AV1 Codec คืออะไร ? รู้จักการเข้ารหัสวิดีโอที่รองรับการสตรีมวิดีโอ 8K กัน

มารู้จักกับ AV1 Codec ตัวใหม่ ที่รองรับการสตรีมวิดีโอระดับ 8K

หากเราพูดถึงคำว่า "วิดีโอโคเดก (Video Codec)" สำหรับผู้ใช้งานทั่วไปอาจจะไม่รู้จัก หรือรู้สึกว่ามันเป็นเรื่องไกลตัว หากไม่ได้ทำงานเกี่ยวกับวิดีโอก็ไม่เห็นต้องสนใจเลย แต่ในความเป็นจริงแล้ว "วิดีโอ Codec" นี่เป็นเรื่องที่ใกล้ตัวเรามาก มันเป็นเทคโนโลยีที่เราใช้งานกันอยู่แทบทุกวัน ไม่ว่าจะเป็นการถ่ายวิดีโอ, ดูหนัง หรือซีรีส์ Netflix หรือทำไลฟ์สตรีม ทั้งหมดนี้ล้วนแล้วแต่จำเป็นต้องใช้วิดีโอ Codec ในการทำงาน

ข้อมูลเพิ่มเติม : Codec คืออะไร ? ทำงานอย่างไร ? และ Codec มีกี่ประเภท ?

แต่ก่อนที่เราจะไปเข้าเนื้อหาสำคัญ ขออนุญาตปูพื้นฐานเบื้องต้นเกี่ยวกับหลักการทำงานของไฟล์วิดีโอกันก่อนสักเล็กน้อย

มาตรฐานของวิดีโอฟอร์แมต (Video Format) ที่เรานิยมใช้งานกันอยู่ในปัจจุบันนี้มีอยู่หลายตัว เช่นไฟล์ .MP4, .AVI, .MKV, .DivX, .MOV, .WMV ฯลฯ โดยรูปแบบไฟล์วิดีโอ นั้นเป็นผลที่เกิดขึ้นจาก Codec + Container

โดย Codec (หรือ Encoder/Decoder) เป็นวิธีการเข้า และถอดรหัสไฟล์วิดีโอ ซึ่งก็มีอยู่หลายมาตรฐาน แต่นิยมใช้งานกันมากที่สุดคือ H.264/MPEG-4 AVC และ HEVC/H.265 ส่วน Container นั้นเปรียบเสมือนกล่องใส่ของที่จะใส่ส่วนประกอบทั้งหมดของวิดีโอลงไป ไม่ว่าจะเป็นไฟล์วิดีโอ, ไฟล์เสียงและ ไฟล์ซับไตเติล

ภาพจาก : https://noeticforce.com/everything-you-need-to-know-about-video-codecs-and-containers

ในบทความนี้ เราจะมาอธิบายว่า Video Codec ตัวใหม่อย่าง AV1 นั้นมีความสำคัญอย่างไร ? ทำไมมันถึงกลายเป็นตัวเปลี่ยนเกมที่จะเข้ามาช่วยยกระดับการสตรีมวิดีโอของเราได้

AV1 Codec คืออะไร ? (What is AV1 Codec ?)

AV1 ย่อมาจาก "AOMedia Video 1" เป็น Codec ตัวใหม่ ที่พัฒนาขึ้นมาเพื่อยกระดับการสตรีมวิดีโอบนอินเทอร์เน็ตให้มีคุณภาพสูงขึ้นไปอีกขั้น มันถูกวางตำแหน่งไว้ให้เป็นผู้สืบทอดต่อจาก HEVC (H.265) ที่แพลตฟอร์มอย่าง Prime Video, Apple TV+, Disney Plus และ Netflix ใช้ในการเข้ารหัสวิดีโอความละเอียดระดับ 4K HDR อยู่ในปัจจุบันนี้ 

AV1 Codec ถูกพัฒนาขึ้นมาโดยกลุ่ม Alliance for Open Media ที่มีบริษัทไอทียักษ์ใหญ่ระดับโลกเป็นสมาชิก ทั้ง Amazon, Apple, ARM, Facebook, Google, Intel, Microsoft, Mozilla, Netflix, Nvidia และ Samsung เปิดตัวเป็นครั้งแรกในปี ค.ศ. 2018 (พ.ศ. 2561) ออกแบบมาให้ใช้ในการส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ (อย่างการสตรีมวิดีโอ) สามารถรองรับวิดีโอความละเอียดสูง, รองรับขอบเขตสี (Colour Gamut) ที่กว้างขึ้น และทำเฟรมเรตได้สูงขึ้น

โดยจุดประสงค์ในการพัฒนา AV ก็เพื่อพัฒนาอัปเกรดวิธีเข้ารหัสวิดีโอให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น ด้วยการลดขนาดไฟล์วิดีโอให้เล็กลงโดยที่ไม่ส่งผลต่อคุณภาพ ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการสตรีมวิดีโอที่มีความละเอียดสูงระดับ 8K

ภาพจาก : https://hothardware.com/news/av1-codec-support-and-importance-explained

ประโยชน์ของ AV1 Codec (AV1 Codec Benefits)

AV1 Codec เป็นเทคโนโลยีแบบปลอดลิขสิทธิ์ (Royalty-Free) นั่นหมายความว่าทางแพลตฟอร์ม และผู้ผลิตอุปกรณ์ต่าง ๆ สามารถใช้ AV1 Codec ได้โดยไม่ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์เหมือนกับ HEVC/H.265 ทำให้การนำ AV1 ไปพัฒนามีต้นทุนที่ต่ำกว่า

ในขณะนี้ (31/10/2565) AV1 Codec มีประสิทธิภาพในการบีบอัดไฟล์ได้ดีกว่า HEVC Codec อยู่ประมาณ 30% โดยทางกลุ่ม Alliance for Open Media ตั้งเป้าว่าจะพัฒนาให้สามารถลดขนาดได้มากกว่านี้

เมื่อประสิทธิภาพในการบีบอัดข้อมูลสูงขึ้น ก็หมายความว่า มันจะมีพื้นที่ว่างให้ใช้งานได้มากขึ้นด้วย AV1 Codec ทำให้สามารถสตรีมวิดีโอระดับ ความละเอียด 4K แบบ HDR ด้วยขอบเขตสีที่กว้างกว่าเดิม ในส่วนของความละเอียด แม้ว่าในขณะนี้ ความละเอียด 8K และวิดีโอแบบ 360 องศา จะยังไม่แพร่หลายมากนัก แต่ AV1 Codec ก็ถูกเตรียมพร้อมไว้ให้สามารถสตรีมพวกมันได้เป็นที่เรียบร้อยแล้ว 

ภาพจาก : https://hothardware.com/photo-gallery/newsitem/59693?image=big_av1-image-quality-features-hdr-uhd.png&tag=popup

AV1 Codec ทำงานอย่างไร ? (How does AV1 Codec work ?)

ต้องอธิบายก่อนว่า การเข้ารหัสวิดีโอ ไม่ว่าจะเป็น H.264/MPEG-4 AVC, HEVC/H.265 หรือ AV1 Codec ก็ตาม จะเป็นการคำนวณตามหลักคณิตศาสตร์เพื่อเปลี่ยนภาพให้เป็น "Macroblock" ขึ้นมา เรียงกันให้ปรากฏขึ้นมาเป็นภาพหนึ่งเฟรม โดย H.264/MPEG-4 AVC จะมีขนาด "Macroblock" ตายตัวอยู่ที่ 16 x 16 พิกเซล ส่วน HEVC/H.265 จะใช้เทคโนโลยี Coding Tree Units (CTUs) ที่ประกอบไปด้วย Macroblock หลายขนาดตั้งแต่ 4 x 4 พิกเซล, 16 x 16 พิกเซล ไปจนถึง 64 x 64 พิกเซล ทำให้การเข้ารหัสมีประสิทธิภาพดีกว่าเดิม ช่วยลดขนาดแบนด์วิธ (Bandwidth) ที่จำเป็นต้องใช้ในการสตรีมวิดีโอ

ภาพจาก : https://www.boxcast.com/blog/hevc-h.265-vs.-h.264-avc-whats-the-difference

โดย AV1 Codec พัฒนาขึ้นโดยใช้พื้นฐานจาก VP9 (เป็นวิดีโอ Codec ที่พัฒนาขึ้นมาโดย Google เพื่อแข่งขันกับ HEVC/H.265 โดยวิดีโอบน YouTube ใช้ VP9 เป็นหลัก) อาศัยเทคนิคการเข้ารหัสแบบ "Block-Based Frequency Transformations" เหมือนกับ Codec อื่น ๆ ที่เปลี่ยนเฟรมภาพให้เป็น Block ขนาดเล็ก

ภาพจาก : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:AV1_Partitioning.png

แต่ละ Block จะมีข้อมูลที่สามารถนำไปใช้สร้างพิกเซลให้ Block อื่น ๆ เพิ่มเติมได้ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใส่ข้อมูลในทุก Block โดย Block ของ AV1 Codec จะถูกเรียกว่า "Superblocks" ที่มีได้หลายขนาดรวมอยู่ในนั้น ตั้งแต่ 128 x 128, 64 x 64 พิกเซล ไปจนถึงขนาด 4 x 4 พิกเซล และอาศัยเทคนิคในการแบ่งส่วนที่เรียกว่า T-shapes ทำให้สามารถลดจำนวน Block ที่ต้องใช้ได้อีกขั้น ส่งผลให้วิดีโอมีขนาดของอัตราบิต (Bitrate) ลดลง และลดขนาดแบนด์วิดในการสตรีมด้วย โดยที่คุณภาพของวิดีโอไม่ถูกลดลง แถมยังดีขึ้นด้วยซ้ำ

ภาพจาก : https://hothardware.com/news/av1-codec-support-and-importance-explained

อย่างไรก็ตาม แม้ AV1 Codec จะสามารถบีบอัดไฟล์ให้มีขนาดได้เล็กกว่า HEVC แต่ก็มีข้อเสียอยู่เช่นกัน เนื่องจากการสลับวิธีเข้ารหัสวิดีโอจาก H.264/MPEG-4 AVC และ HEVC/H.265 มาเป็น AV1 Codec ไม่ใช่งานง่าย แม้ว่ามันจะเป็นเทคโนโลยีที่ใช้งานได้ฟรีก็ตาม 

โดยการเข้ารหัส และถอดรหัส AV1 Codec นั้น แม้จะสามารถใช้ หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) คำนวณผ่านซอฟต์แวร์ได้ แต่ว่ามันต้องการทรัพยากรในการคำนวณสูงกว่า HEVC/H.265 พอสมควร ซึ่งฮาร์ดแวร์ระดับล่าง อาจจะไม่สามารถรับมือกับงานที่หนักขนาดนี้ได้ ซึ่งรวมไปถึงผลกระทบของแบตเตอรี่ภายในอุปกรณ์พกพาด้วย

ในปัจจุบันนี้ หลายแพลตฟอร์มก็เริ่มวางแผนร่วมกับผู้ผลิตฮาร์ดแวร์ในการพัฒนาชิปพิเศษสำหรับใช้ในการเข้ารหัส AV โดยเฉพาะ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเข้ารหัสให้ดีกว่าการพึ่งพาซอฟต์แวร์ในการทำงาน ซึ่งก็ไม่ใช่เรื่องแปลก เพราะในอดีตที่ผ่านมา Codec ส่วนใหญ่ก็จะเริ่มต้นจากการที่มีฮาร์ดแวร์รองรับก่อน แล้วซอฟต์แวร์ค่อยตามมาทีหลัง

จะใช้งาน AV1 Codec ได้อย่างไร ? (How to use AV1 Codec ?)

ถึงแม้ว่า AV1 Codec จะยังมีปัญหาด้านฮาร์ดแวร์ที่ใช้ในการถอดรหัส แต่แพลตฟอร์ม, ผู้ให้บริการ และอุปกรณ์หลายตัวก็เริ่มรองรับ AV1 Codec เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

อุปกรณ์ที่รองรับ AV1 Codec 

• Samsung Galaxy S22 series (Exynos 2200)
• Samsung Galaxy S21 series (Exynos 2100)
• ชิป MediaTek Dimensity 1000+
• Roku Ultra
• LG 8K TVs
• Samsung 8K TVs
• การ์ดจอ RTX 30 series และ RX 40 series จาก NVIDIA
• การ์ดจอ Radeon RX 6000 Series จาก AMD
• การ์ดจอ Intel Arc
• ซีพียู Intel® Core เจนฯ 12
• PlayStation 4 Pro

นอกจากนี้ ในปี ค.ศ. 2021 (พ.ศ. 2564) ทาง Google ยังได้ประกาศให้ทีวีที่ต้องการใช้ Android TV จะต้องมีชิปถอดรหัส AV1 Codec ติดตั้งมาด้วย ดังนั้นสมาร์ททีวีรุ่นใหม่ ๆ ก็รองรับ AV แล้วเช่นกัน

ผู้ให้บริการสตรีมมิงที่รองรับ AV1 Codec

• Netflix
• YouTube
• Vimeo
• Twitch (expected in 2022/23)
• IQIYI

เว็บเบราว์เซอร์ที่รองรับ AV1 Codec

• Chrome 70+
• Opera 57+
• Brave
• Vivaldi
• Firefox 67+
• Microsoft Edge

ระบบปฏิบัติการที่รองรับ AV1 Codec

• Windows 11
• Windows 10 
• Linux
• Android 10+
• Chrome OS

แอปพลิเคชัน และเครื่องเล่นวิดีโอที่รองรับ AV1 Codec

• VLC
• MPV
• PotPlayer
• Google Duo 
• DaVinci Resolve