Codec de vídeo VVC – o codec da próxima geração

O codec de vídeo VVC apresenta capacidade de compactação de dados maior do que os demais codecs, o que o habilita a transmitir em 4K e a processar arquivos grandes. Além disso, o VVC pode suportar tudo, desde vídeos de resolução ultra baixa até ultra alta. Entenda a revolução causada pelo VVC com este artigo criado a partir de conteúdos da Dacast e da Bitmovin.

Atual estado do codec de vídeo VVC

Após seu trabalho anterior em H.264/AVC e H.265/HEVC, o ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) e o ISO Moving Picture Experts Group H(MPEG) uniram forças novamente para criar outro codec de vídeo chamado Versatile Video Coding (VVC).

O primeiro objetivo do VVC Video Codec foi reduzir significativamente o gasto com bitrate (taxa de bits), mantendo a mesma qualidade visual em comparação com o HEVC.

Ao considerar o PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio – relação sinal-ruído de pico) como uma métrica de qualidade, o codificador VVC de referência supera o codificador HEVC de referência em cerca de 40% na taxa de BD. No entanto, alguns testes subjetivos também foram realizados, o que demonstrou uma economia geral de bits próxima a 50%.

O segundo objetivo foi a versatilidade. Nessa frente, o VVC facilita a codificação e o transporte para uma ampla variedade de aplicativos e tipos de conteúdo, como streaming de vídeo convencional, otimizações para conteúdo de tela e vídeo em 360 graus, bem como aplicativos ao vivo e com atraso ultra baixo.

O codec de vídeo VVC representa uma evolução ou uma revolução?

Como o desenvolvimento do VVC foi iniciado a partir do HEVC, esta é a primeira pergunta a ser feita sobre o VVC: o VVC é uma evolução baseada nas tecnologias que eram usadas nos antigos padrões de codificação ou é uma maneira realmente nova e revolucionária de compactar vídeo?

Resposta: é mais ou menos uma evolução dos blocos de construção básicos que já eram usados no HEVC e vários outros codecs antes.

Em resumo…

• O VVC ainda é um padrão de codificação de vídeo híbrido e baseado em blocos.
• A maioria das tecnologias são baseadas em HEVC, refinadas e aprimoradas…
• … mas também existem muitas novas ferramentas de codificação que não foram vistas no contexto da codificação de vídeo.

Como isso foi alcançado?

Assim como outros padrões de codificação de vídeo (por exemplo, AVC, HEVC ou AV1), o VVC adota a abordagem de codificação de vídeo baseada em bloco híbrido com previsão convencional intra e inter. Assim como nas evoluções anteriores dos padrões de codificação de vídeo, esses ganhos não podem ser atribuídos a uma única técnica que foi adicionada no VVC, mas sim a melhorias menores em todos os blocos de construção do esquema de codificação.

Então aqui está uma lista (longe de estar completa) de avanços no VVC:

▶️ O tamanho máximo do bloco de Coding Tree Units (CTU) que pode ser processado foi aumentado. O tamanho máximo do bloco agora é de 128×128 pixels. Além disso, os tamanhos máximos de blocos para previsão e transformações intra foram aumentados. Isso é particularmente benéfico, pois a resolução do conteúdo codificado também está aumentando.

▶️ Após a divisão inicial, cada CTU é dividida em Unidades de Codificação. Esse algoritmo de divisão agora é muito mais flexível e permite tamanhos de bloco diferentes, tanto quadrados quanto não quadrados.

▶️ O número de direções que podem ser usadas na previsão intra direcional foi aumentado ainda mais. A previsão intra agora também pode ser realizada para blocos não quadrados.

▶️ Muitos aspectos da previsão compensada de movimento (interprevisão) foram melhorados, bem como melhor previsão de vetor de movimento, refinamento de vetor de movimento lateral do decodificador e OBMC (overlapped block motion compensation – compensação de movimento de bloco sobreposto).

▶️ Mais tipos diferentes de transformação estão disponíveis usando uma transformação separável combinando Discrete Cosine e Sine Transform.

▶️ Os filtros in-loop também foram melhorados com a adição de um novo filtro – Adaptive Loop Filter – para o qual o codificador pode sinalizar parâmetros ideais com base na CTU.

Usos do codec de vídeo VVC

Em geral, o codec VVC é usado para codificação de vídeo. No entanto, possui vários outros casos de uso específicos, incluindo videoconferência e streaming OTT (Over The Top – serviço de mídia que faz distribuição de conteúdos pela internet). O objetivo principal é fazer esses tipos de streaming em resolução 4K.

A videoconferência e o streaming OTT são mais importantes do que nunca, especialmente devido às grandes mudanças culturais que vimos a partir de 2020 em resposta à pandemia do COVID-19. Quando o mundo fechou para retardar a propagação do vírus, as operações comerciais, educação e outras atividades do dia-a-dia passaram a ser online. A videoconferência tornou isso possível. As tendências de streaming OTT mostram que assistir a programas e filmes em TVs inteligentes via transmissão OTT também se tornou mais popular a partir daí.

O VVC também pode ser usado para streaming 360, o que é bastante revolucionário. O 360 streaming, que também é conhecido como streaming de vídeo imersivo, oferece uma experiência de visualização mais realista. Esse tipo de streaming está se tornando mais popular nos negócios, pois permite conectar-se com o público em um nível sem precedentes.

Benefícios do streaming com VVC

O principal benefício do streaming com codec de vídeo VVC é a capacidade de transmitir em 4K. No entanto, ele não serve exclusivamente para isso. Como o nome sugere, o codec VVC é muito versátil, pois pode suportar tudo, desde vídeos de resolução ultrabaixa até ultra alta.

Outro grande benefício da codificação VVC é que ela é significativamente mais eficiente na compactação de dados do que outros codecs líderes no mercado. Isso é o que o ajuda a processar arquivos tão grandes.

Há também uma ideia de que a codificação VVC pode fornecer benefícios além do streaming de vídeo online. Especificamente, foram feitos comentários sobre seu valor potencial para a indústria de jogos online. O VVC poderia acelerar os videogames, o que tornaria o jogo colaborativo mais eficaz.

Em resumo, o codec VVC é ótimo para streaming em 4K e para jogos de vídeo online.

Como anda a adoção do VVC?

Embora o padrão tenha sido finalizado no final de 2020, ainda não há uso generalizado do VVC no mercado. Mas isso também não era de se esperar depois de tão pouco tempo. A história mostrou que o tempo de adoção de novos codecs de vídeo é longo e geralmente segue o seguinte esquema:

▶️ Primeiro, os dispositivos devem suportar a reprodução de um novo padrão. Embora a decodificação de software em dispositivos com alta capacidade de computação e sem restrições de uso de energia possa ser implementada rapidamente, a maior parte do consumo de mídia é realizada em dispositivos que dependem de decodificadores de hardware. E embora leve algum tempo para desenvolver e implantar um novo hardware de decodificação, leva ainda mais tempo até que esses novos dispositivos atinjam uma massa crítica de implantação “na vida real”.

▶️ Ao mesmo tempo, as soluções de codificação devem ser desenvolvidas, ajustadas e implantadas.

▶️ E, finalmente, há a questão dos royalties que devem ser pagos.

Somente quando todos esses problemas forem resolvidos fará sentido implantar o streaming de vídeo real usando o novo codec.

Estamos vendo as primeiras implementações práticas do VVC. Existem algumas soluções de codificador e decodificador baseadas em software e os primeiros fornecedores lançaram decodificadores de hardware em seus dispositivos System on a Chip (SoC). Além disso, alguns fornecedores implantaram o codec de vídeo VVC como uma opção em sua transcodificação como um produto de serviço.

No lado das patentes, existem alguns players que colocam o codec em produção, com a MPEG LA introduzindo a primeira licença no início de 2021. Embora alguns pools de patentes estejam se formando, ainda não se sabe quanto custará o uso do VVC. E diante da queda do custo da largura de banda, esse é o maior problema do VVC.

Simplificando: se o preço não valer a economia de bitrate, o VVC não se tornará massivo.

Conclusão

O Versatile Video Coding é muito poderoso e bastante útil, mas ainda está em ascensão, pois a compatibilidade e o suporte para este codec não são muito difundidos no momento. No entanto, definitivamente esperamos ver mais disso no futuro.

Não há dúvida de que o VVC tem potencial empolgante e que já está mostrando resultados interessantes. Há muitas oportunidades para aumentar ainda mais o desempenho e diminuir a complexidade da codificação, bem como aperfeiçoar algumas das novas ferramentas que já são adotadas no novo padrão.

Segundo a Bitmovin, será interessante dar uma nova checada daqui a 6 a 12 meses para ver como as implementações estão se desenvolvendo.

Certamente, o pessoal da K2. estará de olho, e você ficará sabendo sobre as andanças do VVC.

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