vkontakte social button pressed RU’>
odnoklassniki social button pressed RU’>
(с)
Для хранения видео требуется много ресурсов. Чтобы облегчить этот процесс, был разработан кодек, предназначенный для достижения высокой степени сжатия видеопотока при сохранении высокого качества.
В 2003 году появился формат h.264 (коммерческое название AVC), который сегодня используется повсеместно, поскольку он предлагает отличные возможности по сжатию и может воспроизводиться практически на любом устройстве. Все современные браузеры, операционные системы и мобильные платформы поддерживают h.264.
В 2012 году появился следующий формат, известный как h.265 (коммерческое название HEVC). HEVC обещает значительное снижение битрейта на 50 % при том же качестве видео. Однако этот формат сжатия, поддерживающий кадры с разрешением до 8192×4320 пикселей (8К), всё ещё не может заменить h.264 в VSaaS. Разберемся, почему так произошло.
Основная причина медленного развития заключается в том, что в отличие от h.264, у которого один патентный пул, h.265 имеет три патентных пула с различными условиями ценообразования. В h.265 существует около 500 патентов, которые разделены на несколько пулов патентодержателей (Apple, BBC, ETRI, Fujitsu, Humax, JVC Kenwood, NEC, NHK, Siemens и прочих). Производители оборудования вынужденно признали разделение схемы лицензирования HEVC на несколько «окон» отчисления роялти.
Неясность ситуации с лицензионными платежами вокруг h.265 препятствовала развитию, и в результате основные браузеры (например, Chrome, Firefox) вообще не поддерживают кодек или поддерживают только частично (Edge).
В 2015 году несколько крупных компаний, таких как Google, Microsoft, Mozilla и Cisco, создали Альянс открытых медиа для разработки открытого и бесплатного кодека под названием AV1. Основанный на открытом кодеке Google «VP10» с технологией от Cisco «Thor» и Mozilla «Daala», консорциум решил создать альтернативу для h.265. Этот кодек является сильным конкурентом для h.265 по 5 причинам:
Стоимость
AV1 полностью бесплатен. Не нужно платить ни одному патентному пулу.
Лучшее сжатие
В зависимости от того, какой тест вы используете, AV1 будет примерно на 30% лучше, чем h.265 / HEVC. В отличие от HEVC, AV1 также покажет хорошую производительность на камерах с низким битрейтом.
Доступность
Ожидается поддержка во всех основных браузерах и операционных системах в ближайшем будущем. В отличие от h.265, поддержка AV1 уже доступна в Firefox.
Аппаратное ускорение
Для декодирования видео требуется много ресурсов процессора. Многие устройства, такие как ваш ноутбук, телефон или планшет, имеют аппаратное ускорение, чтобы предотвратить нагрев устройств и разрядку аккумулятора. AV1 поддерживается такими крупными производителями микросхем, как INTEL, AMD, BROADCOM и ARM.
Контент-провайдеры поддерживают AV1
Основные поставщики контента, такие как NETFLIX, FACEBOOK, YOUTUBE, BBC, AMAZON и HULU, будут предоставлять контент в AV1. Youtube уже бойкотирует HEVC, предоставляя видео 4K только через собственный кодек VP9. Как следствие, в настоящее время он не воспроизводится на устройствах Apple.
За прошедшие четыре года доминирующим видеокодеком в отрасли безопасности стал Н.264, но в последнее время ряд производителей и экспертов принялись весьма интенсивно «продавливать» Н.265. В связи с приходом нового кодека возникает ряд вопросов. Прежде всего общественность интересуется двумя: когда HEVC станет общеупотребительным и надолго ли всё это. Однако редакцию интересуют чуть более глубоко зарытые вещи: например, кто получит основные выгоды от перехода на новый стандарт кодирования, и не является ли это очередным маркетинговым трюком, позволяющим сдвинуть рыночный баланс в сторону определённых игроков. Несомненно, с технической стороны новый формат отличается от своих предшественников. Просто хотелось бы убедиться в том, что все резервы «старого» Н.264 уже исчерпаны. Ведь смена формата — это, по сути, революция. Для успеха которой, как говорил дедушка Ленин, необходимо, чтобы «низы не хотели, а верхи не могли».
Заявляемые ключевые маркетинговые отличия — или, говоря простым языком, «фишка» кодека, называемого одновременно HEVC и H.265, состоят в том, что при том же самом качестве изображения видеопоток H.265 имеет вдвое меньший битрейт, чем поток, сжатый кодеком H.264. К примеру, если для передачи сжатого кодеком Н.264 видеопотока разрешением 1080p с частотой кадров 30 кадров в секунду битрейт составляет примерно 4 мегабита в секунду, то у изображения эквивалентного качества, сжатого новым кодеком Н.265, битрейт упадёт до 2 мегабит в секунду. Выглядит привлекательно, однако, как всегда, возникает вопрос о цене этого перехода.
Стоит ли овчинка выделки — решать, к сожалению, не нам с вами. Позиция редакции Security News известна. Мы выступаем за создание специализированного кодека, который учитывал бы все особенности и специфические требования, накладываемые на передачу видеоданных в системах безопасности. Удивительно, но, несмотря на «мультимедийное» происхождение кодека Н.265, кое-что из «наших» потребностей здесь оказалось учтено (об этом читайте ниже). Последнее слово, как водится в серьёзных отраслях, всегда — за крупными производителями оборудования и систем. А «киты» индустрии безопасности вовсе не торопятся прибавлять единичку к имени кодека: с одной стороны, не так высока маневренность производственных мощностей, а с другой — слишком много средств в последние годы было инвестировано в раскрутку Н.264. Не пропадать же добру.
Содержание
Технические отличия Н.265
Более высокая производительность нового кодека по сравнению с предшественниками обусловлена несколькими значительными структурными улучшениями. Определяющими из них являются три — изменение максимального размера блока, введение параллельного декодирования и реализация произвольного доступа к изображениям внутри видеопотока.
Максимальный размер блока в стандарте H.264 составляет 256 пикселов (16 x16), а в стандарте H.265 он может быть в 16 раз больше (4096 = 64 x 64). Интересно, что в стандарте Н.265 размер блока выбирается самим алгоритмом в процессе кодирования в зависимости от содержания кодируемого изображения. По утверждениям сторонников нового стандарта, изменяемый размер блоков и увеличение максимального предела этого размера позволят более эффективно обрабатывать изображения с высоким разрешением. Кстати, новый стандарт поддерживает пиксельные разрешения вплоть до 8192 х 4320 (35 мегапикселов) — самого высокого из современных телевизионных стандартов, также называемого 8К.
Возможность параллельного декодирования, предусмотренная в декодерах H.265, позволяет раздельно и одновременно обрабатывать различные части одного и того же кадра. Такая обработка может существенно ускорить воспроизведение и предоставляет возможность воспользоваться преимуществами многоядерных процессоров, завоевавших сегодня большую популярность на IT-ориентированных рынках. Кодек H.264 таких возможностей не предусматривал.
В новом стандарте предусмотрен произвольный доступ к изображениям (Clean Random Access). Это означает, что декодирование произвольно выбранного кадра видеопоследовательности производится без необходимости декодирования каких-либо предшествующих ему в потоке изображений. Для мультимедиа произвольный доступ не является критичным, а вот для видеонаблюдения, в особенности мониторинга в реальном времени, такая возможность весьма желательна: переключившись на определённый видеопоток из соображений оперативной необходимости, оператор должен мгновенно получить изображение на своём экране: в охранных приложениях одна-две секунды могут иметь решающее значение. Опустив сложные технические подробности того, как это реализовано в новом кодеке, стоит упомянуть, что здесь не требуется обязательная вставка в видеопоток промежуточных опорных кадров (I-frames), за счёт которых заметно увеличивается битрейт.
С точки зрения технических характеристик кодируемого видеосигнала, его «верхний» профиль Main 10 обеспечивает более высокое качество цветопередачи, поскольку предусматривает 10-битное цветовое кодирование, в то время как все существующие стандарты, включая «нижний» профиль Main 8 самого H.265, отводят на цветовой атрибут пиксела всего 8 бит.
В стандарте предусмотрены средства автоматического определения типа развёртки, однако, в отличие от предшественников, кодек изначально ориентирован на обработку видеоизображений, полученных путём прогрессивного сканирования. Но это не означает, что H.265 неспособен работать с чересстрочной развёрткой — разработчики учли тот факт, что достаточно большое количество находящихся в эксплуатации систем генерируют кадры из двух полей.
А вот чего существенно не хватает кодеку H.265: масштабируемого кодирования. Его планировалось реализовать ещё в H.264, однако по каким-то причинам сделать этого не удалось ни в одном из этих стандартов. Наличие масштабирования позволило бы без лишних затрат вычислительной мощности на дополнительную обработку передавать изображения клиентам, использующим относительно медленные подключения к сети. В какой-то степени масштабирование способствует и более рациональному использованию средств хранения видеоданных в системах. В настоящее время масштабируемое кодирование стоит в ряду плановых расширений стандарта. По мнению экспертов, требование масштабируемости во многом продиктовано начинающимся бумом облачных технологий хранения и обработки данных.
Общие сведения о стандарте HEVC (H.265)
Стандарт HEVC (High Efficiency Video Coding, «высокоэффективное кодирование видеосигнала») определяет формат сжатия видеоизображений, предназначенный для замены ранее принятого стандарта H.264/MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding, «продвинутое кодирование видеосигнала»), совместно разработанного экспертной группой по видеоизображениям Moving Picture Experts Group (MPEG) Международной организации по стандартизации ISO и экспертной группой по кодированию видеосигнала Video Coding Experts Group (VCEG) Международного союза по телекоммуникациям. Первая группа разработчиков дала стандарту внутреннее название ISO/IEC 23008-2 MPEG-H, часть 2, а вторая — H.265.
Утверждается, что стандарт HEVC позволяет вдвое увеличить степень сжатия цифровых видеоданных по сравнению со своим предшественником либо существенно повысить качество изображения при сохранении показателя плотности потока данных. Новый алгоритм сжатия поддерживает стандарт сверхвысокой чёткости 8K и пиксельные разрешения изображений до 8192 х 4320.
Областями применения стандарта являются вещательное телевидение, мультимедиа, промышленное ТВ и видеонаблюдение. Дата официальной публикации первой версии стандарта — 13 апреля 2013 года. Ряд позиций, предполагавшихся к внедрению в стандарте, на момент его выпуска остался нереализованными, и в настоящее время объединённая команда экспертов работает над дальнейшими расширениями стандарта, самыми важными из которых являются масштабируемое кодирование и трёхмерное видео.
Что способствует повышению качества изображения
Большое количество производителей IT-продукции преподносят формат сжатия H.265 как средство повышения качества изображений. Следует отметить, что это в определённой мере является лукавством. В реальности у изображений, сжатых кодером H.265, качество ничуть не выше, чем у обработанных алгоритмом H.264, который, в свою очередь, с точки зрения качества ничуть не лучше, чем MPEG-4. Поскольку во всех упомянутых кодеках предусмотрена возможность произвольно устанавливать степень сжатия, качество сжатой картинки зависит лишь от предпочтений пользователя. Другое дело — вписать видеоизображение в реалии технического окружения. Прежде всего это касается ресурсов пропускной способности сетей.
Если пропускная способность вашей сети передачи данных достаточна для передачи изображений, сжатых по стандарту H.264, то переход на компрессию H.265 не повлечёт за собой каких-либо улучшений в качестве изображения. Такой переход может лишь снизить битрейт, то есть несколько разгрузить вашу сеть. Единственный случай, когда переход на новый кодек будет способствовать повышению качества изображений — если из соображений экономии битрейта изображения сжимались кодеком Н.264 заведомо чрезмерно, и артефакты компрессии мешали эффективному считыванию деталей операторами и видеоаналитикой.
Сомнения и ограничения
Как и большинство современных видеокодеков, Н.265 максимально эффективен (то есть способен подтвердить маркетинговые ожидания) в относительно несложных сценах наблюдения, где отсутствуют резкие перепады контрастности и не наблюдается интенсивных перемещений объектов и фона. Обещанная экономия битрейта/объёма средств хранения в 50% прежде всего касается именно таких сцен. То есть в реальных условиях — на оживлённом перекрёстке или в торговом зале супермаркета — цифры экономии окажутся существенно меньшими.
Кроме этого, на сегодняшний день толком не востребованы все «экономические» преимущества кодека-предшественника. Большинство производителей оборудования и систем, в частности, так и не осуществили переход на более продвинутые варианты профилей H.264. В видеонаблюдении чаще всего используются три профиля этого стандарта. Базовый профиль (Baseline) — это минимальная экономия полосы пропускания и минимальная нагрузка на вычислительные ресурсы. В последние несколько лет он приобрёл наибольшую популярность у вендоров. Главный профиль (Main) обеспечивает, согласно результатам независимых тестов, 10-30% улучшение показателей по сравнению с базовым. В последние несколько месяцев производители проявляют всё больший интерес именно к этому профилю. Высокий профиль (High) предоставляет ещё более существенные преимущества, однако на сегодняшний день вендоров, которые обеспечили совместимость с этим профилем, можно буквально пересчитать по пальцам.
Иными словами, производителям и без нового кодека есть куда развиваться, при этом не испытывая лишних рисков и двигаясь по относительно накатанному пути. Поскольку отрасль с переходом на IP-видео всё в большей степени становится «айтишной», здесь начинают работать соображения, свойственные сисадминам: то, что нормально работает, лучше не менять и вообще не трогать.
Высокоэффективный видео кодек (High Efficiency Video Coding (HEVC)), видео кодек, известный также как кодек H 265, который сжимает сильнее в более чем в два раза, чем лучший видео кодек для Blu-ray.
Я бы назвал его просто — H 265, потому что это звучит круто, но его полное имя — High Efficiency Video Coding (HEVC). Это новый преемник Advanced Video Coding (AVC), кодек, также известный как H.264, который является одной из основных схем сжатия, используемых Blu-ray.
Идея HEVC заключается в том, чтобы предложить тот же уровень качества изображения, что и AVC, но с улучшенным сжатием, поэтому видео файл, сжатый с помощью этого кодека, будет в два раза меньше. Это важно, для вещания в формате 4K / Ultra HD (интернет и спутник), 4K Blu-ray и для других целей.
Но достаточно ли хорошо он в этом отношении, как он работает?
Сжатие (хорошее, плохое, с потерями)
Объем необработанных данных, выходящих из профессиональной HD-камеры, является огромным. Нет возможности удобно доставить его в ваш дом. Вместо этого видео сжимается, чтобы уменьшить объем данных в более управляемую форму.
Есть много способов сделать это, одним из самых простых является снижение качества. В некоторых случаях это нормально. Подумайте о видео на YouTube с низким качеством. Не очень, правда? Часто это связано с тем, что видео сильно сжато (до или во время загрузки).
Сильное сжатие при помощи различных кодеков может быть технически одинаковым, но в зависимости от кодека, изображение может казаться более мягким, шумным или иметь странные отвлекающие артефакты (как показано выше).
Но это не самая хорошая идея, если нужно сохранить намерение режиссера или показать свой новеньки 77-дюймовый телек.
Таким образом, другой вариант — использовать лучшее сжатие. В этом случае вы можете в основном думать о «лучшем» сжатии как «о более умном» сжатии. Он берет тот же оригинал (видео) и находит лучшие способы уменьшить количество данных, не жертвуя качеством. Каждые несколько лет вычислительная мощность передачи улучшилась настолько, что позволяет использовать более интенсивные алгоритмы сжатия процессора, а также сжимать данные без ухудшения качества.
Это различие между «большим» сжатием и «лучшим» сжатием важно, так как на самом деле термины не являются взаимозаменяемыми в этом контексте. Вы можете уменьшить объем данных, необходимых для сигнала, либо путем сжатия и ухудшения изображения, либо с помощью более эффективной компрессии («лучшего» сжатия).
Позвольте мне сказать это так. Скажите, что у вас есть бушель из яблок. Вам нужно поместить 100 яблок внутрь. Вы можете сделать это с большим сжатием (сокращение яблок до пюре) или с лучшим сжатием (поиск лучшего способа сделать их целыми, но при этом, уменьшить объем занимаемого места).
Большее сжатия: яблочное пюре
Лучшее сжатие: больше яблок, в одном и том же пространстве.
Как вы можете видеть из этого восхитительного примера, «более» сжатие легче сделать, в то время как «лучшее» сжатие требует более продуманных и / или лучших технологий.
Кодек H.265
Поток данных, в 4K видео, значительно сильнее чем в HD видео. В то время как большинство из нас еще только привыкало к идее преимущества кодека H.264 по сравнению с MPEG-2, Группа Motion Picture Experts Group и International Telecommunication Union’s Telecommunication Standardization Sector (ITU-T), уже начали работу над следующим поколением сжатия видео.
Не желая делать небольшие, косметические улучшения, всякий раз, когда вводится новый стандарт сжатия, это должно быть значительным изменением. При каждом переходе на новый стандарт, либо объем видео становится в два раза меньше при том же качестве, либо более высокое качество изображения про том же объеме.
Как удалось этого достичь? Во многом благодаря расширению использования AVC (и других методов сжатия).
Во-первых, новый кодек сразу просматривает несколько кадров, чтобы увидеть, что в кадре не меняется. В большинстве сцен в телешоу или фильме, подавляющее большинство кадров не сильно меняется. Подумайте о сцене с кем-то разговаривающим. В кадре в основном голова. Фон не сильно изменится для многих кадров. В этом отношении большинство пикселей, составляющих лицо, вероятно, не будут сильно меняться (кроме губ, конечно). Поэтому вместо того, чтобы кодировать каждый пиксель из каждого кадра, кодируется начальный кадр, а затем после этого кодируются (в основном) только изменения.
Затем HEVC расширяет размер области, на которую смотрят эти изменения. Большие и меньшие «блоки» существенно, что обеспечивает дополнительную эффективность. Они могут быть больше, меньше и различной формы в HEVC, чем в предыдущих кодеках. Более крупные блоки, например, оказались более эффективными.
Слева — макроблокирование по AVC / H.264. Как вы можете видеть, справа гораздо больше гибкости, не говоря уже о больших размерах, для кодировщика HEVC / H.265.
Затем были улучшены другие вещи, такие как компенсация движения, пространственное предсказание и т. Д. Все это было бы сделано в AVC или даже раньше, но это требовало большей вычислительной мощности, чем это было в то время экономически целесообразно.
На этапе разработки алгоритм сжатия объективно проверяется на эффективность его исходного видео. Также проверяется и субъективно, профессионалами видео, сравнивающими различные методы сжатия в «слепом» тесте, где они не знают, какой именно метод перед ними. Сравнение человеком, имеет решающее значение. Просто потому, что компьютер говорит, что один уровень сжатия лучше, чем другой, не означает, что он выглядит лучше другого.
Поскольку H.265 работает намного интенсивнее, не ожидайте простого обновления прошивки, чтобы заставить ваше устройство декодировать его. На самом деле, это часть проблемы. Вам нужен аппаратный декодер. Ваш телевизор или медиа проигрывателя изначально должен иметь декодер, прошивкой тут не обойтись. Может ли ПК высокого класса декодировать его с помощью программного обеспечения? Может быть.
Достаточно ли этого?
Ну, технически да, но с большой оговоркой. Как и AVC (и другие стандарты сжатия), H.265 настраивается в зависимости от требуемой пропускной способности. Хотите 4K на низкоскоростном интернете? Нет проблем; увеличьте степень сжатия (помните яблочный соус?). Хотите лучшее качество изображения? Нет проблем; уменьшите степень сжатия.
Хотя эта схема обеспечивает гибкость, это также означает, что «4K» и «UHD» не обязательно гарантируют лучшее качество изображения, чем сегодня, «1080p» или «HD». Очень сжатый сигнал 4K во многих отношениях выглядел хуже, чем менее сильно сжатый сигнал HD.
Другими словами, потоковая передача 4K может выглядеть хуже, чем текущий 1080p Blu-ray, в зависимости от того, сколько используется сжатие
И хотя скорость обработки на всех устройствах соответствует закону Мура, пропускная способность интернета ограничена.
Еще одно преимущество
В то время как большинство потенциальных преимуществ HEVC сосредоточены на 4K, его лучшее сжатие обеспечивает преимущества для HD. Более низкая пропускная способность с HD означает, что больше людей может получить HD. Люди, у которых низкая скорость интернета, с новым кодеком смогут смотреть HD видео. Если у вас тариф с оплатой за мегабайты, то более низкие скорости передачи данных также означают более дешевый просмотр HD.
Чем смотреть HEVC.
Понятно, сразу возникает вопрос, как смотреть HEVC. Есть несколько решений, в зависимости от того, что у вас есть.
HEVC Video Extension
Если у вас ПК, и стоит Windows 10, то вы можете воспользоваться приложением, которое выпустила компания Microsoft. HEVC Video Extension — приложение, позволяющее смотреть видео в формате HEVC на компьютерах. Однако, стоит заметить, что для того, чтобы это приложение работало, у вас должен быть довольно мощный компьютер, с процессорами Intel седьмого поколения. Ну и сама операционная система, должна быть Windows 10.
Если ваш ПК отвечает этим требованиям, то это расширение вы можете получить при обновлении Windows. Но если вы не стали обновлять свою ОС, но хотите смотреть фильмы в формате HEVC, то вы можете скачать приложения с официального сайта Microsoft.
Проигрыватель для HEVC.
Если же у вас либо другая ОС, например Windows 7, или просто ваш компьютер не столь мощный, то вы можете скачать плейер, с поддержкой HEVC, например WindowsPlayer. Данный плейер, вы можете скачать с официального сайта программы.
Заключение
Начните искать HEVC (или H.265) в качестве позиции на телевизорах, проигрывателях Blu-ray и других медиаплеерах в будущем. Почти все основные модели начиная с моделей 2014 года выпуска включают необходимый аппаратный декодер, хотя лучше сразу убедится, что он действительно есть, чем потом жалеть о покупке.
Было много ворчаний во время перехода на H.264 / AVC при появлении Blu-ray. Теперь тоже самое происходит и появлением HEVC. Но более низкие скорости передачи данных при сохранении качества — это хорошо для всех.
