Nel labirinto dei codec video del futuro

I codec video sono strumenti di compressione che consentono nella distribuzione di condensare file video o video live per distribuirli in modo efficiente su una vasta gamma di reti. I codec comprimono i video rimuovendo le informazioni ridondanti; l’obiettivo è preservare la qualità video originale riducendo al contempo la quantità di dati che devono essere inviati in rete. Le informazioni compresse vengono quindi decompresse a destinazione per la visualizzazione.

Lo streaming utilizza diversi tipi di codec video (o audio) e i codec utilizzati avranno un impatto diretto sulla qualità del video, sul volume di dati che devono essere inviati sulla rete e sulla velocità (latenza) in quale questo contenuto viene consegnato.

Il codec MPEG / ITU più avanzato attualmente in uso dall’industria broadcast è H.265 (HEVC) che ha debuttato nel 2013. Vanta la capacità di prendere un file video e comprimerlo a metà delle dimensioni rispetto al suo predecessore (H.264 AVC ), senza una significativa perdita di qualità.

Tuttavia, HEVC ha ora otto anni e, come si sa, nelle tecnologie è da considerarsi ormai ‘anziano’, anche se solo ora con la transizione al DVB-T2 entro il 2023 sarà utilizzato in trasmissione per il digitale terrestre.

Fin da subito quindi c’è la richiesta di aumentare non solo il numero di pixel, ma anche di aumentare i framerate e per questo bussano alle porte nuovi codec più ‘efficienti’..

I codec di domani possono risolvere il problema della larghezza di banda? E quali opzioni di codec esistono già sul mercato?

VVC (H.266)

VVC è la naturale evoluzione di H.265 (HEVC). Può ridurre la larghezza di banda necessaria per trasmettere video di circa il 37% rispetto a HEVC, ma la complessità della codifica è aumentata di circa 10 volte. L’aumento della complessità è preoccupante, poiché se combinato con aumenti di risoluzione e/o framerate, come la migrazione da HD a UHD o addirittura 8K, il salto nella complessità computazionale si moltiplica in modo esponenziale.

L’aumento combinato della complessità del codec e delle risoluzioni/framerate video è una sfida chiave per le soluzioni di codifica del futuro.

AV1

HEVC ha sofferto di problemi di brevetto e ora esistono tre distinti pool di brevetti per questo. AV1 è stato creato da un’alleanza di leader del settore (l’“alleanza per i media aperti”) che include alcuni dei più grandi fornitori di software e streaming. Questo codec è quindi alla base di molti dei più importanti servizi di streaming video e video on demand.

EVC (MPEG 5)

EVC uno standard di codifica “pick and mix” o “a la carte” in cui si può contare su una scelta considerevole riguardo a ciò che viene implementato. Il driver principale per fornire questa flessibilità è evitare i problemi di brevetto paralizzanti già sperimentati con HEVC e che potrebbero influenzare anche VVC. MPEG ha definito un profilo di base EVC che dovrebbe essere esente da royalty perché gli strumenti inclusi hanno brevetti scaduti o sono forniti senza licenza. Tuttavia, attualmente non vi è alcuna garanzia che il profilo di base sarà privo di rivendicazioni di brevetto. Il profilo principale non è esente da royalty e sostituisce gli strumenti “liberi da usare” del profilo di base con alternative a prestazioni più elevate che saranno soggette a rivendicazioni di brevetto. Tuttavia, il set di strumenti del profilo principale è progettato per essere “à la carte”, quindi sarà facile rimuovere gli strumenti che non possono essere concessi in licenza in modo conveniente.

Il profilo principale ha anche lo scopo di superare le prestazioni di HEVC e offre circa il 27% in più di efficienza per un aumento della complessità di 4,5 volte rispetto a HEVC. Il profilo di base è circa il 34% più efficiente dell’H.264 AVC per un aumento della complessità del 42% rispetto all’AVC.

Gli accordi di licenza non dovrebbero concludersi prima dell’inizio della metà del 2022.

LCEVC (MPEG 5)

LCEVC non è uno standard di compressione autonomo e non può svolgere da solo una funzione utile. Questo da solo lo rende molto diverso dagli altri standard di codec. L’obiettivo di LCEVC è prendere una soluzione di codifica esistente (è possibile utilizzare qualsiasi codec) e combinarla con LCEVC che aggiunge un livello di “miglioramento”.

La somma dei due (il codec originale più LCEVC) dovrebbe risultare in una complessità totale inferiore rispetto all’utilizzo del codec originale da solo, superando in modo significativo una soluzione che utilizza il solo codec originale.

Due concetti chiave sono alla base di questo approccio: il primo è far funzionare il codec di base con una risoluzione ridotta per ridurre la complessità. L’output (ridimensionato e codificato) viene quindi nuovamente ridimensionato e confrontato con la sorgente. La differenza tra questi è l’errore o “residuo”, e questo è codificato utilizzando un codec diverso standardizzato all’interno di LCEVC e che è specificamente “sintonizzato” per codificare i dati residui in modo efficiente.

Il decodificatore decodificherà il livello di base e la capacità della GPU integrata viene normalmente utilizzata per decodificare il livello di miglioramento. Il risultato è una soluzione di compressione efficiente che si concentra sulla gestione della complessità richiesta per ottenere l’aumento delle prestazioni e consente a molti decoder legacy di supportare LCEVC. La soluzione quindi promette un modo per utilizzare risorse non sfruttate nelle apparecchiature commerciali per l’utente al fine di aumentare la capacità video oltre i limiti di progettazione originale del decoder.

Orientarsi tra i codec

Nonostante gli ostacoli tecnologici che devono affrontare questi nuovi codec video, potrebbero diventare fondamentali per potenziare la prossima ondata di innovazioni nel video, compreso l’uso diffuso di formati come 4K e 8K ad alta risoluzione, magari  con HFR. Un video di migliore qualità richiede nuovi standard e codec più efficienti significano offrire la stessa immagine di alta qualità con cui abbiamo familiarità, ma utilizzando una larghezza di banda molto inferiore. Tuttavia, l’elevata efficienza di codifica ha il prezzo di una latenza video più elevata che alcune applicazioni più recenti, come ad esempio i giochi, non possono tollerare, quindi la scelta del codec e le prestazioni della rete sono ancora di fondamentale importanza, una scelta da definire in base alle singole applicazioni.