Nový štandard videa H.265
Video má čoraz väčší podiel na internetovej dátovej prevádzke. Popularita sledovania videa na telefónoch, tabletoch a ďalších mobilných zariadeniach neustále rastie, v HD rozlíšení je čoraz viac multimediálneho obsahu a nástup nových ultravysokých rozlíšení je záležitosť blízkej budúcnosti. Výsledkom je obrovský objem dát, ktorý pripadá na videoobsah. Akýkoľvek spôsob, ako tento objem zmenšiť, je vítaný.
Dokonalejšia kompresia
Ak sa pozrieme na videoštandard H.265 z laického pohľadu, hlavný prínos oproti predchodcovi H.264 je znížený dátový tok, ktorý je potrebný na poskytnutie videa v totožnej kvalite. Odhady hovoria o kompresii účinnejšej až o 50 %, tento údaj je však teoretický a nemusí platiť na celú dĺžku videa, ale iba na niektoré časti. Bez ohľadu na konkrétne číslo nový štandard umožní zmenšiť objem videa pri zachovaní kvality.
Menšia veľkosť videa má pre používateľov niekoľko prínosov - ak sledujete video na mobilnom internete, rýchlejšie sa načíta a z objemu predplatených dát odhryzne menší podiel. Nehovoriac o lokalitách, kde je slabšie pokrytie mobilného internetu a používatelia musia často dlhšie čakať, až sa video spustí. Z nového formátu budú profitovať aj poskytovatelia videoslužieb, ako je YouTube alebo Netflix. Tí môžu vďaka novému štandardu ponúknuť lepší používateľský zážitok a streamovať video vo vyššej kvalite pri zachovaní totožného dátového toku.
Desaťminútový animovaný film vo full HD rozlíšení má v prípade štandardu H.265 veľkosť 154 MB, kvalita je výborná - film aj prehrávač nájdete na našom virtuálnom DVD
H.265 = HEVC
Štandard H.265 sa označuje aj skratkou HEVC (High Efficiency Video Coding). Z technologického hľadiska ide o nasledovníka obľúbeného formátu H.264/MPEG-4 AVC, s ktorým sa dnes stretávame veľmi často. Ak si stiahnete súbor vo formáte MP4 alebo MKV (používa sa aj označenie kontajner), video je pravdepodobne komprimované práve pomocou tohto štandardu. Dodajme ešte, že okrem označenia H.264 sa môžete stretnúť aj s pojmom x264. Toto je označenie kodeku, ktorý zaznamenáva zmeny medzi jednotlivými snímkami. V tom spočíva podstata kompresie, jej princíp vysvetlíme ďalej.
To, ako sa majú zmeny zaznamenávať, určuje štandard. Pre jeden štandard však obvykle existuje viacero kodekov, každý z nich funguje trochu odlišne, ale stále v rámci pravidiel. Aj pre štandard H.265 sa vyvíja niekoľko kodekov vrátane nasledovníka x264, ktorý bude mať označenie x265. V tomto článku sa však zameriame na samotný štandard.
Porovnajte si kvalitu videa pre jednotlivé štandardy - v oboch prípadoch je uvedený aj dátový tok
Ako funguje kompresia?
Video môžeme definovať ako súbor snímok, ktoré sa prehrávajú vo veľkej rýchlosti. Princípom kompresie je odstrániť čo najviac informácií pri relatívne malom znížení kvality. Ako príklad spomeňme farebný model YUV, ktorý sa používa namiesto modelu RGB a v niektorých prípadoch umožňuje ušetriť až polovicu dátového objemu. Trik využíva vlastnosť ľudského oka, ktoré lepšie reaguje na jas ako na farby. V prípade YUV definuje hodnota Y jas a U, V farby. V porovnaní s modelom RGB tak dochádza k odstráneniu časti informácií o farbách, ktoré sú pre ľudské oko v podstate zbytočné. Vo všeobecnosti platí, že hodnoty jasu a farieb sa ukladajú pre každú snímku.
Moderné videoštandardy (od H.261) využívajú pri kompresii aj porovnávanie jednotlivých snímok. Používa sa tzv. inter-/intra-picture predikcia. Princíp intrapredikcie je založený na tom, že zmeny v ďalších snímkach sa odhadujú podľa informácií v prvej snímke. Z hľadiska tejto predikcie špecifikuje nový štandard 33 režimov, ako môže byť odhad určený. Na porovnanie, H.264 mal týchto režimov osem.
Na ďalšie snímky sa aplikuje predikcia inter-picture. Tá predpovedá zmeny na základe informácií z ostatných snímok, ktoré sa už spracovali, sú dekódované a uložené vo vyrovnávacej pamäti. V rámci interpredikcie sa využívajú tzv. P a B snímky. P snímka je odvodená od základnej I snímky a obyčajne má polovičnú veľkosť. B snímka odhaduje rozdiel medzi I a P snímkou. Oproti pôvodnej snímke má veľkosť asi 25 %. Ako vidno na priloženom obrázku, interpredikcia pracuje so súborom obrázkov, ktorý sa nazýva GOP - Group of Pictures. Dodajme, že inter-/intrapredikcie nie sú exkluzívne iba pre nový štandard a využívali sa aj v minulosti. H.265 ich však takisto využíva a na ich základe funguje kompresia videa všeobecne.
Takto vyzerá štruktúra GOP, ktorá je použitá v rámci predikcie inter-picture - všimnite si I a P snímky a B snímky medzi nimi
Dôležitá súčasť kompresie je rozdelenie každého obrázka do niekoľkých blokov. Vďaka tomu je kompresia efektívnejšia - porovnávajú sa jednotlivé bloky v rámci každej snímky. Neraz dochádza k malej zmene, resp. k žiadnej a v takom prípade etreba, aby mala ďalšia snímka uložené všetky informácie. Stačí, ak sú uložené v pôvodnej snímke a na základe uložených informácií sa použijú aj v ďalšej/ďalších snímkach. Čím sú jednotlivé obrázky podobnejšie, tým je kompresia účinnejšia a práve toto je cieľom videoštandardu a pridružených kodekov - efektívne a čo najpresnejšie hľadať podobnosti medzi jednotlivými snímkami.
Zjednodušený náčrt rozdelenia snímky do jednotlivých blokov CTU a v rámci nich aj do kódovacích jednotiek
Zatiaľ čo H.264 delil každú snímku do rovnakých malých blokov, štandard H.265 využíva tzv. Coding Tree Units (CTUs). Ich princíp spočíva v rozdelení obrázka na bloky (CTB) s rozlíšením maximálne 64 × 64 pixelov. Ostatné veľkosti sú 16 × 16 a 32 × 32 pixelov, ale vo všeobecnosti platí, že čím väčší blok, tým je kompresia účinnejšia. Veľkosť bloku je obyčajne určená podľa rozlíšenia videa. Tým sa to však nekončí. Štandard H.265 je oproti svojmu predchodcovi oveľa zložitejší - bloky sa následne rozdelia do jednej alebo viacerých kódovacích jednotiek (CUs) s veľkosťou od 8 × 4, resp. 4 × 8 do 64 × 64 pixelov. Kódovacie jednotky môžu mať rôzne veľkosti a tvary a aplikuje sa na ne podľa potreby intra- alebo interpredikcia - podľa toho, ktorá metóda kompresie je efektívnejšia pre danú kódovaciu jednotku.
Dva príklady, ako pracoval štandard H.264 a ako pracuje H.265 pri rozdeľovaní snímky na jednotlivé bloky - všimnite si rozdielne veľkosti blokov v prípade nového štandardu
Hardvérová náročnosť
Jeden z problémov nového štandardu je hardvérová náročnosť. H.265 je do veľkej miery podobný svojmu predchodcovi, v rámci kompresie však podporuje paralelné dekódovanie. V praxi to znamená, že nový štandard dokáže pracovať s viacerými blokmi súbežne. Táto vlastnosť sa podpisuje pod efektívnejšiu kompresiu, v rámci dekódovania, teda prehrávania videa však výraznejšie zaťažuje procesor.
My sme skúšali prehrať video vo full HD rozlíšení, ktoré je komprimované pomocou štandardu H.265, na stolovom počítači s procesorom Intel Core i5 Sandy Bridge - vyťaženie procesora bolo počas prehrávania asi 80 %. V prípade výkonnejšej konfigurácie so štvorjadrovým Intel Core i7 bolo vyťaženie procesora len 50 %. Treba však dodať, že prehrávač, ktorý sme použili na dekódovanie videa, je momentálne v alfa verzii. Dá sa teda očakávať, že sa časom objavia lepšie optimalizované prehrávače, ale aj kodeky, ktoré znížia zaťaženie procesora pri prehrávaní videa.
Elecard HEVC Player sme pribalili aj na naše virtuálne DVD spolu s 10-minútovým animovaným filmom Big Buck Bunny. Video je vo full HD rozlíšení, jeho veľkosť je iba 154 MB. Potenciál nového videoštandardu si teda môžete otestovať sami - ďalšie videá nájdete na oficiálnych stránkach spoločnosti Elecard (www.elecard.com).
Nový štandard je momentálne náročný na hardvérový výkon
Verdikt PC REVUE
Nový štandard H.265 je v podstate ešte v plienkach. Už dnes však existujú prvé videá, ktoré vám v praxi ukážu, čo dokáže dokonalejšia kompresia. H.265 je pokračovateľom úspešného štandardu H.264 - obe technológie majú spoločné mnohé vlastnosti. H.265 však využíva Coding Tree Units, snímky delí do blokov rozdielnych veľkostí. Hoci používa bežné metódy kompresie, celý proces je zložitejší a komplexnejší.
Používateľ to pocíti pri prehrávaní videa, v rámci dekódovania sa používa paralelné spracovanie viacerých blokov. Vo výsledku má byť nový štandard dvakrát efektívnejší oproti svojmu predchodcovi a pri zachovaní kvality má znížiť veľkosť videosúboru až o 50 %. Očakávame, že počas najbližších mesiacov začnú prichádzať na svet rôzne kodeky, ktoré budú určené pre nový štandard H.265. Takisto sa začne objavovať podpora vo forme softvéru, resp. aktualizácií, ktoré umožnia komprimovať video v novom štandarde. Rovnako pribudne podpora pre existujúce softvérové prehrávače vo forme aktualizácií, a to pre stolové počítače aj mobilné aplikácie. Pre používateľa by to malo znamenať viac obsahu v novom štandarde a azda aj lepšiu optimalizáciu (či už pomocou kodekov, alebo prehrávača), ktorá zníži aktuálne veľkú hardvérovú náročnosť.
Hoci v aktuálne dostupnej verzii štandardu H.265 to tak nie je, v budúcnosti pribudne podpora pre 4K rozlíšenie a vyššie (až do 7680 × 4320), ako aj 10-bitové farby a videosúbory s vyššími počtami snímok za sekundu (FPS).
Stiahnite si ďalšie videá v štandarde H.265, prehrávač nájdete na našom virtuálnom DVD
