高级视频编码器性能对比（H265、VP9、AV1）

1、背景介绍

目前在视频编解码器中，H264已经成为绝对的主流，被大部分设备、浏览器所支持。虽然有更先进的编码器推出，但是受限于推广速度和设备支持成本，一直未能成为主流。

今年公司目标是持续降本增效，现在将”屠刀“指向了视频业务的存储成本。视频文件存储主要两块指标：存储本身和CDN资源。对于历史比较旧的数据会用更低成本的存储方式备份存储。目前主要想优化存储本身的成本。对存储成本影响最大的是文件大小，而对文件大小影响最大的是视频码率，我们想要降低文件大小就要降低视频码率，但是我们想要降低码率又不太影响视频观看质量怎么办？使用更先进的编码器。

2、编解码器对比

2.1 H264（AVC）

H.264在1997年ITU的视频编码专家组提出时被称为H.264，在ITU与ISO合作研究后被称为MPEG4 Part10或H.264。

虽然上述两个组织提出了H264编码规范，但是并没有具体实现。

• openh264 ：我们日常使用的视频编码大多由思科（cisco）开源的openh264编解码库：
  http://www.openh264.org/。

• x264：目前性能最好最完善的h264编解码库。由大名鼎鼎的VLC播放器的维护机构，法国videolan开源组织维护的libx264编解码库：http://www.videolan.org/developers/x264.html。

2.2 H265(HEVC)

主要三个实现：

• x265：业界最好的h265（hevc）编解码库。 同样由大名鼎鼎的VLC播放器的维护组织法国videolan组织开源的libx265编解码库： https://www.videolan.org/developers/x265.html

• openhevc：由FFmpeg维护的H265(HEVC)的编解码库，Openhevc by OpenHEVC

• kvazaar：FFmpeg项目引用的另一款开源的H265(HEVC)解码库，注意kvazaar解码库只提供H265解码，并不提供编码。 https://github.com/ultravideo/kvazaar

2.3 VP9

VP9也是google开源的用与比拼H265(HEVC)的编解码器，除了IE9以下版本的浏览器外，现代浏览器都支持VP9视频编码，软件实现：

• libvpx：https://www.linuxfromscratch.org/blfs/view/svn/multimedia/libvpx.html

2.4 AV1

AV1是Google VP10、Mozilla Daala以及Cisco Thor三款开源编码项目共同研发成果。AV1打破了之前编码标准中传统的二维运动矢量模型的限制，第一次引入了仿射变换运动模型，不仅可以描述平移运动，同时可以更好的表述如旋转、缩放等更加复杂的运动，有效的提升了视频编码效率。

在实际测试中，AV1比H265（HEVC）压缩率提升约27%，可以说是力压H265。是目前为止，世界上压缩性能最好的视频编解码器。再借用游戏界的话术来讲，那AV1就是“次世代”编解码器。

软件实现包含主要是FFmpeg的两个内置库：

• dav1d：由FFmpeg和法国videolan开源组织共同维护的dav1d编解码库：https://www.videolan.org/projects/dav1d.html。跟其他videolan维护项目不同的是，dav1d编解码库不受专利版权限制。

• librav1e：号称最快的av1解码器。实际上dav1d和librav1e编解码器性能差不多，差别不大。
  https://github.com/xiph/rav1e

3、兼容性介绍

在H264后推出的视频编解码器主要有：H265、VP9、AV1。

编解码器的普及上，编码一遍问题不大，兜底策略可以在应用中接入软编码器，主要是在浏览器中播放的兼容性上。我们先看看Chrome浏览器对解码器的支持:

• VP8

• VP9

• AV1 [Only Chrome OS, Linux, macOS, and Windows at present]

• Theora [Except on Android variants]

• H.264 [Google Chrome only]

• H.265 [Google Chrome only and only where supported by the underlying OS]

• MPEG-4 [Google Chrome OS only]

H265、AV1不是所有所有场景都支持。

再看下Android平台对视频编码器的支持：

H.263	•	•	对 H.263 的支持在 Android 7.0 及更高版本中并非必需	• 3GPP (.3gp) • MPEG-4 (.mp4)
H.264 AVC Baseline Profile (BP)	• （Android 3.0 及更高版本）	•		• 3GPP (.3gp) • MPEG-4 (.mp4) • MPEG-TS（.ts、仅限 AAC 音频、不可查找、Android 3.0 及更高版本）
H.264 AVC Main Profile (MP)	• （Android 6.0 及更高版本）	•	解码器为必需项，编码器为推荐项。
H.265 HEVC		• （Android 5.0 及更高版本）	适用于移动设备的 Main Profile Level 3 和适用于 Android TV 的 Main Profile Level 4.1	• MPEG-4 (.mp4)
MPEG-4 SP		•		3GPP (.3gp)
VP8	• （Android 4.3 及更高版本）	• （Android 2.3.3 及更高版本）	只能在 Android 4.0 及更高版本中流式传输	• WebM (.webm) • Matroska（.mkv、Android 4.0 及更高版本）
VP9		• （Android 4.4 及更高版本）		• WebM (.webm) • Matroska（.mkv、Android 4.0 及更高版本）

4、性能衡量指标

我们录制设备在电视上，编码性能太差，所以方案是H264编码后，再服务端后台进行AV1或H265转码。

涉及到了转码所以性能上我们考虑几个指标：

• 转码实时率：专门1秒视频用多长时间，消耗多少CPU；

• 编码效率：同样码率视频效果

5、总结

本文介绍了先进的视频编码器：H265、VP9、AV1的对比及软件实现。介绍了浏览器等平台对高级视频编码器的兼容性效果，以及编码器选型所要考虑的性能指标。

6、参考

• Video Encoding Settings for H.264 Excellence

• High Efficiency Video Coding

• FFmpeg Codecs Documentation