Versatile Video Coding

Versatile Video Coding (VVC), auf deutsch: Vielseitige Videocodierung oder auch ITU H.266 ist ein Video-Kompressionsverfahren, das von JVET (dem vereinigten Video-Experten-Team von MPEG und ITU) entwickelt und als Standard festgelegt wurde. Es ist der Nachfolger für das Verfahren High Efficiency Video Codec/HEVC (auch bekannt als ITU H.265). Am 6. Juli 2020 gab das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut die Finalisierung des Videokodierstandards bekannt. Bei UHD-Auflösung soll eine Datenreduktion von 50 % im Vergleich zu HEVC bei gleicher Bildqualität möglich sein. Außerdem wurden eine Reihe zusätzlicher Möglichkeiten (beispielsweise in Bezug auf Farbtiefe und Farbunterabtastung) und spezielle Anwendungen wie die zur Übertragung von Bildschirminhalten standardisiert.

Ziele und Zeitplan

• mindestens 30 Prozent bessere Kompression als H.265/HEVC (angestrebtes Ziel: wie immer 50 Prozent)
• Unterstützung von Auflösungen bis 16K
• Unterstützung von 360°-Videos

• Oktober 2017: Call for Proposals
• Februar 2018: Auswertung der eingetroffenen Vorschläge
• Oktober 2018: erste Testmodule zur Evaluierung
• Oktober 2019: erster Draft des Standards
• Ende 2020: erster offizieller Standard
• Juni 2021: erste Hardware-Implementierungen

Qualität und Effizienz

In einer Untersuchung im Mai 2019 von BBC Research wurde der getesteten Version des Codec (VTM 4.0) eine Bitrateneinsparung bei UHD-Auflösung von 35 % im Vergleich zu HEVC bescheinigt. Die Fraunhofer-Gesellschaft geht für die finalisierte Version von einer 50%-Einsparung im Vergleich zu HEVC aus. In einem ersten Test von VVENC berechnete Streaming-Experte Jan Ozer bei 1080p die Einsparung (BD-Rate) gegenüber HEVC/X265 auf 39 % und gegenüber AV1 (mit dem AOM-Encoder) auf 11 %. Der Encoderaufwand (gemessen durch die Zeitdauer der Kodierung) liegt für die getestete Version ungefähr beim 10-fachen derjenigen von X265. Dies entspricht auch der Erhöhung der Komplexität des Encoders, die bei der Entwicklung des Verfahrens bewusst in Kauf genommen wurde. Experten gehen davon aus, dass sich dieser hohe Aufwand im Laufe der Zeit optimieren lässt.

Für den Decoder geht Fraunhofer dagegen davon aus, dass sich der Aufwand im Vergleich zu HEVC lediglich um einen Faktor 1,9 (gemessen anhand der Testmodelle) erhöht.

Einsatzgebiete

Der Videoausrüster ATEME hat zusammen mit SES bereits erste Tests zur Nutzung des Verfahrens für die Satelliten-Übertragung von UHD-Video mit VVC über DVB-S2 durchgeführt.

Das brasilianische SBTVD-Forum will LCEVC zusammen mit VVC für Brasiliens kommendes Fernsehsystem TV 3.0 verwenden, das voraussichtlich im Jahr 2024 eingeführt wird.

Das DVB-Projekt hat VVC in seine Toolbox als Kompressionsverfahren für die Übertragung von Videoinhalten aufgenommen.

Implementierungen

Software

• Die Referenzsoftware VVC Test Model (VTM) des Fraunhofer HHI.

• Der Fraunhofer Versatile Video Encoder (VVenC) und Decoder (VVdeC) werden als schnelle und effiziente VVC-Implementierung entwickelt. Als Programmiersprache wird C++ verwendet, ebenso für die Referenzsoftware. Der Encoder soll bereits 70 mal schneller als die Referenzsoftware sein. Im März 2021 erreichte der Decoder die Version 1.0.0, im Mai 2021 auch der Encoder. Mit Hilfe von WebAssembly soll in Zukunft eine Nutzung des Decoders im Browser möglich sein.
• GPAC unterstützt VVC ab Version 2.0, die im Februar 2022 erschien.
• Die Firma Sharp entwickelt einen Echtzeit-Decoder für VVC-Videos in 8K-Auflösung.
• Die Firma MultiCoreware entwickelt mit x266 einen Open-Source VVC-Encoder. Mit der Veröffentlichung einer Version 1.0 wird im 2. Halbjahr 2023 gerechnet.
• Tencent Media Lab entwickelt einen (kommerziellen) H.266 Echtzeit-Decoder.
• Der (kommerzielle) Video Analyzer der Firma Elecard unterstützt VVC
• Die Firma Spin Digital bietet einen VVC-Echtzeit-Decoder und Player an.
• Das französische Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes (IETR) entwickelt mit OpenVVC einen Echtzeit-Decoder für MacOS, Windows, Linux und Android sowie eine spezielle Version von FFmpeg, die für den ATEME-Broadcast-Test verwendet wurde.
• UVG266, ein von der Universität Tampere (Finnland) unter 3-Klausel-BSD-Lizenz für Linux/Windows/MacOS herausgegebener VVC-Encoder. Dieser basiert auf Kvazaar.
• Ali266, von Alibaba entwickelte softwarebasierte VVC-Encoder und -Decoder, welche bei dem chinesischen Videoportal Youku benutzt werden.
• MainConcept bietet ein (kommerzielles) VVC-Encoder SDK und ein FFmpeg-Plugin an (Stand November 2022: Beta)
• Der Elmedia Player für MacOS Geräte unterstützt das Abspielen von VVC-Videos (optimiert für M1/M2 Geräte)

Hardware

• Mit dem AL-D320 stellt Allegro DVT einen IP-Core mit VVC-Decoder-Funktionalität zur Integration in Hardware bereit, daneben wird auch die Decodierung von AV1, VP9, H.265/HEVC und H.264/AVC unterstützt.
• Die Firma MediaTek entwickelt und bietet verschiedene Chip-Decoder mit VVC-Unterstützung an: Pentonic 700,1000 und 2000 für Smart-TVs mit 4K und 8K.
• Realtek RTD1319D Ein-Chip-System für 4K Ultra HD Set-Top-Box.

Service

• Die indischen Video-Streaming-Dienste MX Player und MX TakaTak nutzen das Verfahren zur Reduktion von Bandbreite beim Streaming mit niedrigen Bitraten. Hierbei kommt der Decoder von Tencent zum Einsatz

Lizenzierung

Bei VVC handelt es sich um eine Weiterentwicklung der HEVC-Technik. Somit ist klar, dass VVC ein patentbehafteter Videocodierungsstandard ist und lizenzkostenpflichtig angeboten wird.

Um die bei der Lizenzierung des HEVC-Codecs gemachten Fehler bei VVC zu vermeiden, gründete man eine neue Arbeitsgruppe namens Media Coding Industry Forum (MC-IF). Im Juli 2020 appellierte dieses an potentielle Inhaber von VVC-relevanten Patenten, sich an der Bildung eines einheitlichen Patentpools für VVC zu beteiligen. Da dies offensichtlich nicht möglich war, entschied man sich im Januar 2021 zwei Patentpooladministratoren auszuwählen: Access Advance (der bisherige Patentpool HEVC Advance hatte sich im August 2020 umbenannt in Access Advance) und MPEG LA.

Eine Auflistung aus dem Februar 2021 zeigt die bestätigten Beitragsanteile der an der Entwicklung beteiligten Unternehmen/Organisationen.

Stand Februar 2022: Access Advance und MPEG LA haben die Lizenzbedingungen und Höhe der geforderten Lizenzgebühren veröffentlicht. Auch für freie Software, die den VVC-Codec verwendet, wird von MPEG LA 5 ct pro "Einheit" ausdrücklich verlangt (die erste Million Einheiten pro Jahr ist frei). Anscheinend sind aber nicht alle Patente durch die beiden Pools abgedeckt.

Experten sehen die Chancen auf eine schnelle Markteinführung aufgrund der Unsicherheit bei Patenten, hohen Lizenzgebühren und konkurrierenden Verfahren (siehe unten) kritisch.

Bildformat

Die Möglichkeiten eines Bildformates auf Basis von VVC wurden untersucht (VVC still image coding). Die Untersuchung ergab einen Kompressionsgewinn von 28,82 % im Vergleich zu HEVC/HEIF bei UHD Auflösung.

Der HEIF-Standard sieht in der Version 2 die Unterstützung von mit VVC kodierten Bildern vor.

Alternative Verfahren

Mit dem AOMedia Video 1 Verfahren erschien im Laufe des Jahres 2018 ein weiteres Videokompressionsverfahren, das ebenfalls gute Kompressionsraten erzielen kann, durch die Alliance for Open Media lizenzkostenfrei angeboten wird und bereits in vielen Webbrowsern und Medienabspielern integriert ist. In einem Test Ende 2021 wurde festgestellt, dass der AOM-Encoder bei einer 1080p-Auflösung 5,87 % schlechter komprimiert als VVENC.

Daneben verwirklichte die MPEG 2020 den Plan, ebenfalls einen Standard-Codec lizenzkostenfrei anzubieten, bei dem einzelne Funktionen an- und abschaltbar sind, für die Patentrechte vorliegen, bzw. Lizenzgebühren erforderlich sind. Hierzu wurde ein neuer Standard als MPEG-5 Teil 1 Essential Video Coding (EVC) festgelegt, der im Basis-Profil lizenzkostenfrei sein soll. Die Idee, einzelne Technologien an und abschaltbar zu machen, wurde auch beim konkurrierenden Codec XVC umgesetzt. Einen dritten Standard legte die MPEG ebenfalls 2020 als MPEG-5 Teil 2 mit Low Complexity Enhancement Video Coding (LCEVC) fest.

Siehe auch

• AV1 / Aomedia Video 1
• H.265 / High Efficiency Video Codec / HEVC
• H.264 / MPEG-4 Advanced Video Coding / AVC
• H.262 / MPEG-2 Part 2 Video
• MPEG-5 Part 1 = EVC
• MPEG-5 Part 2 = LC EVC

Weblinks

• VVC Website am Fraunhofer Heinrich Hertz Institut
• Offizielle H.266 Spezifikation bei ITU (englisch)
• Stand by for ITU H.266 compression
• Improvement of HEVC Intercoding mode using multiple transforms
• Transform competition for temporal prediction in Video Coding
• Adaptive transforms for inter-predicted residuals in post-HEVC Video Coding
• Versatile Video Coding (Arbeits-Dokumente der MPEG auf der Homepage des MPEG-Gründers, Stand Anfang 2020)
• Ausführliche technische Beschreibung
• Ausführlicher Bericht bei Golem
• Vortrag "Versatile Video Coding – Application Perspective" bei Youtube

Einzelnachweise

1. Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI. Abgerufen am 6. Juli 2020. 
2. heise online: HEVC-Nachfolger VVC/H.266: Videokodierung finalisiert und bereit für GPUs. Abgerufen am 6. Juli 2020. 
3. Testing AV1 and VVC - BBC R&D. Abgerufen am 25. Dezember 2019. 
4. Schnellere Videoübertragung: Fraunhofer HHI stellt neuen weltweiten Videokodierstandard H.266/VVC vor. Fraunhofer HHI, 6. Juli 2020, abgerufen am 6. Juli 2020. 
5. How Does VVC Measure Up Right Now? 7. Dezember 2020, abgerufen am 12. Dezember 2020 (amerikanisches Englisch). 
6. Jan Ozer: How to predict VVC (Versatile Video Coding) market performance. 20. Dezember 2020, abgerufen am 26. Oktober 2021 (englisch). 
7. VVENC UND VVDEC: FRAUNHOFER HHI STELLT OFFENE, OPTIMIERTE IMPLEMENTIERUNGEN DES NEUEN VIDEOKODIERSTANDARDS H.266/VVC BEREIT. Abgerufen am 16. September 2021 (deutsch). 
8. ATEME Joins Forces with SES to Trial First-Ever Live Over-The-Air UHD Broadcast Using VVC – ATEME. Abgerufen am 14. Juli 2020 (britisches Englisch). 
9. Brasilianisches SBTVD-Forum wählt LCEVC für Brasiliens bevorstehendes TV 3.0. Abgerufen am 13. Januar 2022. 
10. DVB adds VVC to its video coding toolbox. 22. Februar 2022, abgerufen am 29. März 2022 (amerikanisches Englisch). 
11. Projects · jvet / VVCSoftware_VTM. Abgerufen am 18. Oktober 2020 (englisch). 
12. fraunhoferhhi/vvenc. Fraunhofer HHI, 14. Oktober 2020, abgerufen am 18. Oktober 2020. 
13. fraunhoferhhi/vvdec. Fraunhofer HHI, 19. Oktober 2020, abgerufen am 19. Oktober 2020. 
14. What‘s new with Versatile Video Coding – Video Compression with Optimized Implementations - YouTube. Abgerufen am 23. Dezember 2020. 
15. Release vvdec-1.0.0 · fraunhoferhhi/vvdec. Abgerufen am 13. März 2021 (englisch). 
16. Release vvenc-1.0.0 · fraunhoferhhi/vvenc. Abgerufen am 25. Mai 2021 (englisch). 
17. Fraunhofer Versatile Video Decoder (VVdeC). Fraunhofer HHI, 4. Oktober 2022, abgerufen am 8. Oktober 2022. 
18. GPAC Release Notes. Abgerufen am 30. März 2021 (englisch). 
19. SHARP CORPORATION: Sharp Develops 8K Real-time VVC Decoder, a World First. Abgerufen am 13. März 2021 (englisch). 
20. x266 - A State of the Art Open Source Code for VVC Encoding by MulticoreWare Inc | News. Abgerufen am 23. August 2021 (amerikanisches Englisch). 
21. x266™ - VVC Encoder | x266™ Encoder | HEVC Codec | MulticoreWare. Abgerufen am 23. August 2021 (amerikanisches Englisch). 
22. Faq x266 Webinar. In: MulticoreWare. Abgerufen am 3. April 2023 (amerikanisches Englisch). 
23. Tencent: (Nicht mehr online verfügbar.) Tencent, 22. Juni 2021, archiviert vom Original am 22. Juni 2021; abgerufen am 22. Juni 2021 (englisch).  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/multimedia.tencent.com 
24. Elecard Video Analyzers Now Support VVC | Elecard: Video Compression Guru. Abgerufen am 29. Juni 2021. 
25. Spin Digital - 8K VVC Media Player (Spin Player VVC). In: Spin Digital. Abgerufen am 20. August 2021 (amerikanisches Englisch). 
26. IETR: OpenVVC French VVC Decoder. Abgerufen am 30. September 2021 (englisch). 
27. IETR: Modified FFmpeg for VVC. Abgerufen am 30. September 2021 (englisch). 
28. ouest-valorisation.fr: DÉCODEUR VIDÉO VVC TEMPS RÉEL. Abgerufen am 30. September 2021 (französisch). 
29. UVG266
30. Ultra Video Group. Abgerufen am 21. Oktober 2023 (englisch). 
31. Russell Trafford-Jones: Next Gen Codecs: AV1 & VVC. 15. September 2022, abgerufen am 19. September 2022 (englisch). 
32. MainConcept VVC/H.266: freie Betaphase zum HEVC-Nachfolger gestartet. Abgerufen am 17. November 2022. 
33. VVC Enters the Video mainstream, MainConcept Leads the Way. Abgerufen am 17. November 2022 (englisch). 
34. Free Video Player for Mac with M1/M2 Support - Download Elmedia Player. Abgerufen am 22. November 2023 (englisch). 
35. Emilia Rudd: Elmedia Player for Mac Version History | KB. Abgerufen am 22. November 2023 (englisch). 
36. Fraunhofer HHI und Electronic Team zeigen deutlich verbessertes Multimedia-Erlebnis mittels VVC-Technologie – Fraunhofer HHI. Abgerufen am 22. November 2023. 
37. IP Decoder AV1 8K IP Video Multiformats AV1 422 Scalable. In: Allegro DVT - Leading Video Compression Expertise. Abgerufen am 2. Juli 2021 (amerikanisches Englisch). 
38. First hardware VVC/H.266 video decoder IP core. 1. Juli 2021, abgerufen am 2. Juli 2021 (englisch). 
39. MediaTek Announces New Pentonic Smart TV Family with New Pentonic 2000 for Flagship 8K 120Hz TVs. www.prnewswire.com, abgerufen am 20. November 2021 (englisch). 
40. MediaTek Pentonic 1000. Abgerufen am 11. November 2022 (englisch). 
41. Realtek Launches World’s First 4K UHD Set-top Box SoC (RTD1319D) Supports VVC/H.266 Video Decoding, GPU with 10-bit Graphics, Multiple CAS, and HDMI 2.1a. Realtek, 29. August 2022, abgerufen am 5. September 2022 (englisch). 
42. Business Insider: MX Player cuts down video streaming data consumption by half; upgrades its video encoding and compression technology to H.266. Abgerufen am 17. Juni 2021 (englisch). 
43. Smotrim: Novyy kodek H.266 uprostit striming "tyazhelogo" video. Abgerufen am 7. September 2021 (russisch). 
44. Christian Feldmann: VVC video codec - the next-next generation codec. 6. Dezember 2018, abgerufen am 17. Juni 2019 (amerikanisches Englisch). 
45. Jan Ozer: A Video Codec Licensing Update. 13. Januar 2019, abgerufen am 16. Januar 2019. 
46. MC-IF. Abgerufen am 16. Januar 2019 (englisch). 
47. Home. Abgerufen am 8. September 2020 (englisch). 
48. VVC Patent Pools: And Then There Were Two. 28. Januar 2021, abgerufen am 29. Januar 2021 (amerikanisches Englisch). 
49. Who is leading the VVC technology race? | IAM. Abgerufen am 25. Juni 2021 (englisch). 
50. VVC Advance Patent Pool: Royalty Rates Summary. Abgerufen am 2. Juli 2021 (amerikanisches Englisch). 
51. Mpeg LA: VVC Patent Portfolio License Briefing. Abgerufen am 21. Februar 2022 (englisch). 
52. MPEG LA VVC Licensing Terms: What Do They Mean for the Streaming Industry? 24. Februar 2022, abgerufen am 28. Mai 2022 (amerikanisches Englisch). 
53. VVC's Adoption Hampered by Patent Uncertainty and Low Value. 30. September 2021, abgerufen am 28. Mai 2022 (amerikanisches Englisch). 
54. Golem.de: IT-News für Profis. Abgerufen am 28. Mai 2022. 
55. Versatile Video Coding – Application Perspective. Abgerufen am 13. September 2021 (deutsch). 
56. Martin Benjak: 135th meeting of MPEG – MPEG. Abgerufen am 17. Januar 2022 (amerikanisches Englisch). 
57. Testing EVC, VVC, and LCEVC: How Do the Latest MPEG Codecs Stack Up? 29. Dezember 2021, abgerufen am 5. Januar 2022 (amerikanisches Englisch). 
58. Kaputtes Lizenzmodell: MPEG-Gründer sieht Videocodecs in Gefahr - Golem.de. (golem.de [abgerufen am 12. November 2018]). 
59. Essential Video Coding | MPEG. Abgerufen am 21. Mai 2019. 
60. MPEG 125 - Marrakesh | MPEG. Abgerufen am 21. Mai 2019. 
61. 14:00-17:00: ISO/IEC 23094-1:2020. Abgerufen am 30. Januar 2021 (englisch). 
62. Inside MPEG's Ambitious Plan to Launch 3 Video Codecs in 2020. 15. Oktober 2019, abgerufen am 12. März 2020 (amerikanisches Englisch). 
63. Low Complexity Enhancement Video Codec. Abgerufen am 30. Januar 2021 (britisches Englisch).