การเข้ารหัสวิดีโอที่สำคัญ (MPEG-5 EVC): มาตรฐานวิดีโอต่อไปที่เป็นมิตรกับธุรกิจ

เมื่อแพลตฟอร์มสตรีมมิ่ง, ผู้ประกอบการสื่อดิจิทัล, และเครือข่ายมือถือยังคงขยายการส่งมอบเนื้อหาความละเอียดสูง (4K, 8K, และ HDR) ประสิทธิภาพการบีบอัดวิดีโอจึงเป็นเพียงครึ่งหนึ่งของการต่อสู้ ความไม่แน่นอนด้านลิขสิทธิ์และค่าลิขสิทธิ์ที่ซับซ้อนจากสิทธิบัตรได้กีดขวางการนำโคเดกเข้ามาใช้ในอุตสาหกรรมสื่อมาโดยตลอด เพื่อแก้ไขคอขวดนี้ กลุ่มผู้เชี่ยวชาญด้านภาพเคลื่อนไหว (MPEG) ได้พัฒนา Essential Video Coding (EVC) ซึ่งกำหนดอย่างเป็นทางการเป็น ISO/IEC 23094-1 (MPEG-5 Part 1).

เสร็จสมบูรณ์ในปี 2020, MPEG-5 EVC มอบกรอบการบีบอัดวิดีโอที่เป็นระบบและมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งออกแบบด้วยโมเดลการให้ลิขสิทธิ์ที่โปร่งใสและคาดการณ์ได้ เพื่อรองรับความต้องการทางธุรกิจและเทคนิคสมัยใหม่.

1. MPEG-5 Essential Video Coding (EVC) คืออะไร?

Essential Video Coding (EVC) เป็นมาตรฐานการบีบอัดวิดีโอขั้นสูงที่สร้างโดย MPEG เพื่อรองรับการสตรีมมิ่งสื่อสมัยใหม่, การกระจายสัญญาณ, และแพลตฟอร์ม Over-The-Top (OTT) ต่างๆ ไม่เหมือนกับมาตรฐานรุ่นก่อนที่มีภูมิทัศน์สิทธิบัตรซับซ้อนทำให้การนำไปใช้ยาก EVC ถูกออกแบบโดยอิงตามสองโปรไฟล์การทำงานที่กำหนดอย่างชัดเจน:

• โปรไฟล์พื้นฐาน: ชั้นระดับที่ไม่มีค่าใช้สิทธิ์ใดๆ สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีที่มีอายุเกิน 20 ปีหรือได้รับการสนับสนุนด้วยการประกาศไม่มีค่าใช้สิทธิ์อย่างถาวร
• โปรไฟล์หลัก: ชั้นระดับประสิทธิภาพสูงที่รวมชุดเครื่องมือบีบอัดขั้นสูงที่คัดสรรออกแบบมาเพื่อให้เทียบหรือเหนือกว่าประสิทธิภาพของ HEVC (H.265) โดยแต่ละเครื่องมือที่เป็นกรรมสิทธิ์สามารถเปิดหรือปิดได้แยกตามกรณีหากเกิดปัญหาการให้สิทธิ์

EVC มอบสมดุลที่ชัดเจนระหว่างการประมวลผลที่มีอัตราเร็วสูง การบีบอัดแบนด์วิดธ์ที่ยอดเยี่ยม และความโปร่งใสของทรัพย์สินทางปัญญา

2. คุณลักษณะสำคัญของ MPEG-5 EVC

Core Strategic Advantages:

1. การบรรเทาความเสี่ยงด้าน IP: กลุ่มใบอนุญาตที่โปร่งใสทำให้ผู้ให้บริการสตรีมมิ่งสามารถใช้การบีบอัดรุ่นต่อไปได้โดยไม่มีการฟ้องร้องค่าลิขสิทธิ์อย่างกะทันหัน.
2. การสลับเครื่องมือแบบโมดูลาร์: เครื่องมือการเข้ารหัสขั้นสูงในโปรไฟล์หลักสามารถเปิดหรือปิดได้เป็นรายตัวโดยไม่ทำให้การปฏิบัติตามบิตสตรีมโดยรวมเสียหาย.
3. เป็นมิตรกับฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์: ออกแบบตั้งแต่ต้นเพื่อการดำเนินการซอฟต์แวร์แบบหลายเธรดที่เร็วบน CPU ของเดสก์ท็อป/มือถือและการนำไปใช้ ASIC อย่างง่ายดาย.

3. คุณลักษณะทางเทคนิคเชิงลึกของ EVC

สถาปัตยกรรมของ EVC ปรับปรุงกระบวนการเข้ารหัสวิดีโอแบบไฮบริดแบบบล็อกคลาสสิกผ่านนวัตกรรมเชิงอัลกอริทึมสมัยใหม่ในทั้งสองโปรไฟล์:

A. สถาปัตยกรรมโปรไฟล์สองระดับ

• Baseline Profile: ให้ประสิทธิภาพการบีบอัดเทียบเท่ากับ H.264/AVC (ให้คุณภาพภาพเท่ากันโดยลดอัตราบิตประมาณ ~30% เมื่อเทียบกับฐานข้อมูล AVC เก่า) พร้อมคงสถานะ royalty-free อย่างเคร่งครัด.
• Main Profile: เพิ่มเครื่องมือการเข้ารหัสขั้นสูงสูงสุด 26 รายการที่เพิ่มประสิทธิภาพการบีบอัดให้เทียบหรือเหนือกว่า HEVC (H.265) ประมาณ 25% ถึง 30% ที่คุณภาพเชิงรับรู้เท่าเดิม.

B. การแบ่งบล็อกแบบยืดหยุ่น (ต้นไม้แบบทวิและไตรภาค)

• ใช้โครงสร้าง Coding Tree Unit (CTU) ที่รองรับขนาดบล็อกใหญ่ถึง $64 \times 64$ (และถึง $128 \times 128$ ในกรอบขยาย).
• แทนที่การแยก Quad-Tree ที่ตายตัวด้วยการแบ่งแบบ Binary-Tree (BT) และ Ternary-Tree (TT) ที่ยืดหยุ่น ทำให้ตัวเข้ารหัสสามารถตัดบล็อกตามเวกเตอร์การเคลื่อนไหวที่แท้จริงและเส้นโค้งของภาพที่ไม่สม่ำเสมอ.

C. โหมดการทำนายภายในขั้นสูง

• ขยายการพยากรณ์ intra แบบดั้งเดิมเพื่อให้มุมทิศทางและโหมดระนาบที่หลากหลาย.
• ใช้ Advanced Intra Prediction (AIP) และการแบ่งย่อยบล็อก intra ใน Main Profile เพื่อจำลองรูปแบบพื้นหน้าเชิงซับซ้อนและไล่ระดับพื้นหลังละเอียดโดยไม่มีศิลปะบล็อก.

D. การทำนายข้ามขั้นสูงและการปรับแต่งการเคลื่อนที่

• Affine Motion Compensation: ทำนายการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การซูม, การบิดเบือนเชิงมุมมอง, และการเคลื่อนที่แบบหมุน.
• Merge Mode with MVD (MMVD): รวมผู้สมัครการผสานการเคลื่อนที่มาตรฐานกับความแตกต่างของเวกเตอร์การเคลื่อนที่ขนาดเล็กเพื่อสัญญาณการเคลื่อนที่ที่มีประสิทธิภาพสูง.
• Adaptive Motion Vector Resolution (AMVR): ทำให้ตัวเข้ารหัสสามารถสลับความละเอียดการเคลื่อนที่แบบไดนามิกระหว่าง quarter-pel, full-pel, และ 4-pel ตามความซับซ้อนของวิดีโอ.

E. ตัวกรองการประมวลผลหลังในลูป

• Deblocking Filter (DBF): ลบความไม่ต่อเนื่องของขอบบล็อก.
• Advanced In-Loop Filter (ALF) & Hadamard Transform Domain Filter (HTDF): ฟีเจอร์ของ Main Profile มีตัวกรองลูปขั้นสูงที่ทำการสร้างรายละเอียดเทกซ์เจอร์ความถี่สูงใหม่, ลดเสียงรบกวนจากการบีบอัดที่บิตเรตต่ำ.

4. วิธีสร้างและเข้ารหัสไฟล์ EVC

สตรีมวิดีโอ EVC ถูกสร้างโดยใช้ไลบรารีโอเพ่นซอร์สอย่างเป็นทางการ XEVE (eXtra-fast Essential Video Encoder) หรือการสร้างสมัยใหม่ของ FFmpeg ที่กำหนดค่าไว้ด้วย libxeve.

วิธีที่ 1: ใช้ตัวเข้ารหัส XEVE CLI แบบสแตนด์อโลน

1. คัดลอกและคอมไพล์รีโพสิตอรี XEVE:

git clone https://github.com/mpeg5/xeve.git
cd xeve && mkdir build && cd build
cmake .. && make

2. เข้ารหัสวิดีโอ YUV ดิบเป็นบิตสตรีม EVC:

# Baseline Profile (Royalty-Free)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p baseline -o output_baseline.evc

# Main Profile (High Compression)
./xeve_app -i input_1080p.yuv -w 1920 -h 1080 -z 60 -p main --preset medium -q 28 -o output_main.evc

วิธีที่ 2: การเข้ารหัส EVC ด้วย FFmpeg (libxeve)

เวอร์ชัน FFmpeg สมัยใหม่ (คอมไพล์ด้วย --enable-libxeve) รองรับการเข้ารหัสแบบขั้นตอนเดียวโดยตรงจากแหล่งข้อมูล MP4, MKV หรือ ProRes:

ffmpeg -i input_video.mp4 -c:v libxeve -xeve-params "profile=main:preset=medium:qp=28" -c:a aac output_evc.mp4

5. วิธีเปิดและเล่นไฟล์วิดีโอ EVC

เนื่องจาก EVC ถูกออกแบบมาสำหรับสถาปัตยกรรมสมัยใหม่ การถอดรหัสจึงได้รับการสนับสนุนผ่านซอฟต์แวร์ดีโคเดอร์และชุดเล่นสื่อ:

1. การใช้ XEVD อย่างเป็นทางการ (eXtra-fast Essential Video Decoder)

ดีโคเดอร์โอเพ่นซอร์สอย่างเป็นทางการของ MPEG ถอดรหัสสตรีม .evc ดิบกลับเป็นวิดีโอที่ไม่ได้บีบอัด:

git clone https://github.com/mpeg5/xevd.git
cd xevd && mkdir build && cd build && cmake .. && make
./xevd_app -i output_main.evc -o decoded.yuv

2. การถอดรหัสและการเล่นด้วย FFmpeg / FFplay

หากสภาพแวดล้อม FFmpeg ของคุณถูกสร้างด้วย --enable-libxevd คุณสามารถถอดรหัสหรือดูตัวอย่างสตรีมวิดีโอ EVC ได้โดยตรง:

# Playback using FFplay
ffplay -vcodec libxevd output_main.evc

# Transcode EVC to standard H.264/MP4 for wide viewing
ffmpeg -c:v libxevd -i output_main.evc -c:v libx264 -c:a copy output_preview.mp4

3. ผู้เล่นวิดีโอแบบบูรณาการ

สตรีม EVC ที่มักซ์เป็นไฟล์มาตรฐาน .mp4 หรือ .mkv สามารถเล่นได้โดยใช้การสร้างแบบกำหนดเองของ MPV หรือโปรแกรมเล่นสื่อที่รวม LAV Filters เวอร์ชันอัปเดตที่รองรับ libxevd.

การเปรียบเทียบ EVC vs. HEVC vs. VVC vs. AV1

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

**Q1: วัตถุประสงค์หลักของการพัฒนา MPEG-5 EVC คืออะไร? A1: EVC ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้การบีบอัดวิดีโอรุ่นต่อไปที่มีการให้สิทธิ์ที่คาดการณ์ได้ โปร่งใส และมีโปรไฟล์พื้นฐานที่ไม่มีค่าลิขสิทธิ์.

**Q2: โปรไฟล์ Baseline ของ EVC แตกต่างจากโปรไฟล์ Main อย่างไร? A2: โปรไฟล์ Baseline ไม่มีค่าลิขสิทธิ์โดยสมบูรณ์โดยใช้เทคโนโลยีที่เคยมีมานาน ในขณะที่โปรไฟล์ Main เพิ่มเครื่องมือขั้นสูงที่สามารถสลับได้เพื่อประสิทธิภาพการบีบอัดสูงสุด.

**Q3: เครื่องมือโอเพนซอร์สใดที่ใช้ในการเข้ารหัสและถอดรหัสวิดีโอ EVC? A3: XEVE (eXtra-fast Essential Video Encoder) ใช้สำหรับการเข้ารหัส, ในขณะที่ XEVD (eXtra-fast Essential Video Decoder) จัดการการถอดรหัส.

**Q4: MPEG-5 EVC สามารถบรรจุในรูปแบบคอนเทนเนอร์วิดีโอมาตรฐานได้หรือไม่? A4: ใช่, สตรีมบิตของ EVC สามารถทำการมักซ์เข้าไปในคอนเทนเนอร์สื่อที่นิยมรวมถึง MP4 (.mp4), Matroska (.mkv), และ MPEG transport streams.

**Q5: ประสิทธิภาพการบีบอัดของ EVC เทียบกับ HEVC (H.265) อย่างไร? A5: ใน Main Profile ของมัน, EVC ให้คุณภาพภาพที่เทียบเท่ากับ HEVC พร้อมการลดบิตเรตโดยรวมเพิ่มอีก 25% ถึง 30%.

สรุป

MPEG-5 Essential Video Coding (EVC) แก้ไขความท้าทายด้านการค้าและการดำเนินงานที่เคยทำให้การนำโคเดกรุ่นต่อไปช้าลง. ด้วยการผสานชั้น Baseline ที่รับประกันไม่มีค่าลิขสิทธิ์กับ Main Profile ที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นโมดูลาร์, EVC มอบสมดุลที่เหมาะสมระหว่างประสิทธิภาพทางเทคนิค, ความเร็วในการประมวลผล, และความโปร่งใสของทรัพย์สินทางปัญญาให้กับบริการสตรีมมิ่งวิดีโอ, ผู้ประกอบการการกระจายสัญญาณ, และนักพัฒนาซอฟต์แวร์.

อ้างอิง

• EVC: MPEG-5 การเข้ารหัสวิดีโอที่สำคัญ (EVC)