Кодек HEVC: ключевые особенности, используемые технологии сжатия и кодирования данных
Чтобы повысить скорость загрузки фильмов или роликов в интернете, а также уменьшить объём памяти, необходимый для хранения видеофайлов, при сохранении исходного качества картинки, используют специальные кодеки. Сегодня существуют различные алгоритмы сжатия кадров видео, которые отличаются своими особенностями, достоинствами и недостатками. Одним из наиболее современных считается кодек HEVC, который пришёл на смену AVC. Что из себя представляет данный алгоритм, какие преимущества имеет? Предлагаем рассмотреть в данной статье.
Что такое HEVC, где используется?
High Efficiency Video Coding (HEVC, Н.265) – современный видеокодек, который способен в более чем 2 раза сильнее сжимать видеофайлы по сравнению с лучшим алгоритмом Blu-ray – предшественником Advanced Video Coding (AVC, Н.264). Необходимость в создании нового видеокодека обусловлена растущей потребностью в передаче по интернету видеофайлов больших размеров и записи на диски огромного количества видеоинформации.
Важно знать! Н.265/HEVC обеспечивает максимально возможный сегодня коэффициент сжатия 1000:1.
Основные сферы применения нового алгоритма – вещательное телевидение, мультимедиа и видеонаблюдение. Новый видеокодек является важнейшим моментом в переходе на более высокий уровень качества картинки и уменьшении нагрузки на глобальные сети.
Преимущества HEVC перед старыми форматами
При появлении операционных систем iOS 11 и macOS HighSierra компания Apple начала активно разрабатывать и внедрять новые форматы для фото и видеоконтента. Вследствие этого были созданы форматы HEIF (для картинок) и HEVC (видео). Так, кодек Н.265 характеризуется следующими неоспоримыми преимуществами по сравнению со своими предшественниками:
- обеспечение более высокого качества изображения;
- ме́ньшее количество памяти, необходимое на жёстком диске или другом накопителе для хранения файлов;
- потребность в ме́ньшей пропускной способности для передачи видеоконтента по глобальной сети.
Важно знать! По утверждению специалистов компании Apple, благодаря использованию формата HEVC им удалось добиться уменьшения размера файлов в среднем на 40%.
Основные нововведения кодека
Для улучшения качества картинки при создании нового алгоритма сжатия HEVC были применены следующие инновационные решения:
- увеличение размера блоков, на которые разбиваются кодированные файлы: в случае с кодеком Н.264 блоки могут иметь максимальный размер 16х16 пикселей (256), а при использовании Н.265 – 64х64 (4096 точек);
- осуществление поддержки блоков Main на 8 и 10 бит (в будущем предполагается переход к 12 битам);
- использование двумерных разделимых, неразделимых и направленных интерполяционных фильтров ASF;
- технология компенсации движений при максимальной точности 1/8 пикселя;
- адаптивная система предсказания возможных ошибок и подбора матрицы непосредственно при кодировании;
- применение сравнительной схемы кодирования векторов движений;
- функции режимно-зависимого внутрикадрового кодирования.
Эффективность поддержки 4К и 8К
Если оценивать эффективность применения нового кодека HEVC, то сразу после создания он был малопопулярным, поскольку поддерживать данный стандарт могли только высокомощные графические процессоры GeForce 970 и 980. Это объяснялось большим количеством времени, которое потребовалось для кодирования файлов при использовании менее мощных видеокарт.
Со временем разработчики постоянно работали над решением данной проблемы, и сегодня кодек Н.265 получил более широкое распространение. Особенно ярко выгоды использования алгоритма сжатия видны в случае с видео формата 4К и 8К – для таких видеофайлов обеспечивается экономия места на диске более 50%. Сегодня уже существует множество видеокамер, которые поддерживают кодек HEVC. Изучить подходящие модели, а также арендовать камеры для съёмки видео вы можете на сайте https://tvtok.ru/catalog/arenda/arenda_operatorskoy_tekhniki/.
Особенности сжатия изображений
Если рассматривать кодек AVC (Н.264), то для сжатия картинки в отдельных фреймах ищутся области однотонного цвета. Так, если сфотографировать небо в солнечный день, то многие блоки будут характеризоваться однообразным ярко-синим цветом. В этом случае нет необходимости определять цвет всех в отдельности пикселей – программа просто укажет, что те или иные части изображения имеют одинаковый окрас. Данная функция называется «внутрикадровое сжатие» (сжимаются данные конкретного кадра).
Также в AVC используется опция межкадрового сжатия – в этом случае программа определяет, какие участки соседствующих картинок в видеоряде были изменены. Ещё одна уникальная функция – разбивание фрейма на макроблоки и определение количества кадров, которые имеют одинаковые неизменные участки. Существуют и многие другие опции, которые применяются в алгоритме Н.264.
В кодеке HEVC используются многие функции из AVC, но они работают ещё более эффективно. Так, благодаря увеличению размера блоков можно отслеживать и запоминать бо́льшее количество кадров с неизменёнными участками.
Отличия кодека Н.265 от Н.264
Как уже отмечалось, данные кодеки отличаются друг от друга размером единиц кодирования дерева (CTU). Благодаря улучшенной сегментации блоков в сочетании с улучшенной компенсацией движений и пространственным прогнозированием предоставляются более широкие возможности обработки изображений при сжатии, а также сокращают количество проводимых вычислений, необходимых для декомпрессии.
Очередным отличием Н.265 от Н.264 является поддержка расширенных форматов AVX/AVX2 и FMA3/FMA4. Данные стандарты предполагают разделение изображений на отдельные, независимые области прямоугольной формы, которые можно обрабатывать параллельно. Ещё одна особенность HEVC – использование дерева решений Wavefront Parallel Processing (WPP) для обеспечения более продуктивного сжатия.
В Н.265 используются многие инструменты кодирования, заимствованные у Н.264, которые подверглись незначительным, но беспрецедентным изменениям. Здесь речь идет о таких функциях:
- энтропийном кодировании при сжатии без потерь;
- адаптивном двоичном арифметическом кодировании (CABAC);
- адаптированном к контексту кодировании.
Немаловажное отличие – intra-предсказание, которое существенно улучшилось у Н.265. Так, в HEVC используется 33 направленных режима, тогда как у AVC их количество ограничено 8. Дополнительные улучшения касаются Adaptive Motion Vector Prediction – новейшая методика взаимного прогнозирования за счёт использования более краткой информации об изображениях.
С помощью чего смотреть HEVC?
Для просмотра видео, закодированного с помощью нового алгоритма Н.265, через интернет можно воспользоваться программными плеерами. Одним из самых действенных вариантов является специализированный и узконаправленный софт Daum PotPlayer. Если данный вариант не подходит, то можно использовать популярный VLC Media Player. В данном случае необходимо устанавливать последнюю версию плеера, поскольку только она имеет встроенную поддержку HEVC.
Кроме неоспоримых преимуществ, новый кодек связан и с некоторыми недостатками. Так, большинство производителей домашних кинотеатров и SmartTV не торопятся выпускать новые модели техники, которые поддерживали бы алгоритм Н.265. Зрителям остаётся только надеяться, что в скором будущем данная интеграция всё же произойдёт.
Стоит учесть, что видеокодек является основным алгоритмом сжатия на устройствах iOS 11 и Mac HighSierra. Так, на последних версиях смартфонов iPhone и планшетов iPad видеофайлы, снятые на камерах при сжатии Н.265, воспроизводятся в стандартном приложении «Видео» либо с помощью VLC Media Player. Если говорить о мобильных устройствах с операционной системой Android, то для воспроизведения HEVC файлов можно использовать MX Player с программным декодированием, но только при условии достаточной производительности самой техники.
Если вы хотите просматривать отснятые видео на ПК или ноутбуке с платформой Windows, то можно скачать последние версии MediaPlayerClassic, MediaPlayerClassic BE, KM Player, VLC либо GOM Player, которые также поддерживают кодек HEVC.
Как можно увидеть, новый алгоритм сжатия Н.265 предоставляет массу выгод по сравнению с использованием предшествующих кодеков. Важно лишь использовать соответствующую технику для съёмки роликов, которые можно купить или арендовать на сайте tvtok.ru, а также совместимое с ней программное обеспечение.