認識 VP8 影像編碼：整合 HTML5 更小更漂亮、挑戰 H.264 地位

由 Google 所領導的影像 codec：VP8，想要靠著與 HTML5 的整合，以及對手機、平板電腦等，運算能力較低的手持裝置最佳化，提供無專利問題的解決方案，來挑戰龍頭霸主的地位。

目前影像codec（編碼、解碼器）仍以H.264為主流規格，無論手機、平板電腦，或是YouTube，甚至是藍光影片光碟，都將H.264列入支援清單，儼然成為當代影像codec霸主。

在2012年3月舉辦的MWC（Mobile World Congress，世界移動通訊大會）中，Qualcomm展示了下一代影像codec H.265，它的代號是HEVC（High Effciency Video Codec，高效率影像編碼解碼器），從名字上聽起來比代號為AVC（Advance Video Codec，先進影像編碼解碼器）的H.264還要威猛。

不過這項技術目前還在發展階段，第1版的委員會版草案於2012年2月才剛拍板定案，依據其發展規劃，最終版本的國際版草案預定於2013年1月制定，至於推出正式版則沒有明確的時間表，H.264似乎還有一段長路要走。

影像技術大事紀	年份	VP8大事紀
Louis Le Prince展示人類史上第一部電影	1888
	1992	On2 Technologies公司成立
發表MPEG-1	1993
MPEG-2發表，DVD問市	1995	首款編碼器TrueMotion S發表
MPEG-4發表	1998	Google成立
MPEG-4 Part10（H.264）發表	2000	TrueMotion VP3發表，隨後改以VP做為系列名稱
	2005	VP7發表，並獲Skype採用
HD DVD、藍光光碟問市	2006
中國藍光高清光碟（CBHD）標準發表	2007
HD DVD退出市場	2008	VP8發表
YouTube提供1080p影片服務	2009
	2010	Google收購On2 Technologies
	2011	VP8函數庫libvpx發表
H.265第一版草案發表	2012	正式版libvpx發表

挑戰者出現

但在H.265正式登場之前的這段空窗期，H.264可能要面臨一項新的挑戰。由Google所領導的影像codec：VP8，想要靠著與HTML5的整合，以及對手機、平板電腦等，運算能力較低的手持裝置最佳化，提供無專利問題的解決方案，來挑戰H.264龍頭霸主的地位。VP8 最早由On2 Technologiesis開發，於2008年9月13日首度釋出，其目地在於取代自家上一代產品VP7。不過Google在2010年收購On2 Technologiesis，這項技術便轉為Google所有。

走向免費之路

這一連串發展的轉捩點在2010年3月12日，自由軟體基金會（Free Software Foundation）發表了一封公開信，呼籲Google使用HTML5和VP8，取代Adobe Flash Player和H.264，成為YouTube使用的影片格式。

在聽到了自由軟體基金會的聲音後，Google於同年5月19日釋出免費的VP8 codec函數庫libvpx，經過數次改版後，libvpx終於在2012年1月27發佈第1個穩定版本1.0.0版。至於解碼方面，除了可以使用libvpx進行軟體解碼外，WebM專案的硬體小組也設計了VP8的硬體解碼器，無償提供給晶片廠商使用。

以WebM之名闖江湖

在影片封裝容器方面，Google制定了專屬的影片容器：WebM，它以Matroska（MKV）封裝格式為基礎，並搭配Vorbis音訊（Ogg使用的編碼方式），這樣好處是所有技術都是免費、自由的，不會產生專利權或權利金等問題。

VP8主打網路應用

最初在制定VP8標準時，其功能設計的焦點就在網路應用上，由於網路的頻寬將成為品質的一大限制，因此VP8選擇了頻寬先決的開發方向，以較低的品質來彌補頻寬的不足。

VP8的設計重心放在尖峰訊噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）為30dB至45dB之間的表現，根據Google所釋出的官方文件，在這個尖峰訊噪比區間的影像品質，大約在「尚堪入目」（watchable）到「目視無損」（visually lossless）之間。

YUV 4:2:0是什麼意思

由於人的眼睛對亮度比較敏感，對彩度比較遲鈍，因此在處理影像的時候，往往會減少對色彩抽樣的數量，以節省儲存空間。YUV的色彩格式是將顏色分為3種分量，以Y表示亮度（Luma），U、V表示色度（Chroma），並可透過公式轉換成RGB色彩格式。

最基本的YUV取樣方式就是對所有像素皆進行取樣，這種方式稱為YUV 4:4:4，名稱中的3個數字分別表示U、V分量的水平寬度參考值、第1行取樣數目、第2行取樣數目。如果是YUV 4:2:2的話，代表在寬度為4個像素的區塊中，只取2個取樣，每個2 x 1像素區塊共用一個色度取樣，而YUV 4:2:0則是更進一步精簡掉第2行的取樣，讓2 x 2像素區塊共用一個色度取樣。

▲以4 x 4的像素區塊為例，無論使用哪種方法，亮度都會採集16個取樣。在色度方面，YUV 4:4:4也是採集16個取樣，YUV 4:2:2、YUV 4:2:0則是分別將取樣數降低至8個、4個。

從圖中可以清處看到，YUV 4:2:0可以把色度取樣數從16縮減至4，原本相較於YUV 4:4:4需要對4 x 4像素區塊進行3種分量共48個取樣，YUV 4:2:0只需24個取樣（16+4+4），可以節省一半的資料空間。

如果將網路應用的平台拉到手機或平版電腦等，效能相對薄弱的手持終端裝置上的話，除了會面臨資料流量的問題，也得盡量節省解碼時所需要耗費的硬體資源。VP8可以將經過熵編碼（entropy encode）處理的資料，切割成許多可平行處理的區塊，只要在編碼時付出些微的效能衝擊，就能夠讓多核心處理器，在解碼時發揮多工優勢，並確保單核心處理器的效能，不會因此受到影響。

仍具應用彈性

VP8除了更貼近低頻寬網路，也沒有冷落了高階應用。VP8在制定規格時，將色彩取樣定為8-bit YUV 4:2:0，採用循序（progressive）掃瞄，並將解析度上限定為16383 x 16383，VP8也希望能夠藉由其高效率的解碼能力，以及能屈能伸的編碼彈性，讓手持裝置到效能強大的桌上型電腦一體適用。不過VP8卻有個矛盾的地方，它不具有類似H.264的範本（profile）設計。

範本的用意是針對不同的播放設備，制定其效能足以負擔的編碼設定，如果播放設備性能較弱，可能就要犧牲壓縮效率（如降低品質）以求得播放流暢。廠商在規劃產品時，就可以依據效能表現，限制該產品所支援的範本，明確地區隔出能流暢播放的檔案。希望能在網路平台及手持裝置一展長才的VP8，反倒不具有這項功能，讓人覺得有些怪異。

延伸閱讀：

（後面還有：VP8的3大特色）