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VP9

VP9 es un formato de codificación de vídeo abierto y libre de regalías [ 1 ] desarrollado por Google . VP9 es el sucesor de VP8 y compite principalmente con el formato de codifi...

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VP9 es un formato de codificación de vídeo abierto y libre de regalías [ 1 ] desarrollado por Google .

VP9 es el sucesor de VP8 y compite principalmente con el formato de codificación de vídeo de alta eficiencia (HEVC/H.265) de MPEG. Al principio, VP9 se utilizaba principalmente en la plataforma de vídeo de Google, YouTube . [ 2 ] [ 3 ] La aparición de la Alianza para los Medios Abiertos y su apoyo al desarrollo continuo del sucesor AV1 , del que Google forma parte, generó un creciente interés en el formato.

A diferencia de HEVC, la compatibilidad con VP9 es común entre los navegadores web modernos (ver Vídeo HTML §  Compatibilidad con navegadores ). Android ha sido compatible con VP9 desde la versión 4.4 KitKat , [ 4 ] mientras que Safari 14 añadió compatibilidad con VP9 en iOS / iPadOS / tvOS 14 y macOS Big Sur . [ 5 ] [ 6 ]

Partes del formato están protegidas por patentes propiedad de Google. La empresa concede el uso gratuito de sus propias patentes relacionadas en base a la reciprocidad, es decir, siempre que el usuario no participe en litigios de patentes. [ 7 ]

Historia

VP9 es la última iteración oficial de la serie de formatos de video TrueMotion que Google compró en 2010 por $134 millones junto con la empresa On2 Technologies que lo creó. El desarrollo de VP9 comenzó en la segunda mitad de 2011 bajo los nombres de desarrollo Next Gen Open Video ( NGOV ) y VP-Next . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] Los objetivos de diseño para VP9 incluían reducir la tasa de bits en un 50% en comparación con VP8 mientras mantenía la misma calidad de video, y apuntar a una mejor eficiencia de compresión que el estándar MPEG High Efficiency Video Coding (HEVC). [ 9 ] [ 11 ] En junio de 2013 se finalizó el "perfil 0" de VP9, ​​y dos meses después se lanzó el navegador Chrome de Google con soporte para la reproducción de video VP9. [ 12 ] [ 13 ] En octubre de ese año se agregó un decodificador VP9 nativo a FFmpeg , [ 14 ] y a Libav seis semanas después. Mozilla agregó soporte para VP9 a Firefox en marzo de 2014. [ 15 ] En 2014 Google agregó dos perfiles de alta profundidad de bits: perfil 2 y perfil 3. [ 16 ] [ 17 ]

En 2013 se publicó una versión actualizada del formato WebM , que incluía compatibilidad con VP9 junto con audio Opus.

En marzo de 2013, la Administración de Licencias MPEG retiró una reclamación anunciada sobre patentes en disputa contra VP8 y sus sucesores después de que el Departamento de Justicia de los Estados Unidos comenzara a investigar si estaba actuando para sofocar injustamente la competencia. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

A lo largo de este proceso, Google ha colaborado con fabricantes de hardware para integrar la compatibilidad con VP9 en sus chips. En enero de 2014, Ittiam , en colaboración con ARM y Google, presentó su decodificador VP9 para dispositivos ARM Cortex . Mediante técnicas GPGPU , el decodificador era capaz de alcanzar 1080p a 30 fps en una placa Arndale . [ 21 ] [ 22 ] A principios de 2015, Nvidia anunció la compatibilidad con VP9 en su SoC Tegra X1 , y VeriSilicon anunció la compatibilidad con VP9 Profile 2 en su IP de decodificador Hantro G2v2. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

En abril de 2015, Google lanzó una actualización importante de su biblioteca libvpx , cuya versión 1.4.0 agregó soporte para profundidad de bits de 10 y 12 bits , submuestreo de croma 4:2:2 y 4:4:4 , y decodificación/codificación multihilo VP9. [ 26 ]

En diciembre de 2015, Netflix publicó un borrador de propuesta para incluir video VP9 en un contenedor MP4 con cifrado común MPEG . [ 27 ]

En enero de 2016, Ittiam demostró un codificador VP9 basado en OpenCL . [ 28 ] El codificador está dirigido a GPU móviles ARM Mali y se demostró en un Samsung Galaxy S6 .

La compatibilidad con VP9 se añadió al navegador web Edge de Microsoft en 2016. [ 29 ]

En marzo de 2017, Ittiam anunció la finalización de un proyecto para mejorar la velocidad de codificación de libvpx. Se dijo que la mejora de velocidad era del 50-70%, y el código estaba "disponible públicamente como parte de libvpx". [ 30 ]

Características

VP9 está diseñado para resoluciones de vídeo superiores a 1080p (como UHD ) y también permite la compresión sin pérdidas . Admite resoluciones de hasta 65536×65536, mientras que HEVC admite resoluciones de hasta 8192×4320 píxeles .

El formato VP9 admite los siguientes espacios de color (y las matrices de transformación YCbCr a RGB correspondientes): Rec. 601 , Rec. 709 , Rec. 2020 , SMPTE-170 , SMPTE-240 y sRGB . [ 31 ] [ 32 ]

VP9 admite muchas funciones de transferencia y admite vídeo HDR con log-gamma híbrido (HLG) o cuantificador perceptual (PQ). [ 33 ] [ 34 ]

Eficiencia

Una comparación temprana que tuvo en cuenta la velocidad de codificación variable mostró que x265 superaba por poco a libvpx en la calidad más alta (codificación más lenta), mientras que libvpx era superior en cualquier otra velocidad de codificación, según SSIM . [ 35 ]

Comparación de artefactos de codificación

En una comparación de calidad subjetiva realizada en 2014 con los codificadores de referencia para HEVC (HM 15.0), MPEG-4 AVC/H.264 (JM 18.6) y VP9 (libvpx 1.2.0 con soporte preliminar para VP9), VP9, ​​al igual que H.264, requirió aproximadamente el doble de tasa de bits para alcanzar una calidad de vídeo comparable a la de HEVC, mientras que con imágenes sintéticas VP9 se acercó a HEVC. [ 36 ] Por el contrario, otra comparación subjetiva de 2014 concluyó que, en configuraciones de mayor calidad, HEVC y VP9 estaban empatados con una ventaja de tasa de bits del 40 al 45 % sobre H.264. [ 37 ]

Netflix , tras una prueba exhaustiva en agosto de 2016, concluyó que libvpx era un 20 % menos eficiente que x265, pero en octubre del mismo año también descubrió que ajustar los parámetros de codificación podía "reducir o incluso revertir la diferencia entre VP9 y HEVC". [ 38 ] En NAB 2017 , Netflix compartió que había cambiado al codificador EVE , que según sus estudios ofrecía un mejor control de la tasa de dos pasadas y era un 8 % más eficiente que libvpx. [ 39 ]

Una comparación de codificadores offline entre libvpx, dos codificadores HEVC y x264 realizada en mayo de 2017 por Jan Ozer de Streaming Media Magazine, con parámetros de codificación proporcionados o revisados ​​por cada proveedor de codificadores (Google, MulticoreWare y MainConcept respectivamente), y utilizando la métrica objetiva VMAF de Netflix , concluyó que "VP9 y ambos códecs HEVC producen un rendimiento muy similar" y "Particularmente a tasas de bits más bajas, ambos códecs HEVC y VP9 ofrecen un rendimiento sustancialmente mejor que H.264". [ 40 ]

Actuación

En septiembre de 2015, un desarrollador de FFmpeg realizó una comparación de velocidad de codificación versus eficiencia de la implementación de referencia en libvpx , x264 y x265: Según el índice SSIM , libvpx fue mayormente superior a x264 en todo el rango de velocidades de codificación comparables, pero el principal beneficio se encontró en el extremo más lento de x264@veryslow (alcanzando un punto óptimo de mejora de tasa de bits del 30-40% dentro del doble de lento que esto), mientras que x265 solo se volvió competitivo con libvpx alrededor de 10 veces más lento que x264@veryslow . Se concluyó que tanto libvpx como x265 eran capaces de la supuesta mejora de tasa de bits del 50% sobre H.264, pero solo a 10-20 veces el tiempo de codificación de x264. [ 35 ] Juzgado por la métrica de calidad objetiva VQM a principios de 2015, el codificador de referencia VP9 ofreció una calidad de video a la par con las mejores implementaciones HEVC . [ 41 ]

Una comparación de decodificadores realizada por el mismo desarrollador mostró una decodificación un 10 % más rápida para ffvp9 que para ffh264 para vídeo de la misma calidad, o "idéntico" a la misma tasa de bits. También demostró que la implementación puede marcar la diferencia, concluyendo que "ffvp9 supera a libvpx de forma consistente entre un 25 % y un 50 %". [ 42 ]

Otra comparación de decodificadores indicó una carga de CPU entre un 10 y un 40 por ciento mayor que H.264 (pero no especifica si esto fue con ffvp9 o libvpx), y que en dispositivos móviles, el reproductor de demostración de Ittiam fue aproximadamente un 40 por ciento más rápido que el navegador Chrome al reproducir VP9. [ 43 ]

Perfiles

Existen varias variantes del formato VP9 (conocidas como "perfiles de codificación"), que permiten sucesivamente más funcionalidades; el perfil  0 es la variante básica, que requiere lo mínimo de una implementación de hardware:

perfil 0
Profundidad de color : 8  bits/muestra, submuestreo de croma : 4:2:0
perfil 1
Profundidad de color: 8  bits, submuestreo de croma: 4:2:2, 4:2:0, 4:4:4
perfil 2
Profundidad de color: 10–12  bits, submuestreo de croma: 4:2:0
perfil 3
Profundidad de color: 10–12  bits, submuestreo de croma: 4:2:2, 4:2:0, 4:4:4 [ 44 ]

Niveles

VP9 ofrece los siguientes 14 niveles: [ 45 ]

Tecnología

Ejemplo de particionamiento y orden de codificación interna de una unidad de codificación.
Los coeficientes de transformación se analizan siguiendo un patrón circular (con una distancia creciente desde la esquina). Esto permite que coincida (mejor que el patrón tradicional en zigzag) con el orden de importancia esperado de los coeficientes, aumentando así su compresibilidad mediante codificación entrópica . Se utiliza una variante sesgada del patrón cuando el borde horizontal o vertical tiene mayor relevancia.

VP9 es un formato de codificación de transformación basado en bloques tradicional . El formato de flujo de bits es relativamente simple en comparación con formatos que ofrecen una eficiencia de tasa de bits similar como HEVC. [ 46 ]

VP9 tiene muchas mejoras de diseño en comparación con VP8 . Su mejora más grande es el soporte para el uso de unidades de codificación [ 47 ] de 64×64  píxeles. Esto es especialmente útil con video de alta resolución. [ 3 ] [ 8 ] [ 9 ] Además, se mejoró la predicción de vectores de movimiento. [ 48 ] Además de los cuatro modos de VP8 (promedio/"DC", "movimiento real", horizontal, vertical), VP9 admite seis direcciones oblicuas para la extrapolación lineal de píxeles en la predicción intra-fotograma .

Las nuevas herramientas de codificación también incluyen:

  • precisión de un octavo de píxel para vectores de movimiento,
  • tres filtros de interpolación de subpíxeles conmutables de 8 tomas diferentes,
  • selección mejorada de vectores de movimiento de referencia,
  • codificación mejorada de los desplazamientos de los vectores de movimiento con respecto a su referencia,
  • codificación de entropía mejorada,
  • filtrado de bucles mejorado y adaptado (a nuevos tamaños de bloque),
  • la transformada discreta asimétrica del seno (ADST),
  • transformadas de coseno discretas más grandes (DCT, 16×16 y 32×32), y
  • Segmentación mejorada de fotogramas en áreas con similitudes específicas (por ejemplo, primer plano/fondo).

Para permitir cierto procesamiento paralelo de fotogramas, los fotogramas de vídeo se pueden dividir a lo largo de los límites de la unidad de codificación en hasta cuatro filas de mosaicos de 256 a 4096 píxeles de ancho espaciados uniformemente, con cada columna de mosaico codificada de forma independiente. Esto es obligatorio para resoluciones de vídeo superiores a 4096 píxeles. Un encabezado de mosaico contiene el tamaño del mosaico en bytes para que los decodificadores puedan avanzar y decodificar cada fila de mosaico en un hilo separado . La imagen se divide luego en unidades de codificación llamadas superbloques de 64×64 píxeles que se subparticionan adaptativamente en una estructura de codificación de quadtree . [ 8 ] [ 9 ] Se pueden subdividir horizontal o verticalmente o ambas; las (sub)unidades cuadradas se pueden subdividir recursivamente hasta bloques de 4×4 píxeles. Las subunidades se codifican en orden de escaneo raster: de izquierda a derecha, de arriba a abajo.

A partir de cada fotograma clave, los decodificadores mantienen 8 fotogramas en búfer para usarlos como fotogramas de referencia o para mostrarlos posteriormente. Los fotogramas transmitidos indican qué búfer sobrescribir y pueden decodificarse opcionalmente en uno de los búferes sin mostrarse. El codificador puede enviar un fotograma mínimo que simplemente activa la visualización de uno de los búferes ("fotograma de salto"). Cada fotograma intermedio puede hacer referencia a hasta tres de los fotogramas en búfer para la predicción temporal. Hasta dos de esos fotogramas de referencia pueden usarse en cada bloque de codificación para calcular una predicción de datos de muestra, usando contenido desplazado espacialmente ( compensación de movimiento ) de un fotograma de referencia o un promedio del contenido de dos fotogramas de referencia ("modo de predicción compuesta"). La diferencia restante (idealmente pequeña) ( codificación delta ) entre la predicción calculada y el contenido real de la imagen se transforma usando una DCT o ADST (para bloques de borde) y se cuantifica.

Se puede codificar algo como un fotograma B mientras se conserva el orden original de los fotogramas en el flujo de bits usando una estructura llamada superfotogramas. Los fotogramas de referencia alternativos ocultos se pueden agrupar con un fotograma intermedio ordinario y un fotograma de salto que activa la visualización del contenido altref oculto anterior desde su búfer de fotograma de referencia justo después del fotograma p que lo acompaña. [ 46 ]

VP9 permite la codificación sin pérdidas al transmitir en el nivel de cuantificación más bajo (índice q 0) una señal residual transformada de Walsh-Hadamard (WHT) codificada en bloques de 4×4 adicionales . [ 49 ] [ 50 ]

Para que se puedan buscar, los flujos de bits VP9 sin procesar deben encapsularse en un formato contenedor , por ejemplo Matroska (.mkv), su formato derivado WebM (.webm) o el formato Duck IVF [ 51 ] [ 52 ] que tradicionalmente es compatible con libvpx, una biblioteca que se originó en The Duck Corporation . [ 46 ] [ 47 ] VP9 se identifica como V_VP9en WebM y VP09en MP4 , adhiriéndose a las convenciones de nomenclatura respectivas. [ 53 ]

Adopción

Adobe Flash , que tradicionalmente utilizaba formatos VPx hasta VP7 , nunca se actualizó a VP8 ni a VP9, ​​sino a H.264 . Por lo tanto, VP9 solo se introdujo en las aplicaciones web con el cambio de Flash a la tecnología HTML5 , que aún era algo inmadura cuando se lanzó VP9.

Proveedores de contenido

Estadísticas de un video de YouTube con códec de video VP9 y códec de audio Opus.

Un usuario principal de VP9 es la popular plataforma de vídeo de Google , YouTube , que ofrece vídeo VP9 en todas las resoluciones [ 54 ] junto con audio Opus en formato de archivo WebM , a través de la transmisión DASH .

Otro de los primeros en adoptarlo fue Wikipedia (específicamente Wikimedia Commons , que aloja archivos multimedia en las subpáginas e idiomas de Wikipedia). Wikipedia respalda los formatos multimedia abiertos y libres de regalías. [ 55 ] A partir de 2016, los tres formatos de video aceptados son VP9, ​​VP8 y Theora . [ 56 ]

Desde diciembre de 2016, Netflix ha utilizado la codificación VP9 para su catálogo, junto con H.264 y HEVC . A partir de febrero de 2020, se comenzó a adoptar AV1 para dispositivos móviles, de forma similar a como se inició VP9 en la plataforma. [ 57 ]

Google TV utiliza (al menos en parte) el perfil VP9 2 con Widevine DRM . [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]

Stadia utilizó VP9 para la transmisión de videojuegos hasta 4k en hardware compatible como Chromecast Ultra , teléfonos móviles y navegadores web. [ 61 ]

Servicios de codificación

Una serie de servicios de codificación en la nube ofrecen codificación VP9, ​​incluidos Amazon , Bitmovin , [ 62 ] Brightcove , castLabs, JW Player , Telestream y Wowza. [ 43 ]

Encoding.com ha ofrecido codificación VP9 desde el cuarto trimestre de 2016, [ 63 ] lo que representó un promedio anual del 11 % de popularidad de VP9 entre sus clientes ese año. [ 64 ]

Middleware web

JW Player admite VP9 en su reproductor de vídeo HTML como servicio, ampliamente utilizado . [ 43 ]

Compatibilidad con navegadores

VP9 está implementado en estos navegadores web:

Soporte del sistema operativo

Compatibilidad con software de reproductores multimedia

VP9 es compatible con todos los principales programas de reproducción multimedia de código abierto , incluidos VLC , MPlayer /MPlayer2/ MPV , Kodi , MythTV , [ 70 ] y FFplay .

Compatibilidad con dispositivos de hardware

Android cuenta con decodificación de software VP9 desde la versión 4.4 "KitKat" . [ 71 ] Para obtener una lista de dispositivos electrónicos de consumo con soporte de hardware, incluidos televisores, teléfonos inteligentes, decodificadores y consolas de videojuegos, consulte la lista de webmproject.org. [ 72 ]

Implementaciones de hardware

La mayoría de las GPU y SoC lanzados después de 2016 incluyen soporte para decodificación VP9 acelerada por hardware. Intel fue el primero en incluir la codificación por hardware VP9 con sus procesadores Kaby Lake , presentados en agosto de 2016. [ 73 ]

consolas de videojuegos

La Sony PlayStation 5 admite la captura de vídeo a 1080p y 2160p utilizando VP9 en un contenedor WebM. [ 74 ]

Implementaciones de software

La implementación de referencia de Google se encuentra en la biblioteca de programación de software libre . Tiene un modo de codificación de una pasada y otro de dos pasadas , pero el modo de una pasada se considera defectuoso y no ofrece un control efectivo sobre la tasa de bits objetivo. [ 43 ] [ 75 ]libvpx

Codificación

  • libvpx
  • SVT-VP9 – Tecnología de vídeo escalable para VP9 – codificador de código abierto de Intel [ 76 ]
  • Eve – un codificador comercial

Descodificación

El decodificador VP9 de FFmpeg aprovecha un conjunto de optimizaciones SIMD compartidas con otros códecs para lograr mayor velocidad. Una comparación realizada por un desarrollador de FFmpeg indicó que era más rápido que libvpx y, en comparación con el decodificador h.264 de FFmpeg, ofrecía un rendimiento "idéntico" para vídeo con la misma tasa de bits, o aproximadamente un 10 % más rápido para vídeo con la misma calidad. [ 42 ]

Reivindicaciones de patentes

En marzo de 2019, Sisvel , con sede en Luxemburgo, anunció la formación de consorcios de patentes para VP9 y AV1. Entre los miembros de los consorcios se encontraban JVCKenwood , NTT , Orange SA , Philips y Toshiba , quienes también otorgaban licencias de patentes a MPEG-LA para los consorcios de patentes AVC, DASH o HEVC. [ 77 ] [ 78 ] La lista de patentes reivindicadas se publicó por primera vez el 10 de marzo de 2020. Esta lista contiene más de 650 patentes. [ 79 ]

Los precios de Sisvel son de 0,24 euros para dispositivos de visualización y de 0,08 euros para dispositivos sin visualización que utilizan VP9, ​​pero no reclaman regalías por el contenido codificado. [ 80 ] [ 77 ] Sin embargo, su licencia no contempla ninguna excepción para el software. [ 79 ]

Según The WebM Project, Google no planea modificar sus planes de uso actuales o futuros de VP9 o AV1, a pesar de que conocen los consorcios de patentes, ninguno de los licenciantes de dichos consorcios participó en el desarrollo de VP9 o VP8, y no se puede impedir que terceros exijan el pago de tarifas de licencia por cualquier tecnología de código abierto, libre de regalías o gratuita. [ 81 ]

Sucesor: de VP10 a AV1

El 12 de septiembre de 2014, Google anunció que había comenzado el desarrollo de VP10 y que, tras su lanzamiento, planeaban un intervalo de 18 meses entre los lanzamientos de formatos de vídeo. [ 82 ] En agosto de 2015, Google comenzó a publicar el código de VP10. [ 83 ]

Sin embargo, Google decidió incorporar VP10 en AOMedia Video 1 (AV1). El códec AV1 se desarrolló a partir de una combinación de tecnologías de VP10, Daala ( Xiph / Mozilla ) y Thor ( Cisco ). [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ] En consecuencia, Google ha declarado que no implementará VP10 internamente ni lo lanzará oficialmente, lo que convierte a VP9 en el último de los códecs basados ​​en VPx que Google lanzará. [ 87 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Janko Roettgers (Gigaom), 2 de enero de 2014: YouTube pasa a 4K, Google firma una larga lista de socios de hardware para la compatibilidad con VP9. Archivado el 23 de julio de 2020 en Wayback Machine.
  2. ↑ Alex Converse (Google), 19 de septiembre de 2015: Nuevas técnicas de compresión de vídeo en estudio para VP10 – presentación en VideoLAN Dev Days 2015 en París
  3. ^ Anja Schmoll-Trautmann (CNET), 8 de abril de 2015: Youtube: Kompression mit Codec VP9 gestartet (alemán)
  4. ↑ "Formatos multimedia compatibles" . Desarrolladores de Android . Archivado del original el 20 de mayo de 2018. Consultado el 9 de agosto de 2021 .
  5. 1 2 Esposito, Filipe (24 de junio de 2020). "Apple agrega WebP, soporte HDR y más a Safari con iOS 14 y macOS Big Sur" . 9to5Mac . Archivado del original el 23 de marzo de 2021. Recuperado el 2 de junio de 2021 .
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  • Descripción general del flujo de bits
  • Jan Ozer (Streaming Media Magazine), junio de 2016: VP9 finalmente alcanza la madurez, pero ¿es adecuado para todos?
  • Ronald Bultje: Descripción general del códec de vídeo VP9 , ​​13 de diciembre de 2016