El futuro de los códecs de video

Los códecs de vídeo son herramientas de compresión que permiten a los distribuidores condensar los archivos de vídeo o el vídeo en directo para distribuirlos eficazmente a través de una serie de redes. Los códecs comprimen el vídeo eliminando la información redundante; el objetivo es preservar la calidad del vídeo original y reducir la cantidad de datos que deben enviarse por la red. La información comprimida se descomprime en su destino para su visualización.

El streaming emplea varios tipos de códecs de vídeo (o audio), y los códecs utilizados tendrán un impacto directo en la calidad del vídeo. El volumen de datos que hay que enviar por la red, así como la velocidad (latencia) con la que se entregan estos contenidos.

El códec MPEG/UIT más avanzado que utiliza actualmente el sector de la radiodifusión es H.265 (HEVC), que debutó en 2013. Presume de la capacidad de tomar un archivo de vídeo y comprimirlo a la mitad de tamaño que su predecesor (H.264 AVC), sin pérdida significativa de calidad.

Sin embargo, el HEVC tiene ya ocho años y hay dudas sobre si sigue siendo adecuado para su propósito. Hoy en día, se pide que se aumente no solo el número de píxeles, sino también la velocidad de fotogramas.

Entonces, ¿cómo se pueden manejar estas implicaciones de complejidad? ¿Pueden los códecs del futuro resolver el problema del ancho de banda? ¿Y qué opciones de códecs existen en el mercado?

VVC es la evolución natural de H.265 (HEVC). Puede reducir el ancho de banda necesario para transmitir vídeo en aproximadamente un 37% en comparación con HEVC, pero la complejidad de la codificación aumenta aproximadamente 10 veces. El aumento de la complejidad es preocupante. Ya que cuando se combina con aumentos de resolución y/o framerate, como la migración de HD a UHD o incluso 8K, el salto en la complejidad computacional puede aproximarse exponencialmente.

El aumento combinado de la complejidad de los códecs y de las resoluciones de vídeo/velocidades de cuadro es un reto clave para las soluciones de codificación del futuro. Sin duda, estos aumentos superan los avances en el rendimiento de los servidores genéricos y pueden señalar la necesidad de volver a soluciones de hardware más específicas para la aplicación en el futuro para ofrecer un rendimiento de codificación razonable, eficiencia y objetivos de densidad.

El HEVC ha sufrido problemas de patentes y ahora existen tres grupos de patentes distintos para él. AV1 fue creado por una alianza de líderes de la industria (la "alianza para los medios abiertos") que incluye algunos de los mayores proveedores de software y streaming. Por tanto, este códec es la base de muchos de los mayores servicios de streaming de vídeo y de vídeo bajo demanda.

EVC es un estándar de codificación "a la carta" en el que se puede elegir lo que se quiere implementar. El principal motivo para ofrecer esta flexibilidad es evitar los problemas de patentes que se han producido con HEVC y que podrían afectar también a VVC.

MPEG ha definido un perfil básico de EVC que pretende estar libre de derechos porque las herramientas incluidas han caducado las patentes o se proporcionan sin licencia. Sin embargo, no hay ninguna garantía de que el perfil básico esté libre de patentes.

El perfil principal no está exento de derechos de autor y sustituye las herramientas "de uso libre" del perfil básico por alternativas de mayor rendimiento que estarán sujetas a reclamaciones de patentes. Sin embargo, el conjunto de herramientas del perfil principal está diseñado para ser "a la carta", por lo que será fácil eliminar las herramientas cuya licencia no sea rentable.

El perfil principal también pretende superar a HEVC y ofrece aproximadamente un 27% más de eficiencia para un aumento de complejidad de 4,5 veces en comparación con HEVC. El perfil principal es aproximadamente un 34% más eficiente que AVC para un aumento del 42% de la complejidad en comparación con AVC.

No se espera que los acuerdos de licencia concluyan hasta principios o mediados de 2022.

LCEVC no es un estándar de compresión autónomo y no puede realizar una función útil por sí mismo. Esto por sí solo lo hace muy diferente a otros estándares de códecs. El objetivo de LCEVC es tomar una solución de codificación existente (se puede utilizar cualquier códec) y combinarla con LCEVC, que añade una capa de "mejora".

La suma de los dos (el códec original más el LCEVC) debería tener una complejidad total menor que la del códec original por sí solo, al tiempo que superaría significativamente una solución que utilizara sólo el códec original.

Este enfoque se basa en dos conceptos clave: El primero es operar el códec base con una resolución reducida para reducir la complejidad. A continuación, la salida (reducida y codificada) se vuelve a escalar y se compara con la fuente. La diferencia entre ambos es el error o el "residuo", que se codifica con un códec diferente estandarizado en LCEVC y que está específicamente "ajustado" para codificar los datos residuales de forma eficiente.

En el extremo del decodificador, éste decodifica la capa base y la capacidad de la GPU integrada se utiliza normalmente para decodificar la capa de mejora. El resultado es una solución de compresión eficiente que se centra en la gestión de la complejidad necesaria para lograr el aumento de rendimiento y hace posible que muchos decodificadores heredados sean compatibles con LCEVC. La solución promete, por tanto, una forma de utilizar recursos no aprovechados en los equipos de consumo desplegados para aumentar la capacidad de vídeo más allá de los límites de diseño originales del descodificador.

A pesar de los obstáculos tecnológicos a los que se enfrentan estos nuevos códecs de vídeo, podrían llegar a ser fundamentales para potenciar la próxima ola de innovación de vídeo. Por ejemplo, haciendo posible el uso generalizado de los formatos 4K y 8K de alta resolución con HFR.

Una mejor calidad de vídeo exige nuevos estándares, y unos códecs más eficientes permiten ofrecer la misma imagen de alta calidad que conocemos, pero utilizando mucho menos ancho de banda. Sin embargo, la alta eficiencia de la codificación tiene el precio de una mayor latencia de vídeo. Algunas aplicaciones más recientes, como los juegos, no pueden tolerar, por lo que la elección del códec y el rendimiento de la red siguen siendo fundamentales para definir en función de cada aplicación.

Las plataformas X y XC de Appear son compatibles con una amplia gama de códecs que se adaptan a la mayoría de las aplicaciones en todos los segmentos y han sido aclamadas en las pruebas cara a cara contra todos nuestros principales competidores cuando se trata de VQ por tasa de bits en los códecs existentes (AVC y HEVC). Las soluciones de codificación de Appears también ofrecen una increíble eficiencia eléctrica y térmica y una densidad de servicio muy alta.

Estamos entusiasmados por ver lo que nos depara el futuro y creemos que seremos testigos de los mayores avances que se han visto en la tecnología computacional en lo que va de esta década.