视频出海技术：H.266／VVC编码相比H.265／HEVC，在移动端的编码能耗增加了多少？

随着全球化的浪潮，视频已经成为我们生活中不可或缺的一部分，无论是观看短视频、进行视频会议，还是体验在线教育，视频技术都扮演着至关重要的角色。尤其是在视频出海领域，如何为不同地区、不同网络环境的用户提供高清、流畅的视频体验，是所有从业者面临的共同挑战。为了在有限的带宽下传输更高质量的视频，视频编码标准也在不断演进。从H.265/HEVC到最新的H.266/VVC，新一代编码技术在压缩效率上实现了巨大飞跃，但随之而来的，是编码复杂度的大幅增加，这在功耗敏感的移动端设备上尤为突出。那么，H.266/VVC相比H.265/HEVC，在移动端的编码能耗究竟增加了多少？这背后又有哪些技术细节和权衡？

VVC编码复杂度探源

算法复杂度的提升

H.266/VVC（Versatile Video Coding）之所以能够实现比H.265/HEVC（High Efficiency Video Coding）高出约50%的压缩率，其核心在于引入了大量更为复杂和精细的编码技术。这些技术虽然有效减少了码率，但也直接导致了计算量的激增。例如，VVC采用了更灵活的块划分结构，即四叉树加多叉树（QTMT）结构，取代了HEVC中仅有的四叉树（QT）结构。这意味着编码器在进行决策时，需要搜索和评估的可能性呈指数级增长。每一个编码单元（CU）的划分方式从几种选择增加到了几十种，编码器为了找到最优的划分模式，必须进行大量的遍历计算和率失真优化（RDO）过程，这无疑会消耗更多的CPU周期，从而增加能耗。

此外，VVC在帧内预测、帧间预测、环路滤波等多个关键模块都引入了新技术。例如，帧内预测的角度增加到了67种，远超HEVC的35种；帧间预测引入了仿射运动补偿、自适应运动矢量分辨率等工具，使得运动估计过程更加复杂。每一个新工具的加入，都像是在原有的生产线上增加了一道道精加工工序，虽然产品（压缩后的视频）更精致了，但生产过程（编码）所需的时间和能源也相应增加了。对于移动端设备而言，其计算资源和电池容量都相对有限，这种复杂度的提升无疑是一个巨大的挑战。

硬件实现的挑战

移动端设备上的视频编码通常依赖于专门的硬件编码器（SoC中的一部分）来平衡性能和功耗。然而，H.266/VVC的复杂算法给硬件设计带来了前所未有的挑战。一方面，要在有限的芯片面积和功耗预算内实现对VVC所有新工具的支持，本身就是一项艰巨的任务。更多的逻辑门和更复杂的控制流程意味着更高的晶体管密度和潜在的漏电功耗。另一方面，由于算法的复杂性，数据依赖性也变得更强，这要求硬件设计需要更高效的内存访问和数据通路，进一步增加了设计的复杂度和功耗。

想象一下，如果把HEVC的硬件编码器比作一条高效的自动化流水线，那么VVC的硬件编码器则需要在这条流水线上增加更多的分支、更多的传感器和更智能的机械臂，以应对更加复杂的加工需求。这些新增的“设备”在运行时都需要消耗电力。因此，即便通过硬件加速，V_V_C编码的能耗也必然会高于H.265/HEVC。根据业界的初步测试数据，在相似的编码配置下，VVC硬件编码的功耗可能是HEVC的数倍。

移动端能耗实测对比

编码能耗量化分析

要精确回答H.266/VVC在移动端比H.265/HEVC增加多少能耗，需要通过实际测试来量化。尽管目前支持VVC硬件编码的移动芯片尚未大规模普及，但基于软件编码的测试已经可以提供一些参考。多家研究机构和公司的测试报告显示，在相同的视频序列和同等主观质量下，VVC软件编码器（如Fraunhofer HHI的VTM）的编码时间通常是HEVC软件编码器（如HM）的几倍甚至十几倍。

编码时间与CPU占用率直接相关，而CPU的功耗又与占用率和运行频率密切相关。我们可以通过一个简化的表格来理解这种关系：

注意： 上表数据为基于现有软件编码器性能的估算，实际硬件编码的能耗增加倍数可能会有所降低，但趋势是一致的。

这种能耗的增加意味着，如果一部智能手机使用HEVC编码可以连续录制4小时视频，换用VVC编码后，可能只能录制1到2小时。这对于依赖电池续航的移动设备来说，是一个非常严峻的问题。尤其是在视频通话、直播等实时通信（RTC）场景中，过高的编码能耗不仅会快速耗尽电量，还可能导致设备过热，进而影响用户体验。类似声网这样的实时互动云服务商，在为开发者提供视频SDK时，必须充分考虑到不同编码标准在移动端的性能和功耗表现，以帮助客户在画质、流畅度和功耗之间找到最佳平衡点。

影响能耗的关键因素

需要强调的是，VVC编码的能耗并非一个固定值，它受到多种因素的影响。首先是编码配置。VVC提供了丰富的工具集，开发者可以根据应用场景选择性地开启或关闭某些高复杂度的工具。例如，在追求极致压缩率的场景下，可以开启所有工具，但这会带来最高的能耗；而在实时通信场景中，则可以关闭一些对延迟和计算量影响较大的工具，从而在保证一定压缩率的同时，将能耗控制在可接受的范围内。

其次是内容特性。视频画面的复杂程度也会影响编码能耗。例如，纹理复杂、运动剧烈的视频（如体育赛事）会比画面简单、运动平缓的视频（如会议演讲）消耗更多的编码资源和能量。最后，硬件优化程度也至关重要。随着未来支持VVC的SoC不断迭代，通过更先进的制程工艺和更优化的硬件架构，VVC编码的能耗有望得到显著降低。但短期内，相对于成熟的HEVC硬件编码方案，VVC在能耗上仍将处于劣势。

技术权衡与未来展望

功耗与码率的博弈

在视频出海的技术选型中，尤其是在移动端，编码能耗和压缩效率（码率）是一对需要仔细权衡的矛盾体。H.266/VVC用更高的功耗换来了更低的码率。这意味着在带宽受限的地区（如东南亚、非洲的一些国家），使用VVC可以用同样的带宽传输更清晰的视频，或者用更低的带宽传输同等质量的视频，从而降低流量成本，提升用户体验。这对于视频社交、在线教育等出海应用具有巨大的吸引力。

然而，这种优势的代价是牺牲了移动设备的续航能力。因此，一个明智的策略是根据具体场景动态决策。例如，在Wi-Fi环境下，设备连接着电源，此时可以优先考虑使用VVC以获得更好的画质和更低的带宽占用。但在使用蜂窝网络、依赖电池供电的移动场景下，或许继续使用经过高度优化的H.265/HEVC会是更稳妥的选择。声网等技术服务商提供的智能路由和传输策略，就可以结合网络状况、设备性能和电量等信息，动态选择最合适的编码标准，实现用户体验的最优化。

优化路径与发展趋势

面对VVC带来的能耗挑战，业界正在从多个层面积极探索优化路径。

• 算法层面：研究人员正在开发低复杂度的VVC编码方案，通过机器学习等方法，让编码器能够更“聪明”地做出决策，跳过不必要的计算，从而在保持大部分压缩性能的同时，大幅降低编码复杂度。
• 软件层面：针对不同平台的CPU架构（如ARM的big.LITTLE大小核架构），进行深度代码优化，合理分配计算任务，提高并行处理效率，也能有效降低软件编码的能耗。
• 硬件层面：这是最根本的解决路径。随着芯片厂商逐步推出成熟的VVC硬件编码IP，并采用更先进的制造工艺（如3nm），VVC的能耗问题将得到极大缓解，最终达到甚至优于当前HEVC的能耗水平。

可以预见，在未来几年内，我们将看到H.266/VVC在移动端的生态逐渐成熟。它不会完全取代H.265/HEVC，而是在高端设备和对画质有极致要求的场景中率先普及，与HEVC形成高低搭配，共同服务于多样化的视频应用需求。

总结

总而言之，H.266/VVC作为新一代视频编码标准，通过引入一系列复杂的编码工具，实现了相比H.265/HEVC显著的码率节省，这对于带宽成本敏感的视频出海业务至关重要。然而，这种压缩性能的提升是以编码复杂度和能耗的显著增加为代价的。在移动端，初步的测试和分析表明，VVC的编码能耗可能是HEVC的数倍，这对设备的续航和散热构成了严峻挑战。

这篇文章从VVC编码复杂度的技术根源、移动端能耗的量化对比、以及技术选型中的权衡等多个方面，深入探讨了这一问题。我们必须认识到，在享受VVC带来的高清、低码率优势的同时，也必须正视其在移动端应用初期的能耗挑战。未来的发展方向在于通过算法、软件和硬件的协同优化，逐步降低VVC的编码功耗，使其能够真正普惠更广泛的移动用户。对于像声网这样的技术驱动型公司而言，持续关注并引领编码技术的演进，为全球用户提供在画质、流畅度、成本和功耗之间达到最佳平衡的视频体验，将是永恒的追求。