IBC2023： 本技术论文通过介绍实时 8K VVC 软件编码器，分析了 VVC 在直播应用中的功能。
摘要
VVC/H.266 是最新的视频编码标准，旨在显著提高 HEVC/H.265 的压缩效率，并为更广泛的视频格式提供高效编码。实时 VVC 编码将促进 8K 地面广播或 8K 自适应比特率流媒体等下一代应用的采用。本文旨在通过介绍实时 8K VVC 软件编码器，分析 VVC 在直播应用中的功能。该编码器采用先进的模式决策和分区算法、SIMD 指令和可扩展的多线程架构进行了广泛优化。与 2020 年东京奥运会期间部署的经过高度优化的实时 HEVC 编码器相比，所提出的编码器在相同质量的情况下降低了 24% 的比特率。通过将所有优化与英特尔第四代至强® 可扩展处理器相结合，新的 VVC 编码器达到了广播级质量的 8K 60 fps、10 位 HDR 实时编码性能。
简介
8K-UHD 电视格式旨在提供更强的真实感，同时提供更加身临其境的体验，让用户完全沉浸在视听内容中，Sugarara 和 Masaoka ，Park 等人最近的研究还证明，8K 带来了额外的质量优势，例如更高的景深和 3 维感知，从而增强了真实感和沉浸感。
未压缩 8K 视频的数据存储、传输和回放既复杂又昂贵。未经压缩的实时 8Kp60（7680x4320px，10 位，60 帧/秒）视频的数据传输速率为 48 Gbps。要实现实用的分发数据传输速率，需要先进的视频编码技术。因此，8K 视频编码器面临的主要挑战是以极高的质量压缩视频信号，以确保预期的体验质量 (QoE)，同时提供相对较低的比特率，以便编码后的比特流可以通过实用的分发网络（如开放式互联网）进行传输。此外，对于实时媒体应用，编码器必须实时运行，并具有较低的延迟。
8K 直播和流媒体已在多种环境和应用中进行了测试和部署。其中一些亮点包括：日本 NHK 推出的 8K 卫星频道，Hara 等人 (4)；2020 年东京奥运会的互联网 8K OTT 流媒体直播试点，Maglitta 和 Velhal (5)；以及北京 2022 年冬奥会的 8K VR 流媒体直播服务，Koenen 等人 (6)。在所有这些案例中，高效视频编码（HEVC）/H.265 编解码器都被用于最终分发。NHK 于 2015 年发布了第一份关于 8K 直播服务的建议，以产生广播级质量，并使用 HEVC 定义了 85 Mbps 的比特率，Sugito 等（7）。虽然最近的 HEVC 编码器已实现了更低的比特率，但 HEVC 在实时条件下已达到饱和点，这意味着增加更多计算将导致压缩收益微乎其微。
Bross 等人（8）指出，为了进一步降低超出 HEVC 能力的带宽，需要采用最新的视频编码标准，即通用视频编码（VVC）/H.266。VVC 具有为超高分辨率内容提供更好压缩效率的功能，支持扩展色域和更高的比特深度，与 HEVC 相比更适合编码 8K 10 位 HDR 视频。VVC 还包括用于更高效的自适应比特率（ABR）流和可扩展编码的编码工具。
在不久的将来，优化的实时 VVC 编码器对促进下一代 8K 直播应用（如 8K 地面广播或 8K ABR 流媒体）的部署至关重要。尽管 KDDI (9) 和 Spin Digital (10) 已经发布了一些 8K VVC 实时编码器，但这些编码器只能达到最高 30 fps 的 8K 实时性能要求。首批实时 8Kp60 VVC 编码实现预计也将基于 CPU，在最新一代 CPU 架构上运行。不过，据我们所知，目前还没有任何一款产品发布或演示过。
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