Высокоэффективное кодирование видео

Высокая эффективность кодирования видео ( HEVC ), также известное как H.265 и MPEG-H часть 2 , является стандартом для кодирующих из видео контента и изображений. Он является преемником стандарта H.264 / MPEG-4 AVC и конкурирует с VP9 , Daala и AV1 . H.265 / HEVC - это совместная разработка группы экспертов ISO / IEC по движущимся изображениям (MPEG) и группы экспертов по кодированию видео ITU-T (VCEG). MPEG и VCEG создали совместную рабочую группу с «Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC)» для разработки стандарта HEVC. Целью было добиться вдвое большего сжатия по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC при сохранении того же качества. Кроме того, H.265 / HEVC может масштабироваться от 320 × 240 пикселей ( QVGA ) до 8192 × 4320 пикселей, включая телевидение сверхвысокой четкости 2 (UHD-2) и 8K .

Приложения включают, например, передачу телевизионных программ сверхвысокого разрешения , развлекательную электронику ( проигрыватели дисков Blu-ray с разрешением 4K, видеокамеры ) или предложения потоковой передачи . Кодек также используется для наземного распространения контента в формате HD ( DVB-T2 ) в Германии.

история

Начиная с 2004 года Группа экспертов по кодированию видео ITU-T (VCEG) изучала способы улучшения сжатия видео по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC. В январе 2005 года VCEG определила ключевые области (KTA, ключевые технические области) для дальнейших исследований. VCEG разработала эталонное программное обеспечение для тестирования улучшений в этих ключевых областях. В качестве основы для этого использовалось «Совместное эталонное программное обеспечение модели», которое было создано Объединенной группой по работе с видео MPEG и VCEG в качестве основы для стандарта H.264 / MPEG-4 AVC. Новые интегрированные методы были опробованы в экспериментальных оценках в течение следующих четырех лет.

Существовало два возможных подхода к стандартизации улучшенной технологии сжатия: определение нового стандарта или создание расширений для H.264 / MPEG-4 AVC. Проект предварительно назывался H.265 и H.NGVC (кодирование видео следующего поколения) и был значительной частью работы VCEG, пока не был разработан в совместном проекте H.265 / HEVC с MPEG в 2010 году. Название H .265 в первую очередь предназначалась для возможного создания нового стандарта.

  • Февраль 2012: Проект комитета (полный проект стандарта)
  • Июль 2012 г .: Проект международного стандарта.
  • 25 января 2013 г .: стандартное подтверждение ITU

В конце 2014 года компания Samsung представила первую компактную системную камеру NX1, которая могла записывать видео в этом стандарте на карту памяти.

Эффективность

Предварительными требованиями для NGVC были снижение скорости передачи данных на 25 процентов и снижение сложности на 50 процентов при сохранении того же субъективного качества изображения по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC High Profile. Эффективность кодека HEVC в основном достигается за счет изменения размеров блока во время сжатия. Если H.264 разделил изображение на блоки размером 16 × 16 пикселей, чтобы их можно было просматривать по отдельности, HEVC может выбирать между размерами блоков 4 × 4 и 64 × 64, что особенно выгодно для больших изображений. В случае видео так называемые блоки преобразования теперь доступны в четырех размерах вместо двух предыдущих, которые используются для областей изображения, которые не изменяются в видео последовательных кадров и меняют только свое положение, например, при панорамировании. камера.

Профили

В отличие от H.264 / MPEG-4 AVC, проект для H.265 / HEVC, принятый в январе 2013 года, определяет только три профиля: Main, Main10 и MainStillPicture. Основной профиль кодека HEVC примерно сопоставим с прогрессивным высоким профилем кодека H.264 / MPEG-4 AVC.

В дополнение к проекту стандарта HEVC началась разработка будущих расширений для HEVC, таких как Scalable Video Coding (SVC) и Multiview Video Coding Extension (MV-HEVC).

Уровни и уровни

Стандарт HEVC определяет два уровня (основной уровень и высокий уровень) и разные уровни. «Основной уровень» был разработан для большинства приложений, в то время как «высокий уровень» будет использоваться только для очень требовательных приложений. Уровни определяют требования к соответствующему декодеру и кодеру, то есть какое максимальное разрешение и частоту кадров он может декодировать или кодировать. Правильно спроектированный аппаратный декодер, который может декодировать определенную комбинацию уровня / уровня, всегда должен иметь возможность декодировать все более низкие уровни и уровни ниже.

Для всех уровней ниже уровня 4 для кодека HEVC указывается только «основной уровень».

Уровни и уровни с максимальными указанными значениями свойств
Уровень Максимальное количество
пикселей яркости на 		Максимальная скорость передачи данных для
основных и 10 основных
профилей (Мбит / с) 		Примеры
разрешения при частоте кадров
(MaxDpbSize)
Второй
МП / с 		Кадр
МП / кадр
Основной ярус Высокий уровень
1 0000,55296 00,036864 000,128 0256 × 144 0@ 15 0(6)
0128 × 96 @ 45 (16) 000
2 0003,6864 00,12288 001.5 0480 × 256 0при 30 0(6)
0352 × 240 0при 43 0(8)
2.1 0007,3728 00,24576 003 0640 × 384 0при 30 0(6)
0352 × 288 0при 72 0(14)
3 0016,5888 00,55296 006-е 0960 × 540 0при 32 0(6)
0720 × 576 0при 40 0(8)
3.1 0033,1776 00,98304 010 1280 × 768 0при 33,7 0(6)
0960 × 540 0при 63 0(6)
4-й 0066,84672 02,228224 012-е 030-е 1280 × 720 0@ 72 0(14)
1920 × 1080 @ 32 0(6)
2048 × 1080 @ 30 0(6)
4.1 0133,69344 020-е 050 1280 × 720 0@ 144 (14)
1920 × 1080 @ 64 0(6)
2048 × 1080 @ 60 0(6)
5 0267,38688 08,912896 025-е 100 1920 × 1080 при 128 (16)
3840 × 2160 при 32 0(6)
4096 × 2160 при 30 0(6)
5.1 0534.77376 040 160 1920 × 1080 при 256 (16)
3840 × 2160 при 64 0(6)
4096 × 2160 при 60 0(6)
5.2 1069,54752 060 240 1920 × 1080 при 300 (16)
3840 × 2160 при 128 (6)
4096 × 2160 при 120 (6)
6-е 1069,54752 35,651584 060 240 3840 × 2160 при 128 (16)
7680 × 4320 при 32 0(6)
8192 × 4320 при 30 0(6)
6.1 2139.09504 120 480 3840 × 2160 при 256 (16)
7680 × 4320 при 64 0(6)
8192 × 4320 при 60 0(6)
6.2 4278,19008 240 800 3840 × 2160 при 300 (16)
7680 × 4320 при 128 (6)
8192 × 4320 при 120 (6)

Примечания (уведомление на английском языке):

  1. ↑ Максимальная частота кадров, поддерживаемая кодеком HEVC, составляет 300 кадров в секунду (300 кадров в секунду ).
  2. ↑ Буфер для декодированных изображений (MaxDpbSize) составляет шесть изображений для каждого уровня и соответствующего максимального разрешения. Если разрешение для соответствующего уровня используется не полностью, то есть «Максимальный размер изображения яркости» значительно меньше, чем указано для соответствующего уровня, буфер может быть увеличен до максимум 16 изображений.

Лучшая переносимая графика (BPG)

Better Portable Graphics ( BPG ) - это формат изображения, разработанный в 2014 году Фабрисом Белларом на основе стандарта HEVC для хранения цифровых неподвижных изображений. Это контейнерный формат, в котором используется формат HEVC Main 4: 4: 4 16 Still Picture с длиной до 14 бит. По сравнению с форматом JPEG , BPG также поддерживает субдискретизацию цвета 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0. Предложил расширение имени файла является .bpg . Изображения .bpg отображаются в браузере с помощью приложения JavaScript в элементе холста HTML.

Патенты и затраты

Подобно предыдущему стандарту H.264 / MPEG-4 AVC, многие компании имеют патентные заявки на H.265 / HEVC. Таким образом, использование требует уплаты патентных пошлин MPEG LA и другим владельцам или администраторам патентов. В начале 2014 года MPEG LA предусматривал относительно умеренные условия лицензии: использование было бесплатным для до 100 000 устройств в год, только после этого требовалось 20 центов США за устройство, но не более 25 миллионов долларов США на компанию в год. Контент, закодированный с помощью HEVC, должен освобождаться от лицензионных сборов, но только в отношении патентов, находящихся в ведении MPEG LA. В Европейском Союзе , патенты на программное обеспечение не считаются действительными, поэтому программные решения , такие как VLC медиа - плеер ( по крайней мере , по мнению о VideoLAN организации) не требуют лицензии на HEVC. В настоящее время срок действия 60% этих патентов истек или больше не действует.

Однако в начале 2015 года компании, которые не хотели, чтобы их представляла MPEG LA, сформировали патентный пул под названием HEVC Advance. Это потребовало дополнительных сборов до 1,5 долларов с первого устройства. Кроме того, каждый, кто продает контент H.265, должен получать от этого 0,5 процента своих доходов.

В результате группа компаний сформировала Alliance for Open Media для разработки безлицензионных видеокодеков.

В феврале 2016 года Technicolor вышла из HEVC Advance Pool, чтобы разрешить прямое лицензирование своих патентов. Это еще больше запутало ситуацию с лицензированием. С марта 2017 года появился еще один пул под названием Velos Media с требованиями о дополнительных лицензионных сборах. Не лучше ситуация была и в начале 2018 года.

Альянс за открытые медиа установил свой первый кодек под названием AV1 в марте 2018 года . Качество изображения должно быть на 30% лучше, чем с HEVC. Незадолго до этого HEVC Advance Pool отменил свои требования к плате за использование контента и снизил другие лицензионные сборы.

Реализации

Пока есть два бесплатных кодировщика для HEVC, x265 и Kvazaar , под обозначением SVT-HEVC, Intel разрабатывает (с сентября 2018 года также публично) другой кодировщик с особым упором на сценарии реального времени и определенные процессоры, которые также могут будет вызван как опция в X265 в будущем должен. Libde265 - это бесплатный декодер с собственным видеоплеером для HEVC.

Дальнейшие реализации из тестового сравнения кодеков HEVC - 2015! :

  • кодер f265 H.265
  • Intel MSS HEVC (GAcc) as (программное обеспечение и графический процессор)
  • Аппаратный кодировщик Ittiam HEVC
  • Кодировщик Strongene Lentoid HEVC
  • Кодировщик реального времени SHBP H.265

Тесты (по состоянию на 2019 год)

Согласно измерениям, проведенным Московским университетом в 2015 году, кодер x265, который был лучшим в то время, имел только на 20% меньший поток данных по сравнению с H.265 и H.264, чем его предшественник x264 с тем же качеством изображения, и был поэтому результат теста MSU только на 25% лучше. Однако это также связано с дальнейшим развитием кодека x264 с существенными улучшениями идей X.265.

Цель улучшения сжатия H.265 на 50% по сравнению с H.264 обычно не достигается, но зависит от различных факторов, таких как разрешение.

Благодаря адаптации к процессорам Intel, Intel Encoder MSS значительно быстрее создает файлы H.265 и обеспечивает такие же небольшие объемы данных в тесте MSU.

В тесте 2019 года некоторые кодеры обогнали x265 из-за больших вычислительных затрат. Улучшенные кодировщики, такие как HW265, на 40% лучше, чем x264.

В тесте с другими конкурентами кодеков, такими как VP9 и его преемник AV1, они были частично пройдены.

Универсальное кодирование видео

В октябре 2015 года ITU-T VCEG и ISO / IEC MPEG основали новую рабочую группу, Joint Video Exploration Team (JVET), для разработки нового стандарта сжатия видео, который, среди прочего, еще больше повысит эффективность кодирования. Это известно как универсальный стандарт кодирования видео или H.266. Первый вариант этого документа был представлен в апреле 2018 года. О доработке стандарта было объявлено в июле 2020 года. Должна быть возможность снизить битрейт для видео UHD на 50% по сравнению с HEVC с таким же качеством, поддерживаются разрешения до 16K и видео с обзором 360 градусов.

литература

  • Матиас Вин: « Высокоэффективное кодирование видео: инструменты кодирования и спецификации». Springer, 2014 г., ISBN 978-3-662-44275-3 .
  • Йенс-Райнер Ом : Еще эффективнее, пожалуйста. Грядущий стандарт сжатия видеоизображения High Efficiency Video Coding (HEVC). В: c't . № 14, 2012, с. 174-179.
  • Гэри Дж. Салливан , Йенс-Райнер Ом, Ву-Джин Хан, Томас Виганд : Обзор стандарта высокоэффективного видеокодирования (HEVC) . В: IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . Лента 22 , нет. 12 , 2012 ( онлайн [PDF; 4.2 МБ ; по состоянию на 1 декабря 2012 г.]).
  • Йенс-Райнер Ом , Гэри Салливан , Хайко Шварц, Тиоу Кенг Тан, Томас Виганд : Сравнение эффективности кодирования стандартов видеокодирования, включая высокоэффективное кодирование видео (HEVC) . В: IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . Лента 22 , нет. 12 , 2012 ( онлайн [PDF; 6.3 МБ ; по состоянию на 1 декабря 2012 г.]).
  • Тило Струтц: Сжатие данных изображения - основы, кодирование, вейвлеты, JPEG, MPEG, H.264, HEVC. 5-е издание, SpringerVieweg, 2017 г., ISBN 978-3-8348-1427-2 , страницы 313-345

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ^ ITU TSB: Совместная совместная группа по кодированию видео . ITU-T . 23 апреля 2010 г. Проверено 21 мая 2010 г.
  2. ↑ GJ Sullivan, J.-R. Ом, W.-J. Хан, Т. Виганд: Обзор стандарта высокоэффективного видеокодирования (HEVC) (предварительная версия для публикации) (PDF; 4,2 МБ) IEEE Trans. On Circuits and Systems for Video Technology. 1 декабря 2012 г. Проверено 13 сентября 2012 г.
  3. ↑ четырехъядерной SoC поддерживает Android 4.0, 3840 × 1080 разрешение видео ( сувенира в оригинальной датированный 31 мая 2014 в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / archive.linuxgizmos.com
  4. ↑ Ж.-Р. Ом, Г. Дж. Салливан, Х. Шварц, Т. К. Тан, Т. Виганд: Сравнение эффективности кодирования стандартов кодирования видео - включая высокоэффективное кодирование видео (HEVC) (предварительная версия для публикации) (PDF; 6,3 МБ) IEEE Trans on Circuits и системы для видеотехники. 1 декабря 2012 г. Проверено 13 сентября 2012 г.
  5. ↑ Markus Вайднер: DVB-T2 в полном HD: Официальный запуск 29 марта 2017. Достигано 26 июня 2016 года .
  6. ↑ heise.de: DVB-T2: Только настоящий с логотипом . По состоянию на 10 июня 2015 г.
  7. ↑ Т. Веди, Т.К. Тан, отчет AHG - Улучшения эффективности кодирования , документ VCEG VCEG-AA06, октябрь 2005 г.
  8. ↑ Проект отчета о 31-м заседании VCEG (Марракеш, Массачусетс, 15–16 января 2007 г .; MS Word ; 152 кБ)
  9. ^ Новый видеокодек для снижения нагрузки на глобальные сети . 25 января 2013 г. Проверено 26 января 2013 г.
  10. ↑ ITU выпускает видеостандарт H.265 26 января 2013 г., Golem.de
  11. ↑ Отчет Photokina, день 1 - Samsung NX1 (беззеркальная камера 4K с H.265) , EOSHD от 16 сентября 2014 г., по состоянию на 17 сентября 2018 г.
  12. ↑ a b c Бенджамин Бросс и др.: Проект 10 спецификации текста High Efficiency Video Coding (HEVC) (для FDIS и согласия) . Система управления документами MPEG, 17 января 2013 г.
  13. ↑ HEVC псевдоним H.265 вдвое эффективнее H.264 16 августа 2012 г., Golem.de
  14. ↑ Формат изображения BPG . Фабрис Беллар. 2014. По состоянию на 23 декабря 2014 г.
  15. ↑ Стивен Шенкленд: HEVC, новое оружие в войне кодеков, появится в сентябре , CNET, 22 августа 2012 г.
  16. ↑ Wayback Machine. 24 января 2014, доступ к 11 ноября 2018 .
  17. ↑ Стивен Шенкленд: VLC вступает в войну видео следующего поколения с VP9, ​​поддержкой HEVC , CNET, 15 ноября 2013 г.
  18. ↑ https://www.mpegla.com/wp-content/uploads/hevc-att1.pdf
  19. ↑ Фердинанд Томмес: Новый патентный пул требует повышения платы за H.265 , Pro-Linux, 27 июля 2015 г.
  20. ↑ Technicolor выходит из пула HEVC Advance, чтобы разрешить прямое лицензирование своего IP-портфеля HEVC | Цветной. Проверено 10 ноября 2018 года .
  21. ↑ Запущен третий патентный пул HEVC с Ericsson, Panasonic, Qualcomm, Sharp и Sony - Дэн Рейберн - StreamingMediaBlog.com . В: Дэн Рейберн - StreamingMediaBlog.com . 30 мая 2017 г. ( streamingmediablog.com [доступ 12 ноября 2018 г.]).
  22. ^ Ян Озер: «Будущее лицензирования HEVC мрачно», - заявляет председатель MPEG . В: Журнал Streaming Media . 31 января 2018 г. ( streamingmedia.com [по состоянию на 11 ноября 2018 г.]).
  23. ↑ Ян Озер: AV1 превосходит VP9 и HEVC по качеству, если у вас есть время, - заявляет Московское государственное управление . В: Журнал Streaming Media . 30 января 2018 г. ( streamingmedia.com [доступ 5 августа 2018 г.]).
  24. ↑ HEVC Advance снижает плату за использование для распространения контента и снижает некоторые лицензионные сборы и ограничения . В: presseportal.de . ( presseportal.de [доступ 8 ноября 2018 г.]).
  25. ↑ x265
  26. ↑ Кваазар
  27. ↑ Intel / SVT-HEVC. Достигано 2 ноября 2018 .
  28. ↑ Автор: x265 и SVT-HEVC в одном доме. В: x265. 19 февраля 2019 г., по состоянию на 1 апреля 2019 г. (американский английский).
  29. ↑ libde265 - бесплатная реализация h.265 (LGPL)
  30. ↑ Дирк Фарин: открытая реализация кодека h.265
  31. ↑ Сравнение кодеков HEVC - 2015! Проверено 22 апреля 2016 года .
  32. ↑ Сравнение кодеков PDF 4K HEVC - 2015! (PDF) Проверено 22 апреля 2016 .
  33. ↑ Сравнение кодеков PDF HD HEVC - 2015! (PDF) Проверено 22 апреля 2016 .
  34. ↑ Intel Media Server Studio HEVC Codec Scores Fast Transcoding Title. Проверено 22 апреля 2016 года .
  35. ↑ http://www.compression.ru/video/codec_comparison/hevc_2019/
  36. ↑ http://www.compression.ru/video/codec_comparison/hevc_2019/#hq_report_summary
  37. ↑ http://www.compression.ru/video/codec_comparison/hevc_2019/download/high_quality_report_enterprise/MSU_HQ_Video_Codec_Comparison_Report_2019_enterprise.pdf
  38. ↑ JVET - Joint Video Experts Team. Проверено 16 августа 2018 года (американский английский).
  39. ↑ Институт Фраунгофера Генриха Герца HHI. Проверено 23 декабря 2020 года .
  40. ↑ Универсальное кодирование видео | MPEG. Accessed 16 августа 2018 года .
  41. ↑ ITU: Beyond HEVC: проект универсального кодирования видео сильно стартует в Joint Video Experts Team . В: Новости МСЭ . 27 апреля 2018 г. ( itu.int [по состоянию на 16 августа 2018 г.]).
  42. ↑ Fraunhofer HHI демонстрирует новейшие видеотехнологии на IBC . ( Innovations-report.com [доступ 5 ноября 2018 г.]).
  43. ↑ Что нового в Универсальном кодировании видео - Сжатие видео с оптимизированными реализациями - YouTube. Проверено 23 декабря 2020 года .