什麼是 AV1？

以 Google 為代表的開放媒體聯盟(AOM, Alliance for Open Media)所制定的 AV1 標準，在保持相同畫質的條件下，碼率可比 H.265 低 20%左右。同時其免費的專利政策與廣泛的生態支持（尤其是瀏覽器的支持），相比於 H.265 等視頻編碼標準，優勢顯著，成為產業界推廣 AV1 的重要原因之一。

AV1 中的編碼技術

AV1 依然採用了混合編碼框架。儘管在編碼架構上沒有顯著的創新突破，但在不同的編碼模塊中引入了新的編碼工具，以實現高性能的壓縮效果。

塊劃分

在 AV1 中，最大的塊被稱作 super-block，其最大尺寸可達 128x128。AV1 運用了遞歸分區樹的劃分方式，每個 2Nx2N 的塊可以遞歸地劃分成 4 個 NxN 的子塊，直至最小的塊為 4x4。對於每一個 2Nx2N 的塊，可選擇 10 種類型劃分，例如 AB 劃分，Rect 劃分等。

幀內/幀間預測

AV1 除了在傳統的幀內預測方向上細化出更多的預測方向，還新增加了遞歸濾波預測和跨分量預測，以及可顯著提升屏幕內容壓縮性能的調色板模式和幀內塊拷貝模式。

在幀間預測壓縮工具方面，相比幀內壓縮工具更加豐富，AV1 擴展到最大支持 7 個參考幀進行預測。此外，雙向預測還支持多種不同方式生成預測塊，像是楔形分割預測，加權運動補償等。

變換/量化和熵編碼

AV1 的變換核尺寸擴展到支持從 4x4 到 64x64，並且還支持長方形的變換塊尺寸。變換核類型除了支持傳統的 DCT，還支持 ADST，fADST，IDT。由於變換和反變換能夠隨意組合，所以 AV1 共支持 16 種類型組合。變換尺寸以及變換類型組合種類的增多，使得編碼複雜度大幅提升。

環內濾波

環內濾波是目前視頻編碼標準的必要組成部分之一。AV1 除了去塊濾波，還增加了約束方向增強濾波器(用於保留物體邊緣的清晰度，提升重建圖像質量)、環內修復濾波器以及電影顆粒膠片效果合成器等，以此來提高編碼效率。 

AV1 複雜度分析

新編碼工具的引入，使得 AV1 編碼性能得以提升，但其編碼複雜度亦極具上升。我們首先做的是對 AV1 的編碼複雜度有清晰的認識，以當下開源的 libaom 和 x265 為例，我們進行了測試。

從表格中的測試數據可以看出，儘管目前 libaom 一直在不斷的優化，並取得了很大的進展，然而 AV1 相比 x265 雖有 25%左右的碼率節省，但是其編碼耗時卻增加了 28 倍左右。因此如何平衡碼率節省與複雜度成為了首要任務。

編碼工具集自適應適配

不同的視頻場景需要適配不同的編碼參數集，以達到最佳的編碼質量平衡。在豐富的編碼工具集合中，針對當前的輸入視頻能夠快速準確選擇應該使用的編碼工具，這是打造 AV1 編碼器的主要優化難點。通過提取輸入視頻的特徵，如紋理特徵，運動強度等，來選擇合適的前處理與編碼參數。

下圖列出了七牛雲 AV1 根據輸入視頻自適應選擇編碼參數的測試結果，可以看出與 H.265 相比，其編碼速度領先 H.265，且在同等質量 PSNR 下，更省碼率。

AV1 的採用

七牛雲自研了多標準的編碼器，其中就包括了 QNAV1。AV1 不僅提升了視頻的壓縮效率，更在實時音視頻場景中實現了畫質的顯著提升。在同等碼率下，AV1 能夠提供比 H.265 更清晰的視頻畫質，甚至在屏幕共享等特定場景下，壓縮率提升高達 80%。

對於用户而言，AV1 的優勢是實實在在的。無論是在移動設備上觀看視頻，還是在網絡條件不佳的環境中享受直播，AV1 都能夠為用户提供更流暢、更清晰的觀看體驗。此外，AV1 的高壓縮率也意味着用户可以節省更多的流量，享受更高的性價比。

AV1 的行業應用場景廣泛，已被廣泛應用於視頻點播、直播、實時音視頻 RTC 等各類場景。其極致的編碼壓縮體驗和超清畫質效果，使 AV1 成為提升行業視頻服務水平的關鍵技術。AV1 不僅在視頻領域得以應用，在圖片領域也有涉及。七牛雲目前已全面支持 AVIF，AVIF 得益於其出色的幀內編碼壓縮技術，可大幅降低各類圖片的體積，讓用户以最低成本獲得小而美的圖片體驗。