现领先。x265-veryslow档被广泛用于视频点播场景，从这个角度看，Aurora已具备点播商用的性能。以下为投稿全文：

文 / 朱政，Zoe Liu和微帧科技算法组

视频编码标准简介

时光飞逝，2019年的春天我们听着5G时代的呼喊，瞧着超高清趋势活泼的枝头，一幅春意盎然的大视频美景扑面而来。整个视频产业被推向高潮，其背后的视频编码技术功不可没，时下三个标准组织齐头并进，构成目前视频编码标准的主流：

1、ITU-T与ISO/IEC MPEG：H.264/AVC（2003），H.265/HEVC（2013），下一代H.266/VVC 预计2020年底完稿公布；

2、中国数字音视频编解码技术标准（AVS）工作组：2002年成立，已制定完成AVS1/AVS2/AVS3三代标准；AVS系列于2013年6月起被确定为IEEE标准，标准号为IEEE 1857；

3、开放媒体联盟（Alliance of Open Media，简称AOM）：2015年9月1日成立，专注于开源、免除版权费用的多媒体编码标准。2018年6月推出第一代视频编码标准AV1。

目前，H.264/AVC 仍旧占据主要市场空间，尤其伴随内容感知编码技术的出现，使得原H.264编码效率进一步提升，大幅降低视频内容传输成本并提供优质的视频主观体验。H.265/HEVC编码性能相比H.264提升30%以上，手机终端支持相对广泛，不过由于H.265标准本身许可授权专利池过于复杂，以及浏览器没有实现对H.265的广泛支持，H.265的推广一直未撼动比其早10年出道的H.264标准。

AOM/AV1的应运而生

AOM目前公布41位注册会员，创始级会员12位，其中中国区会员有四家：爱奇艺、微帧、金山云、阿里巴巴。AOM会员中包括视频内容服务商：如谷歌（YouTube）、亚马逊（Amazon Prime Video）、Hulu、Facebook，Netflix等；浏览器提供商：如谷歌（Chrome）、苹果（Safari）、微软（Edge）以及Mozilla（Firefox）；硬件制造商：如英特尔（Intel）、英伟达（NVIDIA）、ARM、Xilinx以及Broadcom等；同时包括思科等网络与系统提供商。AOM会员涵盖了视频从采集制作、传输分享到播放消费的完整生态系统。

（图1）

图1是莫斯科国立大学（MSU）于2018年初公布的视频编码性能对比结果。AV1已超越H.265和VP9，成为目前压缩率最高的视频编码标准。

目前宣布支持AV1视频播放的软件或平台，包括Mozilla的Firefox浏览器，Chromium浏览器内核，微软Windows10平台，以及Android Q系统。FFmpeg也已支持AV1。自AV1封稿以来，参与硬件解码器研发包括谷歌，英特尔，ARM，高通，三星，索尼等头部硬件厂商，预计移动端AV1硬解支持将在2020年迅速普及。

AV1视频编码器研发现状

目前AV1开源编码器包括：

1、AOM/libaom: 由以谷歌为主要贡献者的AOM会员联合打造，是目前AV1工具实现最完整的一款开源软件编解码器，包括编码器 aomenc 和 解码器 aomdec。

AV1/libaom官方网址： https://aomedia.org/av1-features/get-started/

谷歌致力于优化libaom，实现面对YouTube平台的点播服务，编码器分为cpu=0…8共9个速度档。目前针对WebRTC的实时档应用优化也已经启动。相比VP9编码器点播速度档，2018年初，libaom的编码时长曾是VP9编码时长近一千倍；时至2019年初，libaom编码时长已被优化提升近100倍。但是对于点播的最终落地应用，综合考虑编码性能和速度指标，libaom还有一段路要走。

2、SVT-AV1 (Intel): 是一款英特尔主导的AV1开源编码器，致力于提升AOM整体社区影响力，提供一套更干净、简洁易用的社区代码贡献平台。

SVT-AV1 Github链接：https://github.com/OpenVisualCloud/SVT-AV1

相比libaom，可以观测到SVT-AV1首先致力于AV1编码器的提速。不过就目前Github中显示已完成的代码来看，一大部分AV1标准编码工具仍处于研发实现中，相对现有部署编码标准例如H.265/VP9来讲，还不足以体现AV1作为新一代标准在编码性能中的优势。

3、VideoLAN/xiph rav1e：这一款开源编码器尤其致力于AV1编码的极致并行实现，以对硬件友好的操作去实现编码优化为主要准则。

Github链接：https://github.com/xiph/rav1e

目前rav1e的编码速度与libaom相当，但编码性能还没有达到libaom的水准，其多线程支持还在实现中。

值得一提的是 rav1e 的姐妹版开源解码器dav1d，由VideoLAN，VLC和FFmpeg联合打造，并由AOM联盟赞助。dav1d宣称支持AV1标准所有规范细则，其解码性能明显优于aomdec。

Aurora——微帧AV1编码器

微帧是最早加入AOM的国内联盟成员之一，并致力于打造极致的视频体验硬核技术。微帧与谷歌合作，于2018年下半年为AOM的开源社区贡献巨大，促进了AV1速度的大幅提升。

与此同时，微帧打造了自己的AV1编码器——Aurora。通过采用标准序列JCT-VC的视频做详细评测，Aurora在编码性能和速度上体现出来比较大的优势，编码速度和压缩率上已超越x265 veryslow档，目前已具备在视频点播领域的商用落地条件。

Aurora和x264、x265的veryslow档评测对比

【评测方法】

在Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2690 v3 @ 2.60GHz机器上，开4个线程进行测试，分别比较了PSNR和VMAF质量指标下的BD-Rate结果。

x264命令行：

x264 -o out.264 in.yuv --input-res [w]x[h] --preset veryslow --fps [fps] --profile 
high --aq-mode 0 --no-psy --psnr --bitrate [btr] --threads 4 --keyint [keyint] 
--frames [frms]

x265命令行：

x265 -o out.265 --input in.yuv --input-res [w]x[h] --fps [fps] --aq-mode 0 
--no-psy-rd --no-psy-rdoq --preset veryslow --psnr --bitrate [btr] --pools 4 
--keyint [keyint] --frames [frms]

【评测结果】

（图2）

 

（图3）

 

（图4）

（图5）

（图6）

上述评测结果（图2-图6），Aurora编码器对比x265-veryslow档，实现了压缩率与编码速度的全面超越。相同质量下（PSNR作为客观指标）,对比x264-veryslow档，Aurora压缩率平均提升43.3%；对比x265-veryslow档，压缩率平均提升22.4%。相同质量下（VMAF作为客观指标），对比x264-veryslow档，Aurora压缩率平均提升40.2%,对比x265-veryslow档，压缩率平均提升19.9%。编码速度上，相比x265-veryslow档，Aurora平均提速32.2%。

由此可见，Aurora在编码速度和压缩率方面均超过x265-veryslow档。

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