原文鏈接：http://media.pkusz.edu.cn/achievements/?p=138
作者：李旭峯 王振宇 王榮剛
H.265/HEVC
距離H.265/HEVC標準正式發佈已經有4年多的時間，雖然其壓縮效率比H.264/AVC高出一倍，可以爲視頻公司節約帶寬成本，但H.264仍是目前最流行的視頻編碼格式。除了複雜度高、實現困難外，H.265/HEVC高昂的專利費用和複雜的授權政策也是阻礙其推廣的重要因素。
目前已經建立了三個針對H.265/HEVC的專利池，除了老牌的MPEG LA外，還有HEVC Advance和Velos Media發起的專利池；此外， Technicolor公司也在獨立收取授權費用。下面我們梳理一下H.265/HEVC的專利授權費用。
MPEG LA還延續着以往的收費習慣，終端銷量在10萬臺以下的不收費，超過的部分每臺收取0.2美元的授權費，封頂費用相比於H.264大幅提高，每年2500萬美元。值得一提的是，MPEG LA針對視頻內容不再單獨收費。
圖片來源：MPEG LA官網
相比之下HEVC Advance就沒那麼厚道了。不僅收費範圍廣，涵蓋了電視、智能手機、流媒體播放器、機頂盒、遊戲主機、數字媒體存儲設備、監控設備等幾乎所有的硬件終端以及Netflix、YouTube等內容提供商，而且費用極其高昂，雖然下調了一次，但仍比MPEG LA的收費高出許多：終端設備要繳納0.2-1.2美元不等，封頂年費4000萬美元。在內容方面，除了對終端用戶提供免費內容的供應商外，其他內容提供商也要根據訂閱數、節目數和媒體數收費，封頂年費500萬美元。
圖片來源：MPEG LA官網
Velos Media和Technicolor公司沒有公佈他們的收費政策。
從目前的情況來看，保守估計每年需向三個專利池和Technicolor公司繳納的H.265/HEVC專利許可封頂費用會超過1億美元！
AVS2
中國第一次意識到知識產權的重要性是在2002年，DVD事件給中國敲響了警鐘。同年6月，中國數字音視頻編解碼技術標準（AVS）工作組獲批成立，當初的主要目的就是解決我國音視頻領域無可用標準而不得不繳納高昂的專利許可費用使用國際標準的問題。
AVS工作組於2006年推出了第一代視頻編碼標準AVS1，被頒佈爲中國國家標準。隨後又推出了AVS1的增強版本AVS+，壓縮效率和H.264/AVC的High Profile相當，並於2012年7月被國家電影電視總局頒佈爲廣播電影電視行業標準，目前已有上千套AVS+的高清內容上星直播。
2013年6月， IEEE（電氣和電子工程師協會，國際電子信息領域影響最大的學術組織）將AVS系列標準頒佈爲IEEE標準，標準號爲IEEE 1857，這標誌着AVS標準正式走向國際。除了中國，老撾、斯里蘭卡、吉爾吉斯斯坦、古巴等國家也採用了AVS標準推廣數字電視。
AVS2是AVS工作組制定的第二代標準，其首要目標是應用於超高清視頻和視頻監控領域，編碼效率比AVS+提高一倍以上。
在專利許可方面，AVS簡潔實惠。AVS1和AVS+採取“AVS專利池”統一許可模式，每個編解碼器只象徵性得收取1元專利費，不對內容收費；而且在工作組成立之初就制定了規則：凡是向AVS工作組提交技術和提案的單位都需要對其專利許可意向做出承諾，允許免費使用或者加入“AVS專利池”。這一機制解決了目前國際標準制定時缺乏對技術許可政策的約束，造成因爲專利授權政策問題難以推廣的弊端。需要指出的是到目前爲止，AVS並沒有收取過專利費。AVS2雖然暫未出臺正式的專利許可政策，但根據AVS專利池管理委員會出臺的《關於AVS2專利池許可的建議性規定》，AVS2的專利授權將沿用AVS1的統一許可模式，只對設備象徵性收費，不對內容收費。特別的，對互聯網上的軟件服務免收專利費。
AV1
2015年9月1日，谷歌宣佈與亞馬遜、思科、英特爾、微軟、火狐、奈飛（Netflix）成立開放媒體聯盟（Alliance of Open Media，簡稱AOM），專注於下一代視頻編碼格式的開發。新一代視頻編碼格式命名爲AV1，被認爲是開源編碼器VP9的繼承者，具有以下幾個特點：
（以下內容來源於AV1官網，譯文僅供參考）
- Interoperable and open;（可互操作和開放的）
- Optimized for the Internet;（針對互聯網做優化）
- Scalable to any modern device at any bandwidth;（可拓展到任意帶寬下的任何現代設備）
- Designed with a low computational footprint and optimizedfor hardware;（計算量低，針對硬件做優化）
- Capable of consistent, highest-quality, real-time videodelivery;（能夠實現持續的的高質量實時視頻的傳輸）
- Flexible for both commercial and non-commercial content,including user-generated content.（適用於商業的和非商業的內容，包括用戶生成的內容）
AOM原計劃於2016年12月至2017年3月期間推出AV1，但隨後又宣佈推遲到2017年的第三季度。
那麼，目前這三個標準的性能究竟如何呢？爲此，我們在HEVC的通測條件下，對H.265/HEVC、AVS2、AV1這三個編碼標準的編碼效率進行了對比測試。
測試條件
HEVC編碼器選擇最新的參考軟件HM16.9，AVS2選擇參考軟件RD19.0，AV1使用的是2017年4月26號上傳的版本。由於AV1沒有給出官方的配置指南，我們採用默認的配置，包含19種編碼工具，測試條件如下：
HEVC則選用官方的通用測試條件，在隨機訪問（random access）配置下進行測試，具體情況如下：
爲了儘可能得公平，AVS2也調整到和HEVC相近的碼率點進行測試。
測試序列選擇HEVC通測條件中給定的序列，爲了使測試更加全面，我們選取Class A~Class E來進行測試，分辨率包含240P~1600P。測試序列的具體情況如下：
測試結果
BD-rate能夠很好得反映在同樣的客觀質量下，碼率節省情況，因此，我們選用BD-rate作爲評判編碼器性能的指標，用HEVC作爲Anchor, 正值表示性能有損失，負值表示增益。
從上表中可以看到: 和HEVC相比，在亮度分量上，AVS2平均有0.23%的增益， AV1平均有12.4%的損失。
4K10bit測試
HEVC和AVS2主要是應用於超高清視頻領域，但HEVC給定的測試序列中並不包含4K序列。華爲海思用國家電影電視總局指定的4K 10bit序列對HEVC和AVS2在通測條件下進行了測試，測試結果如下：
從測試結果中可以看到：對於4K 10bit序列HEVC的編碼效率普遍低於AVS2，個別序列甚至差了將近10%，平均性能損失爲3.0%。這也意味着，在超高清領域AVS2編碼性能略優於HEVC。
主觀方面，根據國家廣播電影電視總局廣播電視計量檢測中心的報告顯示：AVS2和HEVC相對於源圖像質量下降分別爲2.9%和3.0%。對於超高清視頻，在相同碼率條件下，AVS2平均主觀質量比HEVC也略優。
結論
新一代視頻編碼標準在高清視頻編碼領域的競爭相當激烈。HEVC推出較早、知名度高，但專利政策複雜而且費用高昂，制約了HEVC的推廣。AVS2在高清視頻領域和HEVC的壓縮效率相當，在4K超高清領域比HEVC性能略優，而且AVS2的專利許可政策簡潔優惠，爲企業提供了新選擇。AV1尚在制定中，雖然號稱免專利費用，但從目前的情況來看，編碼性能和HEVC、AVS2相比還有超過10%的差距。至於哪個標準會在未來十年引領新一代視頻編碼標準，就讓我們拭目以待吧！
（本文爲原創作品，轉載請註明來源）
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作者簡介：
李旭峯，北京大學深圳研究生院數字媒體研究中心工程師。2015年獲得北京大學信息工程學院集成電路專業碩士學位。主要研究方向爲視頻編解碼優化和主觀質量評價。
王振宇，北京大學深圳研究生院數字媒體研究中心工程師、在讀博士。2007年和2010年分別獲得北京大學信息科學技術學院計算機專業學士學位和碩士學位。主要研究方向爲視頻編解碼質量優化和並行加速。
王榮剛，北京大學深圳研究生院副教授。2006年獲得中國科學院計算技術研究所計算機應用專業博士學位。主要研究方向爲視頻編碼，虛擬現實和圖像增強。