AV1: Die nächste Ge­ne­ra­ti­on des Video-Codecs

AV1 ist als das neue Vi­deo­for­mat für das Web geplant und dient dem Zweck, das alt­be­kann­te und bewährte MPEG-Format abzulösen. Hinter dem AV1-Codec steht eine ein­zig­ar­ti­ge Allianz aus Googles VP10, Mozillas Daala und Ciscos Thor, die einen leis­tungs­star­ken und li­zenz­kos­ten­frei­en Video-Codec her­aus­ge­bracht haben.

Über die ver­gan­ge­nen Jahre hinweg waren die MPEG-Codecs wie MPEG1, MPEG2 sowie die MPEG4-Varianten ASP (DivX/XviD), AVC (H.264) und HEVC (H.265) im Web das Maß aller Dinge. Streaming-Anbieter setzen für ihre Inhalte in 4K bei­spiels­wei­se bevorzugt auf HEVC. Aber auch bei DVDs, Blu-rays und im digitalen Fernsehen sind MPEG-Formate der Standard für hoch­kom­pri­mier­te Vi­deo­da­tei­en.

Dass die MPEG-Formate lange Zeit kon­kur­renz­los waren, ist aber nicht nur auf ihre tech­no­lo­gi­sche Über­le­gen­heit zu­rück­zu­füh­ren: Viele der Al­go­rith­men sind pa­tent­recht­lich geschützt, was es Dritt­an­bie­tern seit jeher schwer­macht, einen ver­gleich­ba­ren Codec auf den Markt zu bringen. Dieses Problem wirkt sich auch auf die kom­mer­zi­el­le Nutzung von HEVC aus: Streaming-Anbieter brauchen nicht nur eine Lizenz von MPEG, sondern auch von weiteren Partnern aus dem Li­zenz­pool bis hin zu einzelnen Pa­tent­in­ha­bern. Diese Schwie­rig­kei­ten soll AV1 um­schif­fen und gleich­zei­tig die bis­he­ri­gen Formate technisch über­trump­fen.

AV1 ist ein offener Video-Codec, der Un­ter­neh­men und Ein­zel­per­so­nen dabei helfen soll, hoch­wer­ti­ge Videos effizient über das Web zu über­tra­gen. Mozilla, Google und Cisco fördern das Projekt, um auf diesem Weg be­stehen­de tech­no­lo­gi­sche und fi­nan­zi­el­le Barrieren für User zu be­sei­ti­gen. Ihr Ziel ist es, dass alle Nutzer Zugriff auf leis­tungs­star­ke Me­di­en­for­ma­te haben – und diese letzt­end­lich für den Austausch und die Wie­der­ga­be von Vi­deo­da­tei­en auf ihren offenen Web-Platt­for­men – wie dem Browser Firefox oder der Video-Plattform YouTube – verwenden.

Die Schöpfer des AV1-Codecs haben sich in der Alliance for Open Media (AOMedia) zu­sam­men­ge­tan und ent­wi­ckeln seit 2015 gemeinsam Codecs, Formate und Tech­no­lo­gien für das öf­fent­li­che Web. AOMedia Video 1 oder kurz AV1 ist dabei das erste Projekt, dass der breiten Öf­fent­lich­keit zur Verfügung gestellt wird. Der offene, li­zenz­kos­ten­freie AV1-Codec wird zur Vi­deo­kom­pres­si­on ein­ge­setzt. Mit ihm kodierte Vi­deo­da­tei­en können wahlweise als MP4 oder MKV ge­spei­chert werden. Innerhalb von WebM kann AV1 sogar gemeinsam mit dem Au­dio­for­mat Opus genutzt werden, um HTML5 Videos ein­zu­bin­den.

Laut einer Cisco-Forschung machen Video-Inhalte heute 70 Prozent des Internet-Traffics aus. Bis 2021 wächst diese Zahl vor­aus­sicht­lich auf über 80 Prozent an. Bei diesen Zahlen machen schon kleine Ver­bes­se­run­gen bei Da­tei­grö­ßen, Bild­qua­li­tät und Über­tra­gungs­zei­ten einen großen Un­ter­schied für Vi­deo­ma­cher und User aus. AV1 steht kostenlos zur ge­mein­sa­men Verfügung und erlaubt dadurch auch kleinen Un­ter­neh­men und Pri­vat­per­so­nen den Markt­ein­tritt, die sich an­dern­falls die hohen Li­zenz­ge­büh­ren anderer Formate nicht leisten könnten.

Das Problem der hohen Li­zenz­ge­büh­ren ist nicht neu. Schon vor sechs Jahren haben nahezu alle Big Player eigene Projekte gestartet, um trag­fä­hi­ge Al­ter­na­ti­ven zu den pa­ten­tier­ten Video-Codecs zu schaffen: Google ver­öf­fent­lich­te VP9, Mozilla ihr Daala-Projekt und Cisco brachte mit Thor einen Codec heraus, der ins­be­son­de­re für Vi­deo­kon­fe­ren­zen mit geringer Kom­ple­xi­tät geeignet ist. Alle hatten ein Ziel: Den Video-Codec der nächsten Ge­ne­ra­ti­on zu er­schaf­fen, der den Austausch von Videos online schneller, einfacher und billiger machen sollte.

2015 wurden die Kräfte unter AOMedia gebündelt und Streaming- und Hardware-Größen wie Amazon, Netflix, Intel, AMD und NVIDIA mit ins Boot geholt. Das Ergebnis ist der AV1-Codec, der ins­be­son­de­re auf Google VP9 basiert, aber in hohem Maße von den Tools und Tech­no­lo­gien von Daala, Thor und VP10 pro­fi­tiert. Bereits seit 2018 un­ter­stüt­zen mit Google Chrome und Mozilla Firefox zwei der weltweit am häu­figs­ten genutzten Browser AV1.

AV1 ist ein Medien-Codec, also ein Com­pu­ter­pro­gramm, das digitale Video-, aber auch Foto- und Au­dio­da­tei­en codieren bzw. de­co­die­ren kann. Die Codierung er­mög­licht es Anwendern, ihre Dateien für die ef­fi­zi­en­te Be­ar­bei­tung, Spei­che­rung und Wei­ter­ga­be zu kom­pri­mie­ren. Die De­co­die­rung erlaubt es dann wiederum den Nutzern, die Inhalte zu öffnen bzw. wie­der­zu­ge­ben – in der Regel über eine App bzw. einen Player. Damit dieses Zu­sam­men­spiel funk­tio­niert, müssen sich Co­die­rungs- und De­co­die­rungs­pro­zess auf ein ge­mein­sa­mes Format – in diesem Fall AV1 – stützen.

Ganz so einfach wie be­schrie­ben ist das al­ler­dings nicht: Das Zu­sam­men­spiel aus Medientyp, An­wen­dungs­fall und Geräte-Hardware ist hoch­kom­plex, weshalb Codecs ebenso hoch­spe­zia­li­siert sein müssen. Heute sind unzählige Codecs im Einsatz, die teils Open Source und kos­ten­frei, teils lizenz- und kos­ten­pflich­tig sind.

Unter dem Namen NetVC (Internet Video Codec) wird AV1 in naher Zukunft von der Internet En­gi­nee­ring Task Force (IETF) stan­dar­di­siert. YouTube un­ter­stützt den AV1-Codec natürlich bereits und bietet auch schon erste 8K-Strea­mings für kom­pa­ti­ble Bild­schir­me an. Damit will die AOMedia die Effizienz ihres AV1-Codecs gegenüber den Kon­kur­renz­for­ma­ten beweisen.

Die Alliance for Open Media stellt mit AVIF auch ein Bild­for­mat bereit, das auf dem AV1-Video-Codec basiert. Lang­fris­tig gesehen hat dieses Bild­for­mat einen ver­gleich­bar hohen Markt­an­spruch und will nicht weniger, als das JPEG-Format ablösen. Die Da­tei­endung ist .avif (AV Image File), Bild­se­quen­zen enden auf .avifs. Das neue Bild­for­mat soll bei hohen Kom­pres­si­ons­ra­ten eine hohe Bild­qua­li­tät erzielen und un­ter­stützt Ani­ma­tio­nen, die eine moderne Al­ter­na­ti­ve zum ver­al­te­ten GIF-Format dar­stel­len.

AOMedias AV1 un­ter­schei­det sich in einigen Punkten vom Platz­hirsch AVC, der bereits 2003 von der Moving Picture Experts Group (MPEG) ein­ge­führt wurde. Das Ziel des AV1-Projektes ist es, die Vor­herr­schaft im Vi­deo­for­mat für das Web zu über­neh­men. Qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge Videos sollen frei und effizient im World Wide Web aus­ge­tauscht werden können.

Die größten Vorteile von AV1 sind dabei folgende:

• AV1 verwendet eine Kom­pri­mie­rungs­tech­no­lo­gie, die fast doppelt so schnell ist.
• Videos können in hoher Qualität schneller gestreamt werden.
• AV1 hat keine Li­zenz­ge­büh­ren. Für das Codieren, De­co­die­ren und Kom­pri­mie­ren von Vi­deo­da­tei­en fallen keine Kosten an.
• End­ver­brau­cher haben auch bei einer ein­ge­schränk­ten In­ter­net­band­brei­te ein qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ges Video-Erlebnis.

AV1 hat eine sehr am­bi­tio­nier­te Leis­tungs­ziel­vor­ga­be: AOMedia strebt eine Ef­fi­zi­enz­stei­ge­rung von 25 Prozent gegenüber HEVC an. In Sachen Kom­ple­xi­täts­stei­ge­rung sind derzeit noch über­wie­gend Software-De­ko­die­run­gen im Fokus, da die Hardware-Un­ter­stüt­zung noch auf sich warten lässt. Bei allen gängigen Web­brow­sern kommt AV1 bereits gemeinsam mit dem Au­dio­for­mat Opus in WebM-Container-Dateien zum Einsatz. Einzige Ausnahme ist hier der Browser Safari, der derzeit nur Opus un­ter­stützt.

Der AV1-Codec war zunächst in den Browsern Chrome und Firefox all­tags­taug­lich, jetzt folgen die Browser von Microsoft und Apple. Aber hier hört die Liste der AV1-Un­ter­stüt­zer nicht auf, hier fängt sie erst an. Ver­triebs­händ­ler von Me­di­en­in­hal­ten wie Netflix, Amazon, Hulu, Apple und Google sind genauso Mit­glieds­un­ter­neh­men von AOMedia wie auch Hardware-Anbieter wie Intel, AMD, ARM und Nvidia. Ein be­son­de­res Augenmerk liegt auf YouTube: Der Video-Streaming-Dienst ist bereits seit 2017 Früh­an­wen­der und Testfeld für AV1. Seit 2018 steht der AV1-Codec auf Goo­g­le­sour­ce zur freien Ver­wen­dung zur Verfügung.

Hardware-Un­ter­stüt­zung

Eine Liste der Hard­ware­pro­duk­te, die AV1 bereits un­ter­stüt­zen:

• Das Un­ter­neh­men Allegro DVT hat eine Mul­ti­for­mat-Video-Encoder-Hardware vor­ge­stellt, die AV1 un­ter­stützt.
• Samsungs Fernseher Q950TS un­ter­stützt 8K-Streaming mit AV1.
• LGs ZX-OLED-Serie kann dank AV1-Un­ter­stüt­zung ebenfalls 8K streamen.
• Intels Gra­fik­pro­zes­sor Intel Xe hat einen AV1-Hardware-Decoder.
• Nvidias RTX 30-Serie un­ter­stützt bis zu 8K, 10Bit und 60 FPS durch den AV1-Codec.

Software Un­ter­stüt­zung

Die Liste mit Software, die AV1 un­ter­stützt, ist we­sent­lich länger. Hier eine Auswahl der pro­mi­nen­tes­ten Beispiele:

• Google Chrome
• Mozilla Firefox
• Microsoft Edge
• Opera
• Vivialdi
• Pale Moon
• VLC media player
• Android 10

AOMedia hat den AV1-Codec bereits im Juni 2018 ver­öf­fent­licht. Mitt­ler­wei­le ist der Bitstrom stabil und steht jedem in­ter­es­sier­ten User auf einer li­zenz­frei­en Basis zur Verfügung. Die Pa­tent­li­zenz ist voll­stän­dig mit der W3C-Pa­tent­richt­li­nie kom­pa­ti­bel, sodass die Li­zen­zie­rung von AV1 ge­büh­ren­frei ist. Alle Browser-Her­stel­ler können den AV1-Codec als offenen Web­stan­dard einsetzen.

Über Android TV lässt sich der AV1-Codec bereits bei kom­pa­ti­blen Geräten einsetzen. Das sind unter anderem Fern­seh­ge­rä­te mit Broadcom’s BCM72190 sowie 72180 und Realtek RTD1311 oder RTD1319.

Sobald sich 8K-Streaming etabliert hat, dürfte auch AV1 immer häufiger zum Einsatz kommen.