H.265/HEVC. Оптимизация под архитектуру Intel / Intel corporate blog / Habr
Текущую ситуацию в области медиакодеков, можно описать буквально несколькими словами: простые решения себя исчерпали. С каждым годом материал для кодирования становится все сложнее, а требования к качеству результата – все выше. В этих условиях, когда лобовая атака уже не дает эффекта, особое значение приобретает оптимизация как кодирования, так и воспроизведения медиа под конкретные платформы с использованием их самых современных возможностей. Чего можно добиться такой оптимизацией, мы покажем на примере перспективного кодека Н.265. В качестве целевой платформы рассмотрим серверное решение Intel — процессор Xeon.
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.- Особые возможности для произвольного доступа и сращивания цифровых потоков. В H.264/MPEG-4 AVC цифровой поток должен всегда начинаться с блока адресации IDR, а в HEVC поддерживается произвольный доступ.
- Изображение разделяется на единицы дерева кодирования (CTU), каждая из которых содержит блоки дерева кодирования (CTB) яркости и цветности. Во всех прежних стандартах кодирования видео использовался фиксированный размер массива для выборок яркости — 16×16. HEVC поддерживает блоки CTB разного размера, который выбирается в зависимости от потребностей кодировщика с точки зрения памяти и вычислительной мощности.
- Каждый блок кодирования (СВ) может быть рекурсивно разделен на блоки преобразования (ТВ). Разделение определяется остаточным квадродеревом. В отличие от прежних стандартов в HEVC один блок ТВ может охватывать несколько блоков предсказания (РВ) для перекрестных предсказываемых единиц кодирования (CU).
- Направленное предсказание с 33 различными направлениями ориентации для блоков преобразования (TB) размером от 4×4 до 32×32. Возможное направление предсказания — все 360 градусов. HEVC поддерживает различные методики кодирования предсказания интракадров.
H.265/HEVC налагает исключительно высокие требования по вычислительной мощности и на клиентские устройства, и на внутренние серверы транскодирования.
Проблемы производительности HEVC
Существующий проект HEVC Test Model (HM) реализует только основную функциональность стандарта; фактическая производительность по-прежнему далека от необходимой в реальной среде. Два основных недостатка этого проекта:- Отсутствие параллельной схемы.
- Неэффективная настройка векторизации.
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.
- OpenHEVC (совместим с HM10.0, оптимизация декодера)
- x265 (совместим с HM, распараллеливание и векторизация)
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. Тем не менее, наш тест показал, что кодек может использовать лишь 6 ядер в системе с 32 логическими ядрами (с включенным SMT). Таким образом, кодек далеко не в полной мере использует ресурсы современных многоядерных платформ.
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.
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 платформой
Intel Xeon (Haswell), выпуск которой начат в 2014 году. Для оценки производительности встроенных функций Intel AVX2 мы используем распространенное вычисление сумм абсолютных разностей для блока 64*64.
Таблица 1. Результаты реализации Intel® SSE и Intel® AVX2
| Циклы ЦП | Исходный код | Intel® SSE | Intel® AVX2 |
|---|---|---|---|
| Запуск 1 | 98877 | 977 | 679 |
| Запуск 2 | 98463 | 1092 | 690 |
| Запуск 3 | 98152 | 978 | 679 |
| Запуск 4 | 98003 | 943 | 679 |
| Запуск 5 | 98118 | 954 | 678 |
| Среднее | 98322,6 | 988,8 | 681 |
| Ускорение | 1,00 | 99,44 | 144,38 |
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.
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).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. Наше оптимизированное решение на базе процессоров Intel развернуто в компании Xunlei, занимающейся предоставлением услуг видео через Интернет, и будет способствовать повсеместному внедрению и распространению технологии H.265/HEVC.
Все, что вам нужно знать о HEVC / H.265
Карен НельсонПоследнее обновление: 05 мая 2019
Возможно, вы много слышали о HEVC / H.265 в последнее время. С ростом популярности видео 4K компания Apple применила такой новый отраслевой стандарт в операционных системах Mac Hight Sierra и iOS 11. По сравнению с H.264 H.265 / HEVC имеет большие преимущества, но каковы они? И действительно ли вы можете воспользоваться преимуществами такого H.265 / HEVC? Ниже я подробно расскажу о HEVC / H.265 и надеюсь, что это будет полезно.
Узнайте больше информации о HEVC / H.265
Что такое HEVC / H.265?
HEVC означает Высокоэффективное кодирование видео, также известное как H.265 и MPEG-H Part 2, — это новейший и самый современный стандарт сжатия видео, разработанный совместно MPEG и VCEG, который отличается более высокой эффективностью кодирования и улучшенным качеством видео. HEVC способен сжимать видео с двойной степенью сжатия данных, но ему требуется лишь половина битрейта, чтобы сохранить то же качество видео и уменьшить объем памяти вдвое по сравнению с H.264.
Почему приходит HEVC / H.265?
Как вы, возможно, знаете, в мире появляется все больше и больше видео 4K и 8K, в то время как для таких видео высокого разрешения требуется много места, что делает невозможным их загрузку и потоковую передачу с наилучшим качеством. Для того чтобы уменьшить пространство для хранения, но сохранить то же качество и на основе H.264, здесь применяется технология кодирования HEVC.
HEVC может легко доставлять видеоконтент на ваш Apple TV, компьютер, даже iPhone или другие портативные устройства с высоким качеством и меньшим пространством. Если вам нравится воспроизводить видео HEVC / H.265, вы можете сначала декодировать файлы и воспроизводить их через медиаплеер. Тем не менее, вы также можете конвертировать DVD в кодек H.265 чтобы получить половину размера, но равное качество видео. Поэтому многие потребительские устройства и операционные системы поддерживают HEVC / H.265 постепенно.
Производительность, преимущества и недостатки H.265
H.265 предназначен для передачи видео более высокого качества при ограниченной пропускной способности, которая уменьшается вдвое. Это означает, что мы можем наслаждаться видео высокого разрешения 1080p с нашим смартфоном и планшетами онлайн. Стандарт H.265 идет в ногу с высоким разрешением дисплея.
Основным преимуществом H.265 является то, что H.265 имеет лучшую производительность сжатия и более низкий коэффициент использования полосы пропускания, что может еще больше снизить проектную скорость потока, чтобы снизить стоимость хранения и передачи. И теперь многие устройства с высоким разрешением 4K, такие как 4K Blu-ray Player или другие потоковые медиаплееры, поддерживают H.265. Кстати, вы также можете конвертировать H.265 в другие совместимые форматы с бесплатный конвертер H.265 для воспроизведения на ваших устройствах.
Стоит отметить, что инвестиции в H.265 огромны, особенно после H.264; Многие промышленные компании будут колебаться при приеме H.265. С другой стороны, H.265 имеет патентные пулы 3 с различными ценовыми структурами и условиями. Неясность лицензионных платежей остановила принятие H.265.
Развитие и текущее состояние H.265
Сейчас H.265 расширяется, поддерживается многими платформами и операционными системами, но не получает широкой поддержки. Успешная популяризация стандарта видео зависит от нескольких аспектов, в том числе от решения организации по стандарту, появления конкурентов, областей применения и роялти. В отличие от H.264, H.265 требуется высокая стоимость роялти, которая взимается HEVC Advance, независимый администратор лицензирования.
Как и разработка дисплея с высоким разрешением, H.265 тоже будет развиваться. Несмотря на промышленного конкурента VP9 и другие ограниченные факторы, H.265 найдет выход и получит широкую популярность.
Скажите разницу: H.265, H.265 + и x265
Сталкивались ли вы когда-нибудь с H.265 + или x265, когда имеете дело с видеоформатами / кодами? Они такие же, как H.265? Очевидно, что это не так. Ниже я хотел бы подробно представить H.265 + и x265 и показать разницу между ними и H.265.
1. H.265 против H.265 plus (H.265 +)
H.265 + — это усовершенствованная технология сжатия видео, основанная на его предшественнике H.265, и она может дополнительно снизить половину битрейта по сравнению с H.265, что означает, что она может снизить пропускную способность и потребление памяти. Технология H.265 + объединяет технологии SmartP и AVBR для повышения эффективности сжатия. Это передовая технология ссылок, используемая исключительно в видеокодере Hisilicon. С помощью H.265 + IP-камера может передавать видеопоток 1080P с минимальной скоростью 500kbps.
2. H.265 против x265
x265 — это библиотека для кодирования видео в формат сжатия видео HEVC / H.265, разработанная и стандартизированная ISO / IEC MPEG и ITU-T VCEG. То есть h.265 — это спецификация, а x265 — это конкретный кодер H.265. Это может обеспечить сжатие следующего поколения и кодек с быстрым и превосходным качеством. x265 используется многими коммерческими поставщиками видео решений, от разработчиков кодировщиков живого видео до разработчиков решений потокового видео OTT и поставщиков систем управления видео.
Воспроизведение видео HEVC / H.265 с помощью обычного медиаплеера
В этой части я собираюсь представить некоторый другой кодек, похожий на H.265, и сделать сравнение, чтобы помочь вам узнать H.265 в дальнейшем.
1.H.265 против H.264
По сравнению с H.264 (AVC), H.265 может уменьшить объем памяти 50% путем кодирования видео с минимально возможной скоростью передачи битов, сохраняя при этом высокий уровень качества и обеспечивая лучший ви
Почему так важен HEVC (H.265), и как его применять в реальной жизни
Хоть сам по себе стандарт был принят в 2013 году, только недавно он начал активно внедряться в HEVC-совместимых решениях и оборудовании. Пока одни игроки индустрии еще обсуждают готовность к переходу на новый стандарт, другие уже активно пользуются его преимуществами . Итак, какие же несет в себе преимущества переход на рабочий процесс с более совершенным механизмом кодирования видео?
HEVC vs AVC
Поскольку HEVC — это новая ступень развития кодирования, то по умолчанию он несет в себе ряд усовершенствований по сравнению с AVC. Итак, самое главное — H.265 в два раза более эффективный, чем AVC, что означает в два раза лучшее качество при том же битрейте, или в два раза меньший поток при том же качестве видео. На рисунке представлено соотношение разрешения и битрейта при различных исходных потоках. В любом случае, стоимость ширины пропускания заметно снизится при сохранении исходного разрешения.
Основные преимущества HEVC:
1. Меньшая стоимость и меньше накладные расходы
При стриминге прямых трансляций кодер H.265 будет использовать только половину от того битрейта, который бы потреблял H.264 с сохранением качества, конечно же. Представим, что у нас трансляция на Youtube сигнала 1080р на 8Мбит/сек в H.264. А с кодером H.265 мы получаем 1080р поток всего на 4Мбит/сек. А поскольку меньше данных передается, то и меньше денег уходит на оплату сотовой связи и модемов.
Например, в рабочем процессе используется 3G/4G LTE USB модемы как главный канал передачи данных в Интернет. При работе с AVC, стриминг сигнала 1080р потребует огромную полосу пропускания для создания потока без задержек. Но при использовании HEVC, этот необходимый битрейт уменьшится почти в два раза, позволяя спокойно проводить трансляции в разрешении 1080р. Конечно, всегда есть вариант стримить с меньшим качеством для уменьшения стоимости трансляции, но не всегда это выход.
2. Лучшее решение для локаций с ограниченным доступом в Интернет
Вы когда нибудь подключались к сети Wi-Fi для того, чтобы выяснить, что она медленнее 3G соединения? Преследуя цель экономии, многие заведения специально выбирают более бюджетные интернет-тарифы, и как результат — скорость соединения сильно падает. Это принуждает многих стрим-операторов в таких локациях, как школы и церкви, снижать разрешение видео и поток передачи, получая в итоге низкокачественную трансляцию, непривлекательную для зрителя. Благодаря HEVC кодированию, получить качественный видео стрим с таких локаций будет намного проще. Если раньше в школе можно было передать 480р на 1,5Мбит/сек, то теперь — 720р при тех же 720р, показывая зрителю намного более приятную картинку.
3. Готовность к повсеместному применению
Все исследования показывают, что рост поддержки воспроизведения и общего спроса на H.265 неизбежно приводит его к повсеместному внедрению наступившего будущего видео компрессии. К тому моменту, когда бытовая техника, компьютеры и OTT сервисы перейдут на новый стандарт, имеющиеся уже сейчас в работе устройства H.265 приносят неоценимую помощь в работе профессионалов. Да, и для справки, устройства Teradek могут также работать в H.264.
4. HEVC уже готов к использованию
Наверное, один из самых главных вопросов, крутящихся в умах читающих эту новость: Окей, все классно, только как я могу стриминг мой контент в H.265, если CDN платформы его еще не поддерживают? Отвечаем. Поскольку полного распространения стандарт H.265 еще не получил, Teradek разработал облачную платформу Core, на которую можно отправлять поток в H.265, там перекодировать в H.264 и дальше передавать в необходимые назначения. Благодаря транскодингу в облаке, система Core позволяет передавать высококачественное HEVC видео с низким битрейтом в инфраструктуру Core. Это позволяет значительно экономить на полосе пропускания при тех же высоких результатах в качестве.
Заключение
Значительное усовершенствование HEVC компрессии по сравнению с AVC делает доступным высококачественный контент как для дистрибьюторов, так и для пользователей. Как только поддержка HEVC кодеков станет повсеместной, это откроет новые возможности в создании и доставке видео контента.
По материалам www.teradek.com
Вышел DivX 10 с поддержкой стандарта сжатия видео HEVC / Habr
Компания DivX представляет новую версию своих программных продуктов с поддержкой нового стандарта сжатия видео HEVC. Загрузить обновленное программное обеспечение можно по ссылке: http://www.divx.com/downloads/divx/1Напомним, новый стандарт HEVC/H.265 (High Efficiency Video Coding) является приемником хорошо известного, распространенного и популярного сегодня стандарта ISO/IEC 14496-10 MPEG-4 Part 10 H.264/AVC, который обещает повышение степени сжатия видео до 50% при том же качестве, а так же поддержку разрешений 4K и 8K (Ultra HDTV).
DivX в числе первых предлагает пользователям попробовать новый стандарт сжатия. Воспроизведение и создание видео в формате HEVC доступно пока только в контейнере MKV (Matroska) — http://matroska.org/
Программное обеспечение DivX 10 доступно для операционных систем Mac OS X и Windows и включает в себя:
- DivX Player — проигрыватель, позволяющий уже сейчас воспроизводить HEVC видео в файлах Matroska (MKV), а так же MPEG-4 AVC и MPEG-4 ASP.
- DivX Web Player — дополнение (plug-in) для веб-обозревателей (Microsoft Internet Explorer, Mozilla Firefox, Google Chrome, Apple Safari и Opera), позволяющее воспроизводить HEVC видео вплоть до 1080p внутри веб-страниц, причем онлайн (по сети). так же поддерживаются обычные форматы MPEG-4 AVC и MPEG-4 ASP.
- DivX Converter — конвертер видео, позволяющий преобразовать видео в формат HEVC для того чтобы уже сейчас испытать новый формат. к сожалению, пока энкодирование в HEVC заметно длительно по времени (примерно в 2 раза медленнее кодирования x264 very slow profile). Но DivX активно работает над оптимизацией и обещает ускорение кодирования в будущих версиях программного обеспечения.
Более подробная информация о поддержке форматов в программном обеспечении DivX: http://www.divx.com/files/DivX10_format_support.pdf
Примеры HEVC видео в MKV доступны на сайте DivX: http://www.divx.com/en/hevc-showcase. Кроме того, можно скачать референсные видео с ftp BBC: ftp://ftp.kw.bbc.co.uk/hevc/hm-11.0-anchors/bitstreams/ и затем замуксировать их в MKV с помощью пропатченной версии MKV Merge: http://labs.divx.com/node/127907
Так же, DivX уже представила предварительную спецификацию профайлов для HEVC: http://labs.divx.com/system/files/DivX_HEVC_Video_Profiles_DRAFTMay2013.pdf. А это означает, что аппаратная поддержка HEVC видео уже не за горами, и вскоре начнут появлятся первые чипы и устройства, сертифицированные для воспроизведения DivX HEVC. Пока планируется 3 профайла — HEVC 720p, HEVC 1080p и HEVC 4K, но возможно немного позже будет представлен и HEVC 8K.
Кодек H.265 и его возможности
В данной статье мы попытаемся понять, отвечает ли видеокодек нового поколения возлагаемым на него надеждам?
Видеокодек нового поколения High Efficiency Video codec (HEVC), известный также как H.265, стал важной вехой видеоиндустрии 2013 года. В течение последних 12 месяцев было много сказано о H.265 и новых технологиях кодирования видео, однако сегодня впервые можно просто сесть и внимательно изучить этот самый кодер нового поколения (хоть и существующий лишь в версии, предшествующей альфа-тестированию), а также протестировать его качества в плане работы с видео. Мы рассмотрим в едином ключе качество отображения видео и размеры сжатия потока нового кодека, сравнив его с предыдущим — H.264, а также изучим производительность в Sandy Bridge-E, Ivy Bridge и Haswell.
Преимущества H.265
Кодек H.264 был вполне успешным проектом. Это весьма гибкий кодек, который получил широкое применение в сетях распространения потокового видео, на спутниковых платформах, а также при записи Blu-ray дисков. Он весьма хорош для масштабирования, благодаря чему он был предложен в качестве стандарта для 3D с частотой кадров 48-60 в секунду, и даже для 4К. И он вполне справляется с этими задачами. Стандарт, принятый для Blu-ray дисков, пока не включает в себя каких-либо рекомендаций относительно данных технологий, однако кодек H.264 сам по себе способен их поддерживать.
Проблема кодека H.264 заключается в том, что будучи в принципе способным кодировать видео в этих форматах, он не может обеспечить степень сжатия, которая бы сделала размеры получаемых файлов приемлемыми. Потребовался новый стандарт, который бы смог существенно уменьшить размеры получаемых после сжатия файлов и тем самым заслужил бы международное признание в качестве средства продвижения новых форматов видео. Так и появился на свет H.265. Он был разработан таким образом, чтобы используя новые технологии сжатия и более умную модель кодирования/декодирования, наиболее экономно использовать пропускные ресурсы канала.
В отличие от H.264, который хоть и может быть использован для поддержки 4К-телевидения, всё же он не создавался для этого формата, а H.265 разрабатывался с учётом всех особенностей 4К, включая поддержку 10-битового видео и высокой частоты кадров. Это только начало, и нынешняя, зародышевая версия кодека имеет некоторые ограничения. Она поддерживает 8-битовый цвет и даёт цветовую модель YUV, однако и данную тестовую версию много кому хотелось бы увидеть в работе. Поэтому группа исследователей, вооружившись только скомпилированным энкодером и несколькими тестовыми клипами, решила проверить – на что же способен новый кодек?
Первое, что их интересовало – это размеры файлов. Исследователи решили сравнить размеры элементарных видеопотоков. При этом следует учесть, что речь шла исключительно о видео – звук не кодировался ни в одном из случаев.
Размеры кодирования определялись настройками квантователя, где более низкие q-показатели соответствовали более высокому качеству (и большему размеру файлов). Базовый кодированный файл состоит из 500 кадров, его размер – 1,5 Гб, YUV 4:2:0, частота кадров – 50 в секунду. Для сравнения использовался элементарный размер потокового файла, потому что он отображает то, что передаётся на декодер для создания изображения на выходе. Исследователи работали с элементарными потоками, потому что на данной стадии проекта (предшествующей альфа-тестированию) размер декодируемого файла всегда составляет 1,5 Гб, вне зависимости от уровня качества, выбранного при его создании.
Это помогает понять основу тех преимуществ, которые может предложить H.265 в сравнении с H.264. И хотя в большинстве случаев он не даёт 50% экономии пропускной способности канала, результат близок к этой цифре. При установке q=24 в квантователе мы получаем файл размером 57% от созданного в H.264, при установке q=30 – 59%, а q=40 даёт 47%. Конечно, при установке q=40 финальный файл далёк от совершенства, однако он позволяет экономить пропускную полосу более, чем вдвое.
Производительность и качество картинки
Следующий вопрос, который интересовал исследователей, – это производительность. Известно, что в сравнении с H.264, H.265 требует большего количества «лошадиных сил» для кодирования и декодирования. Впрочем, разработчики обещают усилить роль параллельных вычислений при кодировании и декодировании, чтобы ускорить эти процессы. Подразумевается, что поддержка OpenCL станет реальной рано или поздно, а это значит, что предложения вроде HAS от AMD могут получить дополнительные очки от поддержки x265 в этом году.
В настоящее время исследователи были ограничены в выборе процессора, однако представитель MultiCoreWare Том Воган уверил их, что команда разработчиков активно работает над многопоточностью. Группа исследователей решила испытать возможности тестового декодера, используя Sandy Bridge-E, Ivy Bridge и Haswell. Исследователи экспериментировали с несколькими различными уровнями параллелизации, однако в итоге решили остановиться на числе физических ядер в системе (6, 4 и 4). Была задействована функция гипер-поточности, но установка параллелизации в 12/8 потока лишь не намного ускорила процесс кодирования.
Параллелизация показала неплохие результаты производительности. Sandy Bridge-E с его шестью ядрами опережает четырёхядерный Ivy Bridge. Ivy Bridge также уступает модели Haswell благодаря поддержке последней AVX2 и лучшим характеристикам производительности. Если сравнивать время кодирования с x264, даже при самых медленных установках, кодирование при помощи x265 идёт намного больше. К примеру, файл, который Ivy Bridge 3770K кодировал в H.264 за 129 секунд, в H.265 кодировался на протяжении 247 секунд. Впрочем, не забывайте о том, что речь идёт о самой-самой первой тестовой версии.
Не менее интересным для исследователей был и вопрос качества. Насколько качество видеофайла, кодированного в H.265, будет отличаться от исходного некомпрессированного видео? Для изучения вопросов, связанных с качеством, исследователи решили выбрать фрагмент баскетбольного матча. Файл, записанный с частотой 50 кадров в секунду, был полон моментов, демонстрирующих быстрые движения, которые очень часто приводят к зависаниям процессоров или «дёрганию» картинки. Согласитесь, если эта «болезнь» будет также свойственна H.265, то его возможность создавать относительно небольшие видео-файлы будет нивелирована плохим качеством.
Elmedia Player для Мак поддерживает h.264 и h.265 кодеки.
Итак, вашему вниманию представлены скриншоты оригинального некомпрессированного YUV видео, а также видео, кодированного в H.265 при показателях q=24, и видео, кодированного в H.264 при показателях q=24.
Как мы видим, разница здесь минимальна. Деревянный пол под прыгающим игроком немного менее размыт в H.264 варианте, однако качество H.265 варианта – феноменально, при том, что размер этого файла примерно вдвое меньше. А как на счёт установок с меньшим качеством? Вот скриншоты видео, кодированного в H.265 и H.264 с показателем q=30. Первым идёт скриншот видео, сжатого в H.265.
При установке квантователя q=30 (размеры файлов соответственно 6.39 Мб и 10.87 Мб) показатели качества потокового видео при использовании кодека H.265 оказались лучшими, чем у потока, кодированного в H.264. Разумеется, группа исследователей, проводившая данные опыты, не собирается возводить полученные результаты в абсолют – как всегда, большое значение имеют параметры кодирования, которые требуют настройки. Однако после более года ожидания, «джинн» по имени H.265, наконец, вышел из бутылки, и уже очевидно, что новый стандарт компрессии сможет оправдать возложенные на него ожидания.
Тем временем поддержка кодирования/декодирования уже очень скоро будет доступна во многих изделиях. Современные процессоры более чем готовы к декодированию H.265 при наличии соответствующего программного обеспечения. Поддержка OpenCL ожидается в ближайших итерациях. А аппаратная поддержка от производителей графических процессоров – таких, как AMD, Intel и Nvidia – дело ближайшего будущего. Возможно, она и не появится в ближайших моделях, которые вот-вот выйдут на рынок, но определённо появится в недалёком будущем. Эти три компании уже включили в свои изделия поддержку дополнительных источников видеоинформации, как отмечается в презентации H.265, поскольку видео становится обычным явлением в любых устройствах.
В долгосрочной перспективе H.265, скорее всего, заменит H.264 в качестве главного решения для расширенной обработки видео. Впрочем, всё будет зависеть ещё и от того, насколько сильнее будет разряжать батареи процесс обработки H.265 видео по сравнению с H.264. Мы сможем об этом узнать только тогда, когда появится полноценное «железо» для работы с этим стандартом, однако пока предположения весьма оптимистичны. Параллельная модель H.265 кодирования, несомненно, должна хорошо показать себя на фоне многоядерных устройств будущего.
Автор: Джоель Хруска
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Понравилось нас читать?
Подпишись тут
5 причин, почему кодек h.265 не завоевал популярность в облачном видеонаблюдении
(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.
Понравилась статья? Поделись с друзьями!
- Поделиться в Facebook
- Поделиться ВКонтакте
- Поделиться в Twitter
- Поделиться в Одноклассниках
HEVC? Ключевые особенности нового кодека
Все пользователи любят смотреть передачи, фильмы и видеоролики в высоком качестве.Однако в плане хранения такого видео на персональном компьютере возникает множество проблем, которые обычно связаны с простой нехваткой места. Недавно появился новый стандарт видео. Многие пользователи задаются вполне закономерным вопросом: что же такое HEVC? Давайте рассмотрим основные аспекты, связанные с внедрением и практическим использованием нового кодека.
Что такое HEVC?
Если речь идет о фильмах, которые записываются на съемные носители, то размер самого диска обычно влияет на выбор метода сжатия видео. Те же самые диски Blue-ray могут хранить фильмы в высоком разрешении объемом, не превышающим 25 Гб. Но согласитесь, что держать такой фильм на жестком диске, особенно когда на нем не так много свободного пространства, совершенно нецелесообразно с практической точки зрения. Для этого используется процедура кодирования роликов. Она позволяет без ущерба качеству уменьшить размер конечного файла за счет использования специальных алгоритмов сжатия. Что же данная процедура представляет собой на практике? На сегодняшний день HEVC является самым продвинутым кодеком. Можно даже сказать, что он совершил некую революцию в области видео. Чем же пользователей не устраивал старый кодек H.264?
High Efficiency Video Coding: основные принципы кодирования
Чтобы разобраться с основами кодирования видео в данном формате, необходимо вообще обратиться к принципам кодирования сигнала. Одну из главных ролей в этом вопросе играет использование максимального блока. Для H.264 это 16×16 или в сумме 256 пикселей. Такой блок для нового стандарта H.265 может быть в 16 раз больше. Если также учитывать и технологи изменяемых блоков, когда размер блока вбирается в процессе сжатия непосредственно самим алгоритмом, то можно догадаться, что новый кодек является более терпимым к высоким разрешениям. На сегодняшний день он поддерживает даже разрешение 8K. Сюда также можно добавить и функцию параллельного кодирования. Таким образом, кодек HEVC при высоком качестве изображения дает возможность уменьшать битрейт, а соответственно и размер файла. По сравнению со стандартом H.264 экономия места может достигать 25-50%.
Насколько эффективна поддержка 4k и 8k?
Если говорить об эффективности применения такого кодека, то на заре своего появления он не завоевал особой популярности. Это связано с тем, что поддержку нового стандарта обеспечивали только самые современные и мощные графические чипы Ge Force 970 или 980. Сам же по себе процесс кодирования на других менее мощных устройствах занимал примерно 10-12 часов. Это означает, что с практической точки зрения использование нового стандарта было невыгодно. Ситуация со временем изменилась. Теперь технологии на базе H.265 начинают использоваться повсеместно. В плане экономии пространства на диске по сравнению с H.264 можно привести красочный пример. При разрешении 720p показатель экономии равняется примерно 25%, а при условии качества 4k – более 50%. Стоит также отметить, что при использовании рипBlu-ray диска размер исходного видео может быть уменьшен в 10 раз. Таким образом, видео будет весить немногим больше 3Гб.
Основные новшества
Если рассматривать некоторые новшества, то среди всего того, что представлено в требованиях к новому кодеку можно также отметить следующее:
— поддержку профилей Main 8 и 10 бит;
— наличие двумерных неразделимых, разделимых и направленных интерполяционных фильтров ASF;
— компенсация движения с точностью до 1/8 пикселя;
— применение в процессе кодирования системы адаптивного предсказания ошибок и выбора матрицы;
— наличие сравнительной системы кодирования вектора движения;
— режимно-зависимое внутрикадровое кодирование.
Можно, конечно, и дальше продолжать этот список. Но даже эти показатели могут сказать о многом профессионалам, сталкивающимся по работе с кодированием видео.
Программное обеспечение для просмотра фильмов в новом формате
Мы уже немного разобрались с самим кодеком. Теперь должно быть немного понятно, что собой представляет HEVC. Настало время перейти к самому главному вопросу, который скорее всего интересует большую часть пользователей. Какие же программы можно использовать для воспроизведения видео, закодированного при помощи новейших алгоритмов? В самом простом варианте подойдут различные программные плееры. Одной из наиболее интересных программ такого рода по мнению многих пользователей является специализированное приложение Daum Pot Player. Если же такой вариант не подходит, то можно попробовать использовать популярную программу VLC Media Player. При этом устанавливать необходимо обязательно последнюю версию данной программы, поскольку только в ней присутствует встроенная поддержка HEVC. Несмотря на все преимущества, можно отметить и несколько проблем. Все они в большинстве своем связаны с тем, что в интернете сегодня можно найти не так много роликов и фильмов, записанных при помощи нового алгоритма. Еще больше огорчает отсутствие поддержки со стороны вендоров. Если вопросы, связанные с используемым программным обеспечением, еще хоть как-то можно решить, то вот производители Smart TV и домашних кинотеатров не спешат осваивать выпуск новой продукции с поддержкой H.265. К тому же сам кодек пока не получил особого распространения, хоть и считается революционным. Остается только надеяться на то, что это все временно.
Заключение
В данном обзоре мы привели краткую информацию, касающуюся нового стандарта кодирования видео. Здесь, конечно, были затронуты далеко не все технические аспекты новейшей технологии.Однако даже такая краткая информация поможет пользователям сделать собственные выводы об основных новшествах, целесообразности их внедрения и практического использования. По большому счету, эти нововведения способны полностью перевернуть все ваши представления о качестве и обработке видеоинформации.