High Efficiency Video Coding / H265

HEVC-teaser

High Efficiency Video Coding / H265

De geschiedenis lijkt zicht te herhalen. De Moving Picture Expert Group (MPEG) en de International Telecommunication Union (ITU) zijn er wederom in geslaagd een video-codec te ontwikkelen die efficiënter is dan zijn voorganger en tevens een betere kwaliteit garandeert. In 2003 was dat ook al het geval. Door de introductie van high definition video met een resolutie van 1920 x 1080 en de Blu-ray-disk was het toen noodzakelijk om een efficiëntere video-codec te ontwikkelen, die als opvolger zou kunnen dienen voor mpeg-2. Nu, tien jaar later, kunnen we vaststellen dat de opvolger van mpeg-2, H.264/AVC, de markt volledig beheerst. Meer dan tachtig procent van de video op het internet wordt gecodeerd met deze codec en nagenoeg alle camera’s registreren video met deze codec. Het enige waar H.264 nog niet wereldwijd is in geslaagd, is om de uitzendnorm te worden van alle broadcasters. Menige televisieuitzending wordt nog steeds gecodeerd met de mpeg-2 video-codec.

 

 

sony-bravia-kd-84x9005-3d-hdtvDe opkomst van 4k-televisies zorgt er voor dat er een efficiëntere codec nodig is om de video te kunnen distribueren.

 

Zoals indertijd high definition video en de Blu-ray disk de aanjagers waren voor de ontwikkeling van een nieuwe codec, zo is dat nu de komst van Ultra HD. Beelden met een resolutie van 4096 x 2160 of 1840 x 2160 genereren zoveel dataverkeer dat een efficiëntere codec dan H.264 noodzakelijk is. Om de kwaliteit 4k video te handhaven met de H.264 codec is een bitrate noodzakelijk die ligt tussen de 30 Mbit/s en 45 Mbit/s. Deze bitrate is te hoog om een massale adoptie van deze 4k beelden te realiseren bij zowel de consument als de broadcasters.

 

High Efficiency Video Coding

 

De ITU en MPEG stelden zichzelf drie doelen. Ontwikkel een codec die betere kwaliteit levert, daarvoor maar de helft van de bitrate nodig heeft ten op zichten van H.264 en die naast 4k beelden ook 8k beelden ondersteunt. De ITU startte al in 2004 met het werk aan de opvolger van H.264. Het project kreeg de namen H.265 en Next-generation Video Coding (NGVC). MPEG startte in 2007 een project met de naam High Performance Video Coding. In 2010 gingen beide partijen samenwerken en werd als officiële naam High Efficiency Video Coding (HEVC) gekozen.

 

 

HEVC-macroblokkenDe boomstructuur zorgt er voor dat het beeld kan worden opgedeeld in verschillende regio’s.

 

HEVC lijkt grotendeels op zijn voorganger H.264, maar er zijn een aantal belangrijke verschillen. Bij H.264 wordt een intraframe of I-frame geëncodeerd door het beeld op te delen in macroblokken van 4×4, 8×8 of 16×16. Bij intra prediction (voorspelling) worden individuele blokken vergeleken met omringende macroblokken om ze goed te kunnen positioneren. Bij H.264 wordt er naar negen verschillende richtingen gekeken bij blokken van 4×4 en 8×8 en naar vier richtingen bij blokken van 16×16. Bij HEVC wordt er bij alle blokken gekeken naar vijfendertig verschillende richtingen. Dit levert een nauwkeuriger beeld op met minder ruimte voor fouten, maar het betekent tevens dat er veel meer geanalyseerd en berekend moet worden.

Een tweede groot verschil tussen H.264 en HVEC is de wijze van Inter Prediction, de voorspellingen tussen frames onderling. H.264 gebruikt een op macroblokken gebaseerde bewegingscompensatie, met blokgroottes van 16×16, 8×8 en 4×4. Bij HEVC worden deze macroblokken vervangen door Coding Tree Blocks die in grootte kunnen variëren van 4×4, 8×8, 16×16, 32×32 tot 64×64 pixels. Deze CTB’s worden geplaatst in een flexibele boomstructuur, waardoor het voor de encoder eenvoudiger wordt om delen van het beeld te vergelijken en voorspellingen te doen. Daarnaast is het tevens efficiënter omdat grotere blokken makkelijker te encoderen zijn.

 

 

HEVC-treeGrotere blokken zijn efficiënter te encoderen.

 

Een derde verschil is dat er alleen nog maar gebruik kan worden gemaakt van de betere lossless encodeermethode CABAC. Bij H.264 kon je ook nog kiezen voor de minder efficiënte CAVLC encodeermethode. Consequenties hiervan is wel dat er veel rekenkracht nodig is om de beelden te kunnen decoderen.

Een laatste verschil dat we hier zullen noemen is het gebruik van Tiles. Deze Tiles zorgen ervoor dat het beeld kan worden opgedeeld in rechthoekige regio’s die onafhankelijk van elkaar tegelijkertijd kunnen worden geëncodeerd en gedecodeerd.

Uit de testresultaten van het IEEE (www.ieee.org) blijkt dat de doelstellingen van de HEVC-codec zijn gehaald. Om dezelfde kwaliteit te behalen in vergelijking tot H.264 kan de gemiddelde bitrate met 53% worden verlaagt. Het zou dan wel gaan om een vergelijking van bewegende beelden en niet van twee stilstaan de frames, want als je die met elkaar vergelijkt, dan is de kwaliteit een stuk minder constateerde Iain Richardson, een video encoding expert, op http://vcodex.blogspot.nl/2013/03/hevc-not-quite-twice-as-good-as-h264.html. Dat de reductie in bitrate aanzienlijk is, daar zijn de meesten het wel over eens. Daarnaast moet je niet vergeten dat deze HEVC-codec nog volop in ontwikkeling is.

 

Profiles en levels H.265

Net zoals bij MPEG-2 en H.264 zal ook bij HEVC gebruik worden gemaakt van Profiles en Levels. Op dit moment ondersteunt HEVC maar drie profiles;  Main,  Main 10 en Main Still Picture. Het verschil tussen Main en Main ten is de bitdiepte van de kleuren. Het Main profile ondersteunt 8-bit, terwijl Main 10 10-bit kleuren ondersteunt. De profile Main Still Picture stelt je in staat om afbeeldingen te encoderen met de zelfde regels als het Main profile.

 

 

HEVC-levelsNet zoals bij H.264 worden er ook bij HEVC Levels gebruikt om de maximale bitrate te definiëren per resolutie.

 

HEVC kent vooralsnog  dertien verschillende levels die de maximale bitrate en resolutie aangeven. De ondergrens is level 1 met een maximale bitrate van 128 kbit/s met een resolutie van  176 x 144 pixels. De bovengrens is level 6.2. Hier is de maximale bitrate 800 Mbit/s en de maximale resolutie 8192 x 4320.

De ontwikkeling van HEVC is nog in volle gang. De verwachting is dat begin volgend jaar er extensies komen voor de ondersteuning van  4:2:2 en 4:4:4 chroma subsampling en Multiview Video Coding.

 

 Verwachtingen H.265

Je zal waarschijnlijk niet kunnen wachten om zelf met deze HEVC-codec aan de slag te gaan, om hem te testen en te kunnen beoordelen. Waarschijnlijk zul je nog even flink geduld moeten hebben. Volgens de ITU hebben op dit moment alleen, Cyberlink, Ericsson, FraunHofer en Mitsubishi en Broadcom aangegeven de nieuwe codec te ondersteunen. Nu deze codec tot standaard is verheven zullen er ongetwijfeld meerdere partijen volgen, maar het is volgens de analisten van Forst & Sullivan (http://blog.streamingmedia.com/the_business_of_online_vi/2013/01/hevc-adoption-at-least-five-years-away-for-consumer-content-services.html ) niet te verwachten dat de grote massa hier voor 2016 veel van gaat merken.

 

 

SonyPro XAVC LogoSony heeft een eigen videocodec XAVC voor het encoderen van 4k videobeelden.

 

Er zijn hier verschillende redenen voor aan te voeren. In de eerste plaats zijn er nog geen chips op de markt die deze codec ondersteunen. Daarnaast kost het broadcasters zeer veel geld om alle encoders te vervangen. Dat is ook de belangrijkste reden waarom velen nog gebruik maken van MPEG-2. Verder is het ook nog wachten op betaalbare apparatuur om 4k video op te nemen, te bewerken of af te spelen, want zolang  die apparatuur er niet is zal de vraag naar 4k content minimaal zijn.

Of de nieuwe HEVC codec zal aanslaan, zal ook afhangen van  andere partijen in de markt. Zo heeft Sony de XAVC-codec ontwikkeld. Die XAVC-codec gebruiken zij om 4k opnames te kunnen maken met hun camera’s. XAVC maakt gebruik van level 5.2 van de H.264/AVC specificatie en wordt al ondersteund door verschillende professionele montagepakketten.

Ook Google probeert een antwoord te vinden op de encodering van 4k-beelden. De VP9-codec is volop in ontwikkeling en is al geïmplementeerd in de Chrome-browser. Het grote voordeel van deze VP9-codec is dat het royalty free is. Een andere grote partij die nog geen keuze heeft gemaakt voor een 4k codec is de Blu-ray Disc Association. Door gebruik te maken van de HEVC-codec zou in theorie een 4k film passen op een Blu-ray disk.

Kortom het is nog lang niet gezegd dat de HEVC-codec of zoals je wilt H.265 een succes zal gaan worden bij het grote publiek en in staat zal zijn om zijn voorganger H.264/AVC van de troon te stoten. De komende jaren zullen uitwijzen naar welke kant het dubbeltje zal vallen.

 

 

Video afspelen in Windows 8
Wat is een NAS en wat heb je er aan?
Spring naar toolbar