H.265 vs H.264 сравнение форматов и что такое HEVC и AVC

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).

Краткое описание h.265/hevc

Стандарт H.265/HEVC (High-Efficiency Video Coding — высокоэффективное кодирование видео) — это самый последний стандарт видеокодека, разработанный совместно Международным союзом электросвязи ITU-T и ISO/IEC. Цель этого стандарта — повысить эффективность сжатия и снизить потери данных. H.

265/HEVC, по сравнению с предыдущим стандартом H.264/AVC, обладает вдвое более высокой степенью сжатия при равном субъективном качестве изображения. Технология HEVC позволяет поставщикам видео передавать высококачественные видеоматериалы с меньшей нагрузкой на сеть.

Отметим основные функциональные новшества, примененные в Н.265:

H.265/HEVC налагает исключительно высокие требования по вычислительной мощности и на клиентские устройства, и на внутренние серверы транскодирования.

2022 год: мнения экспертов

Применение кодека H.265 в новом поколении смартфонов и смарт-телевизоров активно растет. Тем не менее, мнения экспертов по перспективам формата сжатия H.265 в 2022 году – разделились: кто-то прогнозирует активный рост его использования, кто-то, наоборот, считает, что массового перехода на H.265 в этом году не случится.

Однако, несмотря на неопределенность сроков, все сходятся в одном: рано или поздно новый формат заменит H.264. Ведь увеличение разрешения видеосигнала требует более эффективного сжатия видеопотока.

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.

Алгоритм сжатия h.265

Hikvision Digital Technology разработала свой собственный алгоритм сжатия на базе стандарта H.265 / High Efficiency Video Coding (HEVC). Новый формат сжатия носит название H.265 . Стоит отметить, что это не первый опыт компании в доработке видеокодека: Hikvision уже водила улучшения в H.264, назвав усовершенствованный стандарт H.264 .

Более высокий максимальный размер кадра

Мир получает более высокое разрешение, и H.265 это поддерживает. С H.265 видео можно кодировать до 8K UHD или 8192 пикселей × 4320 пикселей. В настоящее время только несколько камер могут выпускать 8K видео, и очень немногие мониторы могут отображать такое разрешение.

Поддержка оборудования 

Кодек H.265 специально поддерживается нынешним поколением процессоров Intel. Линия процессоров Kaby Lake содержит специальные наборы инструкций для кодирования и декодирования видео H.265, как и для будущих поколений. Это дает кодеку большую выгоду от скорости и согласованности по сравнению с другими видео-кодеками высокого разрешения.

Учитывая популярность и техническое превосходство кодека H.264, неудивительно, что Intel предпочла бы отказаться от своего оборудования. Конечно, это не ограничивает использование H.265 процессорами Kaby Lake, но это означает, что компьютеры, использующие чипы Kaby Lake, будут более гибко воспроизводить видео H.265.

И учитывая, что вычислительные накладные расходы, необходимые для кодирования и декодирования видео высокого разрешения H.265 довольно значительны, это может означать существенное различие между версиями H.265, поддерживаемыми аппаратным и программным обеспечением.

Вывод: где найти H.265?

H.265 по-прежнему менее распространен, чем H.264, но он быстро набирает значимость на рынке. Новая операционная система Apple iPhone и iPad, iOS 11, сохраняет все видеофайлы в H.265. Новое поколение MacBook Pro включает аппаратную поддержку Kaby Lake для декодирования кодека. Формат видео также будет использоваться в веб-браузере Apple tvOS и Safari для потокового видео.

В каких условиях отличия наиболее ощутимы:

• стабильность фона или минимальные изменения в нем;
• движения в кадре происходят нечасто;
• все внимание сконцентрировано на действиях движущегося объекта;
• круглосуточная работа камеры.

На обработку фона тратится меньше ресурсов, что ослабляет нагрузку на процессор и другие элементы. Экономия дискового пространства повышается до 50% по сравнению с H265.

В чем отличие алгоритма h 265 от кодека h 265

IP-камеры c H 265 кодеком устраняют зернистость и размытость движения. Отсутствие артефактов положительно отражается на визуальном восприятии картинки. Этот алгоритм обеспечивает огромную экономию дискового пространства, но нагрузка на процессоры при кодировании и декодировании осложняет применение метода в крупных сетях.

Алгоритм разрабатывался для передачи видео, и широко распространен. Суть метода заключается в отделении движущегося объекта от статичного фона. Ключевые зоны кадра получили повышенную детализацию. Чтобы обеспечить поддержку кодека H 265, производители должны оплачивать лицензию, что приводит к удорожанию продуктов для конечного пользователя.

Разработчики компании Hikvision пошли дальше, и усовершенствовали алгоритм для сетей видеонаблюдения. Так появился новый стандарт H 265 .

Битрейт видео в алгоритме H265, в отличие от H265 , более стабилен, а усовершенствованный кодек сводит этот показатель к минимуму при отсутствии действий в зоне видеонаблюдения.

Сравнительная характеристика между H 264 / H 265 / H 265

Дальнейшая настройка с использованием smt/ht

Также представляет интерес зависимость производительности кодека от включения в системе широко распространенной на всех платформах с архитектурой Intel одновременной многопоточности (SMT), также называемой технологией гипертрединга (HT).

Таблица 2. Скорость кодирования Strongene HEVC на платформе Intel® Xeon®

Как видно из таблицы (показано желтым цветом) на платформе Ivy Bridge (процессор Intel Xeon E5-2697 v2 для отключенного SMT кодирование видео HEVC с разрешением 1080p осуществляется в реальном времени!

Добившись огромнейшего увеличения производительности, мы продолжили изучение возможностей кодирования Strongene HEVC на платформе Ivy Bridge, уделяя внимание скорости потока и вопросам качества.

Таблица 3. Сравнение производительности кодеков H.264 и H.265

В таблице 3 видно, что кодек H.265/HEVC снижает объем данных на 50% при сохранении прежнего качества видеоизображения.

H.265/HEVC, по всей видимости, станет наиболее популярным стандартом видео в ближайшее десятилетие. Во множестве приложений и продуктов мультимедиа в настоящее время реализуется поддержка HEVC. В этом документе мы реализовали основанное на ЦП полнофункциональное решение HEVC реального времени на платформах Intel с новыми технологиями IA.

Долгосрочный контроль битрейта

Hikvision вводит понятие «Long-Term Average Bitrate» (долгосрочный средний битрейт), чтобы в полной мере использовать возможности пропускного канала. Long-Term Average Bitrate рассчитывает ставки в течение определенного периода времени (обычно 24 часа).

При средней скорости передачи данных, камера может назначить более высокие битрейты для часов с высокой активностью посетителей, при одновременном их снижении во время просто. Например, очевидно можно уменьшить битрейт в ночное время для системы видеонаблюдения за офисом.

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.

Качество видео

Большая разница между рассматриваемыми кодеками заключается в качестве видео при одинаковой скорости передачи данных. В AVC границы областей блока, вероятно, будут искажены, потому что каждый макроблок является фиксированным, а данные независимы друг от друга.

Таким образом, H.265 лучше, чем H.264, когда речь идет о сжатии видео с лучшим качеством изображения.

Оптимизация hevc под платформу intel® xeon™

Основную часть самых ресурсоемких функций по обработке видео и изображений составляют интенсивные вычисления блочных данных. Для их оптимизации можно использовать инструкции векторизации Intel® SIMD. В кодировщике в составе кодека Strongene, согласно данным профилирования, с помощью инструкций Intel SSE можно провести ручную векторизацию всех наиболее ресурсоемких функций, таких как кадровая интерполяция низкой сложности с компенсацией движения; целочисленное преобразование без транспозиции; преобразование Адамара; вычисление сумм абсолютных разностей (SAD)/квадратов разности (SSD) с наименьшим избыточным использованием памяти. Мы включили инструкции Intel SSE в виде интринсик-функций, как показано на рис. 5.

Рисунок 5. Пример включения инструкций Intel® SIMD/SSE в кодеке Stongene

Разработчики Strongene переписали все ресурсоемкие функции, чтобы добиться наибольшего прироста производительности кодировщика. На рис. 6 показаны наши данные профилирования в сценарии кодирования видео стандарта 1080p с помощью HEVC. Видно, что 60% ресурсоемких функций обрабатываются инструкциями Intel SIMD.

Рисунок 6. Результаты профилирования функций кодирования Strogene

Инструкции Intel AVX2 с вычислением 256-разрядных целочисленных значений обладают вдвое более высокой производительностью по сравнению с прежним кодом Intel SSE, работающим со 128-разрядными значениями. Набор инструкций Intel AVX2 поддерживается платформойIntel Xeon (Haswell), выпуск которой начат в 2022 году.

Таблица 1. Результаты реализации Intel® SSE и Intel® AVX2

Как видно из таблицы 1, применение инструкций Intel SSE и Intel AVX2 обеспечивает повышение производительности в 100 раз, при этом код Intel AVX2 дополнительно выигрывает еще 40% по сравнению с Intel SSE.

Как мы видели ранее, в большинстве существующих реализаций используются не все ядра многоядерных платформ. Опираясь на последнюю многоядерную архитектуру Intel Xeon с параллельной зависимостью между алгоритмами на основе CTB, разработчики Strongene предлагают заменить исходные методы OWF и WPP параллельной структурой IFW, а затем разработать трехуровневую схему управления потоками, чтобы гарантировать полное использование структурой IFW всех ядер ЦП для ускорения кодирования HEVC.

Рисунок 7. Параллельная работа потоков и использование ЦП в кодировщике Strongene

За счет применения новой параллельной структуры WHP и полной реализации инструкций Intel SIMD соответственно на уровне задач и уровне данных разработчикам кодировщика Strongene удалось добиться весьма значительного повышения производительности на процессорах x86 для видео с разрешением 1080p, используя вычислительные ресурсы всех ядер, как показано на рис. 8.

Параллельная обработка

В H.265 используются плитки и части, которые могут быть декодированы независимо от остальной части кадра. Это означает, что процесс декодирования можно разделить на несколько параллельных потоковых процессов, используя более эффективные возможности декодирования, на современных многоядерных процессорах.

Подавление цифрового шума

Интеллектуальный алгоритм анализа H.265 различает фоновые изображения и движущиеся объекты таким образом, что каждый из них может быть закодирован с различными стратегиями кодирования. Фоновое изображение кодируется с высокой степенью сжатия для подавления шума.

Подборка топовых камер с поддержкой h265 / h265

Популярные модели IP-камер видеонаблюдения с H 265 кодеком:

Популярные камеры Hikvision с H 265 кодеком, включая продукцию под брендом HiWatch:

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.

Преимущества h.265 для реального объекта видеонаблюдения

Hikvision Digital Technology провела сравнительное тестирование форматов сжатия для реального объекта видеонаблюдения круглосуточного видеонаблюдения – небольшого кафе. Испытание проводилось на основе камер с разрешением 1080p при 25 кадрах в секунду.

Средний битрейт между форматами H.264 и H.265 уменьшился на 83%, а разница между стандартным H.265 и H.265 составила 67%.

Сравнение 24-часовых фрагменов видеоархива также демонстрирует существенные отличия: для кодека H.264 размеры файла составили в среднем 22,7 ГБ, для H.265 – 11,8 ГБ, а H.265 – только 3,9 ГБ.

Второе сравнительное тестирование проводилось для круглосуточного видеонаблюдения за транспортной развязкой. Здесь различие 24-часовых фрагментов видео также оказалось ощутимым: H.264 в среднем 36,4 ГБ, H.265 в среднем 21,1 ГБ и H.265 в среднем только 7,5 Гб.

Преимущества и недостатки

H.265 имеет много преимуществ перед H.264:

• поддерживает до 8K UHDTV (разрешением, максимум 8192 × 4320),
• скорость передачи данных составляет несколько ГБ / с,
• размер файла вдвое меньше, и это с лучшим качеством!

H.265 имеет большое влияние на увеличение спроса и продажи экранов 4К, предлагая более высокое качество видео даже в сети с ограниченной пропускной способностью.

Но есть и обратная сторона. HEVC требует больше времени для кодирования по сравнению с AVC. Во-вторых, поскольку перспективный кодек, который сейчас широко не используется, просмотр видео H.265 не так прост. Поэтому преобразование H.265 в H.264 по-прежнему очень востребовано в наши дни.

Пишите в комментариях ниже какую информацию добавить или убрать для форматов сжатия видео — H.264 (AVC) vs H.265 (HEVC). Открыт для предложений по оформлению и наполнению страницы.

Преимущества протоколов h.265 , h.265 или h.265x

Проблемы производительности hevc

Существующий проект

(HM) реализует только основную функциональность стандарта; фактическая производительность по-прежнему далека от необходимой в реальной среде. Два основных недостатка этого проекта:

Рисунок 1. Профиль проекта HM — параллельная работа потоков
Рисунок 2. Профиль проекта HM — ресурсоемкий код

Этот кодек HEVC потребляет, по сравнению с H.264, в 100 раз больше ресурсов ЦП на стороне сервера и в 10 раз больше — на стороне клиента.Кодек H.265/HEVC привлек внимание множества компаний и организаций во всем мире, что повлекло оптимизацию его производительности и фактическую разработку. Существует несколько проектов с открытым исходным кодом.

Для оценки производительности кодировщика x265 на платформе с процессорами Intel® Xeon® (E5-2680, 2,7 ГГц, 8*2 физических ядер, кодовое название — Sandy Bridge) мы запустили видео с разрешением 720p и частотой 24 кадра в секунду. Разработчики x265 проделали большую работу для оптимизации исходного стандарта с целью распараллеливания обработки задач и данных.

Рисунок 3. Нагрузка на ЦП в проекте X.265
Рисунок 4. Проект X.265 с настройкой Intel® SIMD

В проекте x265 также были использованы инструкции Intel® SIMD (автогенерация компилятором), что обеспечило повышение производительности более чем на 70%. Вместе с дальнейшей оптимизацией компиляторными опциями, компилятор Intel обеспечивает удвоение производительности на платформе IA.

Тем не менее, производительность кодировщика по-прежнему существенно ниже, чем требуется для кодировщика реального времени, особенно для видео высокой четкости с разрешением 1080p.Ниже мы покажем результаты, достигнутые китайской компанией Strongene при поддержке специалистов компании Intel на пути оптимизации созданного ей кодека H.265/HEVC под различные платформы Intel.

Размер файла

Высокая степень сжатия также тесно связана с требованием цифрового хранения видеопотоков и передачи. Уменьшенная пропускная способность приводит к уменьшению размера файла. Тесты показывает, что видео, закодированное с помощью H.264, в 1-3 раза больше, чем H.265.

Распределенное интеллектуальное кодирование

Распределенное интеллектуальное кодирование в H.265 предполагает разделение фона (т.е. реального физического объекта) и посетителей. Создание модели из одного или нескольких ранее закодированных видеокадров позволяет осуществлять «межкадровое предсказание» и «прогнозирование внутри кадра», где образцы макроблоков (блок обработки) предсказывается с помощью информации о ранее переданных макроблоков одного и того же кадра.

Таким образом, сжатие видеопотока может осуществляться за счет трансляции только динамической составляющей кадра. Поскольку большинство объектов видеонаблюдения имеет статичный фон, подобная доработка может существенно улучшить кодек H.265.

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.

Совместимость форматов

Ничто не совершенно. Так же, как и HEVC. Все, сказанное выше, является преимуществом HEVC перед H264. Но есть и недостаток — плохая совместимость. В настоящее время новый формат далеко не так популярен, как H264. Современные устройства и платформы, поддерживающие кодек H264, составляют 99%. Поддержка кодека H265, может составлять около 30-40%.

Улучшенное внутрикадровое прогнозирование

Сжатие видео также выигрывает от анализа «движения» в отдельных кадрах, что позволяет сжимать отдельные кадры видео более эффективно. Это может быть достигнуто путем описания пикселей математической функцией, а не фактическими значениями пикселей. Функция занимает меньше места, чем пиксельные данные, уменьшая размер файла.

Однако кодек должен поддерживать достаточно продвинутую математическую функцию, чтобы этот метод был действительно полезным. Функция внутрикадрового предсказания H.265 гораздо более подробна, чем H.264, она допускает 33 направления движения по девяти направлениям H.264.

Улучшенное предсказание внутрикадрового движения

Сжатие видео зависит от предсказания движения между кадрами. Когда в пикселе нет изменений, видеокодек может сэкономить место, ссылаясь на него, а не воспроизводить его. Таким образом, улучшенное предсказание движения означает улучшенный размер файла и качество сжатия.

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!

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 2022 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.

Похожее:

Кодек h 265 что это Как сэкономить на покупке жесткого диска H 264 или h265 «Какой лучший кодек для видео, H.264 или H.265, и каковы шаги для воспроизведения и преобразования файлов H.264 и H.265 с помощью медиаплеера VLC в формат MP4?»