Что такое h 265
H.265 vs H.264: сравнение форматов видео. Что такое HEVC и AVC
Опубликовано admin в 24 октября, 2019 24 октября, 2019
H.265 vs H.264 — сравнение современных форматов сжатия видео.
H.265 (HEVC), в отличии от H.264 (AVC), становится наиболее часто используемым форматом для сжатия видео и записи контента 4K / 8K UHD, не говоря уже о видео HD / SD. Увеличение количества видео 4K и 8K бросает вызов текущему стандарту сжатия H.264, поскольку ему больше не удается кодировать видео Ultra HD с удовлетворительной скоростью передачи данных, чем контент HD.
Вследствие этого, стандарт сжатия видео HEVC следующего поколения получает преимущество над AVC благодаря лучшей эффективности сжатия. Это позволяет на 50% снизить скорость передачи и сократить объем занимаемого места, но обеспечивает такое же качество видео.
Этот пост показывает различия между двумя стандартами, основанные на размере файла, использовании полосы пропускания, скорости передачи данных, качестве и совместимости.
Что такое H.265 (HEVC)?
H.265 также называется высокоэффективным кодированием видео (HEVC). Данный формат в два раза более эффективен, чем H.264 при кодировании. Он вдвое снижает скорость передачи при том же уровне качества по сравнению со своим предшественником. Предназначен для дисплеев HDTV следующего поколения и систем захвата контента, которые имеют прогрессивную частоту кадров и разрешение, а также улучшенное качество изображения с точки зрения уровня шума, цветовых пространств и высокого динамического диапазона (HDR).
Что такое H.264 (AVC)?
H.264 или MPEG-4 AVC — это формат кодирования видео, который в настоящее время является одним из наиболее часто используемых для сжатия и доставки видеоконтента. AVC экономит битрейт на 50% и более по сравнению с его предшественником MPEG-2. Имеет более широкий спектр приложений, охватывающих все сжатое видео, начиная от потоковых приложений с низким битрейтом (YouTube, iTunes, Vimeo, Facebook, Instagram) для различных передач HDTV по наземному, кабельному и спутниковому телевидению. Он также широко используется для дисков Blu-ray, DVD, IP-сетей и приложений для цифрового кино с кодированием, практически без потерь.
Сравнение форматов сжатия видео
Эффективность сжатия
H.265 отличается от H.264 эффективностью сжатия. HEVC удваивает эффективность кодирования по сравнению со своим предшественником. Это означает, что кодек H.265 экономит около 50% битрейта при том же качестве кодирования — среднее уменьшение битов для H.265 составляет 64% при 4K UHD, 62% при 1080p, 56% при 720p и 52% при 480p. Таким образом, если загрузить фильм в H.265 и воспроизвести его на устройстве iPhone Android, то будет сохранено 50% памяти мобильного устройства. И качество фильма не пострадает!
Сравнение форматов видео и эффективность сжатия
Полоса пропускания
H.265 превосходит H.264 и в отношении использования полосы пропускания. Поскольку алгоритм HEVC использует эффективное кодирование, он обещает приблизительно 40-50% уменьшения полосы пропускания передачи, необходимой для сжатия видео (в частности, формата 720p), с тем же качеством. Как правило, для потоковой передачи 4K H264 (AVC) требуется полоса пропускания 32 Мбит / с, а для передачи видео 4K HEVC — всего 15 Мбит / с. Таким образом, можно наслаждаться 4k видео без проблем даже при перегруженном сетевом соединении.
Воспроизведение файлов форматов H.264 и H.265 на ПК
Распространённый в «нулевых» формат DVD, основанный на кодеке MPEG2, по мере появления телевизоров и мониторов с высоким разрешением уже не мог удовлетворять возросшим требованиям к качеству видео. Поэтому появление в 2003 году формата кодирования H.264 было воспринято в основном доброжелательно. Но со временем и этот стандарт перестал отвечать современным нуждам – требовался такой кодек, который бы обеспечивал меньший размер файла при том же битрейте (или увеличенный битрейт при неизменном объёме видеофайла). Так появился усовершенствованный формат H.265, именуемый также HEVC, позволивший уменьшить размеры файлов на 30-50% при сравнимом качестве. В нём реализована поддержка разрешения уровня 8К (8192×4320 пикселей). Насколько успешно продвигается этот стандарт? Давайте разбираться.
Что такое формат H.265 (HEVC)
High Efficiency Video Coding на сегодняшний день является самым современным и продвинутым видеокодеком. Если H.264 (AVC), основанный на кодеке MPEG, был ориентирован на воспроизведение FullHD видео, то его сменщик способен сжимать видеоряд до разрешения UHDTV, или 8К.
Что интересно, к разработке более совершенного стандарта приступили в 2004 году, то есть всего через год после начала внедрения AVC. Первоначально проект назывался H.NGVC, что расшифровывается как Next-generation Video Coding, а затем за стандартом закрепилось нынешнее эволюционное название. Перед экспертной группой VCEG стояла нелёгкая задача: повысить разрешение видео, добившись снижения битрейта, при этом не увеличивая вычислительные мощности оборудования. Требования, прямо скажем, противоречивые, поэтому в полной мере их реализовать не удалось.
И всё-таки разработчикам удалось добиться главного: увеличения максимального размера блока, основной единицы кодека, в 16 раз по сравнению с H.264, у которого он равен 16х16 пикселей. При этом была задействована технология блоков динамического размера, когда кодек во время сжатия видео сам выбирает оптимальное количество пикселей в блоке. Это и позволило новому формату легко поддерживать разрешение 8К, хотя и 4К на сегодня внедряется не такими быстрыми темпами, как хотелось бы. Добавьте сюда технологию параллельного кодирования, и вы получите кодек, способный сжимать видео до размера, на 25-50% меньше, чем у предшественника, при том же качестве.
Новый стандарт был утверждён только в 2012 году и поначалу имел ограниченное применение – в телевидении и IP камерах. Но когда в 2017 году поддержку HEVC реализовали в iOS 11, ситуация начала быстро меняться.
Преимущества HEVC по отношению к старым форматам
С выходом iOS 11 и macOS High Sierra Apple начала усиленно продвигать новые форматы для изображений (HEIF) и видео (HEVC). Задача упростилась в том плане, что новый кодек обеспечивал либо видео лучшего разрешения, либо меньшего размера, что в эпоху глобального обмена контентом имеет немаловажное значение – попробуйте передать по сети файл размером с 10-20 ГБ.
Использование блоков большего размера позволило также сократить время, затрачиваемое на кодирование и, что не менее важно, на декодирование, предотвращая фризы при просмотре видео.
Частично улучшения характеристик нового формата удалось добиться за счёт использования новых технологий, о которых мы уже упоминали. Но за всё нужно платить. В данном случае речь идёт о возрастании нагрузки на аппаратную часть, из чего следует вывод, что для обеспечения декодирования видео в формате HEVC потребуется более мощное оборудование. Второй негативный момент связан с тем, что соответствующие кодеки, по крайней мере, на начальном этапе распространения формата, встроены в популярные проигрыватели в ограниченном количестве. Ещё хуже обстоят дела с «железом» – только передовые модели телевизоров, медиаплееров, телевизионной техники и IP-камер умеют «переваривать» этот формат. Но это, разумеется, дело поправимое в среднесрочной перспективе. Во всяком случае, уже сейчас количество доступных аппаратных и софтверных декодеров стремительно растёт.
Что касается ПК, то поначалу H.265 поддерживали только видеокарты 970/980 от GeForce, а для кодирования среднего видео этого формата на более слабом оборудовании требовалось порядка 10 часов. Сегодня ситуация в этом плане гораздо более благоприятная, а дивиденды от использования HEVC очень даже ощутимы. Главное, что выгода будет тем больше, чем выше качество видео: для разрешения 720p, которое ещё совсем недавно было «золотым стандартом», размер файла будет примерно на 25% меньше, чем в формате H.264. Но для 4К выигрыш составит уже 50%, а если говорить о рипах Blue-ray, то здесь экономия достигается десятикратная, то есть видео такого качества вполне можно упаковать в каких-то 3-4 ГБ.
Рассмотрим основные особенности кодека HEVC с технической точки зрения:
Разумеется, это не все технологические новшества, характеризующие новый кодек. Но и перечисленного вполне достаточно, чтобы специалист смог понять, на что способен новый формат.
Как использовать кодек HEVC
Разумеется, обычного пользователя больше интересует вопрос, чем смотреть видео в формате HEVC/H.265, нежели технические подробности реализации улучшенного стандарта.
Если не привязываться к видеоадаптеру, то самый простой вариант – это использование программных плееров. В частности, всем хорошо известного VLC. Его последняя версия гарантированно поддерживает новый формат.
Но по умолчанию поддержка HEVC здесь выключена, и чтобы смотреть видео, закодированное H.265, необходимо выполнить следующие действия:
В результате вы получите возможность просматривать на компьютере видео, сжатое новым кодеком, вне зависимости от используемой операционной системы.
Примерно таким же способом можно установить HEVC/H.265 на Windows, используя последние версии других популярных медиаплееров – Media Player Classic, KMPlayer, GOM Player и других.
Поддержка H.265 реализована и в некоторых браузерах – Microsoft Edge (начиная с 16-й версии) и Safari (от одиннадцатой версии и выше).
Что касается MacOS High Sierra, то там с новым кодеком справляется стандартное приложение «Видео», хотя если вам нравятся сторонние плееры, то все вышесказанное остаётся справедливым. Аналогичная ситуация и с мобильными девайсами, работающими под iOS 11 – здесь главное, чтобы для воспроизведения нового формата хватило производительности устройства.
Что касается смартфонов и планшетов под Android, то на сегодня получить работающий кодек HEVC/H.265 можно только в приложении MX Player с тем же условием – производительности девайса должно хватать для воспроизведения видео нового формата.
Другое дело, что видео, записанного с использованием кодека HEVC, в сети пока не так много. Остаётся надеяться, что ситуация будет постепенно улучшаться, как это было с предшественником и разрешением 4К – сегодня количество каналов, вещающих в этом формате, растёт в арифметической прогрессии.
В немалой степени проблема касается и оборудования, способного поддерживать сверхвысокие разрешения – среди компьютерных мониторов таковых практически нет, да и телевизоры с разрешением 8192×4320 пикселей – пока не столь распространённое явление. Но технический прогресс не остановить…
Что такое HEVC и зачем он нужен?
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.
HEVC Video Extension в магазине приложений 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.
Проигрыватель WindowsPlayer для воспроизведения файлов HEVC
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.
Что творится с HEVC (h265)
В своё время разработка кодека H264 стала настоящим прорывом, потому что получилось посадить за один стол людей, занимающихся телевидением, IP камерами, конференц-связью и родить стандарт, которого в целом хватило всем.
Напоминаю, что кодек — это не конкретный алгоритм, а описание форматов упаковки видео так, что бы упихнуться в предельно сжатое количество бит. Энкодер волен выбирать способы упаковки согласно стандарта кодека.
Так вот H264 — это сочетание хорошего кодека, хороших энкодеров и массы приличных декодеров. Но что же происходит с H265?
H265 — это стандарт, который приходит на смену H264. Его прибытие стало омрачено сомнительной авантюрой гугла с их VP6, VP9, VP10 и сказками о том, что кодеки серии VP лучше любого H264 и т.п.
Главная суть H265 в том, что он продается как решение для размеров экранов выше чем FullHD. Для чего он реально годится мы поговорим ниже, но мир устроен так, что сначала надо продать. Вот для 4K он и продается.
Я хочу немного поговорить о текущем статусе поддержки H265, потому что к нам с этим обращаются и приходится проводить ликбез каждый раз.
Кодирование
На сегодняшний день H265, он же HEVC уже поддерживается на большом количестве энкодеров: софтверные, обычные аппаратные (Nvidia NVENC, Intel QSV) и железные аппаратные.
Какое-то заметное применение H265 можно встретить на спутниковом телевидении (редкие, но уже встречающиеся каналы с гигантским битрейтом), IP камеры и всякие бесчисленные коробочки для захвата и кодирования HDMI (и немножко SDI).
Здесь надо быть очень аккуратными с тем, что именно будет уметь железка или софтина. Так, например, Hisilicon достаточно давно выпустил первый чипсет с поддержкой H265 для IP-камер, а вот софт отстал чуть ли не на полтора года от них. Сегодня до сих пор продается полно камер, у которых написано H265, а они не могут его отдавать в реальном времени — только экспортировать файлы через нерабочий китайский софт. В чём тут выражается поддержка H265, продавцы ответить не могут, но упорно кивают головой: да, да, можем h265.
Аналогичная проблема и с RTMP энкодерами. Один из частейших вопросов: «а что, ваш софт не умеет H265 по RTMP?».
Это не наш софт «не умеет», а RTMP не умеет H265. В RTML используется flv-подобная упаковка кадров и H265 ни в одном, ни в другом стандарте как доступные не отмечены. Есть всякие хитрые хаки, позволяющие запихать H265 в протокол, не рассчитанный на это, но называть это RTMP уже будет перебор — это будет проприетарный, закрытый протокол. Подобные изменения существуют, делаются они китайцами, а это как правило означает просто истеричное отношение к предложениям поделиться спецификацией на протокол.
Т.е. железо может уметь H265, а софт, запущенный на нём, может отставать в развитии и просто не уметь с ним работать и такого пока ещё полно.
Вещание
Сейчас в дикой природе H265 проще всего встретить на IP-камерах: там оно уже есть и уже потихоньку распространяется, спасибо HUAWEI. Так же можно на спутниках найти 30-мегабитные каналы, сжатые в H265.
По нашему опыту постепенно делаются попытки внедрить его в различных OTT-сервисах, где есть контроль за устройством.
По поводу вещания ситуация такая: H265 в протоколе HLS поддерживается всеми уже очень давно, а эппл очень вовремя очухались и зафиксировали очевидное в стандарте. Но всем пока что плевать, потому что мало какие айфоны могут его проигрывать.
Т.е. важно запомнить: MPEG-TS давно и надежно умеет передавать H265, а значит то, что называют UDP или HTTP с большой вероятностью тоже сможет.
Так же H265 передается по RTSP: есть упаковка и в SDP, и в RTP. Остается старый нюанс с передачей bframes по RTSP, но это отдельная головная боль.
Если вы встречаете H265 и RTMP, то скорее всего это болтовня, но если оно реально работает, значит люди просто напихали байт и пользуются патченым сервером и клиентом. В стандартный RTMP H265 не влезает.
Проигрывание
Из десктопных браузеров показывать H265 сейчас фактически умеет только Microsoft Edge, остальные нет.
Есть проигрывание на телевизионных приставках, SmartTV и в программах/приложени, но браузеры пока очень сильно отстают.
Так же надо понимать, что на телефонах сейчас h265 скорее всего будет играться на процессоре, т.е. если хватит батарейки на просмотр рекламы, уже неплохо.
Конкуренция
H265 сравнивают с h264: ведь разницу в битрейте надо ещё увидеть, а поддержка h264 сейчас есть абсолютно везде
H265 сравнивают с VP10, потому что так попросил Гугл. На практике у VP10 проблемы с ещё меньшей поддержкой со стороны железа (а значит для него нужно ещё больше батареек и процессорной мощности) и плохие протоколы проигрывания.
H265 начали сравнивать с AV1, но это пока вообще можно не рассматривать — слишком новая штука. Очень интересно, подождем несколько лет.
Резюме
H265 развивается, распространяется, но на сегодняшний день скорее всего не будет ничего фатального, если вы его пока не рассматриваете.
У него уже на старте есть конкуренты, с которыми прийдется побороться, но есть и хорошая стартовая позиция в виде приличной родословной (от тех же людей, что и H264) и неплохая поддержка в транспортах и протоколах доставки видео.