HIKVISION H.265+ Технология кодирования
Снижение битрейта и более экономичное хранение Видео Ultra HD качества без задержек
Содержание
- История
- Ключевые технологии
- Результаты тестирования Уменьшения битрейта
- Вывод
1. История
Разработанная несколько лет назад Ultra HD камера видеонаблюдения не нашла широкого применения до настоящего времени, так как требовала широкой полосы пропускания и большой емкости для хранения. Поэтому вопрос уменьшения битрейта видеопотока Ultra HD разрешения — острая проблема, решение которой стоит на пути к популярности Ultra HD камер.
Алгоритм сжатия H. 265+ — инновационная разработка компании Hikvision. Данная уникальная технология кодирования основана на H.265/HEVC (High Efficiency Video Coding высокоэффективное кодирование видеоизображений) стандарте и модифицирована с учетом следующих особенностей видеонаблюдения:
- Фон стабилен и практически не изменяется.
- Интерес представляют только движущиеся объекты.
- Наблюдение ведется круглосуточно, а шумы заметно влияют на качество изображения.
H. 265+ способен значительно уменьшить битрейт видео и благодаря этому требования к пропускной способности и объему для хранения резко сокращаются.
2. Ключевые технологии
H.265+ улучшает степень сжатия за счет трех ключевых технологий: технологии кодирования с предсказанием, технологии подавления фонового шума и технологии долгосрочного управления видеопотоком.
2.1. Кодирование c предсказанием
Все современные алгоритмы сжатия, такие как MPEG2, MPEG4, H.264/AVC и самый современный алгоритм H.265/HEVC, основаны на разностном кодировании. Кодирование с предсказанием — одна из основных технологий, непосредственно влияющих на производительность сжатия. Можно выделить два вида сжатия: внутрикадровое и межкадровое.
- Межкадровое предсказание создает модель предсказания из одного или нескольких ранее закодированных видеокадров или областей, используя принцип блочной компенсации движения.
- Внутрикадровое предсказание означает, что образцы макроблоков (блоков обработки) предсказываются только на основе информации, полученной от уже переданных макроблоков одного и того же кадра.
Для разных кадров видеопотока применяются разные методы кодирования. I-кадры кодируются независимо от других кадров, то есть используется внутрикадровое сжатие, а для кодирования P-кадров используются I-кадры и другие P-кадры (межкадровое сжатие).
2.1.1. Кодирование P-кадров
Вы можете получить меньший поток, сжимая разницу между опорным кадром и переменным кадром. Следовательно, выбор соответствующего опорного кадра играет ключевую роль.
В области видеонаблюдения фон, как правило, стабилен. Его можно извлечь и использовать в качестве опорного кадра. Фоновый кадр должен содержать как можно меньше движущихся объектов.
На Рисунке 1 показана последовательность из 3 кадров, где кадры T0 и T1 уже подверглись обработке кодеком. Здесь можно взять фон в качестве опорного кадра и сжать кадр T2 с учетом сходства и разницы между кадрами T1 (опорный кадр) и T0 (фоновый кадр). Если кадр T0 содержит меньше движущихся объектов, он также будет хорошим вариантом для фонового изображения.
Рисунок 1 Выбор наилучшего фонового кадра
Для примера возьмем Рисунок 2, на котором автомобиль перемещается из области B в область A (из кадра T1 в кадр T2). При кодировании кадра T2 область B становится вновь открывшимся участком.
Рисунок 2 Объект перемещается из Б в A
Пример 1:
Если кадр Т1 взят в качестве опорного кадра, потребуется больше битов для кодирования Б области, так как область Б не будет найдена в Т1 кадре.
Рисунок 3 Традиционная схема кодирования с опорным кадром
Пример 2:Если мы возьмем фоновое изображение (T0) в качестве опорного кадра, в большинстве случаев мы получим оптимизированный блок для Б области. В то время как область А станет вновь открывшимся участком. Потребуется больше битов для кодирования A области.
Пример 3:
Если мы возьмем фоновый кадр и T1 в качестве опорных кадров, мы можем просто найти области, которые схожи с областями А и Б. Тогда количество затрачиваемых битов может быть снижено до минимального значения.
Рисунок 4 Схема кодирования с фоном в качестве опорного кадра
2.1.2. Кодирование I-кадров и R-кадров
При кодировании видеопотока опорные кадры обновляются каждые несколько секунд для задач видеонаблюдения. В результате на опорные кадры приходится значительная часть данных в видеопотоке, что особенно заметно в тех случаях, когда в кадре мало движения. Иногда на опорные кадры приходится до 50% данных видеопотока. Более того, при стабильном фоне эти данные носят повторяющийся характер.
Для того чтобы уменьшить удельный вес этих повторов в видеопотоке, в кодеке H.265+ используется метод работы с опорными кадрами на основе модели фона, показанный на Рисунке 5.
Рисунок 5 Работа с опорными кадрами
| Тип кадра | Интервал | Описание |
|---|---|---|
| I-кадр (фоновый кадр) | От 8сек до 12сек | I-кадр полностью кодируется на основе текущего изображения с помощью внутрикадрового предсказания. Интеллектуальный алгоритм выбирает опорный кадр среди кадров с наименьшим числом движущихся объектов. |
| R-кадр (Кадр обновления) | 2сек | Для R-кадра применяется внутрикадровое кодирование с предсказанием (для движущихся объектов) и межкадровое кодирование с предсказанием, основанное на I-кадре (для неподвижных объектов). R-кадр работает как I-кадр в видеопотоке во время произвольного доступа, чтобы гарантировать удобство воспроизведения пользователем |
| P-кадр | Соответствует частоте кадров | Кадр применяет межкадровое кодирование с предсказанием на основе предыдущего кадра (P-кадра или R-кадра) и I-кадра. |
Значение битрейта может быть снижено для R-кадра, а также гарантировано удобство воспроизведения пользователем. На рисунке ниже представлен процесс кодирования R- кадра. Движущиеся объекты, отмеченные красными прямоугольниками, закодированы при помощи внутрикадрового кодирования с предсказанием и демонстрируют хорошее качество изображения. Фон обрабатывается с помощью межкадрового кодирования с предсказанием.
Рисунок 6 Кодирование R-кадра со смешанными предсказаниями
2.2. Шумоподавление
Обычно для сохранения качества движущиеся объекты кодируются вместе с фоновым шумом. Тем не менее, интеллектуальные алгоритмы позволяют применить различные стратегии кодирования для фона и для движущихся объектов.
На рисунке 7, алгоритм интеллектуального анализа извлекает фоновое изображение и движущийся объект. Фоновое изображение кодируется с более высокой степенью сжатия для подавления шума и снижения битрейта.
Рисунок 7 Шумоподавление
2.3. Долгосрочное управление видеопотоком
Для того, чтобы в полной мере использовать битрейт, Hikvision представляет новую концепцию битрейта под названием «средний максимальный битрейт».
«Средний максимальный битрейт» означает усредненный битрейт в различные периоды времени (обычно 24 часа). При средней скорости передачи потока данных, камера может назначить большую скорость передачи для периодов времени с высокой активностью, за счет ее снижения в периоды низкой активности (например, с 0:00 до 9:00 и с 20:00 до 24:00), как это продемонстрировано на диаграмме ниже (мы используем постоянный контроль битрейта в качестве примера).
Рисунок 8 Долгосрочное управление видеопотоком-
Постоянный битрейт
Для H.265 кодирования с установленным постоянным битрейтом, его значение будет незначительно изменятся в пределах значения предопределенного максимального битрейта. При функционировании H.265+, средний битрейт может поддерживаться на уровне половины значения максимального битрейта (на примере наблюдения в офисе, фактическая скорость снижения битрейт может меняться в зависимости от различных сцен наблюдения) и качество изображения может быть оптимизировано, так как H.265 + технология позволяет в полной мере использовать каждый бит. -
Переменный битрейт
В режиме переменного битрейта, мгновенный битрейт изменяется в зависимости от степени активности, в то время как качество изображения остается стабильным. Если H.265+ включен, изменение битрейта может быть следующим:- Если установленное значение среднего битрейта ограничено, то технология кодирования H.265+ может обеспечить лучшее качество изображения при ограниченном битрейте.
- Если установленное значение среднего битрейта слишком высокое для сцены слежения, значение фактического среднего битрейта может быть ниже, чем ранее установленное значение для экономии объёма хранения.
3. Результаты тестирования Уменьшения битрейта
Тестирование уменьшения битрейта проводилось на примере 1080p@25к/с камер. Полученные данные могут быть разделены на две категории: сравнение мгновенного битрейта при различных условиях и сравнение файла 24-часовой записи при различных стандартах кодирования.
3.1. Мгновенный битрейт разных сцен
Таблица 1 Сравнение мгновенного битрейта H.264 и Hikvision H.265+
| No | Описание сцены | Битрейт (кбит/с) | Коэффициент снижения | |
|---|---|---|---|---|
| H.264 | H.265+ | |||
| 1 | Кафе, достаточное освещение, много движущихся объектов | 3,481 | 650 | 81.3% |
| 2 | Кафе, достаточное освещение, несколько движущихся объектов | 2,253 | 340 | 84.9% |
| 3 | Кафе, слабое освещение (ИК Вкл.), без движения | 930 | 108 | 88.4% |
| 4 | Улица, достаточное освещение, много движущихся объектов | 4,403 | 970 | 78.0% |
| 5 | Улица, достаточное освещение, несколько движущихся объектов | 4,096 | 518 | 87.4% |
| 6 | Улица, слабое освещение, без движения | 2,662 | 480 | 82.0% |
| Средний коэффициент снижения | 67.6% | |||
Таблица 2 Сравнение мгновенного битрейта H.265 и Hikvision H.265+
| No | Описание сцены | Битрейт (кбит/с) | Коэффициент снижения | |
|---|---|---|---|---|
| H.265 | H.265+ | |||
| 1 | Кафе, достаточное освещение, много движущихся объектов | 1,843 | 650 | 64.7% |
| 2 | Кафе, достаточное освещение, несколько движущихся объектов | 1,289 | 340 | 73.6% |
| 3 | Кафе, слабое освещение (ИК Вкл.), без движения | 453 | 108 | 76.2% |
| 4 | Улица, достаточное освещение, много движущихся объектов | 2,154 | 970 | 55.0% |
| 5 | Улица, достаточное освещение, несколько движущихся объектов | 1,331 | 518 | 61.1% |
| 6 | Улица, слабое освещение, без движения | 1,946 | 480 | 75.3% |
| Средний коэффициент снижения | 67.6% | |||
Заключение:
- Средний коэффициент снижения между H.264 и Hikvision H.265+ составил 83.7%, коэффициент снижения между H.265 и Hikvision H.265+ — 67.6%. Hikvision H.265 + может значительно уменьшить битрейт.
- Коэффициент снижения падает при увеличении числа движущихся объектов в сцене.
3.2. 24-часовой файл записи разных сцен
Сцена 1: Кафе
Таблица 3 Сравнение 24-часового файла записи — Кафе
| Время | Средний битрейт (кбит/с) | ||
|---|---|---|---|
| H.264 | H.265 | H.265+ | |
| 09:00-21:00 (День) | 3,482 | 1,843 | 650 |
| 21:00- 09:00 (Ночь) | 930 | 453 | 108 |
| Теоретический размер файла за 24 часа (ГБ) | 22.7 | 11.8 | 3.9 |
Рисунок 9 Сравнительная таблица — Кафе
Сцена 2: Перекресток
Таблица 4 Сравнение 24-часового файла записи — Перекресток
| Время | Средний битрейт (кбит/с) | ||
|---|---|---|---|
| H.264 | H.265 | H.265+ | |
| 09:00-21:00 (День) | 4,403 | 2,150 | 970 |
| 21:00- 09:00 (Ночь) | 2,662 | 1,945 | 480 |
| Теоретический размер файла за 24 часа (ГБ) | 36.4 | 21.1 | 7.5 |
Рисунок 10 Сравнительная таблица — Перекресток
Заключение:
При мониторинге кафе, коэффициент снижения объема 24-часового файла записи между H.264 и Hikvision H.265+ составил 83,0%, а коэффициент между H.265 и Hikvision H.265+ — 67,3%.
При мониторинге перекрестка, коэффициент снижения объема 24-часового файла записи между H.264 и Hikvision H.265+ составил 79,4%, а коэффициент снижения между H.265 и Hikvision H.265+ — 64,5%.
Hikvision H.265+ может значительно уменьшить размер файла при 24-часовом мониторинге, а также снизить затраты на хранение.
4. Вывод
Hikvision H.265+ — это оптимизированная технология кодирования, основанная на стандарте сжатия H.265/HEVC. С использованием технологии H.265+ качество видео остается практически таким же, что и с использованием H.265/HEVC, но предъявляются меньшие требованиями к пропускной способности и объему хранилища. Это позволяет расширить область использования видео Ultra HD разрешения в сфере видеонаблюдения, как например, использование устройств 8Мп и 12Мп.
Hikvision H.265+ соответствует стандарту H.265/HEVC, а также совместим с большинством программных обеспечений/аппаратных средств, поддерживающих H.265. Данная технология играет важную роль в сокращении затрат на хранение и в продвижении и популяризации видео Ultra HD разрешения.
Видеокодеки H.264, H.265 и H.265+. Плюсы и минусы
Первые версии кодеков видеосжатия H.264 появились еще в 2013 году. Сегодня формат Н.265 уверенно вошел на рынок видеонаблюдения и диктует свои условия. Многие производители выпускают оборудование с поддержкой видеосжатия данного формата.
Формат сжатия H.264, в отличие от предыдущих кодеков MJPEG и MPEG-4 позволяет с высокой эффективностью решить задачу передачи большого количества видеопотоков высокого разрешения.
Использование в системах IP-видеонаблюдения формата H.264 обеспечивает высокое качество изображения при меньшем объеме данных, требует меньшую пропускную способность сети и меньший объем жестких дисков для хранения видеоархива. Однако есть и жирный минус. Использование Н.264 приводит к высоким нагрузкам на вычислительное оборудование.
Для того, чтобы увеличить экономичность использования вычислительных ресурсов, разработчики применяют различные методы. Например, перенос части операций на видеокарту. Благодаря этому видеокарта способна брать на себя выполнение части вычислений по декодированию. Применение этой функции обеспечилоснижение загрузки процессора до двух раз, и возможность использования процессоров меньшей мощности, а значит, и стоимости.
Перенос операций декодирования на видеокарту также позволяет сэкономить не только на серверной, но и на клиентской части системы видеонаблюдения. Для того, чтобы воспользоваться этой функцией, в настройках клиентской части программного обеспечения необходимо указать, где производить обработку – на центральном процессоре или на видеокарте.
Для снижения нагрузки на вычислительное оборудование также применяется технология видеоанализа сжатых видеопотоков от IP-камер без их полного декодирования. Применение этой технологии приводит к увеличению скорости обработки данных, за счет чего загрузка на центральный процессор снижается. Причем снижение может достигать в среднем в 4 раза.
Благодаря этому появляется возможность подключить к одному серверу в 4 раза больше видеокамер. Еще один вариант экономии — это использование менее мощных, а значит, и более бюджетных процессоров, и снижение стоимости серверного оборудования.
Еще один минус кодека H.264 заключается в том, что большинство мобильных и web-клиентов для систем видеонаблюдения не поддерживают данный формат, и для того, чтобы получить видеоизображение, требуется процедура перекодирования видеопотока в MJPEG. Такая операция очень ресурсоемка и приводит к дополнительным нагрузкам на вычислительные ресурсы.
Обработка формата H.264 возможна при достаточно мощных вычислительных ресурсах мобильного устройства. Если ресурсов не хватает, видеопоток автоматически переключается в формат MJPEG. Да и сам пользователь может самостоятельно выбирать формат видеопотока.
Как видим плюсов и минусов у кодека H.264, применяемого для видеонаблюдения, достаточно много. Однако большая нагрузка на вычислительные ресурсы зачастую сводит все плюсы на нет.
Еще большую нагрузку несет новый формат Н.265. Он использует в своей работе более сильные и совершенные алгоритмы сжатия видео. При одинаковом визуальном качестве новый кодек Н.265 предполагает примерно двукратное уменьшение размера файла по сравнению с его предшественником Н.264. Это серьезно экономит место на дисковом пространстве регистраторов и видеосерверов. А вдвое меньший битрейт уменьшает трафик в сетях передачи видеоданных.
Благодаря более мощным механизмам компрессии, кодек Н.265 отлично справляется с кодированием видео высокого и высочайшего разрешения более 8K UHD (8192×4320). Причем для качественного воспроизведения видеоинформации разрешением 4К кодека необходим поток со скоростью всего 50 МВ/с.
Что немаловажно, Н.265 сжимает видео практически без потерь, качество сжатого видео остается на высоком уровне. Специальные алгоритмы компрессии устраняют присущие Н.264 артефакты, такие как зернистость или размытые края движущихся объектов.
Но самое главное преимущество кодека Н.265 заключается в том, что объем видео, обработанного по новому стандарту, оказался почти на 85% меньше, чем при использовании Н.264. Однако кодеку Н.265 требуется более мощные по производительности элементы и процессоры в оборудовании.
Двигаясь в направлении увеличесния сжатия видеоданных на рынке не так давно появился кодек H.265 + Он позволяет уменьшить битрейт с видеокамер, что в свою очередь снижает стоимость внедрения и использовать меньше дисковых массивов для хранения видеоархива.
H.265+ улучшает степень сжатия за счет трех ключевых технологий: технологии кодирования с предсказанием, технологии подавления фонового шума и технологии долгосрочного управления видеопотоком.
Как известно, камеры видеонаблюдения умеют различать моменты, когда на выделенном участке наблюдения ничего не происходит и в это время снижают качество, чтобы уменьшить нагрузку на сеть и место на жестком диске. Это может делать кодек Н.265, значения при этом все равно держатся около установленного максимума, в то время как Н.265+ может снизить его вдвое. Такая функция называется управление длительным битрейтом.
Н.265+ может также определять на видео движущиеся объекты и отделять их от фона. В то время, как эти объекты передаются в максимально хорошем качестве, на сжатие повторяющегося фона уходит меньше ресурсов. Что также является большим плюсом и снижает нагрузку на вычислительные ресурсы.
В этой статье мы не стремились рассказать подробно о всех современных видеокодеках, используемых в видеонаблюдении. Наша цель заключалась в том, чтобы показать различия форматов сжатия, а также плюсы и минусы каждого из них.
VP8, VP9 и h365. Аппаратное ускорение кодирования и декодирования видео в процессорах 6-го поколения Skylake
Более шести лет назад 13 сентября 2010 года на форуме IDF компания Intel представила микроархитектуру процессоров Sandy Bridge — второго поколения процессоров Intel Core. Процессор и графическое ядро объединили на одном кристалле, а само графическое ядро значительно обновилось и увеличило тактовую частоту. Именно в Sandy Bridge появилось «секретное оружие» — технология Intel Quick Sync Video (QSV) для аппаратного ускорения кодирования и декодирования видео. Маленький участок SoC специально выделили для размещения специализированных интегральных схем, которые занимаются только видео. Это был настоящий аппаратный транскодер.
Встроенная графика 9-го поколения HD Graphics 530 в процессоре Intel Core i7 6700K с 24 блоками выполнения команд (EU), организованными в три фрагмента по 8 блоков.
Удивительно, но Intel сумела обойти и AMD, и Nvidia в реализации аппаратного ускорения кодирования видео: похожие технологии AMD Video Codec Engine и Nvidia NVENC в видеокартах AMD и Nvidia появились со значительным опозданием (алгоритмы компрессии требуют серьёзной адаптации под процессоры видеокарт). Вот почему идея и разработка QSV хранились в секрете пять лет.
Сказать, что QSV была востребована — значит, ничего не сказать. Воспроизведение (декодирование) видео с аппаратной поддержкой стало гораздо меньше отнимать ресурсов у других задач в ОС, меньше нагревать CPU и потреблять меньше электроэнергии.
К тому же, в последние годы кодирование видео стало одной из самых ресурсоёмких задач на ПК. Популярность YouTube превратила миллионы человек в операторов и режиссёров. А тут ещё и повсеместное распространение смартфонов, для которых требуется транскодирование с DVD в сжатый AVC MP4/H.264. В результате, практически каждый ПК стал видеостудией. Массово распространились IPTV и потоковые видеотрансляции в интернете. Компьютер начал выполнять роль телевизора. Видео стало вездесущим и превратилось в один из самых популярных видов контента на ПК. Оно кодируется и транскодируется постоянно и везде: на разные битрейты, в зависимости от типа устройства, размера экрана и скорости интернета. В такой ситуации возможность быстрого кодирования и декодирования видео в процессорах напрашивалась сама собой. Так в Intel GPU встроили аппаратный кодер/декодер.
Современный кодек обрабатывает каждый кадр в отдельности, но также анализирует последовательность кадров на предмет повторений во времени (между кадрами) и пространстве (внутри одного кадра). Это сложная вычислительная задача. Ниже показан пример кадра из видео, который закодирован новейшим кодеком HEVC. Для конкретного участка возле уха зайца показано, как именно были закодированы различные участки кадра. Также показано положение и тип кадра в общей структуре видеопотока. Не углубляясь в детали алгоритмов видеокомпрессии, это даёт общее представление, насколько много информации требуется анализировать, чтобы эффективно кодировать и декодировать видео.
Скриншот открытого видео в программе Elecard StreamEye, 1920×1040
Аппаратная поддержка кодирования и декодирования означает, что непосредственно в процессоре реализованы интегральные схемы, специализированные для конкретных задач кодирования и декодирования. Например, дискретное косинусное преобразования (DCT) выполняется при кодировании, а обратное дискретное косинусное преобразования — при декодировании.
За прошедшие пять лет технология Intel QSV значительно продвинулась вперёд. Добавлена поддержка свободных видеокодеков VP8 и VP9, обновлены драйверы под Linux и т.д.
Технология улучшалась с каждым новым поколением Intel Core, вплоть до нынешнего 6-го поколения Skylake.
Микроархитектура GPU 9-го поколения
Последняя версия QSV 5.0 вышла вместе с микроархитектурой ядра шестого поколения Skylake. Данная версия GPU в официальной документации Intel классифицируется как Gen9, то есть графика 9-го поколения.
Процессор Intel Core i7 6700K для настольных компьютеров содержит 4 ядра CPU и встроенную графику 9-го поколения HD Graphics 530
С каждой новой микроархитектурой в GPU увеличивалось количество блоков выполнения команд (EU). Оно выросло с 6 в Sandy Bridge до 72 в топовой графике Iris Pro Graphics 580 на кристаллах Skylake. В том числе за счёт этого производительность GPU увеличилась десятикратно без увеличения тактовой частоты. Во всей графике последнего поколения Iris и Iris Pro имеется встроенный кэш Level 4 на 64 или 128 МБ.
▍Микроархитектура блоков выполнения команд (EU)
Базовым строительным блоком микроархитектуры Gen9 является блок выполнения команд (EU). Каждый EU сочетает в себе одновременную многопоточность (SMT) и тщательно настроенную чередующуюся многопоточность (IMT). Здесь работают арифметическо-логические устройства с одиночным потоком команд, множественным потоком данных (SIMD ALU). Они выстроены по конвейерам многочисленных тредов для высокоскоростного проведения вычислений с плавающей запятой и целочисленных операций.
Суть чередующейся многопоточности в EU состоит в том, чтобы гарантировать непрерывный поток готовых для выполнения инструкций, но в то же время ставить в очередь с минимальной задержкой более сложные операции, такие как размещение векторов в памяти, запросы семплеров или другие системные коммуникации.
Блок выполнения команд (EU)
Каждый тред в блоке выполнения команд Gen9 содержит 128 регистров общего назначения. В каждом из регистров 32 байта памяти, доступной в виде 8-элементного вектора SIMD или 32-битных элементов данных. Таким образом, на каждый тред приходится 4 КБ файла реестра общего назначения (GRF). Всего на один EU приходится 7 тредов с общим количеством 28 КБ GRF на EU. Гибкая система адресации позволяет адресовать несколько регистров вместе. Состояние треда в текущий момент сохраняется в отдельном файле архитектуры реестра (ARF).
В зависимости от нагрузки, аппаратные треды в EU могут выполнять параллельно один код от одного вычислительного ядра либо могут выполнять код от совершенно разных вычислительных ядер. Состояние выполнения в каждом треде, в том числе его собственные указатели инструкций, хранятся в его независимом ARF. На каждом цикле EU может выдавать до четырёх различных инструкций, которые должны быть от четырёх различных тредов. Специальный арбитр тредов (Thread Arbiter) отправляет эти инструкции в один из четырёх функциональных блоков для выполнения. Обычно арбитр может выбирать из разнородных инструкций, чтобы одновременно загружать все функциональные блоки и, таким образом, обеспечивать параллелизм на уровне инструкций.
Пара модулей FPU на схеме на самом деле выполняет и операции с плавающей запятой, и целочисленные вычисления. В Gen9 эти модули способы обработать за цикл не только до четырёх операций с 32-битными числами, но и до восьми операций с 16-битными. Операции сложения и умножения выполняются одновременно, то есть блок EU способен выполнить максимум до 16 операций с 32-битными числами за один цикл: 2 FPU по 4 операции × 2 (сложение+умножение).
Генерацией SPMD-кода для многопоточной загрузки EU занимаются соответствующие компиляторы, такие как RenderScript, OpenCL, Microsoft DirectX Compute Shader, OpenGL Compute и C++AMP. Компилятор сам эвристически выбирает режим загрузки тредов (SIMD-width): SIMD-8, SIMD-16 или SIMD-32. Так, в случае SIMD-16 на одном EU могут одновременно исполняться 112 (16×7) потоков.
Обмен данными в рамках одной инструкции внутри блока EU может составлять, например, 96 байтов на чтение и 32 байтов на запись. При масштабировании на весь GPU с учётом нескольких уровней иерархии памяти получается, что максимальный теоретический лимит обмена данными между FPU и GRF достигает нескольких терабайт в секунду.
▍Масштабируемость
Микроархитектура GPU обладает масштабируемостью на всех уровнях. Масштабируемость на уровне тредов переходит в масштабируемость на уровне блоков выполнения команд. В свою очередь, эти блоки выполнения команд объединятся в группы по восемь штук (8 EU = 1 subslice).
На каждом уровне масштабирования имеются локальные модули, работающие только здесь. Например, для каждой группы из 8 блоков EU предназначен свой локальный диспетчер тредов, порт данных и семплер для текстур.
Группа из 8 блоков EU (subslice)
В свою очередь группы из 8 EU объединяются в группы по 24 EU (3 sublices = 1 slice). Эти срезы по 24 блока, в свою очередь, тоже масштабируются: существующая графика Gen9 содержит 24, 48 или 72 EU.
В графике Gen9 увеличен объём кэша третьего уровня L3 до 768 КБ на каждую группу из 24 EU. У всех семплеров и портов данных свой собственный интерфейс доступа к L3, позволяющий считать и записать по 64 байта за цикл. Таким образом, на группу из 24 EU приходится три порта данных с полосой передачи данных к кэшу L3 192 байта за цикл. Если в кэше нет данных по запросу, то данные запрашиваются или направляется для записи в системную память, тоже по 64 байта за цикл.
Микроархитектура Gen9 из двух групп по 24 (3×8) EU
Такая масштабируемость позволяет эффективно снижать энергопотребление, отключая те модули, которые не задействованы в данный момент.
Что умеет QSV в Skylake
В Gen9 появилась полная поддержка аппаратного ускорения при кодировании и декодировании H.265/HEVC, частичная поддержка аппаратного кодирования и декодирования свободным кодеком VP9. Произведены значительные улучшения в технологии QSV. Они повысили качество и эффективность кодирования и декодирования, а также производительность фильтров в программах для транскодирования и видеоредактирования, которые используют аппаратное ускорение.
Интегрированная графика Skylake поддерживает стандарты DirectX 12 Feature Level 12_1, OpenGL 4.4 и OpenCL 2.0. Решено полностью отказаться от мониторов VGA, зато Skylake GPU поддерживают до трёх мониторов c интерфейсами HDMI 1.4, DisplayPort 1.2 или Embedded DisplayPort (eDP) 1.3.
Аппаратное ускорение декодирования видео доступно графическому драйверу через интерфейсы Direct3D Video API (DXVA2), Direct3d11 Video API или Intel Media SDK, а также через фильтры MFT (Media Foundation Transform).
В графике Gen9 поддерживается аппаратное ускорение декодирования AVC, VC1, MPEG2, HEVC (8 бит), VP8, VP9 и JPEG.
▍Аппаратное ускорение декодирования видео
| Кодек |
Профиль |
Уровень |
Максимальное разрешение |
| MPEG2 |
Main |
Main High |
1080p |
| VC1/WMV9 |
Advanced Main Simple |
L3 High Simple |
3840×3840 |
| AVC/h364 |
High Main MVC & stereo |
L5.1 |
2160p(4K) |
| VP8 |
0 |
Unified level |
1080p |
| JPEG/MJPEG |
Baseline |
Unified level |
16k × 16k |
| HEVC/h365 |
Main |
L5.1 |
2160(4K) |
| VP9 |
0 (4:2:0 Chroma 8-bit) |
Unified level |
ULT, 4k 24fps @15Mbps ULX, 1080p 30fps @10Mbps |
Расчётная производительность декодирования видео при аппаратном ускорении составляет более 16 одновременных потоков видео 1080p. Реальная производительность зависит от модели GPU, битрейта и тактовой частоты. Аппаратное декодирование h364 SVC не поддерживается в Skylake.
Аппаратное ускорение кодирования доступно только через интерфейсы Intel Media SDK, а также через фильтры MFT (Media Foundation Transform).
▍Аппаратное ускорение кодирования видео
| Кодек |
Профиль |
Уровень |
Максимальное разрешение |
| MPEG2 |
Main |
High |
1080p |
| AVC/h364 |
Main High |
L5.1 |
2160p(4K) |
| VP8 |
Unified profile |
Unified level |
— |
| JPEG |
Baseline |
— |
16K×16K |
| HEVC/h365 |
Main |
L5.1 |
2160p(4K) |
| VP9 |
8-bit 4:2:0 BT2020 |
— |
— |
Кроме аппаратного ускорения кодирования и декодирования, в графике Gen9 реализовано аппаратное ускорение обработки видео, в том числе следующих функций: деинтерлейсинг, определение каденции, масштабирование видео (Advanced Video Scaler), улучшение детализации, стабилизация изображения, сжатие охвата цветовой гаммы (gamut compression), адаптивное улучшение контраста HD, улучшение оттенков кожи, контроль цветопередачи, шумоподавление в цветовой составляющей канала (chroma de-noise), преобразование SFC (Scalar and Format Conversion), сжатие памяти, LACE (Localized Adaptive Contrast Enhancement), пространственное шумоподавление, Out-Of-Loop De-blocking (для декодера AVC) и др.
Аппаратный транскодер Gen9 поддерживает следующие специфические функции транскодирования:
- Быстрый и энергоэффективный кодер AVC в реальном времени для видеоконференций
- Сжатие памяти без потерь для медиадвижка с целью уменьшения энергопотребления
- Масштабирование видео (Advanced Video Scaler)
- Энергоэффективный конвертер SFC (Scalar and Format Conversion)
В части применений видеоаналитики Gen9 поддерживает аппаратное ускорение для ряда фильтров, которые могут быть полезны в приложениях вроде распознавания лиц, распознаваний выражений лиц, распознавания жестов, отслеживания объектов и т.д. (см. таблицу).
Источник: 6th Generation Intel Processor Datasheet for S-Platforms
В Gen9 реализована аппаратная поддержка обработки видео с цифровых камер (Camera Processing Pipeline), в том числе отдельные функции этой обработки: баланс белого, восстановление полноцветного изображения с массива цветных фильтров на сенсоре камеры (de-mosaic), коррекция дефективных пикселей, исправление уровня чёрного, гамма-коррекция, устранение виньетирования, конвертер цветового пространства (Front end Color Space Converter, CSC), улучшение цветопередачи (Image Enhancement Color Processing, IECP).
Skylake GPU
- HD Graphics 510 (GT1, 12 EU, 950 МГц, 182,4 Гфлопс)
- HD Graphics 515 (GT2, 24 EU, 1000 МГц, 384 Гфлопс)
- HD Graphics 520 (GT2, 24 EU, 1050 МГц, 403,2 Гфлопс)
- HD Graphics 530 (GT2, 24 EU, 1150 МГц, 441,6 Гфлопс)
- Iris Graphics 540 (GT3e, 48 EU, 64 МБ eDRAM, 1050 МГц, 806,4 Гфлопс)
- Iris Graphics 550 (GT3e, 48 EU, 64 МБ eDRAM, 1100 МГц, 844,8 Гфлопс)
- Iris Pro Graphics 580 (GT4e, 72 EU, 128 МБ eDRAM, 1000 МГц, 1152 Гфлопс)
- HD Graphics P530, сервер (GT2, 24 EU, 1150 МГц, 441,6 Гфлопс)
- Iris Pro Graphics P555, сервер (GT3e, 48 EU, 128 МБ eDRAM, 1000 МГц, 768 Гфлопс)
- Iris Pro Graphics P580, сервер (GT4e, 72 EU, 128 МБ eDRAM, 1000 МГц, 1152 Гфлопс)
Как программы используют аппаратное ускорение
Чтобы использовать аппаратное ускорение, каждая программа должна явно реализовать поддержку специфических функций Gen9. Многие делают это. Компания Intel публикует в открытом доступе Media SDK 2.0, так что поддержку аппаратного ускорения кодирования и декодирования можно внедрить в любую программу. Кроме того, существуют готовые приложения для транскодирования лайв видео на кодеках Intel, такие как Элекард CodecWorks 990. В отличие от SDK, CodecWorks 990 не требует участия программистов для применения в реальных задачах, уже содержит наиболее популярные профили транскодирования и работать с ним инженеру-не программисту в целом гораздо проще, чем с SDK. Как работают программные транскодеры с аппаратным ускорением — мы расскажем в следующей части.
(Продолжение следует…)
Особенности работы и отличия кодеков h365 и h365+
При переходе с аналогового на цифровое видеонаблюдение возникла необходимость в решении вопроса хранения записей. Большой размер необработанных файлов и ограниченный объем накопителей при их высокой стоимости привели к разработке алгоритмов сжатия видео и аудио архива — видеокодеков.
Суть работы механизма заключается в кодировании видео для передачи и хранения с последующим декодированием при воспроизведении. От метода и степени сжатия зависят потери качества. Таким образом снижается нагрузка на каналы связи, уменьшается размер файлов записи, что позволяет содержать большой архив на одном накопителе.
Современные методы компрессии в видеонаблюдении — h365 и h365+.
Разновидности кодеков
Первый эффективный алгоритм сжатия — MJPEG, основанный на покадровой обработке видео по аналогии с фото.
В 2003 году появился метод H.264, который стал настоящим революционным решением, и до сих пор активно используется в видеонаблюдении.
По сравнению с MJPEG, технология позволила сделать файл меньше на 80%. Здесь применяются разнообразные механизмы и приемы, включая оптимизацию картинки, взаимосвязь кадров, фиксацию статичных участков.
Все это есть и у видеокодека H.264+, оптимизированного для видеонаблюдения. Метод разработан компанией Hikvision. Просматриваемая с камеры зона имеет множество статичных участков, которые стали менее детализированными, появилось более точное предсказание движения объектов. Таким образом экономия места на жестком диске увеличилась еще на 30-50%.
Поддержка кодеков H 265 и H 265+ подняла эффективность видеонаблюдения на новый уровень. Предыдущие методы подходили для небольших сетей и устройств с низким разрешением. Поддержка h365 и h365+ позволяет экономить на построении системы, увеличивает дальность передачи за счет снижения требований к пропускной способности.
Достоинства
- экономия дискового пространства более чем на 80% по сравнению с H.264;
- возможность увеличения дальности передачи;
- упрощение построения сети;
- поддержка высокого разрешения — до 8K;
- улучшение детализации;
- взаимодействие с мобильными устройствами и веб-клиентом;
- поддержка до 60 FPS;
- возможность передачи видео по сети 3G;
Недостатки
- увеличение объема вычислительных операций;
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+.
Преимущества H 265+ над H 265 достигается за счет применения механизмов подавления фонового шума, кодирования с более точным предсказанием движений, а также при помощи долгосрочного управления видеопотоком.
Битрейт видео в алгоритме h365, в отличие от h365+, 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+
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 h365.
Подборка топовых камер с поддержкой h365 / h365+
Популярные модели IP-камер видеонаблюдения с H 265 кодеком:
Популярные камеры Hikvision с H 265+ кодеком, включая продукцию под брендом HiWatch:
Кодек H.265 в системах видеонаблюдения | LAN Online
Сегодня на H.264 приходится львиная доля всего видео, записываемого камерами видеонаблюдения. Однако этот стандарт не был рассчитан на обработку видео высокого разрешения, в частности Ultra-HD. Высокоэффективный стандарт кодирования видео (High Efficiency Video Coding, HEVC), более известный как H.265, позволяет вдвое увеличить степень сжатия файлов. При этом наибольшая экономия пропускной способнос ти и емкости хранения достигается при сжатии видео с разрешением 4K+: если в случае видео 1080p (HD) она составляет около 25%, то для 4K+ достигает 75%.
H.265 разрабатывался в расчете на применение в потребительской электронике, но, благодаря преимуществам в эффективности сжатия, он с большим успехом может использоваться и в системах физической защиты, где все время приходится искать компромисс: с одной стороны, картинка должна быть как можно более качественной (в конце концов, в видеозаписи мало смысла, если невозможно разглядеть детали), с другой — затраты на инфраструктуру для передачи и хранения видео необходимо минимизировать.
Разрешение 4K многократно повышает требования к пропускной способности каналов и емкости хранения, а ограничение скорости потока при сохранении качества изображения представляет собой серьезную техническую проблему. H.265 обещает найти выход из этой противоречивой ситуации. Новый кодек обратно совместим с предыдущим, что должно облегчить переход на него с H.264.
Однако широкому применению H.265 препятствует ряд проблем — как присущих самому протоколу, так и внешних по отношению к нему. Если высокие требования к вычислительной мощности процессоров и обусловленная этим обстоятельством высокая цена оборудования со временем становятся не столь критичны в результате развития процессоров и роста продаж, то неопределенность в вопросах лицензирования порождает непредсказуемые риски. К тому же в скором времени H.265 может столкнуться с конкуренцией со стороны альтернативных кодеков — как открытых, так и проприетарных.
ЧЕМ H.265 ЛУЧШЕ H.264
В H.265 используется тот же принцип сжатия, что и в H.264. В случае фиксированной камеры фоновое изображение меняется не часто, поэтому достаточно передавать только изменения — движущиеся объекты. Это позволяет значительно уменьшить требования к пропускной способности канала и емкости хранения.
IP-камеры сначала снимают необработанное видео в соответствии с заданным режимом записи, а после обработки изображения кодируют его. Основное преимущество в степени сжатия достигается за счет улучшения прогнозирования с компенсацией движения. В то время как у H.264 максимальный размер блока составляет 16×16 пикселей, H.265 использует при обработке информации макроблоки дерева кодирования (Coding Tree Unit, CTU) размером до 64×64 пикселей. Такие блоки более эффективны для кодирования кадров больших размеров и при этом позволяют более точно передавать видео 4K+.
Помимо изменения размера блока, H.265 отличается наличием улучшенного сглаживающего фильтра для устранения нестыковок на границах блоков (deblocking filter). Кроме того, используется новый алгоритм прогнозирования вектора движения (Motion Vector Predictor, MVP) для улучшения прогнозирования внутри кадра. Более высокая точность предсказаний достигается, помимо прочего, благодаря тому, что в пределах кадра вместо 8 возможных направлений, как обеспечивается в H.264, рассматривается 36.
Для ускорения вычислений в кодеке предусмотрена возможность параллельной обработки за счет поддержки расширенного набора инструкций AVX/AVX2 для процессоров Intel/AMD. Квадратные области, на которые разбивается изображение, независимы одна от другой, так что их обработка может выполняться параллельно. Кроме того, H.265 поддерживает волновую параллельную обработку (Wavefront Parallelel Processing, WPP): своеобразное дерево принятия решений, способствующее повышению производительности сжатия. Тем не менее для его реализации необходим на порядок более мощный процессор, что является одним из его существенных недостатков.
ПОДВОДНЫЕ КАМНИ H.265
Стандарт H.265, как отмечалось, более требователен к ресурсам, чем H.264. Это означает, в частности, что без использования новых камер не обойтись: ограничиться заменой прошивки не удастся, так как оборудование предыдущего поколения не обладает необходимой процессорной мощностью для поддержки H.265. Выделенное оборудование понадобится и для декодирования. Справедливости ради стоит сказать, что для декомпрессии требуется значительно меньше вычислительных ресурсов.
Для (де)кодирования видео в формат H.265 можно использовать даже бесплатное программное обеспечение, например VideoLAN, но оборудование позволяет делать это намного эффективнее. В некоторых VMS для разгрузки центрального процессора поддерживается интеграция с GPU для работы с H.265, поэтому можно не приобретать отдельный NVR, а установить мощную графическую карту в сервер. Это позволит обрабатывать больший объем видео на компьютере и удешевить решение (хотя, после того как майнеры начали активно скупать видеокарты, цены на них возросли и выгода может оказаться не такой явной).езусловно, ресурсоемкое оборудование с поддержкой H.265 оказывается дороже. При этом долгое время предложение соответствующих камер было весьма ограниченным, а в VMS стандарт не поддерживался вовсе. Ситуация начала меняться лишь в 2016 году, и теперь модели камер с поддержкой H.265 имеются у всех ведущих производителей. А с расширением рынка — появлением массового спроса — можно ожидать и дальнейшего снижения цен.
Однако на пути распространения H.265 имеется одно серьезное препятствие — запутанная ситуация с лицензированием, и в последнее время она только усугубилась. HEVC содержит десятки, а то и сотни патентованных технологий. То же самое справедливо в отношении любого MPEG-кодека, но, например, всех держателей патентов для H.264 представляет одно доверенное лицо — компания MPEG-LA. В случае H.265 она выражает интересы только части патентодержателей, остальные объединены в два конкурирующих пула. Помимо этого, свои патенты есть у Technicolor SA, которая не входит ни в один из пулов.
В принципе, проблемы лицензирования H.265 напрямую затрагивают лишь поставщиков видеоконтента, таких как Google, Amazon, Netflix, но не производителей оборудования для видеонаблюдения, которые не извлекают прибыли из трансляции видео с камер. Однако здесь есть одна потенциальная проблема. В случае облачных решений видеонаблюдения Video Surveillance as a Service (VSaaS) провайдер предоставляет клиентам доступ к генерируемому камерами видео по требованию. Это может рассматриваться как использование H.265 для извлечения прибыли, и обладатели патентов могут потребовать лицензионных отчислений. Так что в вопросах применения H.265 многое зависит от развития ситуации на смежных рынках. И это не только вопрос лицензирования.
АЛЬТЕРНАТИВЫ H.265
Один из пулов держателей лицензий — HEVC Advance — отдает предпочтение лицензионной модели, предполагающей отчисления с доходов, получаемых за контент, который был «создан любым устройством с поддержкой H.265». Это намерение вызвало резко негативную реакцию со стороны крупнейших провайдеров контента, и они объединились в Alliance for Open Media с целью разработки альтернативы H.265.
В состав альянса вошли компании Adobe, Amazon, Google, Intel, Microsoft, Netflix. Разрабатываемый ими кодек AV1 должен появиться в феврале текущего года, а оборудование для декодирования AV1 — во второй половине следующего. AV1 базируется на кодеке VP9, который предложила Google, и заимствует инструменты кодирования из других кодеков с открытым исходным кодом, в частности VP10 от Google, Thor от Cisco и Daala от Mozilla/Xiph.org.
У AV1 требования к вычислительным ресурсам выше, чем у HEVC. Согласно ежегодному исследованию лаборатории компьютерной графики и мультимедиа МГУ, этот кодек превосходит по качеству HEVC и VP9, радикально уступая им в скорости кодирования. Главным же преимуществом AV1 является отсутствие лицензионных платежей, но без оптимизации он вряд ли будет пригоден для практического использования. Впрочем, если альянс сдержит свои обещания, ждать появления финальной версии совсем недолго.
Тем временем Международная организация по стандартизации ISO и международный союз отрасли электросвязи разрабатывают еще один кодек — JEM. Как утверждается, он будет значительно эффективнее, чем HEVC (более чем на 25%) и при этом не таким ресурсоемким, как H.265. Правда, его принятие ожидается только в 2020 году.
Ряд вендоров, такие как Axis, HikVision, Samsung, разрабатывают собственные модификации H.264 и H.265. Так, например, технология ZipStream компании Axis обеспечивает экономию трафика в диапазоне от 30 до 70% по сравнению с H.264, то есть в этом отношении она не уступает H.265. ZipStream представляет собой надстройку над H.264, и для его реализации не требуется какой-либо адаптации инфраструктуры. Более того, ZipStream может с тем же успехом использоваться и поверх H.265, и Axis уже выпустила камеры H.265 с реализацией этой технологии.
«Оценки экономии трафика в 50% для H.265 даются для идеальных условий и для других применений, таких как трансляция контента в мультимедийных приложениях, — поясняет Денис Ляпин, технический тренер в Рoссии, СНГ и Вoстoчнoй Еврoпе Axis Communications. — В случае же видеонаблюдения с учетом реальных условий, таких как контровая засветка, зашумленность изображения и т. п., такая степень сжатия вряд ли достижима». Как показывают тесты Fraunhofer Heinrich Hertz Institute, разработчика H.264, HEVC обеспечивает в действительности снижение пропускной способности лишь на 38% при аналогичном качестве изображения.
HikVision адаптировала H.265 с учетом области применения (напомним, что HEVC не разрабатывался специально для видеонаблюдения). Согласно заявлениям компании, модификация H.265+ позволяет сократить скорость передачи еще на 67% (по сравнению с H.265) при передаче видео Ultra HD.
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ
Как бы то ни было, HEVC получил уже достаточно широкое распространение на потребительском рынке. В прошлом году он был реализован Apple, и теперь все новые iPhone — и многие смартфоны на базе Android — могут декодировать HEVC вплоть до UHD. Новые телевизоры тоже имеют встроенную поддержку HEVC. Так что вопрос скорее за широким применением H.265 в решениях для бизнеса.
Впрочем, если запутанные лицензионные вопросы не будут разрешены, ситуация может развернуться в пользу открытых стандартов, таких как AV1. (Вряд ли пользователи обрадуются, если их будут привлекать к суду за применение нелицензированных продуктов, — а такие прецеденты имели место, когда вместо производителей привлекают к ответственности пользователей.) Поскольку в начале года в состав участников Alliance for Open Media неожиданно вошла компания Apple, с принятием стандарта можно ожидать появления AV1 на iPhone.
Что касается рынка систем видеонаблюдения, проблемы с лицензированием затрагивают его лишь опосредованно. Тем не менее ONVIF разрабатывает новый видеопрофиль, Profile T, таким образом, чтобы он не был привязан к формату сжатия. Иначе говоря, он будет способен поддерживать не только H.265, но и любые форматы сжатия видео и аудио, которые могут появиться позже.
Несмотря на то что H.264 присутствует на рынке более 10 лет, он по-прежнему остается актуальным для большинства применений. IP-камеры с поддержкой H.265 ориентированы на поддержку видео с разрешением UHD, так что в полной мере их возможности можно задействовать, когда требуется контролировать большие открытые пространства: строительные площадки, автостоянки, складские дворы и т. п. Для мониторинга более ограниченных площадей вполне достаточно камер H.264, поскольку разрешение 440p/1080p позволяет разглядеть черты лица, регистрационный номер автомобиля и многое другое.
Даже если для большинства задач немедленная модернизация системы видеонаблюдения не нужна, камеры UHD, становясь более доступными, будут применяться все шире. Поэтому задуматься о перспективах надо заранее: загодя готовить инфраструктуру в расчете на поддержку H.265 или другого наследника H.264
Поделитесь материалом с коллегами и друзьями
Кодек H.265 и его возможности
x265 — это открытая реализация нового стандарта кодирования видео H.265 HighEfficiencyVideoCoding (HEVC). Стандарт H.265 является логическим продолжением H.264 и характеризуется более эффективными алгоритмами сжатия. Стандарт предполагает примерно двукратное уменьшение размера файла при одинаковом визуальном качестве, по сравнению с H.264 и поддержку высоких разрешений вплоть до 8K UHD (8192×4320).
Преимущества H.265
Гибкий кодек H.264 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 48-60 кадров в секунду, и даже для 4К (хотя кодек не создавался для данного формата). H.264 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.
Особенность кодека H.264 заключается в том, что при способности кодировать видео в этих форматах, он не может обеспечить степень сжатия, которая бы сделала размеры получаемых файлов меньше.
Новый стандарт в кодеке H.265 смог существенно уменьшить размеры сжатых файлов и тем самым заслужил международное признание в качестве средства продвижения новых форматов видео. В H.265 использованы новые технологии сжатия и «умная» модель кодирования/декодирования, что позволяет экономно использовать пропускные ресурсы канала. Кодек разрабатывался с учётом всех особенностей 4К (поддержку 10-битового видео, высокую частоту кадров).
Размеры кодирования определяются настройками квантователя (цифрового преобразователя), где более низкие q-показатели соответствуют 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 использован элементарный размер потокового файла, он отображает то, что передаётся на декодер для создания изображения на выходе. Исследованы элементарные потоки, размер декодируемого файла всегда составляет 1,5 Гб, вне зависимости от уровня качества, выбранного при его создании.
Основное преимущество H.265 в сравнении с H.264: экономия пропускной способности канала до 50%. При установке q=24 в преобразователе мы получаем файл размером 57% от созданного в H.264, при установке q=30 – 59%, а q=40 даёт 47%. При установке q=40 финальный файл далёк от совершенства, однако он позволяет экономить пропускную полосу более чем вдвое.
Производительность и качество изображения
H.265 требует большей производительности процессора для кодирования и декодирования в сравнении с H.264.
Функция гипер-поточности и установка параллелизации в 12/8 потока немного ускоряют процесс кодирования. Возможности тестового декодера с процессорами на базе SandyBridge-E (6 физических ядер) и Haswell (4 физических ядра, поддержка последней AVX2 и лучшим характеристикам производительности) опережают IvyBridge (4 физических ядра).
Кодирование при помощи x265 идёт дольше, чем кодирование с x264. Например, IvyBridge 3770K кодирует в H.264 файл за 129 секунд, в H.265 — за 247 секунд.
Изображение (на примере фрагмента игры в баскетбол) характеризуется высокой скоростью движения, записано с частотой 50 кадров в секунду. Высокая частота движений в кадре обычно приводит к зависанию процессора или колебанию картинки.
На изображении представлено оригинальное некомпрессированное YUV видео
На изображении представлено видео, кодированное в H.265 при показателях q=24, и видео, кодированного в H.264 при показателях q=24.
Разница между изображениями минимальна. Деревянный пол под прыгающим игроком менее размыт в H.264 варианте, однако качество H.265 варианта отличное, при том, что размер этого файла примерно вдвое меньше.
На изображении представлено видео, кодированное в H.265 и H.264 с показателем q=30.
При установке преобразователя 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.
Поддержка кодирования/декодирования доступна во многом оборудовании. Современные процессоры более чем готовы к декодированию H.265 при наличии соответствующего программного обеспечения. В долгосрочной перспективе H.265, скорее всего, заменит H.264 в качестве главного решения для расширенной обработки видео. Параллельная модель H.265 кодирования должна хорошо показать себя на фоне многоядерных устройств.
Внедрение нового формата для высокоэффективной обработки видео может оказать огромное влияние на рынок видеонаблюдения уже в ближайшие годы. Главное преимущество нового стандарта кодирования (H.265/HEVC) в сравнении с H.264/MPEG4 — это снижение битрейта примерно на 40%, качество получаемого изображения остается таким же.
IP-камеры с кодеком H.265 обеспечивают высококачественное изображение и снижают нагрузку сети и хранилища данных на 40%. Внедрение нового стандарта H.265 позволит увеличить количество эффективных мегапикселей у сетевых камер (10,15,20 Мп), а также снизить цифровые шумы и более четко отрабатывать функции WDR (Wide Dynamic Range).
Ассортимент оборудования Optimus активно пополняется современными моделями с кодеком сжатия H.265.
конвертируйте видео из H.265 и обратно
Карен НельсонПоследнее обновление: 29 мая 2019
H.265, как новый стандарт сжатия видео, может принести пользователям более качественное видео с меньшим размером. Обычно он широко используется в видеороликах 4K, телевизоре с ультравысоким разрешением (UHDTV) и даже в 8K UHD.
Для этого необходимо найти преобразователь H.265 / HEVC. Потому что нам может потребоваться преобразовать видео H.265 / HEVC в H.264, MP4, MKV и т. Д. Из-за несовместимой проблемы. Или вам просто нужно конвертировать видео в H.265 для уменьшения размера файла или по какой-либо другой причине. Так что, найдите лучший H.265 конвертер является главной темой, которую мы обсуждаем сегодня. Теперь читайте дальше, чтобы узнать больше.
Рекомендуемые! Практичное и хорошее преобразование H.265 / HEVC
HEVC-кодирование занимает процессор, поэтому нам нужен конвертер HEVC, поддерживающий NVIDIA NEVNC или QSV, чтобы сохранить время преобразования.
Тогда, VideoSolo Video Converter Ultimate это хороший выбор. Эта программа полностью поддерживает формат сжатия видео H.265, что означает, что вы можете легко конвертировать любое видео в H.265 или конвертировать видео H.265 в обычный формат с высокой скоростью. Эта программа имеет ускоренную скорость 6X, поскольку она поддерживает технологию ускорения GPU, включая NVIDIA, AMD и Intel GPU.
Просто скачайте его с помощью кнопки ниже, и я уверен, вам понравится.
Как конвертировать видео H.265 и наоборот
Шаг 1. Загрузка и установка этой программы
С помощью кнопки «Скачать» выше вы можете загрузить последнюю версию VideoSolo Video Converter Ultimate. Затем установите его на свой компьютер.
Шаг 2. Добавить исходное видео
Запустите эту программу, и вы увидите интуитивно понятный интерфейс. Нажмите кнопку «Добавить файлы», чтобы добавить исходные видео. Вы можете добавить обычные видео в VideoSolo, чтобы преобразовать их в H.265. Или вы также можете добавить видео H.265 для конвертирования H.265 в MP4, AVI, MKV, 3GP и т. Д. Одновременно можно добавить несколько видеороликов для конвертации в пакетном режиме.
Шаг 3. Выберите формат вывода
• Установите H.265 в качестве выходного формата
Чтобы конвертировать видео в H.265, просто нажмите «Профиль», чтобы открыть список выходных форматов, и перейдите в «HD Video», чтобы найти H.265, и установите его как Формат вывода.
• Установите другие форматы в качестве выходного формата
Чтобы преобразовать видео H.265 в MP4 и т. Д., Вы можете перейти в «Общее видео», чтобы выбрать общие видеоформаты. Или вы можете напрямую настроить конкретное устройство в качестве выходного формата.
Шаг 4. Запуск преобразования видео
Закончив описанные выше шаги, вы можете нажать кнопку «Конвертировать», чтобы начать конвертировать ваши видеоролики H.265 бесплатно или конвертировать видео в H.265. В течение нескольких минут вся конверсия будет легко завершена. Вы можете перейти в папку назначения, чтобы проверить преобразованные файлы.
С ускорением GPU VideoSolo сэкономит вам много времени на конвертацию. Теперь вы можете попробовать этот лучший бесплатный конвертер H.265, он вас не подведет.
Дополнительный контент — относительно H.265 или HEVC
H.265, также называемый HEVC (высокоэффективное кодирование видео), является преемником наиболее распространенного в настоящее время формата сжатия видео — H.264. Таким образом, это не видео формат, а своего рода стандарт сжатия видео, который сжимает видеофайлы до 50% с наиболее эффективным форматом кодирования. По сравнению с H.264, HEVC / H.265 может предложить намного более высокое качество изображения при той же скорости передачи данных. С таким преимуществом многие люди любят конвертировать видео или копировать DVD в H.265 когда им нужно. Это отличный выбор для сохранения качества видеоизображения и уменьшения размера файла. Другими словами, HEVC / H.265 получает 50% снижения скорости передачи при том же качестве изображения. H.265 поддерживает разрешение от 260p до 8K UHD (8192 * 4320). H.265 будет доминировать над другими в течение следующих пяти лет после роста потоковой передачи контента 4K UHD.