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專利權利金成本過高 通用視頻編解碼H.266 / VVC恐難成為主流

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科技產業資訊室 (iKnow) - Legolas 發表於 2021年10月25日
隨著網路發達帶動各種數位科技產品進入我們生活當中,例如:數位相機、智慧型手機、網路監控器、行車記錄器及網路串流等等,這些多媒體產品裝置體積雖小,卻能處理龐大的視訊資料,而其中影像壓縮編解碼技術是基礎且競爭激烈的市場。
 
目前,市場上可見激烈競爭中的視訊編解碼技術包含:進階視訊編解碼H.264 / AVC(Advance Video Codec)、高效率視訊編解碼(High Efficient Video Codec)、通用視頻編解碼H.266 / VVC(Versatile Video Codec)、MPEG新揭櫫的必要視訊編解碼EVC(Essential Video Codec)、以及開放媒體聯盟(Alliance for Open Media)的進階視訊1編解碼AV1(Advance Video 1 codec)。關於各種視訊編解碼技術演進發展時序,可參考圖一。

圖一、各種視訊編解碼技術發展演進圖
資料來源:VVC Royalty Report. Unified Patents, 2021.
 
Unified Patent 於2021年7月發布VVC權利金報告,結論強調:相較於其他視訊編解碼技術,H.266 / VVC雖然具有較佳的視訊壓縮比,能大幅減少視訊資料在行動通訊或網際網路中傳輸的資料量;但通用H.266 / VVC要想成為主流的視頻編解碼技術,其關鍵因素不是單純視訊壓比技術規格,反而是專利權利金成本更扮演關鍵因素。
 
Unified Consulting總經理撰文指出,上述若干競爭中的視訊編解碼技術的權利金金額,可作為H.266 / VVC的專利權利金比價基礎,例如:(1) MPEG-LA的AVC專利池權利金金額,該金額通國美國法院與歐洲相關機構的審查 ,而被認為符合公平、合理和非歧視性 (FRAND) 權利金費率;(2) AV1 和 EVC累加專利權利金成本,這兩項是在減少專利權利金成本前提下,為提升視訊壓縮比而發展出來的視訊編解碼技術。考量這兩項權利金比價基礎後,顯示H.266 / VVC的累加專利權利金成本過高且具有高度不確定性。 

VVC恐重蹈HEVC覆轍而未能被廣泛運用

自2013年推出以來,過高的專利權利金堆疊成本和取得專利授權的不確定性,使得 H265 / HEVC 未能被廣泛運用,阻礙H265 / HEVC成為主流的視訊編解碼技術。

如圖二所示,IPlytics於2021年3月發表的Who is leading the VVC technology race報告顯示,HEVC目前已知有三個專利池在收取專利權利金,分別是Access Advance、MPEG-LA與Velos Media,另外還有一些獨立未結盟(Unaffiliated)標準必要專利權人,他們未加入任一個專利池。

其中Access Advance、MPEG-LA兩個專利池間具有若干競爭關係,在2020年1月,有9位專利權人脫離 MPEG-LA的 HEVC 專利池,轉而加入Access Advance 專利池,包括:JVC Kenwood、NEC、NTT和NTT Docomo等專利權人。依據各別合約關係,部分專利權人被標示為存在於Access Advance、MPEG-LA兩個專利池交集中;而Access Advance網站也列出若被授權廠商同時向兩個專利池支付HEVC專利時,被授權廠商可尋求返還部分重複繳納權利金的政策與機制


圖二、HEVC相關專利池授權聯盟與成員
資料來源:Who is leading the VVC technology race. IPlytics, 2021.

如此多個HEVC專利池彼此獨立運作來收取權利金,造成低效率專利授權協商,且導致疊加專利權利金(aggregate royalty)成本提高。如圖三所示,Unified Consulting總經理撰文認為:HEVC的專利權利金成本增加到比AVC專利權利金高出9~12倍。殷鑑不遠,若分散昂貴且不確定的專利權利金成本情況再次發生,VVC恐怕重蹈HEVC覆轍而未能被廣泛運用。

圖三、AVC v. HEVC長期平均疊加專利權利金
資料來源:VVC Royalty Report. Unified Patents, 2021.

推估VVCFRAND權利金
 
Unified Patents的VVC權利金報告係參考MPEG-LA的AVC專利池,將三種授權標的 (Streaming Device、Connected TV、Cellular Device) 的專利權利金作為VVC的FRAND權利金估算基準,並通過比較VVC相對前一代HEVC壓縮效能改善效益(cost savings generated by compression efficiencies),與AVC相對前一代MPEG-2壓縮效能改善效益的比值來調整這些費率。
 
以下圖四舉例說明,針對行動裝置(Cellular Device)授權標的,AVC專利池權利金費率是$0.12~0.14區間;且估算相對於前一代MPEG-2視訊編解碼技術,AVC專利池對行動裝置提供壓縮效能改善效益為X%。另一方面,針對相同授權標的,估算相對於前一代HEVC視訊編解碼技術,VVC專利池所能提供壓縮效能改善效益為 0.4*X%;如此推估VVC的合理權利金應該是$0.13*0.4,約為 $0.05。
 
依據相同分析方法,圖五歸納VVC權利金報告推估所得另兩類授權標的VVC合理權利金:影音串流裝置(Streaming Device)為$0.1~0.17,連網電視(Connected TV)為$0.09~0.14。

圖四、基於HEVC壓縮效能比較而推估VVC合理權利金


圖五、基於HEVC壓縮效能比較而推估VVC合理權利金
資料來源:VVC Royalty Report. Unified Patents, 2021.

VVC視訊編解碼優勢有限
 
若以市場替代技術角度來評估VVC專利池價值,從VVC權利金報告也推導出VVC視訊編解碼技術專利權利金過高的結論:
 
(1) VVC 視訊編解碼技術運用在8K視訊壓縮可提供顯著改善效益,因此非常適合廣播電視。不幸的是,廣播電視收視率正在下降;預計2023年時,擁有8K電視的北美高清電視家庭僅佔3.9%。另外,由於在行動裝置小尺寸螢幕設備上,使用者無法充分感受到高解析度視訊的改善效果,因此行動裝置預期不會普遍入VVC視訊編解碼技術。 

(2) VVC 在壓縮效率方面,確實是優於競爭編解碼技術AV1與EVC,因為與HEVC相比,在維持相同播放品質前提下,VVC可以將視訊資料進一步壓縮最高達到40%。對應地,VVC編碼運算複雜性較高,一般需要升級硬體電路元件,導致業界採用VVC的阻力。另一方面,MPEG發展出與編解碼器無關的增強層軟體 - 低複雜度增強視頻編碼 (LCEVC),可使硬體視訊編解碼器大幅提高壓縮率並降低電池電能消耗。當AV1與LCEVC搭配運作時,可以達到單獨VVC壓縮效率。 

圖六、VVC、AV1、EVC三種視訊編解碼技術比較
資料來源:Streaming Media

(3) AV1 已經上市 3 年,目前前5名影音串流平台、網頁瀏覽器、行動裝置製造商和電視製造商,大多數都已經採用實施AV1於相關產品中。VVC起步較晚,是否能吸引到這樣廣泛的產品支持,尚待後續觀察。

圖七、前5名影音串流平台實施AV1現況
資料來源:Unified Patents
 
結語
 
VVC權利金報告指出,雖然VVC 視訊編解碼在8K視訊和高清廣播電視的壓縮效益確實突出,但和前一代H.265 / HEVC視訊編解碼一樣,面臨分散昂貴的專利權利金成本,使得H.266 / VVC無法被廣泛採用。尤其,產業界累積過去數十年支付昂貴影音編解碼專利成本的教訓,催生了零或低專利權利金成本的AV1或EVC視訊編解碼技術。如果,VVC 的專利權利金無法大幅降低,則很難與這些替代視訊編解碼解決方案競爭,預期AV1會繼續吸引更多設備製造商和媒體內容業者的支持,而成為主要的視訊編解碼方案。
 
另一方面,專利池專利即將到期議題,如網頁報導,MPEG-LA網頁H.264 / AVC專利池專利列表中最晚一件到期失效美國專利是USP# 7826532;該 '532專利因為美國專利局審查延誤1546天,因此專利效期自2023年9月5日補償延展到2027年11月29日到期。但是H.264 / AVC第一版是在2003年5月30日公開,若排除上述少數因美國專利局審查延誤而被延長效期專利,考量可能的一年國際優先權時程,與H.264 / AVC第一版相關的全球專利最遲會在2024年5月30日前過期。屆時,專利件數大幅減少,MPEG-LA對應收取的權利金理論上也會被迫減少。針對大部分產品應用場合,H.264 / AVC第一版,屆時也可能成為廠商避免H.266 / VVC專利權利金的另一個熱門視訊編解碼選項。(5250字;圖7)
 
 
參考資料:
VVC's Adoption Hampered by Patent Uncertainty and Low Value, September 30, 2021, Streaming Media.
VVC royalty report by Charles River Assoc. estimates lower rates due to AV1 adoption, July 14, 2021, Unified Patents
Who is leading the VVC technology race, Mar 2, 2021, IPlytics.
Balance of Power Shifts Among HEVC Patent Pools Jan. 17, 2021, Streaming Media.
HEVC ADVANCE PATENT POOL: DUPLICATE ROYALTY POLICY AND IMPLEMENTATION PROCESS, Access Advance web site.



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