AV1 vs. HEVC/H.265 - Welches ist der Codec der Zukunft?

Jetzt, da 4K- und 8K-Ultra-High-Definition-Inhalte zum Mainstream werden, ist ein fortschrittlicher Videokomprimierungsstandard, auch bekannt als Videocodec, gefragt, um eine bessere Videoqualität und geringere Bandbreitenkosten zu bieten. Die beiden effizientesten Codecs sind derzeit die Standards High Efficiency Video Codec (HEVC) und AOMedia Video 1 (AV1).

Was sind die Unterschiede zwischen AV1 und HEVC? Der Gewinner wird derjenige Videocodec sein, der die folgenden Kriterien erfüllt: Komprimierungseffizienz, Rechenleistung und Kompatibilität. Wenn Sie sich in den Codec-Kampf stürzen wollen, bereiten wir uns jetzt auf den Vergleich zwischen AV1 und HEVC vor, was Leistung, Dateigröße, Qualität und Kompatibilität angeht.

Wenn Sie sich nicht mit der ausführlichen Diskussion befassen möchten, lesen Sie die Schlussfolgerung zu AV1 und HEVC weiter unten:

• AV1 ist lizenzfrei, während HEVC lizenzpflichtig ist.
• AV1 kann bei gleicher Bildqualität bis zu 30% Dateigröße gegenüber HEVC einsparen.
• AV1 erfordert eine leistungsfähigere Hardware für die Dekodierung, und die Dekodierung dauert viel länger als bei HEVC.
• HEVC wird von GPU/CPUs von AMD, Nvidia, Intel, Apple, Qualcomm usw. unterstützt. Die Unterstützung für AV1-Dekodierung ist bereits vorhanden, aber die AV1-Kodierung wird bei weitem nur von Nvidia und Intel unterstützt.

1. Lizenzgebühr

Zusammenfassung: AV1 ist gebührenfrei, HEVC dagegen nicht.

AOMedia Video 1 (AV1) ist der Nachfolger von VP9 und wurde von der Alliance for Open Media entwickelt, einem Konsortium der größten Technologieunternehmen wie Intel, Amazon, Apple, Facebook, Google, Microsoft, Mozilla und Netflix (siehe alle Mitglieder unten). Aufgrund der unklaren und teuren HEVC-Lizenzstruktur beschloss AOMedia, einen lizenzfreien Standard zu entwickeln, der eine bessere Leistung als HEVC bietet.

Der HEVC-Codec ist der Nachfolger von AVC und wurde von der Moving Picture Experts Group (MPEG) und der Video Coding Experts Group (VCEG) entwickelt, um Videoströme effizienter und wirtschaftlicher zu kodieren und zu dekodieren. HEVC hat eine sehr komplizierte und teure Lizenzgebührenstruktur. Daher haben die gemeinsamen Anteilseigner von MPEG LA, HEVC Advance und Velos Media - zu denen Ericsson, Panasonic, Qualcomm, Sharp und Sony gehören - alle unterschiedliche Lizenzgebühren für HEVC. Die detaillierten Lizenzgebühren sind unten aufgeführt (Quelle: Wiki):

2. Kompressionseffizienz

Zusammenfassung: AV1-Codec ist 30% effizienter als H.265

Tests der Moskauer Staatsuniversität haben ergeben, dass AV1 die Kodier- und Dekodierungseffizienz von HEVC um etwa 28% übertreffen kann. Wie aus dem unten stehenden Leistungsdiagramm der Graphics & Media Lab Video Group, MSU, hervorgeht, ist AV1 in der Lage, die gleiche Qualität wie X264 bei 55% der durchschnittlichen Bitrate zu liefern, während der beste HEVC-Encoder (x265 im Drei-Pass-Placebo-Modus) bei 67% der Bitrate läuft. Mit anderen Worten: Mit AV1 können die Verteiler Streams schneller und billiger senden, und wir können über dieselbe Bandbreite höher auflösende Inhalte genießen.

Die Effizienzgewinne von AV1 gegenüber HEVC machen das Streaming von HDR 4K-Videos mit breiten Farbspektren viel praktikabler. Es kann bis zu 8K bei bis zu 120fps, 800mbps erreichen. 360-Grad-Videos können auch AV1 verwenden, um ähnlich hohe Datenanforderungen zu erfüllen.

3. Qualität

Zusammenfassung: Der AV1-Codec liefert eine bessere Bildqualität als H.265/HEVC

AV1 hat zwar eine bessere Komprimierungseffizienz, aber gibt es Qualitätsunterschiede zwischen AV1 und HEVC? Als 4K-Videoformate haben sowohl AV1 als auch HEVC eine gute Qualität. Aber es gibt immer noch kleine Unterschiede. Laut der von Jan Ozer, einem bekannten Streaming- und Produktionsprofi, erstellten Qualitätstabelle für vier Codecs (AV1, X265, LibVPx und X264), die auf der VMAF-Bewertung basiert, bietet AV1 im Vergleich zu X265 sogar bei niedrigen Bitraten eine bessere Qualität. Insgesamt kann AV1 eine hohe Qualität von niedriger bis hoher Datenrate beibehalten. Dies wird auch in anderen PSNR-Tests im Internet nachgewiesen.

4. Kodierungs-/Dekodierungszeit

Zusammenfassung: Der AV1-Codec benötigt die 3-fache Kodierungszeit von HEVC/H.265

Basierend auf früheren Tests benötigt AV1 die 3-fache Kodierungszeit von HEVC x265 und LibVPx. Wie in den MSU-Berichten auch angegeben, ist die AV1-Codierung etwa 2500-3000-mal langsamer als die Konkurrenz, während X265 etwa 10-15-mal langsamer ist. Da AMD, Nvidia, Intel, Qualcomm und die meisten Hardware-Hersteller HEVC bereits unterstützen, kann ein hardwarebeschleunigter HEVC-Encoder die HEVC-Kodierung etwa 5x schneller machen, was auch mehr CPU- und Akkuleistung spart und gleichzeitig eine höhere Qualität als die Software-Verarbeitung bietet.

Die neueste Version AOM-AV1 3.5 verfügt jedoch über eine wesentlich effizientere CPU-Codierung. Sie bietet eine neue API und Funktionen zur Verbesserung der Geschwindigkeit und der Speicheroptimierung. Tests ergaben eine Verkürzung der Kodierungszeit um 34% für 1080p-Videos bei einer 16-Thread-CPU und eine Verkürzung der Kodierungszeit um 18-20% für 2160/4K-Auflösungen bei einer 32-Thread-CPU. Daher kann die Streaming-Software mit AV1 ein besseres Erlebnis bieten als mit HEVC.

Auf der Hardwareseite wird AV1 weniger unterstützt als HEVC. Daher ist es noch ein langer Weg, bis AV1 für das Streaming weit verbreitet ist (unten ist die Dekodierungs- und Kodierungszeit von AV1, X265 und den Hauptkonkurrenten, Video: 2k-Trailer, Quelle: texpion).

Die schwache Hardwareunterstützung der AV1-Technologie führt dazu, dass die AV1-Wiedergabe und -Kodierung länger dauert als bei HEVC. Schauen wir uns die AV1-Kodierung und -Dekodierung an:

Machen Sie sich keine Sorgen um die AV1-Dekodierung, denn sie wird bereits von wichtigen Silizium-Playern wie den AMD RDNA 2-GPUs, den NVIDIA GeForce-GPUs der 30er- und 40er-Serie, den Intel Xe- und Arc-GPUs sowie von mobilen Chips wie dem Samsung Exynos 2100 und 2200, verschiedenen MediaTek Dimensity-SoCs und dem Tensor-Prozessor von Google unterstützt.

Die Hardware-Kodierung von AV1 ist nicht so leistungsfähig wie HEVC. Intels neue Grafikkarten der Arc Alchemist A-Serie sind mit Abstand die ersten Grafikkarten auf dem Markt mit GPU AV1-Encodern. NVIDIA hat soeben seine neueste Grafikkarte, die GeForce RTX 40 Series GPUs, veröffentlicht, die mit der 8. Generation des Nvidia Video-Encoders NVENC ausgestattet sind und auch die Unterstützung für AV1-Encoding bieten. Nach den von Nvidia durchgeführten Tests kann der neue AV1-Encoder nun eine um 40% gesteigerte Effizienz bei höheren Auflösungen und besserer Qualität liefern.

(Nachfolgend finden Sie die von Nvidia durchgeführten Tests zur Kodierungsgeschwindigkeit mit Nvenc AV1 im Vergleich zum HEVC-Vorgänger H.264.)

Für den Normalverbraucher könnte dies ein starkes Signal sein, dass sich weitere Tech-Giganten einmischen und sich bemühen, die Anwendung von AV1 im Internet-Video-Sharing voranzutreiben. Mit dem Zusammenschluss von großen Unternehmen wie NVIDIA und AMD wird eine deutlich bessere Zukunft versprochen.

5. Kompatibilität

Zusammenfassung: Hardware- und Software-Unterstützung für AV1-Codec ist immer noch nicht so gut wie HEVC

iPhone, iPad, Samsung, Google Note/Pixel, Xiaomi, LG, HTC-Handys und Fernsehgeräte von Sony, LG, Samsung usw. verfügen alle über die integrierte Fähigkeit, HEVC zu decodieren. Führende Hardwarehersteller wie Qualcomm, Intel, Nvidia, Microsoft, Apple, Broadcom, Ambarella usw. unterstützen alle den HEVC-Codec. Die meisten modernen Kameras wie GoPro, DJI-Drohnen, Canon und einige andere DSLR-Kameras können Videos mit HEVC-Codec aufzeichnen. HEVC wird auch von verschiedenen Softwareprogrammen wie FCP X, Premiere Pro, DaVinci Resolve und Webbrowsern unterstützt. Manchmal kann jedoch ein Fehler auftreten, wie z.B. VLC kann keine HEVC-Dateien abspielen, VLC unterstützt den HVC1-Codec nicht, usw.

Zurzeit wird der AV1-Codec hauptsächlich von den Webbrowsern Google Chrome und Mozilla Firefox verwendet. Er ist nicht kompatibel mit Safari, Microsoft Edge und Opera. Windows 10 ermöglicht die AV1-Videowiedergabe unter der Bedingung, dass Sie vorher die AV1-Videoerweiterung installieren.

Obwohl AV1 im Vergleich zu HEVC noch nicht so weit verbreitet ist, sieht seine Zukunft zunehmend optimistisch aus. Die Hardware-Unterstützung für den AV1-Codec gewinnt zunehmend an Bedeutung:

• Alle Android-Tablets und -Telefone, auf denen Android 14 ausgeführt werden muss, müssen AV1 unterstützen.
• Die mobile Netflix-App für Android und iOS verteilt bereits AV1-Streams.
• NVIDIA hat mit OBS Studio zusammengearbeitet, um AV1-Unterstützung in das neue Software-Release einzubauen. Die Unterstützung für HEVC/H.265 wurde hinzugefügt, um die Videokompressionsraten für eine breite Palette von NVIDIA-GPUs im OBS 28.0-Release um 15% zu erhöhen.
• Discord ermöglicht zum ersten Mal ein End-to-End-Verfahren für AV1.

Beurteilung

AV1 vs. HEVC, welcher ist der bessere Codec für die Zukunft? Wenn das um 50% effizientere H.265 auf den Markt kommt, wird H.264 nicht zum Auslaufmodell. Auch wenn AV1 eine um 30% bessere Leistung aufweist, befindet es sich noch im Anfangsstadium. Das bedeutet, dass die meisten Geräte inzwischen nur noch HEVC unterstützen. Dennoch glauben wir, dass AV1 vielversprechender ist, insbesondere für das Online-Streaming von Inhalten mit hoher Auflösung.