H.265

A H.265 vagy HEVC ( High Efficiency Video Coding  ) egy videó tömörítési formátum , amely a H.264/MPEG-4 AVC- hez képest hatékonyabb algoritmusokat használ [  1] . A CCITT H.265 ajánlás , valamint az ISO/IEC 23008-2 MPEG-H 2. rész a CCITT Video Coding Experts Group (VCEG) és az MPEG Moving Picture Expert Group [2] közös fejlesztése . A szabvány ajánlását a mozgóképek nagyobb tömörítése iránti növekvő igényre válaszul dolgozták ki számos alkalmazáshoz, mint például az internetes streaming, adatátvitel, videokonferencia, digitális tárolóeszközök és televíziós műsorszórás [3] .

A legfeljebb 8K ( UHDTV ) keretformátumok 8192×4320 pixel [4] felbontásig támogatottak .

Történelem

2004- ben a VCEG kutatásokat kezdett olyan technológiák kifejlesztésére, amelyek lehetővé teszik egy új videotömörítési szabvány létrehozását (vagy a H.264/MPEG-4 AVC szabvány jelentős továbbfejlesztését). 2004 októberében felülvizsgálták a H.264/MPEG-4 AVC fejlesztésének különféle módjait [5] .

A H.265 eredetileg egy teljesen új szabvány volt, nem pedig a H.264 kiterjesztése, mint a HVC (High-performance Video Coding). A projekt részeként az ideiglenes nevek H.265 és H.NGVC kerültek hozzárendelésre ( angolul  Next-generation Video Coding  - a videokódolás következő generációja), a VCEG munkájának jelentős része volt még a HEVC-vé való fejlődés előtt. , közös projekt az MPEG-gel 2010-ben. 2009 áprilisában a projekt az NGVC nevet kapta; 2009 júliusában találkozóra került sor az MPEG és a VCEG között, ahol megvitatták az NGVC és a HVC további közös munkáját.

Az NGVC előfeltétele a bitráta 50%-os csökkenése , hasonló szubjektív képminőséggel és a H.264 High profile-hoz hasonló számítási bonyolultsággal. A beállításoktól függően a számítási bonyolultság várhatóan 1/2 és 3 között változik a H.264 High profile-hoz képest, míg az első esetben az NGVC-nek 25%-kal alacsonyabb bitrátát kell biztosítania [6] .

Az ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) 2007 -ben elindított egy hasonló projektet , amelyet előzetesen High-performance Video Codingnak hívnak. 2007 júliusában a projekt céljaként döntés született a bitráta 50%-os csökkentéséről [7] . 2009 júliusára a kísérlet eredményei átlagosan körülbelül 20%-os bitráta-csökkenést mutattak az AVC High Profile-hoz képest, ezek az eredmények arra késztették az MPEG-t, hogy megkezdje a szabványosítást a VCEG-gel együttműködve.

Az MPEG és VCEG szabvány kifejlesztésére létrehozták a Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) nevű szervezetet (ITU-T Rec H.264|ISO/IEC 14496-10) [8] . A Joint Video Coding Team (JCT-VC) első találkozójára 2010 áprilisában került sor . 27 teljes értékű projektet mutattak be. Az értékelések azt mutatták, hogy egyes javaslatok az AVC-vel azonos képminőséget képesek elérni, sok kísérletben csak a fele bitrátával, 2-10-szer nagyobb számítási bonyolultsággal, és egyes tervek jó szubjektív minőséget és jó bitsebességű eredményeket értek el alacsonyabb számítási bonyolultsággal, mint magas profilú AVC referenciakódolás. Ezen az ülésen elfogadták a közös projekt elnevezését – High Efficiency Video Coding (HEVC) [9] .

A HEVC Projekt Bizottságot 2012 februárjában hagyták jóvá . 2012 júniusában az MPEG LA bejelentette, hogy megkezdte a HEVC szabadalmakra vonatkozó közös licencek elfogadásának folyamatát. A nemzetközi szabványtervezetet 2012 júliusában egy stockholmi ülésen hagyták jóvá. Fröjdh, a svéd MPEG delegáció elnöke úgy véli, hogy a HEVC-t támogató kereskedelmi termékek 2013-ban megjelenhetnek [10] .

2012. február 29-én a Mobile World Congressen a Qualcomm bemutatott egy HEVC dekódert, amely egy androidos táblagépen fut, Qualcomm Snapdragon S4 kétmagos, 1,5 GHz-es processzorral. A videó két változatát mutatták be azonos tartalommal, H.264/MPEG-4 AVC és HEVC formátumban. Ebben a műsorban a HEVC csaknem 50%-kal csökkentette a bitsebességet a H.264/MPEG-4 AVC-hez képest [11] .

2012. augusztus 31-én az Allegro DVT bejelentette két HEVC adáskódoló kiadását: az AL1200 HD-SDI kódolót és az AL2200 IP átkódolót [12] . Az Allegro DVT kijelentette, hogy HEVC hardveres dekóderekre csak 2014-ig kell számítani, de a HEVC már korábban is használható lesz a szoftveres dekódolású alkalmazásokban. A 2012-es IBC kiállításon az Allegro DVT bemutatta az AL2200 IP átkódolón alapuló HEVC IP streaming rendszereket.

Az Ericsson 2012 szeptemberében a Nemzetközi Műsorszórási Konvención (IBC) bemutatta a világ első HEVC-kódolóját - az Ericsson SVP 5500-at, amelyet valós idejű videó kódolására terveztek földfelszíni televíziózás mobilhálózatokban történő sugárzására [13] .

2013 áprilisában a tervezetet ITU-T szabványként fogadták el [3] .

2017 elején a HEVC szabvány részleges támogatását hardver szinten minden nagyobb processzorgyártó bevezette.

Számos új funkciót javasoltak a szabvány követelményeiként:

• 2D elválaszthatatlan adaptív interpolációs szűrő (AIF)
• Elválasztható AIF
• Irányított AIF
• 1/8 pixeles mozgáskompenzáció (Qpel)
• Adaptív kódolási hiba előrejelzése (APEC) a térbeli és frekvenciatartományokban
• Adaptív kvantáló mátrix kiválasztás (AQMS)
• Összehasonlításon alapuló mozgásvektor kiválasztási és kódolási séma
• A kereten belüli kódolási beállítás mód függő módosítása

Feltételezhető, hogy ezek a technikák a többmenetes kódolásban hozzák a legnagyobb előnyt [14] .

Kódolás hatékonysága

A legtöbb videó kódolási szabvány fejlesztése elsősorban a legnagyobb kódolási hatékonyság elérésére irányul. A kódolási hatékonyságot úgy definiálják, mint a videó kódolásának képességét a lehető legalacsonyabb bitsebességgel , miközben a videó minősége bizonyos szinten megmarad . A videó kódolási teljesítményének mérésére két szabványos módszer létezik: az egyik objektív mérőszám, például csúcsjel -zaj viszony (PSNR), a másik pedig a videóminőség szubjektív mérőszáma. A képminőség szubjektív értékelése a videokódolás értékelésének legfontosabb paramétere, mivel a nézők szubjektív módon érzékelik a videó minőségét.

A H.264-ben használt makroblokkok helyett a HEVC fa-szerű kódszerkezetű blokkokat használ. A HEVC kódoló előnye a nagyobb blokkok használata. Ezt mutatták ki a HM-8.0 kódoló modellel végzett PSNR tesztek, ahol a kódolási eredményeket különböző blokkméretekkel hasonlították össze. A tesztek eredményeként kimutatták, hogy a 64×64 pixeles kódolási blokkokhoz képest a bitsebesség 2,2%-kal növekszik 32×32-es blokkok használatakor, és 11,0%-kal nő, ha 16×16-os blokkokat használunk. . A 2560x1600 pixeles felbontású videókódolás tesztjeiben 32x32 pixeles blokkok használatakor a bitsebesség 5,7%-kal, 16x16 pixeles blokkok használatakor pedig 28,2%-kal nő a 64 × 64 méretű blokkokat tartalmazó videóhoz képest. ugyanaz a csúcs jel-zaj arány. A tesztek kimutatták, hogy a nagyobb blokkok használata hatékonyabb nagy felbontású videó kódolásakor. A tesztek azt is kimutatták, hogy a 16x16-os blokkokkal kódolt videó dekódolása 60%-kal több időt vesz igénybe, mint 64x64-es blokkokkal. Azaz a nagyobb blokkok használata növeli a kódolás hatékonyságát, miközben csökkenti a dekódolási időt [15] .

A H.265 fő profil kódolási hatékonyságát összehasonlították a H.264/MPEG-4 AVC High Profile (HP), az MPEG-4 Advanced Simple Profile (ASP), a H.263 High Profile Latency (HLP) és a H.262/ MPEG-2 fő profil (MP). A szórakoztató videók és kilenc tesztvideó szekvencia 12 különböző bitsebességgel a HEVC HM-8.0 tesztmodell segítségével lett kódolva, ezek közül öt HD felbontású, négy pedig WVGA (800×480) felbontású. A bitsebesség csökkentését a PSNR alapján határoztuk meg [15] .

A HEVC kódoló szerkezete

A videó HEVC-ben történő kódolásakor ugyanazt a „hibrid” megközelítést alkalmazzák, mint minden modern kodekben, kezdve a H.261-gyel. Ez az intra- és inter-frame (Intra-/Inter-) predikció és a kétdimenziós transzformációs kódolás alkalmazásából áll.

A HEVC kódolóban minden videokocka blokkra van osztva. A videoszekvencia első képkockája csak kereten belüli predikcióval van kódolva, vagyis a kereten belüli várható mintaszint térbeli előrejelzését alkalmazzuk a szomszédos mintákra, miközben nincs függés a többi képkockától. A sorozat összes többi képkockájának legtöbb blokkjához általában a keretek közötti időbeli előrejelzés módját használják. A keretközi predikciós módban a referenciakeret mintáinak és a mozgásvektornak az értékére vonatkozó adatok alapján megbecsülik az egyes blokkok aktuális mintáit. A kódoló és a dekódoló azonos képkockák közötti előrejelzéseket hoz létre egy mozgáskompenzációs algoritmus alkalmazásával, mozgásvektorok és kiválasztott üzemmódadatok felhasználásával, amelyeket mellékinformációként továbbítanak.

A predikciós különbségjel, amely a keret referenciablokkja és a predikciója közötti különbség, lineáris térbeli transzformáción megy keresztül. A transzformációs együtthatókat ezután skálázzák, kvantálják, entrópiakódolást alkalmaznak, majd az előrejelzési információval együtt továbbítják.

A kódoló pontosan megismétli a dekódoló feldolgozási ciklusát, így mindkét esetben azonos előrejelzések jönnek létre a következő adatokra vonatkozóan. Így a transzformált kvantált együtthatókat skálázzuk, majd detranszformáljuk, hogy megismételjük a dekódolt különbségjel értékét. A különbség ezután hozzáadódik az előrejelzéshez, és a kapott eredményt kiszűri a blokkoló és kvantálási műtermékek kisimítása érdekében. A végső képkockaábrázolás (azonos a dekódoló kimenetén lévő kerettel) a dekódolt keretpufferben kerül tárolásra, amelyet a következő képkockák előrejelzésére használunk fel. Ennek eredményeként a feldolgozási keretek kódolási és dekódolási sorrendje gyakran eltér attól a sorrendtől, amelyben a forrásból származnak.

Feltételezzük, hogy a HEVC kódoló bemenetén lévő videoanyag progresszív letapogatás. A HEVC nem biztosít explicit váltottsoros kódolási funkciókat, mivel a modern kijelzőkben nem használják, és eloszlása ​​is csökken. A HEVC azonban metaadatokat vezetett be, hogy jelezze a kódolónak, hogy a váltottsoros videó két mód egyikében van kódolva: különálló képekként, két mezőként (a képkocka páros vagy páratlan sorai), vagy a teljes képkocka egészeként. Ez a hatékony módszer váltottsoros videókódolást biztosít anélkül, hogy a dekódolókat dedikált dekódolási folyamattal kellene terhelnie.

Profilok

2012 októberében a projekt három profilt tartalmazott: fő (fő), 10 fő (10 fő) és fő állókép (fő állókép) [16] .

A profil olyan kódoló eszközök és algoritmusok meghatározott halmaza, amelyek segítségével ennek a profilnak megfelelő videofolyamot lehet létrehozni [15] . A kódoló a videó folyam létrehozásakor határozza meg, hogy egy profilhoz mely komponensek használhatók, míg a dekódernek támogatnia kell az adott profil összes funkcióját.

Fő (Fő profil)

A fő profilra vonatkozóan a következő korlátozások vannak meghatározva:

• Színmélység - 8 bit csatornánként (16,78 millió lehetséges szín),
• Színes mintavételezés  - 4:2:0,
• A dekódoló puffer mérete legfeljebb 6 képkocka az ehhez a szinthez tartozó maximális fénysűrűség-komponens méretéhez képest.

Fő 10

A Main 10 a videó kódolására szolgáló profil csatornánként 10 bites színmélységgel [16] .

A kódolók fő elemeinek összehasonlítása:

Fő állókép

Az állóképek fő profilja lehetővé teszi egyetlen kép kódolását, bizonyos, a fő profilnak megfelelő korlátozások mellett [16] .

Szintek

2012 októberében a HEVC projekt két réteget határozott meg - Main (Main) és High (High), valamint 13 szintet [16] . A szint (Level) a dekóder számítási képességeihez és a memóriaterheléshez kapcsolódó adatfolyamra vonatkozó korlátozások halmaza. A szint beállítása a maximális mintavételezési gyakoriság, a maximális keretméret, a maximális bitsebesség, a minimális tömörítési arány, valamint a dekóder és a kódoló keretpuffer-képessége alapján történik. A réteg ( eng.  Tier - tier) fogalmát olyan  alkalmazásokhoz vezették be, amelyek csak a maximális bitsebességben és a kódoló keretpufferének kapacitásában különböznek egymástól. A fő réteget a legtöbb alkalmazáshoz tervezték, míg a High réteget az igényesebb alkalmazásokhoz. Egy adott rétegnek és rétegnek megfelelő dekódolónak dekódolnia kell az adott réteg és réteg paramétereivel kódolt összes adatfolyamot, valamint az összes alsó réteget és réteget. 4 alatti szintek esetén csak a Core Layer [1] [16] megengedett .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 G.J. Sullivan . A High Efficiency Video Coding (HEVC) szabvány áttekintése (pdf), IEEE Trans. a videótechnológiai áramkörökről és rendszerekről (2012. május 25.). Archiválva az eredetiből 2020. január 8-án. Letöltve: 2012. szeptember 14.
2. ↑ ISO/IEC FDIS 23008-2 , Nemzetközi Szabványügyi Szervezet  (2013. május 14.). Archiválva az eredetiből 2017. február 26-án. Letöltve: 2013. június 14.
3. ↑ 1 2 ITU-T Főoldal : Tanulmányi csoportok : ITU-T ajánlások : ITU-T H.265 (04/2013) , ITU (2013. április 13.). Az eredetiből archiválva: 2013. november 5. Letöltve: 2013. április 16.
4. ↑ H.265: Nagy hatékonyságú videokódolás , ITU (2013. június 7.). Az eredetiből archiválva : 2021. január 1. Letöltve: 2013. június 7.
5. ↑ A 31. VCEG értekezlet megbeszéléséről szóló jelentés tervezete archiválva 2012. július 22-én a Wayback Machine -ben (Marrakech, MA, 2007. január 15-16.)
6. ↑ Követelménytervezet az „EPVC” ​​fokozott teljesítményű videókódolási projekthez , ITU-T VCEG  (2009. július 10.). Archiválva az eredetiből 2021. február 27-én. Letöltve: 2012. augusztus 24.
7. ↑ Interjú Dr. Thomas Wiegand (nem elérhető link) . in-cites (2007. július 1.). Letöltve: 2012. augusztus 18. Az eredetiből archiválva : 2012. október 24.. (határozatlan) 
8. ↑ ITU TSB. Közös együttműködési csapat a videó kódolással kapcsolatban (nem elérhető link) . ITU-T (2010. május 21.). Letöltve: 2012. augusztus 24. Az eredetiből archiválva : 2012. október 24.. (határozatlan) 
9. ↑ A Videókódolás Közös Együttműködési Csoportja (JCT-VC) első ülésének dokumentumai – Drezda, Németország, 2010. április 15–23. (a hivatkozás nem elérhető) . ITU-T (2010. április 23.). Letöltve: 2012. augusztus 24. Az eredetiből archiválva : 2012. október 24.. (határozatlan) 
10. ↑ Az MPEG videotömörítési piszkozatot ad ki , Ericsson (2012. augusztus 13.). Archiválva az eredetiből 2016. június 4-én. Letöltve: 2012. augusztus 16.
11. ↑ A Qualcomm a következő generációs H.265 videó lóerőit mutatja , CNET (2012. február 29.). Az eredetiből archiválva : 2014. február 22. Letöltve: 2012. október 12.
12. ↑ A világ első élő HEVC közvetítésének kódolói: AL1200/AL2200 , PRNewswire (2012. augusztus 31.). Az eredetiből archiválva: 2012. szeptember 6. Letöltve: 2012. augusztus 31.
13. ↑ Az Ericsson új pillantást vet a megtekintési élményre [2012-09-13] Archiválva : 2016. március 14.
14. ↑ A H.265 jelenlegi állapota (2008. júliusi állapot) | H265.net (nem elérhető link) . Letöltve: 2009. november 8. Az eredetiből archiválva : 2012. október 15. (határozatlan) 
15. ↑ 1 2 3 G.J. Sullivan . A videókódolási szabványok kódolási hatékonyságának összehasonlítása – beleértve a nagy hatékonyságú videókódolást (HEVC) (pdf), IEEE Trans. a videótechnológiai áramkörökről és rendszerekről (2012. augusztus 22.). Az eredetiből archiválva : 2013. augusztus 11. Letöltve: 2012. szeptember 22.
16. ↑ 1 2 3 4 5 High Efficiency Video Coding (HEVC) szöveges specifikáció tervezet 9 , JCT-VC (2012. október 22.). Az eredetiből archiválva : 2013. július 29. Letöltve: 2012. október 23.
17. ↑ 1 2 A fényerő összetevőhöz

Lásd még

• Az x265 a H.265-ös videofolyamok kódolására szolgáló szoftverkomponensek  ingyenes könyvtára.
• VP9
• Daala
• .bpg
• AV1
• H.266

Linkek

• A VCEG 31. üléséről szóló jelentéstervezet (Marrakech, MA, 2007. január 15-16.)
• Video Coding Experts Group (VCEG)
• A High Efficiency Video Coding (HEVC) szabvány áttekintése
• Ultra HD 4K videó streaming technológia H.265 minőségben (2013. január) TV-Magazine.ru online magazin
• H.265 kódolású nyílt forráskódú információ
• H.265 (HEVC) – marketingtrükk vagy valami több? Mit hoz magával a kódolási szabvány közelgő változása? Biztonsági hírek
• HEVC videokodekek összehasonlítása  - a HEVC kodekek összehasonlítása a Moszkvai Állami Egyetem Számítógépes Grafikai és Multimédiás Laboratóriumának videócsoportjából
• Moszkva állam kiadta az első HEVC-összehasonlítást  - a Moszkvai Állami Egyetem kodekeinek összehasonlításának módszertanának rövid leírása