В данной статье мы попытаемся понять, отвечает ли видеокодек нового поколения возлагаемым на него надеждам?
Видеокодек нового поколения High Efficiency Video codec (HEVC), известный также как H.265, стал важной вехой видеоиндустрии 2013 года. В течение последних 12 месяцев было много сказано о H.265 и новых технологиях кодирования видео, однако сегодня впервые можно просто сесть и внимательно изучить этот самый кодер нового поколения (хоть и существующий лишь в версии, предшествующей альфа-тестированию), а также протестировать его качества в плане работы с видео. Мы рассмотрим в едином ключе качество отображения видео и размеры сжатия потока нового кодека, сравнив его с предыдущим — H.264, а также изучим производительность в Sandy Bridge-E, Ivy Bridge и Haswell.
Кодек H.264 был вполне успешным проектом. Это весьма гибкий кодек, который получил широкое применение в сетях распространения потокового видео, на спутниковых платформах, а также при записи Blu-ray дисков. Он весьма хорош для масштабирования, благодаря чему он был предложен в качестве стандарта для 3D с частотой кадров 48-60 в секунду, и даже для 4К. И он вполне справляется с этими задачами. Стандарт, принятый для Blu-ray дисков, пока не включает в себя каких-либо рекомендаций относительно данных технологий, однако кодек H.264 сам по себе способен их поддерживать.
Проблема кодека H.264 заключается в том, что будучи в принципе способным кодировать видео в этих форматах, он не может обеспечить степень сжатия, которая бы сделала размеры получаемых файлов приемлемыми. Потребовался новый стандарт, который бы смог существенно уменьшить размеры получаемых после сжатия файлов и тем самым заслужил бы международное признание в качестве средства продвижения новых форматов видео. Так и появился на свет H.265. Он был разработан таким образом, чтобы используя новые технологии сжатия и более умную модель кодирования/декодирования, наиболее экономно использовать пропускные ресурсы канала.
В отличие от H.264, который хоть и может быть использован для поддержки 4К-телевидения, всё же он не создавался для этого формата, а H.265 разрабатывался с учётом всех особенностей 4К, включая поддержку 10-битового видео и высокой частоты кадров. Это только начало, и нынешняя, зародышевая версия кодека имеет некоторые ограничения. Она поддерживает 8-битовый цвет и даёт цветовую модель YUV, однако и данную тестовую версию много кому хотелось бы увидеть в работе. Поэтому группа исследователей, вооружившись только скомпилированным энкодером и несколькими тестовыми клипами, решила проверить – на что же способен новый кодек?
Первое, что их интересовало – это размеры файлов. Исследователи решили сравнить размеры элементарных видеопотоков. При этом следует учесть, что речь шла исключительно о видео – звук не кодировался ни в одном из случаев.
Размеры кодирования определялись настройками квантователя, где более низкие q-показатели соответствовали более высокому качеству (и большему размеру файлов). Базовый кодированный файл состоит из 500 кадров, его размер – 1,5 Гб, YUV 4:2:0, частота кадров – 50 в секунду. Для сравнения использовался элементарный размер потокового файла, потому что он отображает то, что передаётся на декодер для создания изображения на выходе. Исследователи работали с элементарными потоками, потому что на данной стадии проекта (предшествующей альфа-тестированию) размер декодируемого файла всегда составляет 1,5 Гб, вне зависимости от уровня качества, выбранного при его создании.
Это помогает понять основу тех преимуществ, которые может предложить H.265 в сравнении с H.264. И хотя в большинстве случаев он не даёт 50% экономии пропускной способности канала, результат близок к этой цифре. При установке q=24 в квантователе мы получаем файл размером 57% от созданного в H.264, при установке q=30 – 59%, а q=40 даёт 47%. Конечно, при установке q=40 финальный файл далёк от совершенства, однако он позволяет экономить пропускную полосу более, чем вдвое.
Следующий вопрос, который интересовал исследователей, – это производительность. Известно, что в сравнении с H.264, H.265 требует большего количества «лошадиных сил» для кодирования и декодирования. Впрочем, разработчики обещают усилить роль параллельных вычислений при кодировании и декодировании, чтобы ускорить эти процессы. Подразумевается, что поддержка OpenCL станет реальной рано или поздно, а это значит, что предложения вроде HAS от AMD могут получить дополнительные очки от поддержки x265 в этом году.
В настоящее время исследователи были ограничены в выборе процессора, однако представитель MultiCoreWare Том Воган уверил их, что команда разработчиков активно работает над многопоточностью. Группа исследователей решила испытать возможности тестового декодера, используя Sandy Bridge-E, Ivy Bridge и Haswell. Исследователи экспериментировали с несколькими различными уровнями параллелизации, однако в итоге решили остановиться на числе физических ядер в системе (6, 4 и 4). Была задействована функция гипер-поточности, но установка параллелизации в 12/8 потока лишь не намного ускорила процесс кодирования.
Параллелизация показала неплохие результаты производительности. Sandy Bridge-E с его шестью ядрами опережает четырёхядерный Ivy Bridge. Ivy Bridge также уступает модели Haswell благодаря поддержке последней AVX2 и лучшим характеристикам производительности. Если сравнивать время кодирования с x264, даже при самых медленных установках, кодирование при помощи x265 идёт намного больше. К примеру, файл, который Ivy Bridge 3770K кодировал в H.264 за 129 секунд, в H.265 кодировался на протяжении 247 секунд. Впрочем, не забывайте о том, что речь идёт о самой-самой первой тестовой версии.
Не менее интересным для исследователей был и вопрос качества. Насколько качество видеофайла, кодированного в H.265, будет отличаться от исходного некомпрессированного видео? Для изучения вопросов, связанных с качеством, исследователи решили выбрать фрагмент баскетбольного матча. Файл, записанный с частотой 50 кадров в секунду, был полон моментов, демонстрирующих быстрые движения, которые очень часто приводят к зависаниям процессоров или «дёрганию» картинки. Согласитесь, если эта «болезнь» будет также свойственна H.265, то его возможность создавать относительно небольшие видео-файлы будет нивелирована плохим качеством.
Итак, вашему вниманию представлены скриншоты оригинального некомпрессированного YUV видео, а также видео, кодированного в H.265 при показателях q=24, и видео, кодированного в H.264 при показателях q=24.
Как мы видим, разница здесь минимальна. Деревянный пол под прыгающим игроком немного менее размыт в H.264 варианте, однако качество H.265 варианта – феноменально, при том, что размер этого файла примерно вдвое меньше. А как на счёт установок с меньшим качеством? Вот скриншоты видео, кодированного в H.265 и H.264 с показателем q=30. Первым идёт скриншот видео, сжатого в H.265.
При установке квантователя q=30 (размеры файлов соответственно 6.39 Мб и 10.87 Мб) показатели качества потокового видео при использовании кодека H.265 оказались лучшими, чем у потока, кодированного в H.264. Разумеется, группа исследователей, проводившая данные опыты, не собирается возводить полученные результаты в абсолют – как всегда, большое значение имеют параметры кодирования, которые требуют настройки. Однако после более года ожидания, «джинн» по имени H.265, наконец, вышел из бутылки, и уже очевидно, что новый стандарт компрессии сможет оправдать возложенные на него ожидания.
Тем временем поддержка кодирования/декодирования уже очень скоро будет доступна во многих изделиях. Современные процессоры более чем готовы к декодированию H.265 при наличии соответствующего программного обеспечения. Поддержка OpenCL ожидается в ближайших итерациях. А аппаратная поддержка от производителей графических процессоров – таких, как AMD, Intel и Nvidia – дело ближайшего будущего. Возможно, она и не появится в ближайших моделях, которые вот-вот выйдут на рынок, но определённо появится в недалёком будущем. Эти три компании уже включили в свои изделия поддержку дополнительных источников видеоинформации, как отмечается в презентации H.265, поскольку видео становится обычным явлением в любых устройствах.
В долгосрочной перспективе H.265, скорее всего, заменит H.264 в качестве главного решения для расширенной обработки видео. Впрочем, всё будет зависеть ещё и от того, насколько сильнее будет разряжать батареи процесс обработки H.265 видео по сравнению с H.264. Мы сможем об этом узнать только тогда, когда появится полноценное «железо» для работы с этим стандартом, однако пока предположения весьма оптимистичны. Параллельная модель H.265 кодирования, несомненно, должна хорошо показать себя на фоне многоядерных устройств будущего.
UHDTV - это цифровой стандарт телевидения сверхвысокой чёткости (Ultra High Definition Television, UHDTV). Другие названия - Ultra HD и Ultra High Definition Video (UHDV).
Говоря простым языком, UHDTV - это тип разрешения картинки, т.е. количества цветных точек (пикселей), из которых она состоит.
Для сравнения, максимальное разрешение стандартного SD-формата - 400 тыс. пикселей (720×576), HDTV - 2 млн пикселей (1920×1080), а у UHDTV этот показатель может достигать 7680×4320 (33,2 мегапикселя).
UHDTV бывает двух стандартов: 4К Ultra HD с разрешением 3840×2160 и 8K Ultra HD или 4320p c разрешением 7680×4320. Последний формат (8К) распространен очень мало.
Как вы уже, наверное, поняли, формат UHDTV могут поддерживать только телевизоры с подходящей под такое разрешение матрицей. Особенно заметна разница будет для владельцев телевизоров с большим экраном: «кубики» (те самые пиксели) будут настолько малы, что станут абсолютно не видны.
Однако при всех плюсах UHDTV, контента в этом формате - крайне мало. Например, у спутникового ТВ МТС только один канал идет в разрешении 4К, все остальные - в SD или HD-формате. Примерно так же обстоят дела и у других российских провайдеров как кабельного, так и спутникового телевидения. Связано это с тем, что передачи в таком высоком качестве занимают очень много «места» в потоке сигнала, грубо говоря, вместо одного канала в UHDTV можно передавать несколько каналов в SD или HD. Поэтому владельцы UHDTV телевизоров в полной мере насладиться качественным изображением могут, в основном, при просмотре Blu-ray дисков.
Стоит ли волноваться, если ваш телевизор не поддерживает UHDTV? Нет, владельцы телевизоров, поддерживающих HD-формат, смогут смотреть UHDTV-передачи в HD-качестве.
Важно понимать, что хотя сейчас этот формат не так распространен, но за ним - будущее. Ведь когда-то новинкой было и HD разрешение, а теперь практически все модели телевизоров выходят с его поддержкой. Поэтому волноваться, если ваш телевизор не поддерживает UHDTV - не стоит, на данный момент вы много не потеряете.
Но и списывать со счетов новый формат нельзя: после массового внедрения новых кодеков и удешевления технологий производства телевизоров с его поддержкой, UHDTV станет таким же массовым, как и привычный всем HD.
Начиная с прошлого года пользователи стали регулярно сталкиваться с новым форматом видео, который называется HEVC. В данном материале мы расскажем, что такое формат HEVC, чем он лучше старых форматов кодирования видео, чем смотреть файлы в формате HEVC, а также как вернуться к старым форматам если у вас iPhone.
Аббревиатура HEVC расшифровывается как High Efficiency Video Coding, что можно перевести на русский как высокоэффективное кодирование видеоизображений. Это формат, созданный для сжатия видео с разрешением до 8K (UHDTV, 8192×4320 пикселей). Другим названием формата является H.265, поэтому HEVC и H.265 это одно и тоже.
Формат HEVC разрабатывался как замена для устаревающего формата H.264/MPEG-4 AVC. Работа над новым стандартом началась еще в 2004 году, когда экспертная группа VCEG (Video Coding Experts Group) начала поиск новых технологий, которые могли бы лечь в основу нового стандарта. Тогда этому проекту были присвоены временные названия H.265 и H.NGVC (Next-generation Video Coding). Основными требованиями к разрабатываемому стандарту стали: снижение битрейта видео, сохранение текущего качества картинки, а также сохранение текущих требований к вычислительным мощностям.
Разработка продолжалась с 2012 года, когда этот формат был официально утвержден. Но, после выхода особой популярности формат не получил, он применялся в IP камерах, телевизионном вещании и других специализированных областях. Обычным пользователям формат HEVC стал известен в конце 2017 года, когда вышла iOS 11.
С выходом операционных систем macOS High Sierra и iOS 11 компания Apple начала активно внедрять новые форматы для видео и фотографий. Так, для фотографий теперь используется , о котором мы уже рассказывали, а для видеороликов формат HEVC.
Переход к формату HEVC состоялся по двум причинам. Во-первых, этот формат обеспечивает изображение более высокого качества. А во-вторых, такое видео занимает меньше места в памяти и требует меньшей пропускной способности сети, при его передаче через Интернет. Проще говоря, видео в формате HEVC обеспечивает значительное повышение качества изображения, при этом сохраняя такой размер файла и ту же скорость передачи данных. Согласно информации от Apple, использование формата HEVC может сохранить до 40 процентов памяти.
Разбивка кадра на блоки в H.264 (вверху) и HEVC (снизу).
Для того чтобы добиться такого улучшения уровня сжатия видео было применено несколько новых подходов. Одним из таких подходов является увеличенный размер блока, на который разбивается кодированный файл. При кодировании видео в формате H.264 такой блок имеет размер 16 на 16 пикселей (всего 256), в то время как при использовании HEVC размер такого блока может составлять 64 на 64 пикселей (всего 4096). Такое увеличение блока показывает особо хорошие результаты на видеороликах с большим разрешением, что очень кстати, ведь формат HEVC поддерживает видео с разрешением до 8192×4320 пикселей.
Как уже было сказано, в новых версиях iOS и в новых моделях iPhone, формат HEVC используется по умолчанию. Если настройки не поменять, то камера будет сохранять видео в формате HEVC, а фотографии в формате HEIF. Но, при необходимости пользователь может вернуться к использованию старых форматов. Для этого нужно зайти в настройки Айфона и открыть раздел «Камера».
И включить опцию «Наиболее совместимые».
После включения данной опции iPhone перестанет использовать HEIF/HEVC и вернется к старым форматам видео. Но, такой возврат приведет не только к увеличенному расходу памяти, но и к ограничению по частоте кадров. Например, с форматом HEVC камера iPhone X может снимать FullHD видео со скоростью 240 кадров в секунду, но после возврата к старым форматам эта функция становится недоступной.
Сталкиваясь с видео файлами в формате HEVC, пользователи задаются вопросом, чем смотреть такой контент. На данный момент, все устройства Apple под управлением iOS 11 и Mac на High Sierra без проблем справляются с воспроизведением HEVC. Например, на iPhone или iPad такие файлы можно воспроизводить с помощью стандартного приложения «Видео» либо с помощью приложения VLC Media Player.
На мобильных устройствах с операционной системой Android вы можете воспроизводить HEVC файлы с помощью MX Player и программного декодирования (в то случае если производительности устройства достаточно).
Что касается настольных компьютеров под управлением Windows, то тут, как всегда, все намного проще. Вы можете использовать такие программы как Media Player Classic, Media Player Classic BE, KMPlayer, VLC или GOM Player.
В новых операционных системах iOS 11 и macOS High Sierra Apple поддерживается новый видеоформат HEVC, который пришел на смену предыдущему стандарту под названием H.264/AVC. Этот стандарт наиболее часто использовался на устройствах Mac и iOS.
Итак, почему же Apple приняла решение использовать формат HEVC? В чем же его прелесть для конечного пользователя?
Высококачественное кодирование видеосигналов HEVC, также известное как H.265, представляет собой стандарт сжатия видеоизображения нового поколения, разработанный группой экспертов по кодированию под названием Joint Collaborative Team on Video Coding.
Видеоформат HEVC существует с 2013 года, а – это стандартная версия фотоформата, поддерживающаяся как iOS 11, так и на macOS High Sierra.
Apple приняла решение использовать HEVC по двум причинам: во-первых, это видео более высокого качества, во-вторых, оно имеет самый лучший коэффициент сжатия. Стандарт H.265 позволяет сжать видеофайл H.264 / AVC примерно в половину (или половину битовой скорости).
Другими словами, видеофайл HEVC обеспечивает значительно лучшее качество изображения, чем файл AVC с таким же размером и скоростью передачи. Видео, закодированные в H.265, обычно демонстрируют меньше дефектов сжатия и обеспечивают более плавное воспроизведение, чем видео, закодированные с использованием AVC. Однако, результаты могут варьироваться в зависимости от типа контента и настроек используемых кодировщиком.
Согласно данным Apple, H.265 может сжимать 4K видеофайлы AVC размер которых будет на 40 процентов меньше, не теряя при этом качество. Это означает, что пользователи, которые переходят на iOS 11 и macOS High Sierra, смогут принимать высококачественные видео и при этом не тратить много места на их хранение.
В то же время, передача видеофайлов высокого разрешения между устройствами и сетями потребует значительно меньшей пропускной способности.
Это шаг вперед! Взять хотя бы в расчет то, что для нового Apple TV существует большое количество файлов форматом 4K. Передача подобного рода данных может занять приличное количество времени, однако данная технология сможет снизить временные затраты на 40 процентов.
Многие пользователи задаются вопросом, чем смотреть HEVC?
Все устройства Apple под управлением iOS 11 и Mac на High Sierra будут поддерживать воспроизведение HEVC. Также устройства iOS и новейшие Macintosh 2017 поддерживают ускорение аппаратного кодирования/декодирования, обеспечивая более высокую производительность, расходуя при этом меньше энергии.
Что касается программного обеспечения, которое может воспроизводить файлы с кодировкой H.265, то тут есть множество вариантов:
Если вы используете macOS или iOS, то лучший выбор для вас – это VLC Media Player. На устройствах Android вы сможете воспроизводить файлы HEVC с помощью MX Player используя программное декодирование (если ваше устройство достаточно мощное).
Если это так, то и MX Player, и приложение Plex будут идеальным выбором, так как оба поддерживают воспроизведение HEVC. Обратите внимание, что некоторые устройства имеют блоки декодирования H.265 в своих SoC.
Таким образом, несмотря на то, что преимущества кодирования H.265 очевидны, воспроизведение таких файлов ограничено на персональных компьютерах, некоторых смартфонах, планшетах и консолях. Точна такая же проблема обстоит с некоторыми медиаплеерами. На данный момент именно проблема совместимости является недостатком для кодирования всей медиа-библиотеки в H.265.
Видео 4K занимает тонну пространства, что затрудняет загрузку и потоковое вещание в лучшем качестве. К счастью, одна технология меняет это, и она известна как High Efficiency Video Coding (HEVC) или H.265 .
Потребуется много времени, чтобы эта новая технология стала вездесущей, но это происходит: 4K UHD Blu-ray использует HEVC, VLC 3.0 воспроизводить 4K с помощью надежного HEVC, а iPhone может даже сохранить записанное видео в HEVC для экономии памяти.
Но как это работает, и почему так важно для видео 4K?
Когда вы смотрите диск Blu-ray, видео на YouTube или фильм из iTunes, все они имеют идентичный исходный файл, который был получен в студии редактирования. Чтобы разместить этот фильм на диске Blu-ray или сделать его достаточно маленьким, чтобы удобно загружать из интернета, видео должно быть сжато .
AVC также использует межкадровое сжатие , которое рассматривает несколько кадров и отмечает, какие части кадра меняются, а какие нет. Алгоритм сжатия также развивает фрейм на макроблоки и говорит: «Знаешь что? Эти куски не меняются 100 кадров подряд, поэтому давайте просто отображать их снова, вместо того, чтобы хранить все части изображения 100 раз». Это может значительно уменьшить размер файла.
Это всего лишь два упрощенных примера использования методов AVC/H.264 . Но, они позволяют сделать видеофайл более эффективным, не ставя под угрозу качество.
Конечно, любое видео потеряет качество, если вы слишком сильно его сжимаете, но чем умнее эти методы, тем сильнее вы можете сжать видео без больших потерь.
Высокоэффективное видеокодирование, также известное как HEVC или H.265 , является следующим шагом в этой эволюции. В нем реализовано множество методов, используемых в AVC/H.264, чтобы сделать сжатие видео еще более эффективным .
Например, когда AVC просматривает несколько кадров на наличие изменений, макроблоки могут иметь несколько разных форм и размеров, максимум до 16×16 пикселей. С HEVC эти фрагменты могут быть размером до 64×64, что намного больше, чем 16×16, это означает, что алгоритм может запоминать меньшее количество фрагментов, тем самым уменьшая размер общего видео.
Опять же, в HEVC используются другие методы, но это одно из самых больших улучшений – оно позволяет HEVC сжимать видео вдвое сильнее, чем AVC, при том же уровне качества. Это особенно важно для видео 4K , которое занимает огромное пространство с AVC. HEVC делает 4K видео намного более удобным для потоковой передачи, загрузки или копирования на ваш жесткий диск.
HEVC является утвержденным стандартом с 2013 года, так почему его не используют во всех видео?
Алгоритмы сжатия H.265 сложны – для вычисления этого процесса на лету требуется очень много «математики». Существует два основных способа, которыми компьютер может декодировать это видео: программное декодирование , при котором он использует процессор компьютера для выполнения этих расчетов, и аппаратное декодирование , при котором он переносит нагрузку на графическую карту (или интегрированный графический чип на процессоре). Графическая карта намного эффективнее, если у нее есть встроенная поддержка кодека видео, которое вы пытаетесь воспроизвести.
Таким образом, хотя многие ПК и программы могут пытаться воспроизвести видео HEVC, оно может «заикаться» или быть очень медленным без аппаратного декодирования. Таким образом, HEVC не принесёт много пользы, если у вас нет видеокарты и видеопроигрывателя, которые поддерживают аппаратное декодирование HEVC .
Это не проблема для автономных устройств воспроизведения. 4K проигрыватели Blu-ray, в том числе Xbox One, уже сконструированы с учетом HEVC. Но когда дело доходит до воспроизведения видео HEVC на компьютере, всё становится сложнее.
Вашему устройству потребуется одно из следующих аппаратных средств для быстрого декодирования видео HEVC:
Вам также понадобится использовать операционную систему и видеоплеер, который поддерживает не только видео HEVC, но и аппаратное декодирование HEVC, – этот момент немного «мутный». Многие приложения имеют поддержку аппаратного декодирования HEVC, но в некоторых случаях оно может работать только с некоторыми фишками из списка выше. Возможно, вам придётся включить аппаратное ускорение в вашем плеере, чтобы он работал правильно.
С течением времени большее количество компьютеров сможет обрабатывать видео такого типа, и больше плееров будут поддерживать H.265. Для этого может потребоваться некоторое время, чтобы стандарт стал повсеместным, и до этого Вам придётся хранить свои 4K видео в AVC/H.264 при больших размерах файлов (или сжимать их больше и терять качество изображения). Но чем шире будет поддерживаться больше HEVC/H.265, тем лучше будет видео.
