實(shí)時(shí)視頻傳輸需要大量帶寬,傳輸帶寬在當(dāng)今幾乎所有的應(yīng)用中都是有限資源。視頻壓縮通過去除數(shù)據(jù)冗余來降低比特率,從而減少傳輸帶寬,但同時(shí)也要求比特率降低后人類視覺系統(tǒng) (HVS)無法察覺出畫面差異。對(duì)比已有的視頻壓縮編碼技術(shù),有效且處于領(lǐng)先地位的視頻編解碼器都實(shí)現(xiàn)了最大壓縮效率并具備廣泛兼容性,但這種通用方案并不完美。受處理能力、內(nèi)存、帶寬等限制,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通常圍繞可在硬件視頻解碼芯片上實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容而設(shè)計(jì)。早在1994年MPEG-2就迎合當(dāng)時(shí)的芯片設(shè)計(jì),九年后的AVC/H.264 (高級(jí)視頻編碼)以及再后來的HEVC/H.265 (高效視頻編碼)均是如此。
在技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)下,大約每10年就會(huì)出現(xiàn)新的視頻編解碼技術(shù),其編碼效率大約是上一代的2倍,由于很多工作使用軟件定義架構(gòu)完成,硬件處理能力也不再是絕對(duì)的限制因素。視頻編解碼器的設(shè)計(jì)不僅是最優(yōu)編碼效率與實(shí)現(xiàn)功能之間的權(quán)衡,還需綜合考慮應(yīng)用場(chǎng)景、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、商業(yè)部署等因素。過去一年,EVC (Essential Video Coding,基本視頻編碼)、VVC/H.266 (Versatile Video Coding,通用視頻編碼)和LCEVC (Low Complexity Enhancement Video Coding,低復(fù)雜度增強(qiáng)視頻編碼)正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),其主要目標(biāo)是為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。EVC 和LCEVC 由ISO/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組 (MPEG)開發(fā),VVC/H.266 由ITU-T 視頻編碼專家組 (VCEG)和ISO/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組 (MPEG)聯(lián)合開發(fā),它們?cè)谒惴üぞ吆蛻?yīng)用場(chǎng)景上相互獨(dú)立,各具特定技術(shù)優(yōu)勢(shì),并專注于不同類型應(yīng)用。
EVC的重大技術(shù)突破并不是編碼效率,而是其基本檔次(Baseline Profile)比AVC 的編碼效率更高,同時(shí)免于授權(quán),而且其主檔次 (Main Profile)比HEVC的編碼效率更高,且授權(quán)簡(jiǎn)單。EVC 的一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)景是作為流媒體和OTT (Over-The-Top)的替代視頻編解碼器,提供至少與現(xiàn)有AVC或HEVC編解碼器相當(dāng)?shù)牧髅襟w性能,且不涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)問題。EVC的開發(fā)目標(biāo)是使用算法工具來獲得最優(yōu)編碼效率,這些工具的專利有的已經(jīng)過期,有的由版權(quán)所有者提供免于授權(quán)的基本檔次 (Baseline Profile)或通過簡(jiǎn)單授權(quán)提供主檔次 (Main Profile)。相比之下,VVC 和LCEVC在其他特定場(chǎng)景具有優(yōu)勢(shì)。VVC 非常適合8K 超高清電視、360 度全景視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(VR/AR)等需要極高編碼效率的場(chǎng)景。當(dāng)AVC于2003 年問世時(shí),其目標(biāo)場(chǎng)景是高清電視(HDTV),十年后HEVC 問世時(shí),其目標(biāo)場(chǎng)景是4K 超高清電視 (UHD)和高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR)應(yīng)用。VVC的編碼效率大約是HEVC 的2 倍,其覆蓋各種專用工具,例如Web協(xié)作、屏幕共享或游戲和圖形等應(yīng)用程序的屏幕內(nèi)容編碼、參考圖片重采樣等。LCEVC 則是一種多分辨率視頻編解碼器,其基礎(chǔ)層是任何已有視頻編解碼器,其所做的是處理原始視頻格式并在其上添加增強(qiáng)層,首先以1/2分辨率對(duì)原始圖像進(jìn)行編碼,然后對(duì)低復(fù)雜度增強(qiáng)層進(jìn)行編碼,最終效果是視頻整體比特率降低,并具有相同或更優(yōu)的圖像質(zhì)量。
綜上所述,EVC、VVC/H.266 和LCEVC 這三種視頻編解碼技術(shù)體現(xiàn)了視頻編碼發(fā)展演進(jìn)的重要趨勢(shì),編碼效率不再是決定視頻編碼方案性能優(yōu)劣的唯一關(guān)鍵要素,針對(duì)特定應(yīng)用需求來設(shè)計(jì)高效的視頻編解碼器成為重要方向。數(shù)字電影原始圖像具有極高碼率的特點(diǎn),圖像編解碼技術(shù)是數(shù)字電影發(fā)展與應(yīng)用的基石,近年來在高新技術(shù)格式電影(High-tech format film)迅猛發(fā)展的背景下,伴隨人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等智能科學(xué)技術(shù)在視頻編碼領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用,數(shù)字電影智能圖像編解碼器的研制與應(yīng)用成為必然趨勢(shì),并將在支撐電影產(chǎn)業(yè)的智能化升級(jí)中發(fā)揮重要作用。