BBC发布AV1、VVC性能比较[2019.7]

本文为媒矿工厂编译的技术文章

原标题：Testing AV1 and VVC

作者：James Bruce, Marta Mrak

翻译整理：张一炜

引言

这是一篇近期发布（2019年7月1日更新）的来自BBC的文章，主要介绍了现在VVC和AV1的发展状况并对两者的编码效率、压缩视频的质量和编解码时间进行了测试和比较。

视频压缩是广播行业中十分重要的一部分。随着人们对更高分辨率和更多沉浸式内容的需求的增加，就需要寻找新的解决方案来实现进一步的压缩。

文章中首先简单介绍了多功能视频标准（VVC）是由联合视频专家组（JVET）所开发，并且已经比HEVC节省了25%的比特率。测试中与之相比较的是由开放媒体联盟（AOMedia）在2018年开发的AV1，当前的实验测试中也反映了AOMedia一年的工作对于AV1的影响。

文章中接着介绍了在测试中，使用HEVC测试模型（HM）作为测试的参考，并且以此为基准测量并比较两种较新的技术。并且选择单通道配置和各种HD和UHD序列以反映视频内容向更高分辨率发展的趋势。

比较BD-Rate

在具体的测试中使用Bjontegaard-Delta比特率（BD-Rate）度量来比较两个模型。该方法通过比较4个压缩视频的峰值信噪比（PSNR）和比特率，来产生编解码器性能的曲线。较高的PSNR意味着解码的视频与原始视频更相似。测试结果发现，VVC测试模型与HEVC模型相比，无论是对于HD序列还是UHD序列都要表现得更好；另一方面，AV1与HEVC的表现非常相似，在HD序列上性能平均损失2.5％，在UHD序列上性能平均提升1.3％。下图显示了与HEVC相比，使用AV1或VVC编码后具有相同质量的压缩视频的平均比特率。

图1 压缩视频的平均比特率比较

下图为一个UHD序列的结果。该图表明在相同的比特率下，VVC测试模型产生的峰值信噪比始终高于HM。这意味着解码后的VTM视频具有比HEVC测试模型更好的客观质量。该图还展示了AV1的曲线，其表现与HM非常相似。有趣的是AV1可以在低比特率情况下产生更高质量的视频，但在高比特率方面不如HEVC。这表明AV1可以在低比特率情况下产生比HEVC更高质量的解码视频，这在视频编码领域中是非常期望的。

图2 在一个UHD序列上的比较

比较编解码器处理时间

通过编解码器处理视频所花费的时间也是一项重要的衡量标准。处理时间的增加意味着复杂性增加，也意味着需要更多的计算能力。编码视频通常在广播或流服务处发生，解码则发生在接收视频时，降低编解码的复杂性可以节省时间和成本，以保持用户设备的简单和便宜。

在实验中发现VTM的压缩增益是以处理时间为代价的。其编码时间大约是HM的6.5倍，解码则需要1.5倍的时间。而AV1的编码时间约为HM的4倍，但解码要比HM快8%。与去年进行的测试相比，AV1大幅提升了编解码速度，反映了AOMedia非常关注编解码器的构建。

表1 编解码器处理时间比较

实验中所使用的测试模型并未进行专门的优化。编码和解码通常会在优化软件或硬件上进行，处理时间会快得多。这些数据仍然反映了这些编解码器的质量和复杂度的区别。

如前所述，AV1可以以不同的方式操作。测试中择了单通道，与广播和流媒体场景相匹配，也使HEVC和VVC标准之间的比较更加公平。

AV1也可以在双通道模式下操作。视频首先通过编码器，该编码器分析视频优化所需要的算法，然后视频再次通过并进行实际的压缩。AOMedia为双通道模式做了更多的优化。AV1还可以通过启用“加速”算法来减少编码时间。

为了解通过次数和加速算法如何影响AV1的性能，测试使用了与上面相同的HD序列，并将预设为单通道的AV1和默认的速度作为参考。发现双通道模式的表现略好于单通道模式，HD序列的平均增益为0.37％。双通道模式的处理时间也有所减少。预设为快速的情况下会降低编解码器的性能，但可以大大缩短编码时间，如下表所示：

表2 AV1的双通道模式与单通道模式比较

总结

此测试展示了VVC当前的开发状态，反应了2020年最终确定的新标准的压缩增益将超过HEVC。另一方面，AV1已被证明可以提供和目前的HEVC标准类似的编码效率。并且在处理时间方面有明显的下降。总的来看，视频编码领域仍在开发新技术来改善视频传输，让观众能够收到更多的内容。

参考链接

https://www.bbc.co.uk/rd/blog/2019-05-av1-codec-streaming-processing-hevc-vvc