AV1 編碼完整解析｜與 H.264 / H.265 編碼技術比較

AV1 應運而生：這是一種旨在解決此挑戰的下一代影像編碼標準。

作為網路攝影機行業里一个新的尝试，Axis 憑藉 2024 年發佈的 ARTPEC-9 系統單晶片 （SoC），率先支援 AV1 轉碼器。那麼，AV1 究竟是什麼？它與其現有的影像編碼格式有何不同？為什麼 AV1 至關重要，尤其是在當下？

什麼是 AV1？

AV1 編碼器是一種為現代互聯網而構建的影像編碼格式，由開放媒體聯盟 （AoM） 開發。

該組織由 Google、Amazon、Cisco、Intel、Microsoft、Mozilla、Nvidia 和 Netflix 等領先科技創新者於 2015 年創立，旨在提供下一代影像通信技術。三年後，他們發佈了專為流媒體時代打造的 AV1 規範。

作為一項合作成果，AV1 對開源友好，提供可免費訪問的驗證流。它可以完全免許可地從 AoM 獲取。

AV1 影像編碼代表著一次重大飛躍，它能實現：

• 以低位元速率提供高品質影像
• 支援超 8K 影像
• 透過網頁流覽器、作業系統和移動設備中的解碼支援，擴展了播放相容性。

為什麼要超越 H.264 和 H.265

目前，絕大多數網路攝影機解決方案都依賴於 H.264 和 H.265 等傳統編碼方法。儘管它們為行業提供了良好的服務，但現在正面臨壓力。

對高解析度影像日益增長的需求，迫使組織在基礎設施成本和實施便利性之間做出妥協。AV1 影像編碼是這種妥協的替代方案。

H.264 和 H.265 有何區別？

瞭解這些傳統編碼器的局限性歸結為頻寬與可存取性。H.264，也稱為高階影像編碼 （AVC），是一項擁有 20 年歷史的技術。

它得到廣泛支援並能可靠運行，但需要高位元速率才能保持視覺清晰度。對於大規模高解析度攝影機系統而言，這代表高成本、基礎設施瓶頸，或兩者兼而有之。

其預期繼承者 H.265，也稱為高效影像編碼 （HEVC），成功地以較低頻寬傳輸高品質影像。不幸的是，其限制性的許可限制了它的採用，使得流覽器供應商幾乎不可能集成用戶端解碼器。

這使得許多終端使用者不得不自行安裝必要的解碼器，過程複雜。

AV1 與 H.264/AVC

對於網路影像使用者而言，用現代 AV1 標準取代傳統 H.264 會帶來顯著的改進。AV1 在各類型影像內容上皆具備優異表現，能以更高效率傳輸串流，並提供更出色的畫質與位元率平衡。

通常，在 ARTPEC-8 上使用 H.264 的系統（這是目前较为常見的設置），透過切換到 AV1 可以將位元速率降低約 40%。當 H.264 被強制以較低位元速率運行時，影像品質會下降。

這可能導致關鍵的取證細節（如文本或車牌）模糊不清。AV1 更成功地保留了這些資訊，即使在有限頻寬下也能確保您的影像仍然具有可操作性。

AV1 與 H.265/HEVC

在處理高解析度影像和複雜運動時，AV1 提供與 H.265 完全相同的清晰度。在 ARTPEC-9 晶片上運行，它的位元速率還可以比 ARTPEC-8 上的 H.265 編碼器實現約 25% 的驚人降低。

然而，AV1 編碼器的決定性戰略優勢在於，它在不涉及 H.265 複雜許可的情況下提供這種高級別的性能。通過消除主要的採用障礙，AV1 為普遍的用戶端支援鋪平了道路。

目前，所有主流流覽器、電腦作業系統和移動平台都支援 AV1 影像編碼。

AV1 編碼的五大優勢

AV1 為 IP 影像行業帶來了五大核心優勢，在監控、監測和商業智慧領域創造了機會。以下是 AV1 所能實現的功能，以及它為何有望成為網路影像基礎設施的新標準：

以更低位元速率提供更高品質AV1 

影像編碼是專為流媒體設計的，以低位元速率提供不打折扣的影像品質。 它還能夠支援超 8K 解析度的影像，這在以前只有 H.265 才能做到。8K 解析度尚未普及，但那一天即將來臨。AV1 有助於確保在時機成熟時，運行這些高保真流是切合實際的。

降低存儲成本

由於 AV1 編碼器生成高效的流，它顯著改變了儲存成本的計算方式。 考慮一個零售連鎖店，在 150 個地點運作 2,000 台攝影機，所有攝影機都以 1080p 或更高解析度進行資料串流。使用 H.264，每天會產生數 TB 的資料。將這些流切換到 AV1 可以將儲存需求減少約 40%。 組織可以維護大型高解析度影像檔案，用於取證目的和長期分析，而無需高昂的基礎設施成本。

支援更強的 AI 性能 

對於現代 AI 驅動的分析，演算法的優劣僅取決於它接收到的視覺資料。清晰、高畫質的影像對於分析提供可靠資訊至關重要。 

如果傳統編碼器為了節省頻寬而過度壓縮影像，關鍵細節可能會丟失或模糊，導致性能不佳。 相比之下，AV1 影像編碼在較低位元速率下保留了視覺細節，有助於確保視覺資料保持完整。

優化雲和串流

直接從攝影機進行資料串流對於本地操作和即時目標檢測仍然至關重要。 但現代企業架構越來越要求影像透過雲進行路由，以實現安全遠端存取或使用計算密集型 AI 模型。 憑藉對所有主流雲框架的強大支持，AV1 已成為基於雲應用程式的首選解碼器。將 AV1 功能直接內建在網路攝影機中，可以更容易地在應用程式之間架起橋樑，並更快地將混合解決方案推向市場。 許多標準化雲技術，如 WebRTC，已經使用 AV1 影像編碼。

實現開放和具備未來性的工作流程 

從架構角度來看，專有技術通常會導致限制性障礙。由於 AV1 是一種免版稅、開源的編碼器，它支援互通性和長期可行性。 AV1 提供無憂播放，解碼支援已內置到現代網頁流覽器、電腦作業系統和移動設備中。 在開發方面，這種開放性代表程式設計師可以利用熟悉的 AXIS OS API （VAPIX） 進行自定義整合，以及 FFmpeg 等工具來高效提取和渲染 AV1 串流。

影像監控市場已為 AV1 做好準備

理解 AV1 代表理解網路影像行業現在所處的位置以及未來的發展方向。

透過在無需複雜許可的情況下提供高解析度、經濟高效的串流媒體和儲存，AV1 編碼器提供了獨特的營運和財務優勢。

整個行業的轉型將需要數年時間，在此期間，對傳統編碼方法的支援仍將至關重要。即便如此，這種下一代編碼器正在快速成為網路影像的新標準。

隨著具有前瞻性的供應商採用 AV1，大規模傳輸細節豐富的影像變得更簡單、更便宜。從而使得組織能夠更有效地擴展其影像資料的 AI 驅動分析。

AV1 影像編碼不僅正在徹底改變市場。它還確保商業智慧和其它可行洞察所需的高性能影像基礎設施的未來。

在 Axis，我們自信能成為首家向客戶和合作夥伴提供 AV1 影像編碼的網路攝影機供應商。所有配備 ARTPEC-9 SoC 的產品都支援 AV1，以及 H.264 和 H.265。