High Efficiency Video Coding

H.265 / HEVC / MPEG-H Part 2
Typ internetového médiavideo/H265
TvůrceMPEG, VCEG
První verze13. duben 2013 [1]
Poslední verze9.0 (13. září 2020)
PředchůdceH.264/MPEG-4 AVC
NástupceH.266, MPEG-5
Typ formátuKompresní videoformát
Standard(y)ITU-T H.265, ISO/IEC 23008-2
Otevřený formátne

High Efficiency Video Coding (HEVC, označováno také H.265 nebo MPEG-H část 2) je standard formátu kódování videa schválený v roce 2013. Je součástí sady standardů MPEG-H. Formát H.265 snižuje datový tok (deklarováno na polovinu) při zachování porovnatelné obrazové kvality v porovnání se svým předchůdcem H.264. Předpokládá se jeho nasazení do UHDV/UHDTV (Ultra High Definition Video and Television), kde se počítá s rozlišením 8K (7680×4320p). Za vývojem HEVC/H.265 stojí ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) a ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG).

V České republice se formát používá v digitálním televizním vysílání DVB-T2.[2]

Vývoj

  • 25. 1. 2013: Schválení standardu ITU-T H.265 (ISO/IEC 23008-2)
  • 2011: Vydán balík HEVC Test Model Reference Software 1.0
  • 2010: Schváleno na společných jednáních 27 společných návrhů k novému standardu.
  • 2004: ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) se začíná věnovat studii na téma nového standardu komprese videa, nebo vylepšení H.264

Licence

Za patentová práva se soukromým firmám platí poplatek až 2,6 USD za zařízení a 0,5 % z příjmů. Je však přijímán jako mezinárodní standard namísto například formátů VP9 či AV1, které nejsou zatíženy patenty.[3]

Vlastnosti HEVC

Rozdělení na jednotky

Každý snímek je rozdělen na jednotky kódovacího stromu, coding tree units (CTU), jedná se o základní jednotku HEVC procesu. CTU může být dále rozděleno na kódovací jednotky, coding units (CU).[4][5]

Predikce

Predikci můžeme rozdělit na intra predikci a inter predikci. Rozhodnutí, jakou z těchto predikcí použít je rozhodnuto na úrovni CU. Když jsou CU v intra módu tak jsou predikovány ze sousedních pixelů ve stejném řezu. Řezy můžeme rozdělit na I, P nebo B. V řezu I je používaná jen intra predikce pro CU. V P a B řezech může být CU jak v intra módu, tak v inter módu.[6][7]

Intra snímek (I snímek) – je kódován bez ostatních snímků

Inter snímek ( P, B snímky)

  • P – snímek je predikován za použití předešlého snímku
  • B – snímek je predikován za použití předešlého i následujícího snímku

Kompenzace pohybu

Kompenzace pohybu je proces, který předpovídá pohyb tělesa, které se pohybuje mezi snímky za použití pohybových vektorů. Tento proces je zásadní při odstraňování redundance.[8]

Transformace

Zbylá data, rozdíl mezi predikovaným a počátečním snímkem, která zůstala po predikci jsou transformována za pomocí diskrétní kosinové transformace nebo diskrétní sinové transformace.[8][9]

Kvantizace

Proces kvantizace je hlavním zdrojem ztráty informací při procesu ztrátové komprese videa. Data, která byla v předešlém kroku transformována jsou následně kvantizována.[4][9]

Entropické kódování

Všechny elementy jsou zakódovány za použití kontextově adaptivního binárního aritmetického kódování (CABAC) nebo kontextově adaptivního kódování s variabilní délkou (CALVC)[7]

CABAC - Týká se metody kódování entropie pro samotné binární datové toky během kódování videa[4][7]

CALVC - Týká se metody adaptivního nastavování parametru smyčkového filtru pro lepší zpracování a potlačení artefaktů ve videu po kódování.[4][7]

Loop filtr

Loop filtry slouží k odstranění artefaktů a zlepšení vizuální kvality.[8][5]

Existují dva hlavní typy loop filtrů v HEVC:

  • Deblocking filtr – Tento filtr slouží k redukci blokových artefaktů, které mohou vzniknout při kompresi videa.[4]
  • Sample Adaptive Offset – Pomáhá odstranit artefakty jako jsou hrany a nerovnoměrné rozložení jasu, čímž přispívá k celkové kvalitě obrazu.[4]

Paralelní nástroje

Slice (řezy)

Část snímku, která může být dekódována samostatně od ostatních řezů obrazu. Může se jednat o celý snímek nebo jen jeho část. [4]

Tiles (dlaždice)

Rozděluje obraz na obdélníkové skupiny CTU.[8]

Termín tiles odkazuje na techniku používanou pro paralelní zpracování během kódování videa. Spočívá v rozdělení snímku na menší obdélníkové oblasti nazývané dlaždice (tiles), které lze zpracovávat nezávisle. Díky tomuto lze zlepšit účinnost kódování tím, že nám umožní současné zpracování více dlaždic.[4]

Profily, úrovně a řady

HEVC má 27 profilů, 13 úrovní (1 – 6,2) a 2 řady (Main a High)[4]

Profily

Profily odkazují na soubory specifikací a omezení, která určují jakým způsobem může být video kódováno pomocí HEVC.[4][8]

Úrovně

Termín úroveň odkazuje na sadu specifikací které určují maximální hodnoty pro různé parametry, jako jsou rozlišení obrazu, snímková frekvence a další, které jsou součástí kódování videa pomocí HEVC. Úroveň také slouží k definování limitů a omezení pro konkrétní zařízení nebo aplikace, které mají podporovat daný standard.[8]

Řady

  • Main - Základní řada, která pokrývá širokou škálu aplikací, podporuje běžná rozlišení videa a hloubky bitů.
  • High - Přináší další schopnosti, zejména co se týče podpory vyšších hloubek bitů a chromatických formátů. Tato řada je navržena pro aplikace, které vyžadují pokročilejší kvalitu videa, například profesionální video produkci nebo distribuci. [4][7]

Odkazy

Reference

  1. ↑ Recommendation ITU-T H.265
  2. ↑ DVB-T2/HEVC. DigiZone.cz [online]. [cit. 2017-09-24]. Dostupné online. 
  3. ↑ http://www.huffingtonpost.com/dan-rayburn/new-patent-pool-wants-05-_b_7851618.html - New Patent Pool Wants 0.5% Of Gross Revenue From Apple, Facebook & Others Over Higher Quality Video
  4. ↑ a b c d e f g h i j k Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore. ieeexplore.ieee.org [online]. [cit. 2024-01-19]. Dostupné online. 
  5. ↑ a b HEVC: An introduction to high efficiency coding. Vcodex [online]. [cit. 2024-01-19]. Dostupné online. (anglicky) 
  6. ↑ MAHBUB. High-Efficiency Video Coding (HEVC) Explained. Castr's Blog [online]. 2023-11-11 [cit. 2024-01-19]. Dostupné online. (anglicky) 
  7. ↑ a b c d e Analýza kodeku High Efficiency Video Coding - Vysokoškolské kvalifikační práce - Vysoká škola ekonomická v Praze. vskp.vse.cz [online]. [cit. 2024-01-19]. Dostupné online. 
  8. ↑ a b c d e f High quality HDR video compression using HEVC main 10 profile | IEEE Conference Publication | IEEE Xplore. ieeexplore.ieee.org [online]. [cit. 2024-01-19]. Dostupné online. 
  9. ↑ a b DAVID, Němec. Experimenty se standardem HEVC pro kompresi videa. dspace.cvut.cz. 2017-02-17. Dostupné online [cit. 2024-01-19]. 

Související články

  • Ultra High Definition Television – formáty digitálního videa s rozlišením 4K, 8K
  • x265 – otevřená implementace H.265/HEVC
  • H.264 – předchůdce H.265
  • H.266 – kodek, který by se měl stát nástupcem H.265/HEVC
  • AV1 – nový konkurenční otevřený formát kódování videa
  • VP9 – starší konkurenční video formát

Externí odkazy