Ali266首次商用落地，助力優酷碼率最高節省40%
阿里雲自研編碼器Ali266於2022年1月在優酷正式上線，這是已知的業界首個H.266/VVC標準的編碼器商用落地項目。經過兩個月的實際運行數據顯示，開啟Ali266後，同等畫面清晰度的情況下比原H.265/HEVC方案碼率最高節省40%，卡頓率降低50%，充分證明了Ali266的商用價值。
這是已知的全世界最快的H.266/VVC編碼器
Ali266，是阿里雲基於最新一代國際影片編碼標準H.266/VVC所打造的面向點播、直播、實時通訊等不同場景的編解碼實現。基於Ali266演化而來的自研H.266/VVC編碼器S266在MSU2021（世界編碼器大賽）上取得了客觀賽道8項第一，主觀賽道冠軍的優異成績。從已公開的資料可知，Ali266是目前全世界最快的H.266/VVC實時高清編碼器，結合自研的H.266/VVC解碼器，即使是中低端手機也可清晰流暢地觀看最新的H.266/VVC高清影片。
Ali266首次商用，助力優酷
阿里雲一直在探索推動Ali266的商用之路，2022年1月Ali266在優酷正式上線，助力優酷率先用上了國際最新的H.266/VVC影片編解碼標準。通過近2個月的實際運行顯示，開啟Ali266後，同等畫面清晰度的情況下比原H.265/HEVC方案碼率最高節省40%，卡頓率降低50%，在成本和用戶體驗上獲得顯著收益，充分證明Ali266的商用能力。
阿里雲憑藉在影片編解碼領域的深耕和積累，致力於推動H.266/VVC標準的實用化和最新科技成果的普惠化。優酷是中國領先的在線影片平台，現支援PC、電視、移動三大終端，兼具版權、自製、合制、自頻道、直播等多種內容形態，致力於用更豐富的口碑內容、更極致的視聽體驗、更創新的互動玩法。
提供這些應用體驗的背後，是一系列非常複雜的技術，其中最核心、最基礎的技術之一，就是影片編解碼技術。為此，阿里雲與優酷團隊密切合作，將Ali266首次商用落地，第一時間上線國際最新發布的新一代影片編解碼標準H.266/VVC，讓優酷充分享受影片編解碼標準升級帶來的技術紅利。
H.266/VVC標準的由來
說起H.266/VVC標準的由來，不得不提國際上的兩大巨頭：國際標準化組織及國際電工委員會 ISO/IEC 旗下的動態影像專家組 MPEG（Moving Picture Experts Group） 和國際電信聯盟電信標準分局 ITU-T 旗下的影片編碼專家組 VCEG（Video Coding Experts Group）。這兩大巨頭從20世紀90年代初分別發布第一代影片編解碼標準MPEG-1和H.261開始，經歷了30多年的時間。大家所熟知的H.264/AVC、H.265/HEVC，都是兩大巨頭通力合作的成果。
繼2013年發布H.265/HEVC以來，兩大國際標準化組織ITU-T和ISO/IEC繼續強強聯合，於2020年7月發布H.266/VVC的第一個正式版本。如圖 1所示，H.266/VVC在包括影像分塊、預測、變換、量化、熵編碼和環路濾波等環節提供了多項先進的影片編碼工具，較上一代H.265/HEVC標準，其壓縮率大約提高了一倍。
圖 1：H.266/VVC底層技術
在葉琰博士的帶領下，阿里雲從2019年年初開始深度參與制定H.266/VVC標準的制定。歷時一年半的時間共提交了近100篇技術提案，並有多項技術提案得到採納，為國際標準的制定做出了重要貢獻，也為阿里巴巴的業務發展建立了堅實的技術基礎。在H.266/VVC的制定過程中，阿里雲標準團隊成員也擔任了多個專題討論組（AHG）和多個核心實驗的負責人，在國際標準舞台上發出中國影片產業界的聲音。
Ali266：完整的H.266/VVC實時高清編解碼能力
在緊跟H.266/VVC的標準化進程的同時，阿里雲也第一時間啟動了Ali266編解碼器的開發項目，打造完整的自成一體的編解碼能力，更好地打開端到端的生態，為業界提供新一代影片編解碼解決方案。
在解碼端，Ali266解碼器通過多核並行、彙編優化、記憶體佔用和訪存效率優化等一系列工程和演算法的優化手段來提高解碼速度。集成Ali266解碼器的中低端手機也可清晰流暢地觀看最新的H.266/VVC影片或直播，近幾年發布的旗艦機型甚至可支援4K@30fps的實時解碼。
此外，Ali266解碼器在穩定性、魯棒性、記憶體佔用等方面充分考慮了商業化軟體的需求，經過Android、iOS等多款高中低端設備的大規模測試，驗證了Ali266解碼器的魯棒性、穩定性和可商用性。
在編碼端，為滿足不同的業務場景需求，Ali266編碼器目前支援slow、medium、fast和faster四大檔次。其中，slow檔次主要適用於離線應用，編碼速度與x265 veryslow檔次相當。
在MSU主辦的2021年世界編碼器大賽中，Ali266 slow檔次通過阿里巴巴音影片小組命名為S266，獲得了全高清（FullHD）客觀性能賽道14項評測指標中的8項第一，4項第二，2項第三；在主觀性能賽道，S266更是在全球16款參賽編碼器中以大比分優勢獲得第一，在與MSU官方指定的基準編碼器x265相同的主觀品質下，頻寬節省高達71%。MSU大賽結果顯示，S266是唯一一個所有指標都進入前三的編碼器，充分證明了S266在各指標下全面均衡的編碼性能。
為了實現H.266/VVC標準的實用化和最新科技成果的普惠化，經過阿里雲團隊的持續努力，Ali266於2021年6月成為業界首個公開720p實時高清的H.266/VVC編碼器，並於同年9月成為業界首個公開1080p實時高清的H.266/VVC編碼器。
與x265 medium檔次相比，在相同的品質下，Ali266的faster檔次取得的頻寬節省高達40%以上，為直播和影片會議等實時影片應用帶來巨大的頻寬紅利。作為第一個實時高清H.266/VVC軟體編碼器，Ali266在業界走出了重要的一步，證明了現有的算力平台就可以讓用戶充分享受到國際最新標準H.266/VVC的強大壓縮能力。
Ali266首次落地優酷背後的技術方案
移動端接入方案
優酷播放內核將播放流程高度封裝成Consumer、open Source、open Decoder、openRender這幾個模組。openSource從網路端拿到原始數據，解復用成音影片es數據並進行快取管理，Consumer將數據不斷的從快取取出送到openDecoder，並從openDecoder拿到解碼後的數據，然後將數據交給openRender渲染以及做相關後處理。他們的大致關係結構如圖 2所示：
圖 2：優酷播放器架構及Ali266技術方案
openDecoder與解碼器之間的交互如圖 3所示。openDecoder會將待解碼的數據Send給解碼器，然後從解碼器Receive解碼後的數據，Send和Receive都不block播放流程。解碼器內部維護輸入輸出buffer，Send將數據copy到input packets，worker從input packets拿數據解碼，解碼後的數據被存入output frames，然後Receive就能拿到有效數據去渲染。
圖 3：優酷播放器與Ali266交互細節
優酷播放內核的跨平台、可擴展、高可靠特性保障了Ali266快速順利的在優酷平台上落地。播放內核是native層開發的，具備天然的跨平台特性，所以接入Ali266之後，不需要做太多額外的開發就可以在多個平台迅速發布，這也為Ali266快速在業務端鋪量提供了保障。openDecoder封裝了所有解碼相關的邏輯，對外只暴露幾個簡單介面與內核完成邏輯交互，所以要接入Ali266軟解碼器，只需要實現openDecoder的關鍵api即可，將解碼器與播放器的複雜邏輯剝離開來，方便快速接入新的解碼器。播放內核實現了智慧平滑丟幀系統，可以在極端情況下丟棄部分非關鍵幀從而保證影片畫面流暢播放。藉助播放內核完善的品質監測系統，Ali266的線上播放品質得到全面監測和有效保障，使國際最新一代編解碼標準在優酷的升級如絲般順滑。
服務端接入方案
優酷轉碼服務端當前支援不同編碼器（H.264/AVC、H.265/HEVC等），不同解析度（270p到8K），不同幀率（25fps/60fps/120fps等）、不同封裝格式（mp4/hls/cmaf等）等上百種組合方式，服務端可以依據端側播放能力來下發不同的流數據，來保證用戶的體驗最優。
在優酷轉碼系統中，Ali266的接入主要包括編碼器接入，解碼器接入以及封裝格式對H.266/VVC的支援，所涉及的模組與轉碼流程如下圖所示：
圖 4：Ali266接入優酷服務端模組圖
封裝層：優酷常用封裝格式主要是MPEG-TS和MP4，服務端在Demux和Mux模組中實現了對H.266/VVC碼流封裝和解封裝的支援。
編解碼：通過在轉碼器中對Ali266Encoder和Ali266Decoder的註冊和API調用來完成編碼和解碼的接入。在生產鏈路中為了正確探測H.266/VVC碼流參數資訊，在Demux模組中集成了對H.266/VVC碼流的Probe、Parser能力以及Ali266Decoder。
為了使Ali266編碼器能夠更好的適應優酷應用場景，優酷服務端與阿里雲團隊相互協作，做了針對性的適配：
（1）為了提升H.266/VVC影片的播放效果，對編碼器支援了編碼參數資訊重複下發能力，保證了用戶快進快退和拖拽播放時的體驗。
（2）為了影片的畫質與流暢性，對Ali266Encoder針對性地做了碼率控制優化，在保證影片畫質的同時，降低碼率波動，將播放端卡頓率相比H.265/HEVC降低了50%。
（3）為了適配優酷的智慧檔多清晰度隨頻寬平滑切換，在Ali266Encoder中對時間戳處理進行優化，使得音影片時間戳與其他格式碼流（H.264/AVC、H.265/HEVC）保持一致，確保了優酷智慧檔無縫自適應切換。
（4）實現了優酷現有MP4/MPEG-TS的流媒體封裝格式對H.266/VVC標準的支援。由於H.266/VVC標準發布時間不久，各種媒體處理工具還沒有支援對H.266/VVC的封裝。為此，優酷開發人員按照MPEG官方文檔，在MP4 box與TS的PMT中使用官方定義的CodecId，與播放器配合打通了整個生產播放鏈路。
除此之外，在生產鏈路中優酷也針對H.266/VVC做了解析度-清晰度檔位的規格定義，並在播放服務端可以依據端側支援能力自適應選擇H.266/VVC合適檔位的影片流下發，使H.266/VVC編碼在優酷生產播放鏈路上整體落地，並達到了預期的效果。
業內首款H.266/VVC商用落地結果
Ali266於2022年1月份在優酷移動端正式上線，成為目前已知的業界首個H.266的商用落地項目。上線後截至3月23日，已經累計播放超過六十萬次。各項指標如下：
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碼率：同等清晰度情況下比H.265碼率降低高達40%；
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體驗：同等情況下卡頓率只有H.265的50%，平均解碼耗時在8ms左右，穩定性超過99.95%；
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功耗：滿電可H.266軟解播放10小時，節省流量達到1G；
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內容：涵蓋了熱門的綜藝、電影、電視劇等多種場景，如《古董局中局》、《長津湖》等電影，《麻花特開心》等綜藝，《真相》等電視劇。
未來，持續進化Ali266的商用之路
據了解，聯發科在2021年下半年發布了全球首款7nm製程打造的電視SoC晶片Pentonic 2000，也是世界首批支援 H.266/VVC影片解碼的晶片，具有8K/120Hz的解碼能力。這對於完善H.266的生態，是個巨大的助力。可以說，H.266/VVC不是將來時，而是實實在在進入了現在進行時。
Ali266緊扣最新技術發展趨勢，與音影片產業緊密結合，不僅給優酷提供了業界領先的編解碼技術，也賦予了業務更多的可能性。為了進一步滿足對優酷豐富的內容形態及業務場景的支援，挖掘新技術帶來的紅利，促進影片產業不斷向前發展，接下來阿里雲將會與優酷一起緊密合作，針對10bit HDR、優酷自由視角、超高清4K8K、高幀率60fps120fps等影片內容，並從點播場景進一步拓展到直播場景，持續持續推進H.266/VVC編解碼的技術創新，不斷探索創新音影片技術，加強其在更多影片應用、更多終端設備上的普適性，將更多的技術普惠到廣大消費者，賦能千行百業的影片化需求，催生新興產品形態和業務模式，為觀眾帶來更極致的視聽體驗和更創新的互動玩法。
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