導(dǎo)語(yǔ)騰訊OAV1為騰訊云數(shù)據(jù)萬(wàn)象提供AVIF圖像壓縮能力。 作為最新的圖片壓縮算法，OAV1 AVIF 將為我們帶來(lái)怎樣的圖片壓縮新體驗(yàn)?
2021年8月，騰訊OAV1正式賦能騰訊云數(shù)據(jù)萬(wàn)象， 為其提供最前沿的AVIF圖片壓縮技術(shù)，在圖片主觀質(zhì)量相同的情況下大幅降低碼率，節(jié)省儲(chǔ)存空間。
騰訊云數(shù)據(jù)萬(wàn)象(Cloud Infinite，CI)是依托騰訊云對(duì)象存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，涵蓋圖片處理、內(nèi)容審核、內(nèi)容識(shí)別、媒體處理、文檔服務(wù)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)云上的圖片、視頻、音頻、文檔等數(shù)據(jù)的處理，為客戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)一體化的數(shù)據(jù)處理解決方案，滿(mǎn)足客戶(hù)多種場(chǎng)景維度的需求。作為騰訊云集大成的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)品， 很早前便推出了圖片壓縮服務(wù)。
數(shù)據(jù)萬(wàn)象的圖片上傳和存儲(chǔ)服務(wù)基于對(duì)象存儲(chǔ)(Cloud Object Storage，COS)，可通過(guò) COS 的上傳和接口的處理這兩種方式來(lái)管理文件。支持圖片旋轉(zhuǎn)、裁剪、轉(zhuǎn)碼、縮放等圖像編輯功能，讓圖片修改更靈活化。能針對(duì)存儲(chǔ)桶中的圖片進(jìn)行AVIF、HEIF、WebP、TPG等格式的轉(zhuǎn)換壓縮。相比于傳統(tǒng)的JPEG壓縮技術(shù)，他們能在擁有更強(qiáng)大的壓縮功能的同時(shí)保留圖片的細(xì)節(jié)。其中AVIF 是數(shù)據(jù)萬(wàn)象集成的最新圖片壓縮能力，它的對(duì)比效果如何呢?讓我們一睹為快。
圖1 數(shù)據(jù)萬(wàn)象圖片壓縮效果對(duì)比圖
圖2 AVIF與其他圖片格式的對(duì)比
對(duì)比以上壓縮圖，不難看出，在圖片質(zhì)量相似的情況下，AVIF格式的圖片大小具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。AVIF圖片壓縮技術(shù)可以在幾乎不改變圖片質(zhì)量的情況下大幅降低圖片大小，方便傳輸、節(jié)省流量。
AVIF (AV1 image format)壓縮格式，是采用AV1幀內(nèi)編碼的一種圖像編碼格式，是目前最新的圖片壓縮格式。AV1是由開(kāi)放媒體聯(lián)盟(AOMedia) 的成員共同推動(dòng)研發(fā)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。AOM(開(kāi)放媒體聯(lián)盟)成立于2015年，是一個(gè)發(fā)展開(kāi)放視頻編碼的非盈利組織，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)免專(zhuān)利的影像編碼格式。AOM于2019年正式發(fā)布了其第一個(gè)開(kāi)源、免版權(quán)費(fèi)的視頻編碼格式AV1。作為VP9下一代標(biāo)準(zhǔn)的AV1，其目標(biāo)是解決H.265昂貴的專(zhuān)利費(fèi)用和復(fù)雜的專(zhuān)利授權(quán)問(wèn)題，并成為新一代領(lǐng)先的免版權(quán)費(fèi)的編碼標(biāo)準(zhǔn)。AV1同時(shí)提供了一個(gè)開(kāi)源、免版權(quán)費(fèi)、 具有更高壓縮能力、保留更佳畫(huà)面細(xì)節(jié)的圖形壓縮格式 - AVIF。相比于以往圖片壓縮技術(shù)，除了開(kāi)源和免版權(quán)費(fèi)這兩大亮點(diǎn)外，AVIF壓縮格式還因具有以下幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)而被行業(yè)廣泛關(guān)注：
1)大幅減少網(wǎng)頁(yè)下載時(shí)間，相對(duì)于JPEG、WebP, 節(jié)約超50% 帶寬;
2)支持HDR (可同時(shí)支持8，10，12比特圖片)，JPEG只支持8比特;
3)可同時(shí)支持有損和無(wú)損壓縮;
4)支持電影顆粒以及其他AV1幀內(nèi)編碼所支持的功能;
5)支持包括單色圖在內(nèi)的多種色彩模式;
6)支持多種采樣格式 ，YUV4:2:0、YUV4:2:2、YUV4:4:4;
7)高兼容性，Google Chrome，Mozilla Firefox, Windows 10 等已經(jīng)支持AVIF，Netflix即將上線AVIF，越來(lái)越多公司參與支持AVIF，為其提供強(qiáng)大的生態(tài)環(huán)境。
AOM聯(lián)盟包括 Google、Facebook、Intel、Netflix、Microsoft、Tencent 等在內(nèi)的多家國(guó)際著名公司。其中，騰訊是第一家進(jìn)入AOM董事會(huì)的中國(guó)公司。自2019年加入AOM以來(lái)，騰訊多媒體實(shí)驗(yàn)室從多個(gè)角度推動(dòng)AOM研發(fā)技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)品的生態(tài)落地。騰訊在SVT-AV1的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，解決了多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并在提升其穩(wěn)定性和匯編優(yōu)化等方面做出較大貢獻(xiàn)。騰訊在AV1開(kāi)源實(shí)現(xiàn)中所做的工作促進(jìn)了AV1的廣泛應(yīng)用落地，讓該技術(shù)更好地服務(wù)各業(yè)務(wù)場(chǎng)景，受到社區(qū)的認(rèn)可。騰訊多媒體實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)隊(duì)積極推動(dòng)下一代開(kāi)源視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)AV2的研發(fā)，騰訊貢獻(xiàn)了第一個(gè)被AV2采納的技術(shù)提案。截至2021年8月，騰訊貢獻(xiàn)的提案數(shù)量和圖像壓縮性能位列全球第一，視頻壓縮性能的貢獻(xiàn)全球前二，后續(xù)也會(huì)持續(xù)發(fā)力維持國(guó)際領(lǐng)先地位。不僅如此，基于多年的技術(shù)積累和強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，騰訊多媒體實(shí)驗(yàn)室所研發(fā)的編解碼技術(shù)已覆蓋多種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式，包括H.264、H.265、H.266、VP8、VP9、AV1、AVS、AVS2、AVS3。
AV1 編碼預(yù)測(cè)包含幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)，AVIF是幀內(nèi)預(yù)測(cè)的一種應(yīng)用。 AV1的幀內(nèi)預(yù)測(cè)相對(duì)于以往的編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有以下幾點(diǎn)提升。
1. 針對(duì)包含方向性的圖像紋理，AV1采用了比VP9(10種)更多的幀內(nèi)預(yù)測(cè)方向。AV1共支持56種預(yù)測(cè)方向，包含8個(gè)主方向和每個(gè)主方向所含的6個(gè)額外方向(在每個(gè)主方向兩側(cè)以3度為步長(zhǎng)生成)。在此基礎(chǔ)之上，AV1所采用的遞歸濾波預(yù)測(cè)(recursive filtering)能夠進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)測(cè)像素在塊邊界上的準(zhǔn)確性。
2. 針對(duì)平滑的圖像紋理，AV1新引入了3種平滑預(yù)測(cè)模式以及PAETH預(yù)測(cè)算子，可利用相鄰像素來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前像素。
3. 針對(duì)不同圖像色度與亮度之間的相關(guān)性，AV1采用了CfL模式(Chroma from Luma)。該模式可利用亮度分量和色度分量的線性關(guān)系，通過(guò)亮度分量預(yù)測(cè)色度分量。除此之外，AV1還引入了調(diào)色板模式(Color Palette)和幀內(nèi)塊匹配模式(Intra Block Copy)，相比于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模式，這兩種模式能夠更高效的預(yù)測(cè)屏幕圖像(Screen content)。
下面讓我們看看，相比于HEVC，AV1在幀內(nèi)編碼的性能上有何提升。 下圖分別展示了AV1與HEVC兩種編碼標(biāo)準(zhǔn)在UHD和HD視頻上的幀內(nèi)編碼性能， 相比HEVC，在保證圖像質(zhì)量基本一致的情況下，AV1在UHD和HD兩類(lèi)視頻上的壓縮率有大幅度提高，相比于HEVC可提高14.46% 。
圖3：AV1, HM-16 編碼器UHD幀內(nèi)編碼性能對(duì)比
圖4：AV1, HM-16 編碼器HD幀內(nèi)編碼性能對(duì)比
2019年7月，在騰訊加入AOM前的三個(gè)月，多媒體實(shí)驗(yàn)室啟動(dòng)了騰訊AV1編碼器項(xiàng)目 (OAV1)， 并支持騰訊云成為了中國(guó)第一家支持AV1的云服務(wù)商。迄今為止，OAV1已更新至v0.6 版本，支持HDR與1080p30的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼。下圖是OAV1與其他兩開(kāi)源AV1代碼的性能對(duì)比， 從圖中可以看出，相較市面上已有的其他開(kāi)源AV1 編碼器，OAV1在壓縮能力和速度上都具有較大優(yōu)勢(shì)。
圖5：OAV1, libaom, SVT-AV1 編碼性能對(duì)比
結(jié)語(yǔ)AVIF 借助AV1幀內(nèi)預(yù)測(cè)的新技術(shù)，不但可以解決圖片在保存、傳播、下載過(guò)程中的成本和效率問(wèn)題，還可以在保證更高壓縮性能的基礎(chǔ)上保留更多的圖像細(xì)節(jié)、支持更多的圖片種類(lèi)、傳遞更多的圖片信息，大大提升用戶(hù)體驗(yàn)。 同時(shí)，作為開(kāi)源技術(shù)的AVIF，已獲得AOM聯(lián)盟內(nèi)包括Google、Microsoft等在內(nèi)的多家國(guó)際著名公司的支持，Netflix、Apple也計(jì)劃提供支持。相信AVIF壓縮技術(shù)未來(lái)可期!
參考文獻(xiàn)
[1] https://cloud.tencent.com/document/product/460
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[3] https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1NzYzMzE3OQ==&mid=2247487997&idx=1&sn=462a46d0f232a661d3a1539f5ad1a078&chksm=ea152f09dd62a61fd2c071e817ef04674db85345f3c44b12f563ddc12b718770c408c6699c3e&mpshare=1&scene=1&srcid=0908d7kRnlS16eFIUuIKh3E3&sharer_sharetime=1631098005722&sharer_shareid=e072ddffce25c2b930fb864d035394b6&version=3.1.15.90292&platform=mac#rd
[4] Y.Chen, et al, “An Overview of Core Coding Tools in the AV1 Video Codec,” Picture Coding Symposium, pp.41 – pp. 45, 2019.
[5] http://aomedia.org/press%20releases/tencent-joins-the-alliance-for-open-media-at-the-board-level/
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