إجابة Google الخالية من حقوق الملكية لـ HEVC: نظرة على AV1 ومستقبل برامج ترميز الفيديو

منذ ما يقرب من 5 سنوات ، أصدرت Google لأول مرة VP9 ، وهو برنامج ترميز الفيديو المجاني الذي يهدف إلى استبدال H.264 باعتباره برنامج الترميز الأساسي للبث عبر الإنترنت واستهلاك الوسائط. على الرغم من أن برنامج VP9 لم يكن ناجحًا تمامًا في هذه المهمة ، فقد وضع الأساس لبرامج الترميز من الجيل التالي من Google ، وهي AOMedia Video 1 (AV1) ، والتي تبدو واعدة للغاية.

عندما تم إصدار VP9 لأول مرة ، كانت هناك شكوك كبيرة حول كيفية حدوثه مقابل برنامج الترميز HEVC المرتقب ، والذي دعمته نفس المجموعات التي أدت إلى شعبية H.264 على TrueMotion VP3 في On2 و Xiph's Theora و Microsoft VC-1 وغيرها . ومع ذلك ، نحن هنا بعد 5 سنوات ، وقد أخذ VP9 العالم بالعاصفة. على الرغم من فشل برنامج HEVC في العثور على دعم البرنامج ، مع كون Edge هو متصفح الإنترنت الرئيسي الوحيد الذي يدعمه (وحتى ذلك الحين ، فقط على معالجات معينة) ، أصبح تطبيق VP9 الآن مخبأ في كل مستعرض ويب حديث باستثناء Safari ، وتتميز طبيعته الخالية من الملوك كان عاملا رئيسيا في خلق هذا الوضع.

من أجل شحن منتج مع دعم HEVC ، تحتاج إلى الحصول على تراخيص من أربعة مجموعات على الأقل من براءات الاختراع (MPEG LA و HEVC Advance و Technicolor و Velos Media) بالإضافة إلى العديد من الشركات الأخرى التي لا يقدم الكثير منها شروط ترخيص قياسية (بدلاً من ذلك يطلب منك التفاوض بشأن الشروط) ، والتي يمكن أن تكلف مئات الملايين من الدولارات (وهذا بعد التخفيضات الهائلة الأخيرة في رسوم حقوق HEVC). في حين أن تلك الإتاوات الحادة كانت بالفعل مشكلة بالنسبة لمنتجات مثل Google Chrome و Opera و Netflix و Amazon Video و Cisco WebEx Connect و Skype وغيرها ، إلا أنها تستبعد بالكامل HEVC كخيار لمشاريع مثل Mozilla Firefox ، وكلاهما على المستوى الاقتصادي (Firefox ببساطة لا يمكن أن تضيع مئات الملايين من الدولارات على الإتاوات ومئات ساعات العمل التي تتفاوض على جميع اتفاقيات الترخيص الضرورية) ، على المستوى العملي (يجب أن يكون Firefox خاليًا من حقوق الملكية من أجل الشحن في العديد من مشاريع البرمجيات الحرة والمفتوحة المصدر) ، وعلى أيديولوجية المستوى (تؤمن Mozilla بوجود شبكة مجانية ومفتوحة ، وهذا غير ممكن إذا كنت تروج للمعايير المرهونة بالبراءات).

هذه المشاكل منعت Firefox (و Chromium) من تضمين تشغيل H.264 الأصلي على العديد من الأنظمة الأساسية حتى قبل عامين (مع استمرار الحاجة إلى مكون إضافي على Linux) ، ومن المحتمل أن تمنع Firefox من دعم HEVC حتى انتهاء صلاحية براءات الاختراع في 2030s (أو ربما في وقت لاحق). حتى يومنا هذا ، يدعم Firefox فقط H.264 أصليًا بفضل عرض Cisco لدفع جميع تكاليف الترخيص لموزيلا من خلال OpenH264 ، من أجل توحيد H.264 للبث عبر السوق حتى يكون برنامج الترميز من الجيل التالي جاهزًا.

//www.xda-developers.com/files/2017/05/VP9-vs-VP8-vs-AVC-vs-HEVC-compression-artifact-comparison.webm

مقارنة بين القطع الأثرية ضغط في VP9 ، VP8 ، AVC ، و HEVC ، التي أنشأتها Flugaal

وفتح ذلك الباب ل VP9. من خلال توفير حقوق الملكية ، كان VP9 قادراً على تنفيذها على أي منصة أو خدمة أرادت ذلك ، كما أنه يشهد دعمًا كبيرًا لتسريع الأجهزة. ما وراء Youtube الذي يستخدمه على أي جهاز يمكنه دعمه (نظرًا لأن استخدام النطاق الترددي المنخفض يمثل وفورات كبيرة في تكلفة Youtube) ، فإن حاوية WebM (التي تدعم الفيديو والصوت VPx في Opus أو Vorbis) تستبدل .gifs بمقاطع فيديو صامتة التي تكون أصغر بكثير في مواقع مثل imgur و gfycat ، يتم استخدامها عبر Wikipedia ، وقد تم اعتمادها بواسطة Skype (التي كانت قوة دافعة وراء تطوير Opus) ، وحتى يتم اعتمادها من قبل Netflix (بدءًا من التنزيلات للعرض دون الاتصال بالإنترنت ، والانتقال إلى تدفق منتظم في المستقبل).

ومع ذلك ، لم يكن VP9 وحده كافياً . تريد Google ضغطًا أفضل ، لا سيما بالنسبة إلى Youtube و Duo ، حيث يمكن أن تؤدي الزيادة الطفيفة في ضغط الفيديو إلى توفير كبير في التكاليف وتحسين كبير في تجربة المستخدم. لذا ، وضعت Google خطة لتحديث خط ترميز VPx الخاص بهم بسرعة ، كما يفعلون مع Chrome وبعض منتجاتهم الأخرى. أعلنت Google أنها تخطط لإصدار VP10 في عام 2016 ، ثم ستصدر تحديثًا كل 18 شهرًا لضمان تقدم مستمر. وصل الأمر إلى النقطة التي بدأت فيها Google في إصدار رمز VP10 ، ثم أعلنت Google فجأة عن إلغاء VP10 ، وشكلت تحالف وسائل الإعلام المفتوحة (AOMedia).

على الرغم من أن HEVC و VP9 هما أكثر برامج ترميز الجيل التالي شيوعًا ، إلا أنهما لم يكونا الوحيدين. كانت Cisco تقوم بتطوير Thor لاستخدامها في منتجات مؤتمرات الفيديو الخاصة بها ، وكان Xiph يعمل على تطوير Daala (برنامج ترميز مصمم ليكون مختلفًا تمامًا عن جميع برامج الترميز السابقة ، وذلك لمنع أي احتمال لمطالبات براءات الاختراع). كانت جميع برامج الترميز الثلاثة (Thor و Daala و VP9 / VP10) واعدة جدًا ، لكن الجهود المنقسمة كانت تعرقل تطويرها واعتمادها ، لذلك اجتمعت المنظمات الثلاث ودمجت برامج الترميز الخاصة بها في واحد (AV1) ، وأنشأت التحالف من أجل افتح Media لزيادة تطوير واعتماد برنامج الترميز المشترك هذا. يهدف AV1 إلى الحصول على أفضل أجزاء من كل من برامج الترميز الثلاثة هذه ، ودمجها في حزمة خالية من الاتاوات يمكن لأي شخص تنفيذها.

بينما يستغرق الأمر بعض الوقت لدمج Thor و Daala و VP10 معًا ، وهو أول إصدار تجريبي عام لـ AV1 تم إصداره في منتصف عام 2016 ، من المتوقع الانتهاء من تدفق bitstream في وقت لاحق من هذا العام ، ويبدو أن التحالف من أجل الوسائط المفتوحة يستعد يصل إلى تعزيز AV1. بدأ بعض المطورين المعنيين في إجراء محادثات عامة بشأنه (مثل هذا في FOSDEM) ويبدو أن Google قد تروج له في Google I / O هذا الأسبوع.

مخططات التقسيم على شكل حرف T ، واحدة من العديد من التطورات في AV1

هذا الدعم لا يأتي من Google أيضًا. يشمل Alliance for Open Media الجميع من مصممي المعالجات (AMD و ARM و Broadcom و Chips & Media و Intel و Nvidia وما إلى ذلك) إلى مطوري المستعرضات (Google و Microsoft و Mozilla) إلى خدمات الدفق وعقد المؤتمرات بالفيديو (Adobe و Amazon و BBC R&D و Cisco و Netflix و Youtube ، وما إلى ذلك). من المتوقع أن تحقق هذه الشركات قوتها الكبيرة في دعم دعم AV1 ، حيث من المتوقع أن تكون خدمات البث الأولى جاهزة خلال 6 أشهر فقط بعد الانتهاء من تنسيق تدفق البتات ، ومن المتوقع أن يتم تجهيز أول وحدات فك ترميز الأجهزة في غضون 12 شهرًا. سيؤدي ذلك بمفرده إلى توفير دعم كبير للأجهزة لـ AV1 بسرعة إلى حد ما ، ولكن إذا كان كل شيء يصطف ، فقد نرى تسارعًا جزئيًا للأجهزة يعود إلى بعض الأجهزة الموجودة بالفعل ، مثل ما حدث مع VP9 ، والذي سيكون بمثابة تعزيز كبير للتوافق.

يعد دفق الفيديو جزءًا هائلاً من إجمالي حركة مرور الإنترنت ، وحتى تحسين نسبة الضغط بنسبة 2 في المائة يمكن أن يكون له تأثيرات هائلة على الشبكة ككل ، وعلى تجربة المستخدم لهذا التطبيق المحدد. سيمكِّن AV1 و Opus من الحصول على فيديو بجودة جيدة على اتصالات إنتاجية منخفضة (فتح دفق الفيديو لمزيد من المواقف والمزيد من الأسواق) ، وسيمكن جودة أفضل من ذي قبل على اتصالات إنتاجية عالية. تم تصميمهما أيضًا مع الأخذ في الاعتبار استخدام الشبكات الخلوية في الاعتبار ، مع إدخال AV1 و Opus تحسينات هائلة في مدى تغيّر سرعات الاتصال ، ناهيك عن دقة أعلى ومعدلات إطارات أعلى ومساحة ألوان موسعة ودعم HDR (مما سيؤدي إلى كن حيوياً بالنسبة لخدمات مثل Netflix و Youtube و Amazon Video للاستفادة الكاملة من شاشات العرض الجديدة على أجهزة مثل Samsung Galaxy S8 و LG G6 ، مع تمكن الأخير من الاستفادة من دعم HDR الذي تمت إضافته مؤخرًا على الهاتف المحمول ) ، والكمون المنخفض الذي سيتم تمكينه عند دمجهما في حاوية WebM.

بطبيعة الحال ، فإن المجموعات التي تروج لـ HEVC لن تقف مكتوفة الأيدي بينما يحدث هذا. لقد بدأوا بالفعل في توجيه تهديدات بشأن بدء التقاضي بشأن براءات الاختراع ضد AV1 بمجرد صدوره ، وسوف يبذل التحالف من أجل وسائل الإعلام المفتوحة جهودًا كبيرة للتأكد من عدم حدوث ذلك. إنهم يقومون بمراجعة شاملة لقانون AV1 للتأكد من أنها لا تنتهك أي براءات اختراع تحتفظ بها MPEG LA و HEVC Advance و Technicolor و Velos Media وغيرها. كان هذا النوع من مراجعة التعليمات البرمجية ناجحًا للغاية لـ VP8 و VP9 ، وكلاهما نجا من جميع التحديات القانونية. واعتبرت تصرفات MPEG LA ضد VP8 و VP9 أنه لا يحتمل أن يكون لها أي سند قانوني وبدلاً من ذلك فهي غير قادرة على المنافسة. كانت وزارة العدل تحقق في تصرفات MPEG LA إلى أن وافقت على إسقاط الدعوى ومنح Google إذنًا لترخيص مجمع براءات الاختراع الخاص بـ MPEG LA لأي مستخدم من VP8 أو VP9. بينما من المحتمل أن نرى محاولات مماثلة لإيقاف AV1 ، فإن مجموعة براءات الاختراع الموسعة بشكل كبير من Google والعدد المتزايد بشكل كبير من الشركات التي تدعم برنامج الترميز (بفضل تحالف وسائل الإعلام المفتوحة) يجب أن تقطع شوطًا طويلاً نحو ضمان التعامل معها باختصار طلب.

من المثير حقاً رؤية التحسينات التي يجلبها AV1 إلى تشفير الفيديو ، خاصةً أنه مجاني. الدعم الهائل الذي تتلقاه (حتى قبل الإصدار) سيعني أشياء رائعة لمستقبل بث الفيديو والتسجيل المحلي أيضًا. ستؤدي تحسينات AV1 إلى توفير بث مباشر للأحداث بشكل أفضل ، ودردشة فيديو أفضل (عبر WebRTC) ، وملفات أصغر للتخزين المحلي ، ولم يسمع بها سابقًا من جودة لبث الفيديو (مثل HDR بدقة 4k عالية الجودة أثناء وجوده على شبكة خلوية) ، وربما استخدامات أخرى لم نفكر بعد في هذا الأمر ، خاصةً عند إقرانه بسرعات محسّنة لشبكات المحمول 5G و 802.11ax WiFi. أفضل للجميع ، AV1 ليست سوى البداية. كان لدى Google خطط للإصدارات السريعة لـ VPx من أجل رؤية التحسينات المستمرة (مع الأجهزة التي تستخدم علامة فيديو HTML5 ليتم تقديمها بأعلى جودة من الجودة التي تدعمها) ، وقد لا نضطر إلى الانتظار لفترة طويلة قبل أن نشهد الحديث عن زيادة تدريجية تحديث ل AV2.


كيف كانت تجربتك مع برامج ترميز الجيل الحالي؟