Высокоэффективное кодирование видео

Высокоэффективное кодирование видео ( HEVC ), также известное как H.265 и MPEG-H Part 2 , - это стандарт сжатия видео, разработанный в рамках проекта MPEG-H в качестве преемника широко используемого Advanced Video Coding (AVC, H. 264 или MPEG-4, часть 10). По сравнению с AVC, HEVC предлагает на 25-50% лучшее сжатие данных при том же уровне качества видео или существенно улучшенное качество видео при той же скорости передачи данных . Он поддерживает разрешения до 8192 × 4320, включая 8K UHDи, в отличие от преимущественно 8-битного AVC, профиль Main10 с более высокой точностью воспроизведения HEVC был включен почти во все поддерживающее оборудование.

В то время как AVC использует целочисленное дискретное косинусное преобразование (DCT) с размерами блоков 4 × 4 и 8 × 8, HEVC использует целочисленные преобразования DCT и DST с различными размерами блоков от 4 × 4 до 32 × 32. Формат высокоэффективного изображения (HEIF) основан на HEVC. ^[1] По состоянию на 2019 год ^{[Обновить]}, HEVC используется 43% разработчиков видео и является вторым наиболее широко используемым форматом кодирования видео после AVC. ^[2]

Концепция [ править ]

В большинстве случаев HEVC является расширением концепций H.264 / MPEG-4 AVC. Оба работают, сравнивая разные части кадра видео, чтобы найти области, которые являются избыточными, как в пределах одного кадра, так и между последовательными кадрами. Эти избыточные области затем заменяются кратким описанием вместо исходных пикселей. Основные изменения для HEVC включают в себя расширение областей сравнения шаблонов и разностного кодирования с 16 × 16 пикселей до размеров до 64 × 64, улучшенную сегментацию с переменным размером блока , улучшенное «внутреннее» предсказание в одном и том же изображении, улучшенное движение векторное предсказание и объединение областей движения, улучшенная компенсация движенияфильтрация и дополнительный этап фильтрации, называемый адаптивной к выборке фильтрацией смещения. Эффективное использование этих улучшений требует гораздо большей обработки сигналов для сжатия видео, но оказывает меньшее влияние на объем вычислений, необходимых для распаковки.

HEVC был стандартизирован Объединенной группой сотрудничества по кодированию видео (JCT-VC), результатом сотрудничества между ISO / IEC MPEG и VCEG 16-й Исследовательской группы ITU-T . Группа ISO / IEC называет его MPEG-H Part 2, а ITU-T - H.265. Первая версия стандарта HEVC была ратифицирована в январе 2013 г. и опубликована в июне 2013 г. Вторая версия с расширениями многовидового представления (MV-HEVC), расширениями диапазона (RExt) и расширениями масштабируемости (SHVC) была завершена и утверждена в 2014 г. и опубликовано в начале 2015 года. Расширения для 3D-видео(3D-HEVC) были завершены в начале 2015 года, а расширения для кодирования содержимого экрана (SCC) были завершены в начале 2016 года и опубликованы в начале 2017 года, охватывая видео, содержащее визуализированную графику, текст или анимацию, а также камеру (или вместо нее). -снятые видео сцены. В октябре 2017 года стандарт был отмечен премией Primetime Emmy Engineering Award как оказавший существенное влияние на технологии телевидения. ^{[3] [4] [5] [6] [7]}

HEVC содержит технологии, защищенные патентами, принадлежащими организациям, участвовавшим в JCT-VC. Для реализации устройства или программного приложения, использующего HEVC, может потребоваться лицензия от держателей патентов HEVC. ISO / IEC и ITU требуют, чтобы компании, принадлежащие их организациям, предлагали свои патенты на разумных и недискриминационных условиях лицензирования (RAND). Патентные лицензии можно получить непосредственно у каждого патентообладателя или через органы лицензирования патентов, такие как MPEG LA , HEVC Advance и Velos Media.

Комбинированные лицензионные сборы, предлагаемые в настоящее время всеми патентными лицензионными органами, выше, чем для AVC. Лицензионные сборы являются одной из основных причин, по которым внедрение HEVC в Интернете было низким, и именно поэтому некоторые из крупнейших технологических компаний ( Amazon , AMD , Apple , ARM , Cisco , Google , Intel , Microsoft , Mozilla , Netflix , Nvidia и подробнее) присоединились к Alliance for Open Media , ^[8] который завершил разработку бесплатного альтернативного формата кодирования видео AV1 28 марта 2018 г. ^[9]

История [ править ]

Формат HEVC был разработан совместно NHK и Mitsubishi Electric . ^{[ сомнительно - обсудить ]} Дальнейшие вклады были предоставлены более чем дюжиной организаций по всему миру. Большинство активных патентных взносов в развитие формата HEVC поступило от пяти организаций: Samsung Electronics (4249 патентов), General Electric (1127 патентов), ^[10] M&K Holdings ^[11] (907 патентов), NTT (878 патентов). , и JVC Kenwood (628 патентов). ^[12] Другие патентообладатели включают Fujitsu ,Apple , Canon , Колумбийский университет , KAIST , Университет Кванвун , Массачусетский технологический институт , Университет Сунгюнкван , Funai , Hikvision , KBS , KT и NEC . ^[13]

Предыдущая работа [ править ]

В 2004 году Группа экспертов по кодированию видео (VCEG) ITU-T начала серьезное исследование технологических достижений, которые могут позволить создать новый стандарт сжатия видео (или существенные ориентированные на сжатие усовершенствования стандарта H.264 / MPEG-4 AVC ). . ^[14] В октябре 2004 года были изучены различные методы потенциального улучшения стандарта H.264 / MPEG-4 AVC. В январе 2005 г., на следующем заседании VCEG, VCEG начала обозначать определенные темы как «Ключевые технические области» (KTA) для дальнейшего изучения. Кодовая база программного обеспечения, называемая кодовой базой KTA, была создана для оценки таких предложений. ^[15]Программное обеспечение KTA было основано на эталонном программном обеспечении Joint Model (JM), которое было разработано группой разработчиков MPEG & VCEG Joint Video Team для H.264 / MPEG-4 AVC. Дополнительные предложенные технологии были интегрированы в программное обеспечение KTA и протестированы в ходе оценки экспериментов в течение следующих четырех лет. ^{[16] [14] [17] [18]} MPEG и VCEG создали Совместную группу сотрудничества по кодированию видео ( JCT-VC ) для разработки стандарта HEVC. ^{[14] [19] [20] [21]}

Были рассмотрены два подхода к стандартизации технологии расширенного сжатия: создание нового стандарта или создание расширений H.264 / MPEG-4 AVC. Проект имел предварительные названия H.265 и H.NGVC (кодирование видео следующего поколения) и был основной частью работы VCEG до его превращения в совместный проект HEVC с MPEG в 2010 году. ^{[22] [23] [ 24]}

Предварительные требования для NGVC заключались в возможности снижения скорости передачи данных на 50% при том же субъективном качестве изображения по сравнению с профилем H.264 / MPEG-4 AVC High, а вычислительная сложность варьировалась от 1/2 до 3 раз по сравнению с Высокий профиль. ^[24] NGVC сможет обеспечить снижение скорости передачи данных на 25% вместе с уменьшением сложности на 50% при том же воспринимаемом качестве видео, что и профиль High, или обеспечить большее снижение скорости передачи данных при несколько более высокой сложности. ^{[24] [25]}

Группа экспертов ISO / IEC по движущимся изображениям (MPEG) начала аналогичный проект в 2007 году, предварительно названный « Высокопроизводительное кодирование видео» . ^{[26] [27]} Соглашение о снижении скорости передачи данных на 50% было решено в качестве цели проекта к июлю 2007 года. ^[26] Ранние оценки были выполнены с модификациями эталонного программного кодировщика KTA, разработанного VCEG. ^[14] К июлю 2009 года экспериментальные результаты показали, что среднее уменьшение битов примерно на 20% по сравнению с AVC High Profile; Эти результаты побудили MPEG начать свои усилия по стандартизации в сотрудничестве с VCEG. ^[27]

Стандартизация [ править ]

Официальный совместный конкурс предложений по технологии сжатия видео был опубликован в январе 2010 года компаниями VCEG и MPEG, и предложения были оценены на первом заседании Совместной группы сотрудничества MPEG и VCEG по кодированию видео (JCT-VC), которое состоялось в апреле. 2010. Всего было подано 27 полных предложений. ^{[22] [28]} Оценки показали, что некоторые предложения могут достичь того же визуального качества, что и AVC, только при половинной скорости передачи данных во многих тестовых примерах, за счет увеличения вычислительной сложности в 2–10 раз, а некоторые предложения достигли хороших результатов. субъективное качество и скорость передачи данных с меньшей вычислительной сложностью, чем эталонное кодирование AVC High Profile. На этой встрече для совместного проекта было принято название High Efficiency Video Coding (HEVC). ^[14][22] Начиная с этой встречи, JCT-VC объединил функции некоторых из лучших предложений в единую программную кодовую базу и «Рассматриваемую тестовую модель», а также провел дальнейшие эксперименты для оценки различных предложенных функций. ^{[14] [29]} Первый рабочий проект спецификации HEVC был подготовлен на третьем совещании JCT-VC в октябре 2010 года. Многие изменения в инструментах кодирования и конфигурации HEVC были внесены на более поздних совещаниях JCT-VC. ^[14]

25 января 2013 года ITU объявил, что HEVC получил одобрение (согласие) на первом этапе Альтернативного процесса одобрения (AAP) ITU-T . ^{[30] [31] [32]} В тот же день MPEG объявила, что HEVC получил статус окончательного проекта международного стандарта (FDIS) в процессе стандартизации MPEG . ^{[33] [34]}

13 апреля 2013 г. HEVC / H.265 был утвержден в качестве стандарта ITU-T. ^{[35] [36] [37]} Стандарт был официально опубликован ITU-T 7 июня 2013 г. и ISO / IEC 25 ноября 2013 г. ^{[19] [18]}

11 июля 2014 года MPEG объявил, что 2-е издание HEVC будет содержать три недавно завершенных расширения, а именно: расширения с несколькими экранами (MV-HEVC), расширения диапазона (RExt) и расширения масштабируемости (SHVC). ^[38]

29 октября 2014 года HEVC / H.265 версии 2 был утвержден в качестве стандарта ITU-T. ^{[39] [40] [41]} Официально он был опубликован 12 января 2015 года. ^[19]

29 апреля 2015 года HEVC / H.265 версии 3 был утвержден в качестве стандарта ITU-T. ^{[42] [43] [44]}

3 июня 2016 г. HEVC / H.265 версии 4 был одобрен в ITU-T и не был одобрен во время голосования в октябре 2016 г. ^{[45] [46]}

22 декабря 2016 года HEVC / H.265 версии 4 был утвержден в качестве стандарта ITU-T. ^{[47] [48]}

Патентное лицензирование [ править ]

29 сентября 2014 года MPEG LA объявила о своей лицензии HEVC, которая распространяется на основные патенты 23 компаний. ^[49] Первые 100 000 «устройств» (включая программные реализации) не требуют лицензионных отчислений, а после этого плата составляет 0,20 доллара за устройство до годового лимита в 25 миллионов долларов. ^[50] Это значительно дороже, чем плата за AVC, которая составляла 0,10 доллара за устройство, с тем же отказом в 100 000 долларов и годовым лимитом в 6,5 миллиона долларов. MPEG LA не взимает плату за сам контент, что они пытались сделать при первоначальном лицензировании AVC, но впоследствии упали, когда производители контента отказались платить. ^[51] Лицензия была расширена и теперь включает профили версии 2 стандарта HEVC. ^[52]

Когда были объявлены условия MPEG LA, комментаторы отметили, что ряд известных патентообладателей не входили в группу. Среди них были AT&T , Microsoft , Nokia и Motorola . В то время предполагалось, что эти компании сформируют собственный лицензионный пул, чтобы конкурировать с пулом MPEG LA или пополнить его. Такая группа была официально объявлена ​​26 марта 2015 года как HEVC Advance . ^[53]Условия, охватывающие 500 основных патентов, были объявлены 22 июля 2015 года со ставками, которые зависят от страны продажи, типа устройства, профиля HEVC, расширений HEVC и дополнительных функций HEVC. В отличие от условий MPEG LA, HEVC Advance вновь ввел лицензионные сборы на контент, закодированный с помощью HEVC, посредством платы за распределение доходов. ^[54]

Первоначальная лицензия HEVC Advance предусматривала максимальную ставку роялти в размере 2,60 доллара США за устройство для стран Региона 1 и ставку роялти за контент в размере 0,5% от дохода, полученного от видеосервисов HEVC. Страны региона 1 в лицензии HEVC Advance включают США, Канаду, Европейский Союз, Японию, Южную Корею, Австралию, Новую Зеландию и другие. Страны Региона 2 - это страны, не указанные в списке стран Региона 1. Лицензия HEVC Advance предусматривала максимальную ставку роялти в размере 1,30 доллара США за устройство для стран Региона 2. В отличие от MPEG LA, годового ограничения не было. Вдобавок к этому HEVC Advance также взимает роялти в размере 0,5% от дохода, полученного от кодирования контента видеоуслуг в HEVC. ^[54]

Когда они были объявлены, отраслевые обозреватели выразили серьезную негативную реакцию по поводу «необоснованных и жадных» сборов за устройства, которые примерно в семь раз превышали сборы MPEG LA. В сумме для устройства потребуются лицензии стоимостью 2,80 доллара, что в 28 раз дороже AVC, а также лицензионные сборы за контент. Это привело к призыву к «владельцам контента объединиться и согласиться не получать лицензию от HEVC Advance». ^[55] Другие утверждали, что такие ставки могут заставить компании перейти на конкурирующие стандарты, такие как Daala и VP9 . ^[56]

18 декабря 2015 года HEVC Advance объявил об изменении ставок роялти. Изменения включают снижение максимальной ставки роялти для стран Региона 1 до 2,03 доллара США за устройство, установление ежегодных лимитов роялти и отказ от роялти за контент, который является бесплатным для конечных пользователей. Ежегодный лимит лицензионных отчислений для компании составляет 40 миллионов долларов США за устройства, 5 миллионов долларов США за контент и 2 миллиона долларов США за дополнительные функции. ^[57]

3 февраля 2016 года Technicolor SA объявила, что вышла из патентного пула HEVC Advance ^[58] и будет напрямую лицензировать свои патенты HEVC. ^[59] HEVC Advance ранее перечислял 12 патентов от Technicolor. ^[60] Technicolor объявили, что они воссоединились 22 октября 2019 года. ^[61]

22 ноября 2016 года HEVC Advance объявила о крупной инициативе, пересмотрев свою политику, чтобы разрешить распространение программных реализаций HEVC непосредственно на потребительские мобильные устройства и персональные компьютеры без лицензионных отчислений, не требуя патентной лицензии. ^[62]

31 марта 2017 года Velos Media объявила о своей лицензии HEVC, которая распространяется на основные патенты Ericsson, Panasonic, Qualcomm Incorporated, Sharp и Sony. ^[63]

По состоянию на апрель 2019 года ^{[Обновить]}список патентов MPEG LA HEVC составляет 164 страницы. ^{[64] [65]}

Патентообладатели [ править ]

Следующие организации в настоящее время владеют наиболее активными патентами в патентных пулах HEVC, перечисленных MPEG LA и HEVC Advance .

Версии [ править ]

Версии стандарта HEVC / H.265, использующие даты утверждения ITU-T. ^[19]

• Версия 1: (13 апреля 2013 г.) Первая утвержденная версия стандарта HEVC / H.265, содержащая профили Main, Main10 и Main Still Picture. ^{[35] [36] [37]}
• Версия 2: (29 октября 2014 г.) Вторая утвержденная версия стандарта HEVC / H.265, которая добавляет 21 профиль расширения диапазона, два профиля масштабируемых расширений и один профиль расширений с несколькими представлениями. ^{[39] [40] [41]}
• Версия 3: (29 апреля 2015 г.) Третья утвержденная версия стандарта HEVC / H.265, которая добавляет основной профиль 3D. ^{[42] [43] [44]}
• Версия 4: (22 декабря 2016 г.) Четвертая утвержденная версия стандарта HEVC / H.265, которая добавляет семь профилей расширений кодирования содержимого экрана, три профиля расширений с высокой пропускной способностью и четыре профиля масштабируемых расширений. ^{[67] [47] [48]}

Реализации и продукты [ править ]

2012 [ править ]

29 февраля 2012 года на Всемирном мобильном конгрессе 2012 года компания Qualcomm продемонстрировала декодер HEVC, работающий на планшете Android, с двухъядерным процессором Qualcomm Snapdragon S4, работающим на частоте 1,5 ГГц, демонстрируя версии H.264 / MPEG-4 AVC и HEVC. одного и того же видеоконтента, воспроизводимого рядом. Сообщается, что в этой демонстрации HEVC показал снижение скорости передачи данных почти на 50% по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC. ^[68]

2013 [ править ]

11 февраля 2013 года исследователи из Массачусетского технологического института продемонстрировали первый в мире опубликованный декодер ASIC HEVC на Международной конференции по твердотельным схемам (ISSCC) 2013. ^[69] Их чип был способен декодировать видеопоток 3840 × 2160 пикселей при 30 кадрах в секунду в реальном времени. время, потребляя менее 0,1 Вт мощности. ^{[70] [71]}

3 апреля 2013 г. компания Ateme объявила о доступности первой реализации программного проигрывателя HEVC с открытым исходным кодом на основе декодера OpenHEVC и видеоплеера GPAC , которые оба лицензированы по лицензии LGPL . Декодер OpenHEVC поддерживает основной профиль HEVC и может декодировать видео 1080p со скоростью 30 кадров в секунду с использованием одноядерного процессора. ^[72] Прямой транскодер, поддерживающий HEVC и используемый в сочетании с видеоплеером GPAC, был показан на стенде ATEME на выставке NAB в апреле 2013 года. ^{[72] [73]}

23 июля 2013 года компания MulticoreWare объявила и сделала доступным исходный код библиотеки кодирования HEVC x265 по лицензии GPL v2 . ^{[74] [75]}

8 августа 2013 года Nippon Telegraph and Telephone объявили о выпуске своего программного кодировщика HEVC-1000 SDK, который поддерживает профиль Main 10, разрешение до 7680 × 4320 и частоту кадров до 120 кадров в секунду. ^[76]

14 ноября 2013 года разработчики DivX опубликовали информацию о производительности декодирования HEVC с использованием процессора Intel i7 с тактовой частотой 3,5 ГГц с 4 ядрами и 8 потоками. ^[77] Бета-декодер DivX 10.1 обеспечивает 210,9 кадра в секунду при разрешении 720p, 101,5 кадра в секунду при разрешении 1080p и 29,6 кадра в секунду при разрешении 4K. ^[77]

18 декабря 2013 года ViXS Systems объявила о поставках своего XCode (не путать с Apple Xcode IDE для MacOS) 6400 SoC, который был первым SoC, поддерживающим профиль Main 10 HEVC. ^[78]

2014 [ править ]

5 апреля 2014 года на выставке NAB компании eBrisk Video, Inc. и Altera Corporation продемонстрировали кодировщик HEVC Main10 с ускорением FPGA, который кодировал видео 4Kp60 / 10-бит в реальном времени, используя двойной Xeon E5-2697-v2. Платформа. ^{[79] [80]}

13 августа 2014 года компания Ittiam Systems объявляет о выпуске кодека H.265 / HEVC третьего поколения с поддержкой 12-битного формата 4: 2: 2. ^[81]

5 сентября 2014 года Ассоциация дисков Blu-ray объявила, что спецификация дисков Blu-ray 4K будет поддерживать видео 4K с кодировкой HEVC со скоростью 60 кадров в секунду, Rec. 2020 , расширенный динамический диапазон ( PQ и HLG ) и 10-битная глубина цвета . ^{[82] [83]} Диски Blu-ray 4K имеют скорость передачи данных не менее 50 Мбит / с и емкость диска до 100 ГБ. ^{[82] [83]} Диски и плееры 4K Blu-ray стали доступны для покупки в 2015 или 2016 году. ^{[82] [83]}

9 сентября 2014 года Apple анонсировала iPhone 6 и iPhone 6 Plus, которые поддерживают HEVC / H.265 для FaceTime через сотовую связь. ^[84]

18 сентября 2014 года Nvidia выпустила видеокарты GeForce GTX 980 (GM204) и GTX 970 (GM204), которые включают Nvidia NVENC , первый в мире аппаратный кодировщик HEVC на дискретной видеокарте. ^[85]

31 октября 2014 года Microsoft подтвердила, что Windows 10 будет поддерживать HEVC из коробки , согласно заявлению Габриэля Аула, руководителя группы данных и основ Microsoft Operating Systems Group. ^{[86] [87] В} Windows 10 Technical Preview Build 9860 добавлена ​​поддержка на уровне платформы для HEVC и Matroska . ^{[88] [89]}

3 ноября 2014 года, Android Lollipop был выпущен с из коробки поддержки HEVC с помощью Ittiam Systems программного обеспечения. ^[90]

2015 [ править ]

5 января 2015 года ViXS Systems анонсировала XCode 6800, который является первым SoC, поддерживающим профиль Main 12 HEVC. ^[91]

5 января 2015 года Nvidia официально анонсировала Tegra X1 SoC с полным аппаратным декодированием HEVC с фиксированными функциями. ^{[92] [93]}

22 января 2015 года Nvidia выпустила видеокарту GeForce GTX 960 (GM206), которая включает в себя первый в мире аппаратный декодер HEVC Main / Main10 с полной фиксированной функцией на дискретной видеокарте. ^[94]

23 февраля 2015 года Advanced Micro Devices (AMD) объявила, что их ASIC UVD , установленный в APU Carrizo, станет первым процессором на базе x86, имеющим аппаратный декодер HEVC. ^[95]

27 февраля 2015 года был выпущен медиаплеер VLC версии 2.2.0 с надежной поддержкой воспроизведения HEVC. Соответствующие версии на Android и iOS также могут воспроизводить HEVC.

31 марта 2015 года VITEC анонсировала MGW Ace, который стал первым портативным кодировщиком HEVC на 100% аппаратной основе, обеспечивающим кодирование мобильного HEVC. ^[96]

5 августа 2015 года Intel выпустила продукты Skylake с полностью фиксированной функцией Main / 8-битное декодирование / кодирование и гибридное / частичное Main10 / 10-битное декодирование.

9 сентября 2015 года Apple анонсировала чип Apple A9 , впервые использованный в iPhone 6S , своем первом процессоре с аппаратным декодером HEVC, поддерживающим Main 8 и 10. Эта функция не будет разблокирована до выпуска iOS 11 в 2017 году. ^{[97 ]}

2016 [ править ]

11 апреля 2016 года было объявлено о полной поддержке HEVC (H.265) в новейшей версии MythTV (0.28). ^[98]

30 августа 2016 года Intel официально анонсировала продукты Core CPU 7-го поколения ( Kaby Lake ) с полностью фиксированной функцией аппаратного декодирования HEVC Main10. ^[99]

7 сентября 2016 года Apple анонсировала чип Apple A10 , впервые использованный в iPhone 7 , который включает аппаратный кодировщик HEVC, поддерживающий Main 8 и 10. Эта функция не будет разблокирована до выпуска iOS 11 в 2017 году. ^[97]

25 октября 2016 года Nvidia выпустила видеокарты GeForce GTX 1050Ti (GP107) и GeForce GTX 1050 (GP107), которые включают полностью фиксированный аппаратный декодер HEVC Main10 / Main12.

2017 [ править ]

5 июня 2017 года Apple объявила о поддержке HEVC H.265 в macOS High Sierra , iOS 11 , tvOS , ^[100] HTTP Live Streaming ^[101] и Safari . ^{[102] [103]}

25 июня 2017 года Microsoft выпустила бесплатное расширение приложения HEVC для Windows 10 , позволяющее некоторым устройствам с Windows 10 с оборудованием для декодирования HEVC воспроизводить видео с использованием формата HEVC внутри любого приложения. ^[104]

19 сентября 2017 года Apple выпустила iOS 11 и tvOS 11 с поддержкой кодирования и декодирования HEVC. ^{[105] [100]}

25 сентября 2017 года Apple выпустила macOS High Sierra с поддержкой кодирования и декодирования HEVC.

28 сентября 2017 года GoPro выпустила экшн-камеру Hero6 Black с кодированием видео 4K60P HEVC. ^[106]

17 октября 2017 года Microsoft удалила поддержку декодирования HEVC из Windows 10 с обновлением Fall Creators Update 1709, сделав вместо этого доступным HEVC в виде отдельной платной загрузки из Microsoft Store. ^[107]

2 ноября 2017 года Nvidia выпустила видеокарту GeForce GTX 1070 Ti (GP104), которая включает полностью фиксированный аппаратный декодер HEVC Main10 / Main12.

2018 [ править ]

20 сентября 2018 года Nvidia выпустила видеокарту GeForce RTX 2080 (TU104), которая включает полностью фиксированный аппаратный декодер HEVC Main 4: 4: 4 12.

Эффективность кодирования [ править ]

Дизайн большинства стандартов кодирования видео в первую очередь направлен на обеспечение максимальной эффективности кодирования. Эффективность кодирования - это способность кодировать видео с минимально возможной скоростью передачи данных при сохранении определенного уровня качества видео. Существует два стандартных способа измерения эффективности кодирования стандарта кодирования видео: использовать объективную метрику, такую ​​как пиковое отношение сигнал / шум (PSNR), или использовать субъективную оценку качества видео. Субъективная оценка качества видео считается наиболее важным способом измерения стандарта кодирования видео, поскольку люди воспринимают качество видео субъективно. ^[108]

HEVC выигрывает от использования больших размеров единиц дерева кодирования (CTU). Это было показано в тестах PSNR с кодировщиком HM-8.0 HEVC, где он был вынужден использовать постепенно уменьшающиеся размеры CTU. Для всех тестовых последовательностей при сравнении с размером 64 × 64 CTU было показано, что битовая скорость HEVC увеличилась на 2,2% при принудительном использовании размера 32 × 32 CTU и на 11,0% при принудительном использовании размера 16 × Размер 16 CTU. В тестовых последовательностях класса A, где разрешение видео составляло 2560 × 1600, по сравнению с размером 64 × 64 CTU, было показано, что битовая скорость HEVC увеличилась на 5,7% при принудительном использовании размера 32 × 32 CTU. , и увеличился на 28,2% при принудительном использовании размера 16 × 16 CTU. Тесты показали, что большие размеры CTU повышают эффективность кодирования, а также сокращают время декодирования. ^[108]

Основной профиль HEVC (MP) сравнивался по эффективности кодирования с H.264 / MPEG-4 AVC High Profile (HP), MPEG-4 Advanced Simple Profile (ASP), H.263 High Latency Profile (HLP) и H .262 / Главный профиль MPEG-2 (MP). Кодирование видео было выполнено для развлекательных приложений, и для девяти тестовых последовательностей видео с использованием кодировщика HM-8.0 HEVC было создано двенадцать различных битрейтов. Из девяти тестовых последовательностей видео пять были с разрешением HD, а четыре - с разрешением WVGA (800 × 480). Снижение битовой скорости для HEVC было определено на основе PSNR с HEVC, имеющим снижение битовой скорости на 35,4% по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC HP, 63,7% по сравнению с MPEG-4 ASP, 65,1% по сравнению с H.263 HLP. , и 70,8% по сравнению с H.262 / MPEG-2 MP.^[108]

HEVC MP также сравнивался с H.264 / MPEG-4 AVC HP по субъективному качеству видео. Кодирование видео было выполнено для развлекательных приложений, и для девяти тестовых последовательностей видео с использованием кодера HM-5.0 HEVC были созданы четыре разных битрейта. Субъективная оценка была проведена раньше, чем сравнение PSNR, поэтому использовалась более ранняя версия кодировщика HEVC, которая имела немного более низкую производительность. Уменьшение скорости передачи данных определялось на основе субъективной оценки с использованием средних значений оценки мнения . Общее субъективное снижение битрейта для HEVC MP по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC HP составило 49,3%. ^[108]

Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) провела исследование для оценки субъективного качества видео HEVC при разрешениях выше HDTV. Исследование проводилось с тремя видеороликами с разрешением 3840 × 1744 при 24 кадрах в секунду, 3840 × 2048 при 30 кадрах в секунду и 3840 × 2160 при 30 кадрах в секунду. В пятисекундных видеороликах показаны люди на улице, движение и сцена из компьютерного анимационного фильма с открытым исходным кодом Sintel.. Видеопоследовательности кодировались с пятью разными битрейтами с использованием кодировщика HM-6.1.1 HEVC и кодировщика JM-18.3 H.264 / MPEG-4 AVC. Субъективное снижение скорости передачи данных определялось на основе субъективной оценки с использованием средних значений оценки мнения. Исследование сравнивало HEVC MP с H.264 / MPEG-4 AVC HP и показало, что для HEVC MP среднее снижение битрейта на основе PSNR составило 44,4%, в то время как среднее снижение битрейта на основе субъективного качества видео составило 66,5%. ^{[109] [110] [111] [112]}

В сравнении производительности HEVC, выпущенном в апреле 2013 года, HEVC MP и Main 10 Profile (M10P) сравнивались с H.264 / MPEG-4 AVC HP и High 10 Profile (H10P) с использованием видеопоследовательностей 3840 × 2160. Видеопоследовательности были закодированы с использованием кодировщика HM-10.0 HEVC и кодировщика JM-18.4 H.264 / MPEG-4 AVC. Среднее снижение скорости передачи данных на основе PSNR составило 45% для межкадрового видео.

При сравнении видеокодеров, выпущенных в декабре 2013 года, кодировщик HEVC HM-10.0 сравнивался с кодировщиком x264 (версия r2334) и кодировщиком VP9 (версия v1.2.0-3088-ga81bd12). При сравнении использовался метод измерения скорости передачи данных по Бьёнтегаарду-Дельта (BD-BR), в котором отрицательные значения показывают, насколько снижается скорость передачи данных, а положительные значения показывают, насколько увеличивается скорость передачи данных для того же PSNR. Для сравнения, кодер HM-10.0 HEVC имел самую высокую эффективность кодирования и, в среднем, чтобы получить такое же объективное качество, кодеру x264 необходимо было увеличить скорость передачи на 66,4%, а кодеру VP9 нужно было увеличить скорость передачи. на 79,4%. ^[113]

В субъективном сравнении производительности видео, выпущенном в мае 2014 года, JCT-VC сравнил профиль HEVC Main с профилем H.264 / MPEG-4 AVC High. Для сравнения использовались средние оценки мнений, и оно проводилось BBC и Университетом Запада Шотландии . Видеопоследовательности были закодированы с использованием кодировщика HM-12.1 HEVC и кодировщика JM-18.5 H.264 / MPEG-4 AVC. При сравнении использовался диапазон разрешений, и среднее снижение скорости передачи данных для HEVC составило 59%. Среднее снижение скорости передачи данных для HEVC составило 52% для 480p, 56% для 720p, 62% для 1080p и 64% для 4K UHD. ^[114]

В субъективном сравнении видеокодеков, выпущенном EPFL в августе 2014 года, кодер HM-15.0 HEVC сравнивался с кодером VP9 1.2.0–5183 и кодером JM-18.8 H.264 / MPEG-4 AVC. Четыре последовательности с разрешением 4K были закодированы с пятью различными скоростями передачи данных, при этом кодеры были настроены на использование внутреннего периода в одну секунду. Для сравнения, кодер HM-15.0 HEVC имел самую высокую эффективность кодирования, и, в среднем, для того же субъективного качества скорость передачи данных могла быть снижена на 49,4% по сравнению с кодером VP9 1.2.0–5183, а также ее можно было уменьшить. на 52,6% по сравнению с кодировщиком JM-18.8 H.264 / MPEG-4 AVC. ^{[115] [116] [117]}

В августе 2016 года Netflix опубликовал результаты крупномасштабного исследования, сравнивающего ведущий кодировщик HEVC с открытым исходным кодом, x265 , с ведущим кодировщиком AVC с открытым исходным кодом, x264, и эталонным кодировщиком VP9 , libvpx. ^[118] Используя свой усовершенствованный инструмент измерения качества видео Multimethod Assessment Fusion (VMAF), Netflix обнаружил, что x265 обеспечивает идентичное качество при скорости передачи данных от 35,4% до 53,3% ниже, чем x264, и от 17,8% до 21,8% ниже, чем VP9. ^[119]

Особенности [ править ]

HEVC был разработан для существенного повышения эффективности кодирования по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC HP, то есть для снижения требований к битрейту вдвое при сопоставимом качестве изображения за счет увеличения вычислительной сложности. ^[14] HEVC был разработан с целью предоставить видеоконтенту коэффициент сжатия данных до 1000: 1. ^[120] В зависимости от требований приложения, кодеры HEVC могут выбирать между вычислительной сложностью, степенью сжатия, устойчивостью к ошибкам и временем задержки кодирования. ^[14] Двумя ключевыми особенностями, в которых HEVC был улучшен по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC, были поддержка видео с более высоким разрешением и улучшенные методы параллельной обработки. ^[14]

HEVC нацелен на HDTV-дисплеи нового поколения и системы захвата контента, которые имеют частоту кадров с прогрессивной разверткой и разрешение дисплея от QVGA (320 × 240) до 4320p (7680 × 4320), а также улучшенное качество изображения с точки зрения уровня шума и цвета. пробелы и динамический диапазон . ^{[25] [121] [122] [123]} Шум (электроника) |

Слой кодирования видео [ править ]

Уровень кодирования видео HEVC использует тот же «гибридный» подход, который используется во всех современных стандартах видео, начиная с H.261 , в том, что он использует предсказание между / внутри изображения и кодирование с двумерным преобразованием. ^[14] Кодер HEVC сначала выполняет разделение изображения на области в форме блоков для первого изображения или первого изображения точки произвольного доступа, которая использует внутрикадровое предсказание. ^[14] Внутрикадровое предсказание - это когда предсказание блоков в изображении основывается только на информации в этом изображении. ^[14] Для всех других изображений используется межкадровое предсказание, в котором информация предсказания используется из других изображений. ^[14]После завершения методов прогнозирования и прохождения изображения через контурные фильтры окончательное представление изображения сохраняется в буфере декодированных изображений. ^[14] Изображения, хранящиеся в буфере декодированных изображений, могут использоваться для предсказания других изображений. ^[14]

HEVC был разработан с идеей, что будет использоваться видео с прогрессивной разверткой , и никаких инструментов кодирования не было добавлено специально для чересстрочного видео . ^[14] Специальные инструменты кодирования чересстрочной развертки, такие как MBAFF и PAFF, не поддерживаются в HEVC. ^[124] HEVC вместо этого отправляет метаданные, которые говорят, как было отправлено чересстрочное видео. ^[14] Видео с чересстрочной разверткой может быть отправлено либо путем кодирования каждого кадра как отдельного изображения, либо путем кодирования каждого поля как отдельного изображения. ^[14] Для чересстрочного видео HEVC может переключаться между кодированием кадра и кодированием поля с помощью последовательного адаптивного поля кадра (SAFF), которое позволяет изменять режим кодирования для каждой видеопоследовательности. ^[125]Это позволяет отправлять чересстрочное видео с HEVC без необходимости добавления специальных процессов чересстрочного декодирования к декодерам HEVC. ^[14]

Цветовые пространства

Стандарт HEVC поддерживает такие цветовые пространства , как обычная пленка, NTSC , PAL , Rec. 601 , Рек. 709 , Рек. 2020 , Рек. 2100 , SMPTE 170M, SMPTE 240M, sRGB , sYCC , xvYCC , XYZ и внешние цветовые пространства. ^[19] HEVC поддерживает представления цветового кодирования, такие как RGB , YCbCr и YCoCg . ^[19]

Инструменты кодирования [ править ]

Единица дерева кодирования [ править ]

HEVC заменяет макроблоки 16 × 16 пикселей , которые использовались с предыдущими стандартами, на единицы дерева кодирования (CTU), которые могут использовать более крупные блочные структуры до 64 × 64 выборок и могут лучше разбивать изображение на структуры переменного размера. ^{[14] [126]} HEVC первоначально делит изображение на блоки CTU, которые могут иметь размер 64 × 64, 32 × 32 или 16 × 16 с большим размером блока пикселей, обычно повышающим эффективность кодирования. ^[14]

Обратные преобразования [ править ]

HEVC определяет четыре размера блоков преобразования (TU) 4 × 4, 8 × 8, 16 × 16 и 32 × 32 для кодирования остатка предсказания. ^[14] CTB может быть рекурсивно разделен на 4 или более блоков TU. ^[14] TU используют целочисленные базисные функции на основе дискретного косинусного преобразования (DCT). ^{[14] [1]} Кроме того, блоки преобразования яркости 4 × 4, которые принадлежат области с внутренним кодированием, преобразуются с использованием целочисленного преобразования, которое выводится из дискретного синусоидального преобразования (DST). ^[14] Это обеспечивает снижение скорости передачи данных на 1%, но было ограничено блоками преобразования яркости 4 × 4 из-за незначительных преимуществ для других случаев преобразования. ^[14]Цветность использует те же размеры TU, что и яркость, поэтому для цветности нет преобразования 2 × 2. ^[14]

Инструменты параллельной обработки [ править ]

• Плитки позволяют разделить изображение на сетку прямоугольных областей, которые можно независимо декодировать / кодировать. Основное назначение плитки - возможность параллельной обработки. ^[14] Плитки могут быть независимо декодированы и даже могут обеспечивать произвольный доступ к определенным областям изображения в видеопотоке. ^[14]
• Параллельная обработка волнового фронта (WPP) - это когда срез делится на ряды CTU, в которых первая строка декодируется нормально, но каждая дополнительная строка требует, чтобы решения принимались в предыдущей строке. ^[14] WPP содержит информацию об использовании энтропийного кодера из предыдущей строки CTU и позволяет использовать метод параллельной обработки, который может обеспечить лучшее сжатие, чем плитки. ^[14]
• Плитки и WPP разрешены, но не являются обязательными. ^{[14] [19]} Если плитки присутствуют, они должны быть не менее 64 пикселей в высоту и 256 пикселей в ширину с определенным для уровня ограничением количества разрешенных плиток. ^{[14] [19]}
• Срезы по большей части можно декодировать независимо друг от друга, при этом основная цель фрагментов - повторная синхронизация в случае потери данных в видеопотоке. ^[14] Срезы могут быть определены как самодостаточные, поскольку прогнозирование не производится через границы срезов. ^{[14] Однако,} когда для изображения выполняется внутриконтурная фильтрация, может потребоваться информация через границы срезов. ^[14] Срезы - это CTU, декодированные в порядке растрового сканирования, и для срезов могут использоваться различные типы кодирования, такие как I-типы, P-типы или B-типы. ^[14]
• Зависимые срезы могут позволить системе получить доступ к данным, относящимся к тайлам или WPP, быстрее, чем если бы нужно было декодировать весь срез. ^[14] Основная цель зависимых слайсов - обеспечить кодирование видео с малой задержкой из-за его более низкой задержки. ^[14]

Другие инструменты кодирования [ править ]

Энтропийное кодирование

HEVC использует алгоритм контекстно-адаптивного двоичного арифметического кодирования (CABAC), который принципиально похож на CABAC в H.264 / MPEG-4 AVC. ^[14] CABAC - единственный метод энтропийного кодирования, который разрешен в HEVC, в то время как существует два метода энтропийного кодирования, разрешенных H.264 / MPEG-4 AVC. ^[14] CABAC и энтропийное кодирование коэффициентов преобразования в HEVC были разработаны для более высокой пропускной способности, чем H.264 / MPEG-4 AVC, ^[127] при сохранении более высокой эффективности сжатия для блоков преобразования большего размера по сравнению с простыми расширениями. ^[128] Например, количество контекстно-кодированных бинов было уменьшено в 8 раз, а режим обхода CABAC был улучшен с точки зрения его конструкции для увеличения пропускной способности. ^{[14][127] [129]} Еще одно усовершенствование HEVC состоит в том, что зависимости между закодированными данными были изменены для дальнейшего увеличения пропускной способности. ^{[14] [127]} Моделирование контекста в HEVC также было улучшено, так что CABAC может лучше выбирать контекст, повышающий эффективность по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC. ^[14]

Внутреннее предсказание

HEVC определяет 33 направленных режима для внутреннего предсказания по сравнению с 8 направленными режимами для внутреннего предсказания, определенных H.264 / MPEG-4 AVC. ^[14] HEVC также определяет режимы внутреннего предсказания DC и планарного предсказания. ^[14] Режим внутреннего предсказания постоянного тока генерирует среднее значение путем усреднения эталонных образцов и может использоваться для плоских поверхностей. ^[14] Режим планарного предсказания в HEVC поддерживает все размеры блоков, определенных в HEVC, в то время как режим планарного предсказания в H.264 / MPEG-4 AVC ограничен размером блока 16 × 16 пикселей. ^[14] В режимах внутреннего предсказания используются данные из соседних блоков предсказания, которые были ранее декодированы из одного и того же изображения. ^[14]

Компенсация движения

Для интерполяции положений дробных отсчетов яркости HEVC использует раздельное применение одномерной интерполяции половинной выборки с 8-отводным фильтром или четверть-дискретной интерполяции с 7-отводным фильтром, в то время как, для сравнения, H.264 / MPEG-4 AVC использует двухэтапный процесс, который сначала выводит значения в положениях половинной выборки, используя разделяемую одномерную 6-ступенчатую интерполяцию, за которой следует целочисленное округление, а затем применяет линейную интерполяцию между значениями в соседних положениях половинной выборки для генерации значений в позициях четверти выборки. ^[14] HEVC имеет повышенную точность благодаря более длинному интерполяционному фильтру и устранению промежуточной ошибки округления. ^[14]Для видео 4: 2: 0 выборки цветности интерполируются с разделяемой одномерной 4-отводной фильтрацией для получения точности до восьмого отсчета, в то время как для сравнения H.264 / MPEG-4 AVC использует только 2-отводный билинейный фильтр (также с точностью до восьмой выборки). ^[14]

Как и в H.264 / MPEG-4 AVC, взвешенное предсказание в HEVC может использоваться либо с единым предсказанием (в котором используется одно значение предсказания), либо с двойным предсказанием (в котором значения предсказания из двух блоков предсказания объединяются) . ^[14]

Предсказание вектора движения

HEVC определяет подписанный 16-битный диапазон для горизонтальных и вертикальных векторов движения (МВС). ^{[19] [130] [131] [132]} Это было добавлено в HEVC на конференции HEVC в июле 2012 года с переменными mvLX. ^{[19] [130] [131] [132]} MV по горизонтали / вертикали HEVC имеют диапазон от -32768 до 32767, что с учетом четвертьпиксельной точности, используемой HEVC, позволяет использовать диапазон MV от -8192 до 8191,75 отсчетов яркости. ^{[19] [130] [131] [132]} Это сравнивается с H.264 / MPEG-4 AVC, который допускает горизонтальный диапазон MV от -2048 до 2047,75 отсчетов яркости и диапазон MV по вертикали от -512 до 511,75 отсчетов яркости. ^[131]

HEVC позволяет использовать два режима MV: Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) и режим слияния. ^[14] ÀmVP использует данные из опорного изображения , а также может использовать данные из соседних блоков прогнозирования. ^[14] Режим слияния позволяет наследовать MV от соседних блоков предсказания. ^[14] Режим слияния в HEVC аналогичен режимам «пропущенного» и «прямого» вывода движения в H.264 / MPEG-4 AVC, но с двумя улучшениями. ^[14] Первое улучшение заключается в том, что HEVC использует индексную информацию для выбора одного из нескольких доступных кандидатов. ^[14] Второе улучшение заключается в том, что HEVC использует информацию из списка опорных изображений и индекса опорных изображений. ^[14]

Петлевые фильтры [ править ]

HEVC определяет два контурных фильтра, которые применяются последовательно: сначала применяется фильтр устранения блочности (DBF), а затем применяется фильтр с адаптивным смещением выборки (SAO). ^[14] Оба контурных фильтра применяются в контуре межкадрового предсказания, т. Е. Отфильтрованное изображение сохраняется в буфере декодированных изображений (DPB) в качестве эталона для межкадрового предсказания. ^[14]

Фильтр снятия блокировки

DBF аналогичен тому, который используется в H.264 / MPEG-4 AVC, но имеет более простой дизайн и лучшую поддержку параллельной обработки. ^[14] В HEVC DBF применяется только к сетке отсчетов 8 × 8, в то время как в H.264 / MPEG-4 AVC DBF применяется к сетке отсчетов 4 × 4. ^[14] DBF использует выборочную сетку 8 × 8, поскольку она не вызывает заметного ухудшения качества и значительно улучшает параллельную обработку, поскольку DBF больше не вызывает каскадных взаимодействий с другими операциями. ^[14] Еще одно изменение заключается в том, что HEVC допускает только три силы DBF от 0 до 2. ^[14] HEVC также требует, чтобы DBF сначала применил горизонтальную фильтрацию для вертикальных краев изображения и только после этого применил вертикальную фильтрацию для горизонтальных краев. к картинке. ^[14]Это позволяет использовать несколько параллельных потоков для DBF. ^[14]

Пример адаптивного смещения

Фильтр SAO применяется после DBF и предназначен для обеспечения лучшего восстановления исходных амплитуд сигнала путем применения смещений, хранящихся в справочной таблице в потоке битов. ^{[14] [133]} Согласно CTB фильтр SAO может быть отключен или применен в одном из двух режимов: режиме смещения границы или режиме смещения полосы. ^{[14] [133]} Режим смещения края работает путем сравнения значения выборки с двумя из восьми соседних значений с использованием одного из четырех шаблонов направленного градиента. ^{[14] [133]} На основе сравнения с этими двумя соседями, выборка классифицируется по одной из пяти категорий: минимальная, максимальная, край с выборкой, имеющей более низкое значение, край с выборкой, имеющей более высокое значение, или монотонный.^{[14] [133]} Для каждой из первых четырех категорий применяется смещение. ^{[14] [133]} В режиме смещения полосы применяется смещение, основанное на амплитуде одиночной выборки. ^{[14] [133]} Образец классифицируется по амплитуде в одну из 32 полос ( интервалы гистограммы ). ^{[14] [133]} Смещения указаны для четырех последовательных из 32 полос, потому что в плоских областях, которые склонны к артефактам полосатости, амплитуды отсчетов имеют тенденцию группироваться в небольшом диапазоне. ^{[14] [133]} Фильтр SAO был разработан для повышения качества изображения, уменьшения артефактов полос и уменьшения артефактов звона . ^{[14] [133]}

Расширения диапазона [ править ]

Расширения диапазона в MPEG - это дополнительные профили, уровни и методы, которые поддерживают потребности, выходящие за рамки обычного воспроизведения видео: ^[19]

• Профили, поддерживающие битовую глубину более 10 и разную битовую глубину яркости / цветности .
• Внутренние профили для случаев, когда размер файла гораздо менее важен, чем скорость декодирования с произвольным доступом.
• Профили неподвижных изображений, составляющие основу высокоэффективного формата файлов изображений , без каких-либо ограничений по размеру или сложности изображения (уровень 8.5). В отличие от всех других уровней, минимальная мощность декодера не требуется, только наилучшее усилие с разумным откатом.

В этих новых профилях появились расширенные функции кодирования, многие из которых поддерживают эффективное кодирование экрана или высокоскоростную обработку:

• Адаптация Persistent Rice, общая оптимизация энтропийного кодирования.
• Более точное взвешенное предсказание на большой битовой глубине. ^[134]
• Межкомпонентное предсказание, позволяющее несовершенной цветовой декорреляции YCbCr, чтобы позволить яркости (или G) совпадать, устанавливать предсказанные совпадения цветности (или R / B), что приводит к увеличению до 7% для YCbCr 4: 4: 4 и до 26% для видео RGB. Особенно полезно для кодирования экрана. ^{[134] [135]}
• Управление внутренним сглаживанием, позволяющее кодировщику включать или выключать сглаживание для каждого блока, а не для каждого кадра.
• Модификации пропуска преобразования:
  • Остаточный ДИКМ (RDPCM), что позволяет более-оптимальное кодирование остаточных данных , если это возможно, против типичных зигзагообразного.
  • Гибкость размера блока, поддержка размеров блоков до 32 × 32 (по сравнению с поддержкой пропуска преобразования только 4 × 4 в версии 1).
  • Вращение 4 × 4 для потенциальной эффективности.
  • Преобразование контекста пропуска, позволяющее блокам DCT и RDPCM передавать отдельный контекст.
• Обработка с повышенной точностью, обеспечивающая более точное декодирование видео с низкой битовой глубиной.
• Выравнивание обхода CABAC, оптимизация декодирования, характерная для профиля High Throughput 4: 4: 4 16 Intra.

HEVC версии 2 добавляет несколько сообщений с дополнительной информацией о расширении (SEI):

• Переназначение цвета: отображение одного цветового пространства в другое. ^[136]
• Функция колена: подсказки для преобразования между динамическими диапазонами, особенно из HDR в SDR.
• Освоение цветового объема дисплея
• Временной код для архивных целей

Расширения кодирования содержимого экрана [ править ]

Дополнительные параметры инструмента кодирования были добавлены в черновик расширений кодирования содержимого экрана (SCC) от марта 2016 г .: ^[137]

• Адаптивное преобразование цвета. ^[137]
• Адаптивное разрешение вектора движения. ^[137]
• Внутриблочное копирование. ^[137]
• Режим палитры. ^[137]

Версия стандарта ITU-T, в которую были добавлены расширения SCC (утвержденные в декабре 2016 г. и опубликованные в марте 2017 г.), добавила поддержку функции передачи Hybrid Log-Gamma (HLG) и цветовой матрицы ICtCp . ^[67] Это позволяет четвертой версии HEVC поддерживать обе функции передачи HDR, определенные в Рек. 2100 . ^[67]

Четвертая версия HEVC добавляет несколько сообщений дополнительной информации о расширении (SEI), которые включают:

• Сообщение SEI с информацией об альтернативных характеристиках передачи предоставляет информацию о предпочтительной функции передачи для использования. ^[137] Основным вариантом использования этого может быть доставка видео HLG способом, который был бы обратно совместим с устаревшими устройствами. ^[138]
• Окружающая среда просмотра Сообщение SEI предоставляет информацию об окружающем освещении в среде просмотра, которая использовалась для создания видео. ^{[137] [139]}

Профили [ править ]

Версия 1 стандарта HEVC определяет три профиля: Main , Main 10 и Main Still Picture . ^[19] Версия 2 HEVC добавляет 21 профиль расширения диапазона, два профиля масштабируемых расширений и один профиль с несколькими представлениями. ^[19] HEVC также содержит положения для дополнительных профилей. ^[19] Расширения, которые были добавлены в HEVC, включают увеличенную битовую глубину , выборку цветности 4: 2: 2/4: 4: 4 , многовидовое кодирование видео (MVC) и масштабируемое кодирование видео (SVC). ^{[14] [140]}Расширения диапазона HEVC, масштабируемые расширения HEVC и многовидовые расширения HEVC были завершены в июле 2014 года. ^{[141] [142] [143]} В июле 2014 года был выпущен черновик второй версии HEVC. ^[141] Расширения кодирования содержимого экрана (SCC) находятся в стадии разработки для видео содержимого экрана, которое содержит текст и графику, с ожидаемой датой выпуска окончательного проекта в 2015 году. ^{[144] [145]}

Профиль - это определенный набор инструментов кодирования, которые можно использовать для создания потока битов, соответствующего этому профилю. ^[14] Кодер для профиля может выбирать, какие инструменты кодирования использовать, если он генерирует соответствующий битовый поток, в то время как декодер для профиля должен поддерживать все инструменты кодирования, которые могут использоваться в этом профиле. ^[14]

Профили версии 1 [ править ]

Главная [ править ]

Основной профиль допускает битовую глубину 8 бит на выборку с выборкой цветности 4: 2: 0, что является наиболее распространенным типом видео, используемым на потребительских устройствах. ^{[14] [19] [142]}

Main 10 [ править ]

Профиль Main 10 был добавлен на собрании HEVC в октябре 2012 года на основе предложения JCTVC-K0109, в котором предлагалось добавить 10-битный профиль в HEVC для потребительских приложений. В предложении говорилось, что это должно позволить улучшить качество видео и поддержать Rec. 2020 , которое стало широко использоваться в системах UHDTV, чтобы обеспечить более высокий динамический диапазон и точность цветопередачи, избегая артефактов полос. Ряд компаний поддержали предложение, которое включало Ateme , BBC , BSkyB , Cisco , DirecTV , Ericsson , Motorola Mobility , NGCodec, NHK , RAI , ST, SVT., Thomson Video Networks , Technicolor и ViXS Systems . ^[146] Профиль Main 10 допускает битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с выборкой цветности 4: 2: 0. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Main и Main 10. ^[19] Более высокая битовая глубина позволяет использовать большее количество цветов. 8 бит на образец позволяют получить 256 оттенков на основной цвет (всего 16,78 миллиона цветов), а 10 бит на образец позволяют получить 1024 оттенка на основной цвет (всего 1,07 миллиарда цветов). Более высокая битовая глубина обеспечивает более плавный переход цвета, что решает проблему, известную какцветная полоса . ^{[147] [148]}

Профиль Main 10 позволяет улучшить качество видео, поскольку он может поддерживать видео с более высокой битовой глубиной, чем то, что поддерживается основным профилем. ^[146] Кроме того, в профиле Main 10 8-битное видео может быть закодировано с более высокой битовой глубиной 10 бит, что позволяет повысить эффективность кодирования по сравнению с профилем Main. ^{[149] [150] [151]}

Эрикссон заявил, что профиль Main 10 принесет на потребительское телевидение преимущества 10 бит на образец видео. Они также сказали, что для более высоких разрешений нет штрафа к скорости передачи данных для кодирования видео с 10 битами на выборку. ^[147] Imagination Technologies заявила, что 10-битное изображение на образец видео позволит использовать большее цветовое пространство и требуется для Rec. Цветовое пространство 2020, которое будет использовать UHDTV. Они также сказали, что Рек. Цветовое пространство 2020 года будет стимулировать широкое распространение видео с 10-битной дискретизацией. ^{[148] [152]}

В сравнении производительности на основе PSNR, выпущенном в апреле 2013 года, профиль Main 10 сравнивался с профилем Main с использованием набора 10-битных видеопоследовательностей 3840 × 2160. 10-битные видеопоследовательности были преобразованы в 8-битные для основного профиля и остались 10-битными для профиля Main 10. Эталонный PSNR был основан на исходных 10-битных видеопоследовательностях. При сравнении производительности профиль Main 10 обеспечил снижение скорости передачи данных для межкадрового видеокодирования на 5% по сравнению с профилем Main. Сравнение производительности показывает, что для протестированных видеопоследовательностей профиль Main 10 превзошел профиль Main. ^[153]

Основное неподвижное изображение [ править ]

Профиль основного неподвижного изображения позволяет кодировать одиночное неподвижное изображение с теми же ограничениями, что и основной профиль. В качестве подмножества основного профиля профиль основного неподвижного изображения позволяет использовать битовую глубину 8 бит на выборку с выборкой цветности 4: 2: 0. ^{[14] [19] [142]} В апреле 2012 года было проведено объективное сравнение производительности, в ходе которого HEVC снизил среднюю скорость передачи данных для изображений на 56% по сравнению с JPEG . ^[155] PSNR сравнение производительности на основе для сжатия неподвижного изображения было сделано в мае 2012 года, используя 6,0 кодер HEVC HM и кодеры ссылки программного обеспечения для других стандартов. Для неподвижных изображений HEVC снизил среднюю скорость передачи данных на 15,8% по сравнению с H.264 / MPEG-4 AVC, на 22,6% по сравнению сJPEG 2000 : 30,0% по сравнению с JPEG XR , 31,0% по сравнению с WebP и 43,0% по сравнению с JPEG. ^[156]

Сравнение производительности сжатия неподвижных изображений было выполнено в январе 2013 года с использованием кодировщика HEVC HM 8.0rc2, версии Kakadu 6.0 для JPEG 2000 и IJG версии 6b для JPEG. При сравнении производительности использовался PSNR для объективной оценки и значения средней оценки (MOS) для субъективной оценки. Субъективная оценка использовала ту же методологию тестирования и изображения, что и те, которые использовались комитетом JPEG при оценке JPEG XR. Для изображений с выборкой цветности 4: 2: 0 среднее снижение скорости передачи данных для HEVC по сравнению с JPEG 2000 составило 20,26% для PSNR и 30,96% для MOS, тогда как по сравнению с JPEG оно составило 61,63% для PSNR и 43,10% для MOS. ^[154]

Сравнение производительности HEVC на основе PSNR для сжатия неподвижных изображений было проведено Nokia в апреле 2013 года . HEVC имеет большее улучшение производительности для изображений с более высоким разрешением, чем для изображений с более низким разрешением, и большее улучшение производительности для более низких скоростей передачи данных, чем для более высоких скоростей передачи. Для сжатия с потерями для получения того же PSNR, что и HEVC, требуется в среднем в 1,4 раза больше битов с JPEG 2000, в 1,6 раза больше битов с JPEG-XR и в 2,3 раза больше битов с JPEG. ^[157]

В октябре 2013 года Mozilla провела исследование эффективности сжатия HEVC, JPEG, JPEG XR и WebP . Исследование показало, что HEVC был значительно лучше при сжатии, чем другие протестированные форматы изображений. В исследовании использовались четыре различных метода сравнения качества изображения: Y-SSIM, RGB-SSIM, IW-SSIM и PSNR-HVS-M. ^{[158] [159]}

Профили версии 2 [ править ]

Версия 2 HEVC добавляет 21 профиль расширения диапазона, два профиля масштабируемых расширений и один многовидовой профиль: Монохромный , Монохромный 12 , Монохромный 16 , Основной 12 , Основной 4: 2: 2 10 , Основной 4: 2: 2 12 , Основной 4: 4: 4 , основной 4: 4: 4 10 , основной 4: 4: 4 12 , монохромный 12 внутренний , монохромный 16 внутренний , основной 12 внутренний , основной 4: 2: 2 10 внутренний , основной 4: 2: 2 12 Intra , Main 4: 4: 4 Intra , Main 4: 4: 4 10 Intra , Main 4: 4: 4 12 Intra ,Main 4: 4: 4 16 Intra , Main 4: 4: 4 Still Picture , Main 4: 4: 4 16 Still Picture , High Throughput 4: 4: 4 16 Intra , Scalable Main , Scalable Main 10 и Multiview Main . ^{[19] [160]} Все профили расширения диапазона между кадрами имеют профиль Intra. ^[19]

Монохромный

Профиль «Монохромный» обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0. ^[19]

Монохромный 12

Профиль «Монохромный 12» позволяет использовать битовую глубину от 8 до 12 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0. ^[19]

Монохромный 16

Профиль «Монохромный 16» позволяет использовать битовую глубину от 8 до 16 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0. Декодеры HEVC, соответствующие профилю «Монохромный 16», должны быть способны декодировать потоки битов со следующими профилями: «Монохромный», «Монохромный 12» и «Монохромный 16» ^[19].

Главная 12

Профиль Main 12 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 12 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0 и 4: 2: 0. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 12, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Monochrome 12, Main, Main 10 и Main 12. ^[19]

Основной 4: 2: 2 10

Профиль Main 4: 2: 2 10 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0 и 4: 2: 2. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 2: 2 10, должны быть способны декодировать потоки битов со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10 и Main 4: 2: 2 10. ^[19]

Основной 4: 2: 2 12

Профиль Main 4: 2: 2 12 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 12 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0 и 4: 2: 2. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 2: 2 12, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Monochrome 12, Main, Main 10, Main 12, Main 4: 2: 2 10 и Main 4. : 2: 2 12. ^[19]

Основной 4: 4: 4

Профиль Main 4: 4: 4 обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 4: 4, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main и Main 4: 4: 4. ^[19]

Основной 4: 4: 4 10

Профиль Main 4: 4: 4 10 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. отбор проб. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 4: 4 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Main 4: 2: 2 10, Main 4: 4: 4 и Main. 4: 4: 4 10. ^[19]

Основной 4: 4: 4 12

Профиль Main 4: 4: 4 12 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 12 бит на выборку с поддержкой цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. отбор проб. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 4: 4 12, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Main 12, Main 4: 2: 2 10, Main 4: 2: 2. 12, основной 4: 4: 4, основной 4: 4: 4 10, основной 4: 4: 4 12 и монохромный 12. ^[19]

Основной 4: 4: 4 16 Интра

Профиль Main 4: 4: 4 16 Intra позволяет использовать битовую глубину от 8 до 16 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. выборка цветности. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Main 4: 4: 4 16 Intra, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome Intra, Monochrome 12 Intra, Monochrome 16 Intra, Main Intra, Main 10 Intra, Main 12 Intra, Main 4: 2: 2 10 Intra, Main 4: 2: 2 12 Intra, Main 4: 4: 4 Intra, Main 4: 4: 4 10 Intra и Main 4: 4: 4 12 Intra. ^[19]

Высокая пропускная способность 4: 4: 4 16 Intra

Профиль High Throughput 4: 4: 4 16 Intra позволяет использовать битовую глубину от 8 до 16 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4-х цветная выборка. Профиль High Throughput 4: 4: 4 16 Intra имеет HbrFactor в 12 раз выше, чем другие профили HEVC, что позволяет ему иметь максимальную скорость передачи данных в 12 раз выше, чем профиль Main 4: 4: 4 16 Intra. ^{[19] [161]} Профиль High Throughput 4: 4: 4 16 Intra разработан для создания профессионального контента высокого уровня, и декодеры для этого профиля не обязаны поддерживать другие профили. ^[161]

Основное 4: 4: 4 Неподвижное изображение

Основной профиль неподвижного изображения 4: 4: 4 позволяет кодировать одиночное неподвижное изображение с теми же ограничениями, что и профиль основного изображения 4: 4: 4. Как подмножество профиля Main 4: 4: 4, профиль Main 4: 4: 4 Still Picture позволяет использовать битовую глубину 8 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2. : 2 и 4: 4: 4 выборка цветности. ^[19]

Основной 4: 4: 4 16 Неподвижное изображение

Профиль Main 4: 4: 4 16 Still Picture позволяет кодировать одиночное неподвижное изображение с теми же ограничениями, что и профиль Main 4: 4: 4 16 Intra. Как подмножество профиля Main 4: 4: 4 16 Intra, профиль Main 4: 4: 4 16 Still Picture позволяет использовать глубину цвета от 8 до 16 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2 : 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4 выборка цветности. ^[19]

Масштабируемая основная

Масштабируемый основной профиль позволяет использовать базовый уровень, соответствующий основному профилю HEVC. ^[19]

Масштабируемая основная 10

Профиль Scalable Main 10 позволяет использовать базовый уровень, соответствующий профилю Main 10 HEVC. ^[19]

Multiview Main

Основной профиль Multiview позволяет использовать базовый уровень, соответствующий основному профилю HEVC. ^[19]

Профили версии 3 и выше [ править ]

Версия 3 HEVC добавила один 3D-профиль: 3D Main . В проект расширений кодирования содержимого экрана за февраль 2016 г. добавлены семь профилей расширений кодирования содержимого экрана, три профиля расширений с высокой пропускной способностью и четыре профиля масштабируемых расширений: Screen-Extended Main , Screen-Extended Main 10 , Screen-Extended Main 4: 4: 4 , Расширенный экран, основной 4: 4: 4 10 , Расширенный экран, высокая пропускная способность 4: 4: 4 , Расширенный экран, высокая пропускная способность 4: 4: 4 10 , Расширенный экран, высокая пропускная способность 4: 4: 4 14 , Высокая пропускная способность 4 : 4: 4 , высокая пропускная способность 4: 4: 4 10 , высокая пропускная способность 4: 4: 4 14 ,Масштабируемый монохромный , масштабируемый монохромный 12 , масштабируемый монохромный 16 и масштабируемый основной 4: 4: 4 . ^{[19] [137]}

3D Main

Основной профиль 3D позволяет использовать базовый слой, соответствующий основному профилю HEVC. ^[19]

Экран-расширенный основной

Профиль Screen-Extended Main обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0 и 4: 2: 0. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended Main, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main и Screen-Extended Main. ^[137]

Главный экран с расширенным экраном 10

Профиль Main 10 с расширенным экраном позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0 и 4: 2: 0. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended Main 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Screen-Extended Main и Screen-Extended Main 10. ^[137]

Экран расширенный, основной 4: 4: 4

Профиль Screen-Extended Main 4: 4: 4 обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. . Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended Main 4: 4: 4, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 4: 4: 4, Screen-Extended Main и Screen-Extended Main 4. : 4: 4. ^[137]

Экран расширенный, основной 4: 4: 4 10

Профиль Screen-Extended Main 4: 4: 4 10 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4. : 4 сэмплирования цветности. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended Main 4: 4: 4 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Main 4: 2: 2 10, Main 4: 4: 4 , Main 4: 4: 4 10, Screen-Extended Main, Screen-Extended Main 10, Screen-Extended Main 4: 4: 4 и Screen-Extended Main 4: 4: 4 10. ^[137]

Расширенный экран с высокой пропускной способностью 4: 4: 4

Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. отбор проб. Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем большинство межкадровых профилей HEVC, что позволяет ему иметь максимальную скорость передачи данных в 6 раз выше, чем профиль Main 4: 4: 4. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 4: 4: 4, Screen-Extended Main, Screen-Extended Main 4 : 4: 4, высокая пропускная способность расширенного экрана 4: 4: 4 и высокая пропускная способность 4: 4: 4. ^[137]

Высокая пропускная способность с расширенным экраном 4: 4: 4 10

Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 10 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: Выборка цветности 4: 4. Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 10 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем большинство межкадровых профилей HEVC, что позволяет ему иметь максимальную скорость передачи данных в 6 раз выше, чем профиль Main 4: 4: 4 10. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Main 4: 2: 2 10, Main 4: 4: 4, Main 4: 4: 4 10, Screen-Extended Main, Screen-Extended Main 10, Screen-Extended Main 4: 4: 4, Screen-Extended Main 4: 4: 4 10, Расширенный экран: высокая пропускная способность 4: 4 : 4, увеличенная пропускная способность экрана 4: 4: 4 10, высокая пропускная способность 4: 4: 4 и высокая пропускная способность 4: 4: 4.^[137]

Высокая пропускная способность с расширенным экраном 4: 4: 4 14

Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 14 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 14 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: Выборка цветности 4: 4. Профиль Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 14 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем большинство межкадровых профилей HEVC. Декодеры HEVC, соответствующие профилю Screen-Extended High Throughput 4: 4: 4 14, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Monochrome, Main, Main 10, Main 4: 2: 2 10, Main 4: 4: 4, Main 4: 4: 4 10, Screen-Extended Main, Screen-Extended Main 10, Screen-Extended Main 4: 4: 4, Screen-Extended Main 4: 4: 4 10, Расширенный экран: высокая пропускная способность 4: 4 : 4, высокая пропускная способность расширенного экрана 4: 4: 4 10, высокая пропускная способность расширенного экрана 4: 4: 4 14, высокая пропускная способность 4: 4: 4, высокая пропускная способность 4: 4: 4 10 и высокая пропускная способность 4: 4 : 4 14. ^[137]

Высокая пропускная способность 4: 4: 4

Профиль высокой пропускной способности 4: 4: 4 обеспечивает глубину цвета 8 бит на выборку с поддержкой выборки цветности 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. Профиль High Throughput 4: 4: 4 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем большинство межкадровых профилей HEVC, что позволяет ему иметь максимальную скорость передачи в 6 раз выше, чем профиль Main 4: 4: 4. Декодеры HEVC, соответствующие профилю высокой пропускной способности 4: 4: 4, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: Высокая пропускная способность 4: 4: 4. ^[137]

Высокая пропускная способность 4: 4: 4 10

Профиль высокой пропускной способности 4: 4: 4 10 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 10 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. выборка цветности. Профиль High Throughput 4: 4: 4 10 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем большинство межкадровых профилей HEVC, что позволяет ему иметь максимальную скорость передачи данных в 6 раз выше, чем профиль Main 4: 4: 4 10. Декодеры HEVC, соответствующие профилю высокой пропускной способности 4: 4: 4 10, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: высокая пропускная способность 4: 4: 4 и высокая пропускная способность 4: 4: 4 10. ^[137]

Высокая пропускная способность 4: 4: 4 14

Профиль высокой пропускной способности 4: 4: 4 14 позволяет использовать битовую глубину от 8 до 14 бит на выборку с поддержкой 4: 0: 0, 4: 2: 0, 4: 2: 2 и 4: 4: 4. выборка цветности. Профиль высокой пропускной способности 4: 4: 4 14 имеет HbrFactor в 6 раз выше, чем у большинства межкадровых профилей HEVC. Декодеры HEVC, соответствующие профилю высокой пропускной способности 4: 4: 4 14, должны быть способны декодировать потоки битов, созданные со следующими профилями: высокая пропускная способность 4: 4: 4, высокая пропускная способность 4: 4: 4 10 и высокая пропускная способность 4: 4. : 4 14. ^[137]

Масштабируемый монохромный

Профиль «Масштабируемый монохромный» позволяет использовать базовый слой, соответствующий профилю «Монохромный» HEVC. ^[137]

Масштабируемый монохромный 12

Профиль Scalable Monochrome 12 позволяет использовать базовый слой, соответствующий профилю Monochrome 12 HEVC. ^[137]

Масштабируемый монохромный 16

Профиль Scalable Monochrome 16 позволяет использовать базовый слой, соответствующий профилю Monochrome 16 HEVC. ^[137]

Масштабируемый основной 4: 4: 4

Профиль Scalable Main 4: 4: 4 позволяет создать базовый уровень, соответствующий профилю Main 4: 4: 4 HEVC. ^[137]

Уровни и уровни [ править ]

Стандарт HEVC определяет два уровня: основной и высокий, а также тринадцать уровней. Уровень - это набор ограничений для битового потока. Для уровней ниже 4 разрешен только основной уровень. Основной уровень - это более низкий уровень, чем высокий уровень. Уровни были созданы для работы с приложениями, которые различаются максимальной скоростью передачи данных. Уровень Main был разработан для большинства приложений, а уровень High был разработан для очень требовательных приложений. Декодер, который соответствует данному уровню / уровню, должен быть способен декодировать все потоки битов, которые закодированы для этого уровня / уровня и для всех нижних ярусов / уровней. ^{[14] [19]}

A Максимальная скорость передачи данных профиля зависит от комбинации глубины цвета, выборки цветности и типа профиля. Для битовой глубины максимальная скорость увеличивается в 1,5 раза для 12-битных профилей и в 2 раза для 16-битных профилей. Для выборки цветности максимальная скорость передачи данных увеличивается в 1,5 раза для профилей 4: 2: 2 и в 2 раза для профилей 4: 4: 4. Для профилей Intra максимальная скорость передачи данных увеличивается в 2 раза. ^[19]

B Максимальная частота кадров, поддерживаемая HEVC, составляет 300 кадров в секунду. ^[19]

C MaxDpbSize - это максимальное количество изображений в буфере декодированных изображений. ^[19]

Буфер декодированных изображений [ править ]

Ранее декодированные изображения сохраняются в буфере декодированных изображений (DPB) и используются кодерами HEVC для формирования прогнозов для последующих изображений. Максимальное количество изображений, которое может быть сохранено в DPB, называемое емкостью DPB, составляет 6 (включая текущее изображение) для всех уровней HEVC при работе с максимальным размером изображения, поддерживаемым уровнем. Емкость DPB (в единицах изображений) увеличивается с 6 до 8, 12 или 16 по мере уменьшения размера изображения по сравнению с максимальным размером изображения, поддерживаемым уровнем. Кодер выбирает, какие конкретные изображения сохраняются в DPB, на основе изображения за изображением, поэтому кодер имеет гибкость, чтобы определить для себя наилучший способ использования емкости DPB при кодировании видеоконтента. ^[19]

Контейнеры [ править ]

MPEG опубликовал поправку, которая добавила поддержку HEVC к транспортному потоку MPEG, используемому ATSC , DVB и Blu-ray Disc ; MPEG решил не обновлять программный поток MPEG, используемый DVD-Video . ^{[162] [163]} MPEG также добавил поддержку HEVC к базовому формату медиафайлов ISO . ^{[164] [165]} HEVC также поддерживается стандартом транспорта мультимедиа MPEG . ^{[162] [166]} Поддержка HEVC была добавлена ​​в Matroska, начиная с выпуска MKVToolNix.v6.8.0 после слияния патча от DivX. ^{[167] [168]} В Инженерную рабочую группу Интернета был представлен проект документа, в котором описывается метод добавления поддержки HEVC к транспортному протоколу в реальном времени . ^[169]

Используя внутрикадровое кодирование HEVC, программист Фабрис Беллард предложил формат кодирования неподвижных изображений, называемый Better Portable Graphics (BPG) . ^[170] По сути, это оболочка для изображений, закодированных с использованием профиля HEVC Main 4: 4: 4 16 Still Picture с разрешением до 14 бит на выборку, хотя он использует сокращенный синтаксис заголовка и добавляет явную поддержку для Exif , профилей ICC и Метаданные XMP . ^{[170] [171]}

Условия патентной лицензии [ править ]

Условия лицензии и сборы за патенты HEVC по сравнению с основными конкурентами:

Резерв на бесплатное программное обеспечение [ править ]

Как и в случае с его предшественником AVC, дистрибьюторы программного обеспечения, внедряющие HEVC в свои продукты, должны платить за каждую распределенную копию. ^[i] Хотя эта модель лицензирования не вызывает проблем для платного программного обеспечения, она является препятствием для большинства бесплатного программного обеспечения с открытым исходным кодом , которое предназначено для свободного распространения. По мнению MulticoreWare , разработчика x265 , включение бесплатных программных кодеров и декодеров в интересах ускорения внедрения HEVC. ^{[178] [182] [183]} HEVC Advance сделал исключение, которое конкретно отменяет лицензионные платежи за программные реализации (как декодеры, так и кодеры), если они не связаны с оборудованием. ^[184] Однако освобожденное программное обеспечение не освобождает от лицензионных обязательств других держателей патентов (например, членов пула MPEG LA).

Хотя препятствие для свободного программного обеспечения не вызывает беспокойства, например, в сетях телевещания, эта проблема в сочетании с перспективой коллективной привязки к формату в будущем заставляет несколько организаций, таких как Mozilla (см. OpenH264 ) и Европейский фонд свободного программного обеспечения ^{[185 ] с} осторожностью относятся к форматам, приносящим роялти, для использования в Интернете. Конкурирующие форматы, предназначенные для использования в Интернете (VP9 и предстоящий AV1), предназначены для того, чтобы избежать этих проблем, поскольку они не требуют лицензионных отчислений (при условии отсутствия претензий третьих сторон на патентные права).

^ i : Независимо от того, как программное обеспечение лицензируется авторами программного обеспечения (см.лицензирование программного обеспечения), если то, что оно делает, запатентовано, его использование остается ограниченным правами патентообладателей, если использование патентов не было разрешено лицензией.

Универсальное кодирование видео [ править ]

В октябре 2015 года MPEG и VCEG сформировали Joint Video Exploration Team (JVET) ^[186]для оценки доступных технологий сжатия и изучения требований к стандарту сжатия видео следующего поколения. Новый алгоритм должен иметь на 30-50% лучшую степень сжатия для того же качества восприятия, с поддержкой сжатия без потерь и субъективно без потерь. Он также должен поддерживать YCbCr 4: 4: 4, 4: 2: 2 и 4: 2: 0 с 10 до 16 бит на компонент, широкую цветовую гамму BT.2100 и высокий динамический диапазон (HDR) более 16 ступеней (с пиковая яркость 1000, 4000 и 10000 нит), вспомогательные каналы (для глубины, прозрачности и т. д.), переменная и дробная частота кадров от 0 до 120 Гц, масштабируемое кодирование видео для временного (частота кадров), пространственного (разрешение), SNR , цветовая гамма и различия динамического диапазона, кодирование стерео / мультиракурса, панорамные форматы и кодирование неподвижных изображений. Ожидается, что сложность кодирования в 10 раз больше, чем у HEVC.JVET опубликовал окончательный «Конкурс предложений» в октябре 2017 года, при этом первый рабочий проект стандарта универсального видеокодирования был выпущен в апреле 2018 года; окончательный стандарт должен быть утвержден до конца 2020 года.^{[187] [188]}

См. Также [ править ]

• UHDTV - форматы цифрового телевидения с разрешениями 4K / 2160p (3840 × 2160) и 8K / 4320p (7680 × 4320)
  • Рек. 2020 - Рекомендация ITU-R для UHDTV со стандартным динамическим диапазоном
  • Рек. 2100 - Рекомендация ITU-R для HDTV и UHDTV с высоким динамическим диапазоном
• Форматы файлов изображений на основе HEVC
  • Better Portable Graphics - формат файлов изображений на основе HEVC
  • High Efficiency Image File Format - формат файлов изображений и последовательностей изображений на основе HEVC.
• Сравнение видеокодеков
• Список кодеков с открытым исходным кодом
  • x265 - программная реализация HEVC с открытым исходным кодом
• Список мультимедийных (аудио / видео) кодеков
  • H.264 / MPEG-4 AVC - предшественник видеостандарта HEVC
  • AV1 - открытый формат, разработанный Alliance for Open Media в качестве преемника VP9 и конкурента HEVC
  • VP9 - открытый формат, разработанный Google как конкурент HEVC
  • Daala - открытый формат, который разрабатывается Mozilla Foundation и Xiph.Org Foundation в качестве конкурента HEVC.
  • Дирак (формат сжатия видео) - открытый формат, который разрабатывается BBC Research & Development в качестве конкурента HEVC.
  • Thor (видеокодек) - открытый формат, который разрабатывается Cisco как конкурент HEVC.

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

• Дж. Дж. Салливан ; Ж.-Р. Ом; W.-J. Хан; Т. Виганд (декабрь 2012 г.). «Обзор стандарта высокоэффективного кодирования видео (HEVC)» . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . IEEE . 22 (12): 1649–1668. DOI : 10.1109 / TCSVT.2012.2221191 .
• «H.265: высокоэффективное кодирование видео» . ITU. 2015-07-09 . Проверено 2 августа 2015 .
• Ж.-Р. Ом; Дж. Дж. Салливан; Х. Шварц; ТК Тан; Т. Виганд (декабрь 2012 г.). «Сравнение эффективности кодирования стандартов видеокодирования - включая высокоэффективное кодирование видео (HEVC)» (PDF) . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . IEEE . 22 (12) . Проверено 22 сентября 2012 .
• Филипп Ханхарт; Мартин Рерабек; Франческа Де Симоне; Турадж Эбрахими (13.08.2012). «Субъективная оценка качества будущего стандарта сжатия видео HEVC» (PDF) . Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL) . Проверено 8 ноября 2012 .

Слайды по теме: Филипп Ханхарт; Мартин Рерабек; Франческа Де Симоне; Турадж Эбрахими (15.08.2012). «Субъективная оценка качества будущего стандарта сжатия видео HEVC» . slideshare.com . Проверено 8 ноября 2012 .

• Вивьен Сзе; Мадукар Будагави; GJ Салливан (2014). «Высокоэффективное кодирование видео (HEVC): алгоритмы и архитектуры» . Интегральные схемы и системы . Springer .

Слайды по теме: Вивьен Сзе; Мадукар Будагави (01.06.2014). «Разработка и внедрение систем кодирования видео нового поколения (Учебное пособие по H.265 / HEVC)» (PDF) . Международный симпозиум IEEE по схемам и системам (ISCAS).

• Gerhard Tech; Ин Чен; Карстен Мюллер; Йенс-Райнер Ом; Энтони Ветро; Е-Куй Ван (январь 2016 г.). «Обзор расширений Multiview и 3D для высокоэффективного кодирования видео» (PDF) . IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology . IEEE . 26 (1): 35–49. DOI : 10.1109 / TCSVT.2015.2477935 . S2CID  750942 .

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме H.265 / HEVC .

• Веб-сайт HEVC Института Фраунгофера Генриха Герца
• Веб-страница МСЭ для Совместной совместной группы по кодированию видео (JCT-VC)
• Публикации Moving Picture Experts Group (MPEG) по HEVC
• Рекомендация ITU-T H.265: высокоэффективное кодирование видео