Что такое HEVC и AVC? Описание видеокодеков H.265 и H.264

Что такое HEVC и AVC? Описание видеокодеков H.265 и H.264

  

Эта тема очень актуальна для профессионалов в отрасли видеонаблюдения. Она будет также интересна и другим специалистам, а также продвинутым пользователям. Кто не любит 4K? Разрешение 3840 x 2160 с колоссальными 8,3 миллионами пикселей в наши дни является настоящей роскошью. На мониторе 4K или телевизоре фильмы и игры выглядят безупречно четкими и детализированными. Но это при условии, что ваш контент действительно доставляется в разрешении 4K. Чем выше разрешение камеры видеонаблюдения, тем мощнее необходимы математические алгоритмы обработки и сжатия видеоинформации, переведенной в цифровой поток.  

Если у вас, например, есть игра 4K или Blu-Ray 4K, и вы играете в нее на дисплее 4K, то у вас все в порядке. Но когда дело доходит до потоковой передачи 4K, это еще не все. Частично это связано с видеокодеками, из которых сегодня выделяются два ключевых: H.265 и H.264. Короче говоря, оба являются международными стандартами сжатия видео, в том числе и в системах видеонаблюдения. Поэтому такие вещи, как потоковая передача и хранение, упрощаются. H.265 является преемником H.264 и особенно важен для видео с разрешением 4K и выше.

Что такое кодек?

Прежде чем мы перейдем к отдельным кодекам H.264 и H.265, вы сначала захотите понять, что такое кодек. Кодек может быть программным обеспечением или устройством, которое кодирует / декодирует цифровые сигналы. Например, если вы используете Windows 10, у вас, вероятно, есть Windows Media Player, который имеет кодек MP3 (среди прочего) и, следовательно, может воспроизводить множество музыкальных файлов. Однако в проигрывателе Windows Media нет подходящего кодека для воспроизведения дисков Blu-ray, поэтому, если вы вставите его в свой компьютер, он не будет воспроизводиться в проигрывателе Windows Media.

Видеокодеки специально сжимают необработанные видеоданные в меньшую форму, которая больше подходит для потоковой передачи, хранения, вещания, видеонаблюдения и так далее. Например, видео 4K состоит из серии кадров, каждый из которых состоит из 8,3 миллиона пикселей - это большой объем данных. Видеокодек, например H.265 или H.264, упрощает просмотр видео 4K, убирая некоторые детали отснятого материала. Этот процесс называется сжатием с потерями, и вы должны отметить, что слишком большое сжатие с потерями может привести к «заиканию» кадра, который не будет выглядеть плавным. После сжатия ваш компьютер, телевизор, видеорегистратор, видеосервер или медиаплеер также использует видеокодек для распаковки этих данных для вывода.

H.265, также известный как HEVC, является самым современным видеокодеком. Это преемник H.264, также известный как AVC. H.264. А последнему, в свою очередь, предшествовал MPEG-4.

Что такое HEVC / H.265?

H.265 - это последний международный стандарт сжатия видео. Он также известен как HEVC, что означает высокоэффективное кодирование видео. Он диктует стандартный подход к кодированию и декодированию видео. H.265 также определяет типы инструментов, которые может использовать кодек. Стандарт H.265, разработанный ISO/IEC MPEG (Группа экспертов по движущимся изображениям) и ITU-T VCEG (Группа экспертов по кодированию видео), впервые был доступен в 2013 году.

 С кодеком H.265 вы можете транслировать в форматах 4K, Full HD, а не полагаться на физический источник хранения, такой как диск Blu-ray. Основные потоковые сервисы, включая Netflix, Amazon и Hulu, используют HEVC, по крайней мере, для некоторых из своих потоков, даже для некоторых с разрешением 1080p. Видеокодер H.265 сжимает исходное видео (серию кадров), и этот битовый поток затем сохраняется или передается. Затем видеодекодер распаковывает его для вывода серии декодированных кадров. 

Одна из тактик сжатия, которую использует H.265, - это идентификация макроблоков, которые могут быть одного цвета или одного изображения (например, фона) для множества кадров, и их сохранение/потоковая передача в блоках вместо сохранения / потоковой передачи цвета каждого отдельного пикселя. Это означает, что «рамка» с графической информацией, в конечном итоге, будет меньше и легче усваиваться.

HEVC против AVC

До HEVC / H.265 стандартом был AVC / H.264. AVC - это сокращение от Advanced Video Coding, и стандарт был впервые опубликован в 2003 году.

HEVC сжимает видео более эффективно, чем AVC, но с тем же уровнем качества изображения. H.264 недостаточно эффективен для потоковой передачи 4K, но с H.265 контент 4K сжимается до размера, который позволяет передавать потоки через что-то вроде Netflix, если у вас обеспечена рекомендуемая скорость Интернета. С H.265 видеоданные занимают меньше места или требуют меньшей пропускной способности, чем с H.264, но с тем же уровнем качества.

Один из ключевых способов повышения эффективности H.265 связан с упомянутыми нами макроблоками. В то время как H.264 может идентифицировать макроблоки размером до 16 x 16 пикселей, H.265 может работать с макроблоками размером до 64 x 64 пикселей.

h264 vs h265
Рис. 1  Сравнение h.264 и h.265

   

Вы также можете увидеть, как два кодека влияют на качество видео, на картинке ниже. Тут наглядно продемонстрировано использование макроблоков.

Демонстрация использования макроблоков
Рис. 2  Демонстрация использования макроблоков

   

На левой стороне, как показано на рисунке, используется традиционный стандарт H.264, и каждый макроблок является фиксированным; В технологии кодирования H.264 гигантские участки данных полностью независимы друг от друга, поэтому ситуации искажения кодирования могут возникать в пограничных областях гигантского блока.

Справа - стандарт H.265, размер кодовой единицы определяется региональной информацией. По контрасту изображения мы видим улучшение качества видео и более нежную и естественную кожу персонажа, представленную H.265, что намного лучше, чем H.264.

Отметим, что наблюдается постоянно растущий рост потокового видео на YouTube и других популярных веб-сайтах, распространение камер видеонаблюдения, а также других устройств с высоким разрешением 4K / 8K, которые побуждают вас найти более эффективный способ потоковой передачи, хранения и воспроизведения видео. H.265 расширяется по мере необходимости. Этот формат кодирования видео помогает хранить большое количество видео с меньшим размером, чтобы транслировать ваши любимые фильмы с меньшим потреблением сети. Вы также можете получить больше пользы от H.265, который обеспечивает лучшее качество изображения.

Поддерживает ли мой компьютер HEVC / H.265?

Чтобы ваш ПК с Windows мог воспроизводить видео в формате HEVC, вам потребуется Windows 10. Вам также понадобится Intel Skylake 6-го поколения или новее / AMD Carizzo 6-го поколения или новее / видеокарта Nvidia GeForce GTX 950/950 или новее / AMD Radeon R9 Fury / Fury X / Nano или новее. Если вы являетесь пользователем Apple , вам потребуется macOS High Sierra или новее.

Смартфоны и другие устройства воспроизведения мультимедиа также могут воспроизводить видео HEVC с помощью подходящего оборудования. Вот некоторые SoC, которые, как известно, поддерживают HEVC:

Qualcomm Snapdragon 805/615/410/208 или новее

Apple A8 или новее

Nvidia Tegra X1 и новее

Поклонники Raspberry Pi будут рады услышать, что Raspberry Pi 4 B имеет аппаратное декодирование HEVC, хотя в более ранних моделях его нет.

Камеры видеонаблюдения, видеорегистраторы и другие аппаратные средства систем безопасности, произведённые в последнее время, как правило, поддерживают HEVC / H.265. Системы видеонаблюдения торговой марки RV-ZAFT® в своих настройках имеют возможность переключения между H.264 и H.265, причем с настройкой необходимого качества, детализации, типов потоков (VBR / CBR), частоты кадров, плотности ключевых кадров и т.д. Следует отметить, что AVC / H.264 не является устаревшим и широко сегодня применяется. Его сегодня предпочитают большинство инсталляторов сложных систем и специалистов в области облачного видеонаблюдения.

H.266 / VVC: скоро появится

Летом 2020 года был анонсирован кодек H.266, также известный как VVC, что означает Versatile Video Coding (универсальное кодирование видео). Считается, что кодек H.266 обеспечивает улучшенный алгоритм сжатия. Результат - то же качество изображения, что и HEVC, но с меньшей скоростью передачи данных на 50%. Благодаря этому кодек подходит для контента с высоким разрешением, например 4K и 8K, и потоковой передачи через мобильные сети, используемые для смартфонов. Вообще говоря, уменьшение пропускной способности очень многообещающе для ограничения объема данных и занимает меньше места для хранения.

«За счет снижения требований к данным H.266 / VVC делает передачу видео в мобильных сетях (где объем данных ограничен) более эффективной. Например, предыдущий стандарт H.265 / HEVC требует около 10 гигабайт данных для передачи 90-минутного видео [4K] », - пояснил Институт Фраунгофера Генриха Герца (HHI), объявивший о спецификации. «Благодаря этой новой технологии для достижения такого же качества требуется всего 5 гигабайт данных. Поскольку H.266 / VVC был разработан с учетом видеоконтента сверхвысокого разрешения, новый стандарт особенно полезен при потоковой передаче видео 4K или 8K на телевизорах с плоским экраном ". Кроме того, H.266 / VCC будет поддерживать 360-градусное видео и HDR-контент.

Но нам всем придется немного подождать, прежде чем вы сможете воспользоваться преимуществами VVC. По словам института Фраунгофера Генриха Герца HHI, который разработал кодек с такими компаниями, как Intel, Huawei, Microsoft, Qualcomm и другие, процессоры, необходимые для обработки этого кодека, пока недоступны, особенно для ноутбуков и камер видеонаблюдения.

Возможно, первое программное обеспечение для кодирования и декодирования, поддерживающее H.266 / VVC, будет доступно уже в конце 2020 года.

Ваш выбор H.265