VP8 Bezplatný kodek Googlu

Majitelé licence H.264 plánují začít vybírat poplatky za využívání tohoto kódování ve webových videích. Tomu by se Google rád vyhnul, a proto vytváří konkurenční standard VP8.
MARKUS MANDAU

Pokud by majitel videoformátu H.264 skutečně dodržel svůj plán, čekaly by Google skutečně krušné časy. Od roku 2016 totiž nikdo neměl na webu pracovat s videem ve formátu H.264, aniž by platil licenční poplatky. Pro videoportály typu YouTube, které v současnosti pracují především s videem v tomto formátu, by to znamenalo neúměrné finanční náklady. Podle odborníků je navíc dalším problémem to, že se zmiňovaným kodekem souvisí dalších více než 1 000 patentů amerických firem.
V podobné situaci jako videoportály se nachází i vývojáři internetových prohlížečů – například Mozilla už dříve prohlásila, že H.264 podporovat nebude a ve Firefoxu s číslem 4 dá přednost VP8 od Googlu. U Mozilly spočítali, že by je podpora H.264 stála přibližně 10 centů za každé stažení kodeku. V trochu jiné situaci jsou vývojáři firem Microsoft a Apple, které vlastní u H.264 téměř sedmdesát patentů. Jejich produkty budou i nadále podporovat H.264 a spolu s ním i tag

VP8 versus H.264: Bitva o lepší kvalitu obrazu

Video se skládá z řady jednotlivých obrázků (frames), ale z důvodů snahy o maximální komprimaci není vhodné ukládat každý snímek jako obrázek ve formátu JPEG. Místo toho videokodéry organizují tzv. skupiny obrazů (GOP), obsahující asi 12 až 15 snímků. V GOP je jako úplný obraz uložen pouze první snímek (I-Frame). Stejně jako u formátu JPEG i zde kodér zaznamená veškeré informace o jasu a barevných hodnotách v makrobloku o velikosti 16 × 16 pixelů a tyto hodnoty transformuje pomocí diskrétní kosinové transformace (DCT), zaznamenává jejich četnosti a ve finále snižuje objem ukládaných dat pomocí kvantizace. Ostatní snímky z GOP se ukládají pouze jako jasové a barevné rozdíly snímků. H.264 navíc používá tzv. B-snímky, které umožňují kodéru nabídnout více informací nejen z 16 předcházejících, ale i následujících snímků. Ve srovnání s použitím P-snímků (I-snímků), odkazujících se na předchozí záznam, to umožňuje zmenšení objemu přibližně o 20 %. Vzhledem k tomu, že B-snímky jsou chráněny patentem, VP8 se omezuje pouze na P-snímky. Důležitou součástí šifrování videa jsou referenční snímky, které nejsou během přehrávání zobrazeny, ale slouží jako úložiště dat pro makrobloky, které se týkají P-snímků v GOP. VP8 bohužel kvůli patentové ochraně nemá adaptivní kvantizaci a musí se omezit na práci s pevným koeficientem pro snímky. Podobná situace je u VP8 i s odblokovacím filtrem.
Na konci procesu H.264 kodér zkoumá, zda jsou vytvořeny všechny obrázky v bloku a zda nejsou některé oblasti komprimovány příliš silně. Pokud ano, chyby opraví. Tzv. odblokovací filtr v H264 umožňuje měnit intenzitu "komprimace" v makrobloku a tím zabránit ztrátě detailů. Díky patentovému zatížení je i adaptivní odblokování VP8 zapovězeno, což u malých datových toků může vést k horšímu obrazu. Dalo by se tedy říci, že patenty související s H.264 brání formátu VP8 v cestě ke špičkové kvalitě. Pravda ovšem je, že kvalita kodeků Googlu je podstatně lepší než například u staršího Xvid nebo základního H.254, který je často používán pro webová videa. Slabiny VP8 jsou zřetelné až u videa s nejvyšší kvalitou – například u profilu s Blu-ray.
Nicméně vývoj tohoto formátu je teprve v počátcích a očekává se, že výrobci grafických karet do svých zařízení integrují čipy, které umožní přehrávání HD videa i na méně výkonných přístrojích – například v netbocích. Příkladem může být nVidia, která již podobný hardware připravuje. Navíc Google pracuje na další verzi VP8 a lze očekávat, že nová verze bude mnohem lepší a měla by být brzy přijata jako standardní formát pro webová videa.
Mnohem důležitější než dokonalá kvalita obrazu je skutečnost, že formát VP8 byl Googlem zcela "uvolněn" a softwaroví vývojáři ani uživatelé by se neměli příliš obávat "patentových problémů".
AUTOR@CHIP.CZ


Patentové ochrany kódovacích technik
Technické patenty jsou v USA chráněny dvacet let. Například formát H.264, publikovaný v roce 2001, obsahuje více než 1 300 patentovaných technologií pro kompresi videa. A právě to je důvod, proč Google využil pouze technologii VP8, popsanou výše a využívající "prošlé" patenty, a ignoruje například zavedené B-snímky (a zároveň s nimi i drahé právníky majitelů licence formátu H.264).

Patenty použitelné
1952
Huffmanovo kódování
Algoritmus pro bezeztrátovou kompresi dat.
1974
DCT
Diskrétní kosinová transformace pro zpracování signálu.
1979
P-snímky
Ukládá pouze rozdíly mezi I-snímky
1984
Vektory
Obsah videa popsán pomocí vektorů.
1985
Makrobloky
Blok 16 × 16 jako jednotka pro kódování.

Patenty sporné
1993
B-snímky
Ukládá rozdíly mezi I-snímky a P-snímky
1994
Prokládání
Kódování a ukládání polovičních snímků.

Patenty chráněné
2001
Odblokovací filtr
Vypočítává bloky v kódovaném filmu.


Srovnání konkurentů: Jak H.264 a VP8 komprimují filmové obrázky
Oba formáty vytvářejí ze série snímků (Frames) skupiny obrázků. První snímek skupiny (GOP) se komprimuje jako JPEG, všechny ostatní jsou z něj odvozené. A právě zde začínají rozdíly.
H.264
EFEKTIVITA POMOCÍ B-SNÍMKŮ
V H.264 je obsah obrazu odvozen od B-snímků všech typů snímků v obou směrech. V B-snímcích se ale pouze ukládají rozdíly mezi jednotlivými snímky. Čím menší je rozdíl, tím lepší je komprese snímku a také vyšší finální kvalita.
VP8
JDE TO I BEZ B-SNÍMKŮ
VP8 používá pouze P-snímky. Obsah je odvozen od G-snímku nebo od předchozího P-snímku. Navíc je během přehrávání možné použít nezobrazovaný alternativní referenční snímek, které může nahradit chybějící B-snímky. Referenční snímek obsahuje části, na které se mohou odkazovat P-snímky.


Rychlý test: Slušný výkon
Šlo o kompresi standardního 1080p traileru na rozlišení 720p s datovým tokem 2 Mb/s. Zde je VP8 srovnatelný s H.264 kodérem X 264. Nástroje pro měření kvality obrazu (PSNR a SSIM) ukazují, že VP8 je horší než X264, ale podstatně lepší než Xvid.