Vergleich der Videokodierung mit dem H.264- und H.265-Codec


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Vergleich der Videokodierung mit dem H.264- und H.265-Codec

H.265 VS H.264

Ich möchte die Leser darauf aufmerksam machen, dass ich meine Geschichte über den H.265-Codec nur unter dem Gesichtspunkt ausführen werde, wie er zum Erstellen von Videofilmen verwendet werden kann, unabhängig von der Verwendung in anderen Bereichen. Zum Beispiel bei der Videoüberwachung – dort ist alles ganz anders. Ich werde mit der technischen Definition der Codecs H.264 und H.265 beginnen.

H.264 vs H.265

H.264-Codec: Wissenschaftlich heißt er MPEG-4 Teil 10 oder AVC (Advanced Video Coding). Es erschien im Jahr 2003, aber im Alltag wurde es nicht mehr sofort verwendet, ungefähr seit die Leute anfingen, hochauflösende Videokameras zu kaufen. Meiner Meinung nach ist es heute der einzige Codec, den Sie für das Komprimieren von Videos verwenden möchten. Es hat einfach keine Konkurrenten. Außer natürlich 265.

H.265- oder HEVC-Codec (High Efficiency Video Coding – High Efficiency Video Coding). Es werden Bildformate bis zu 8K (UHDTV) mit einer Auflösung von 8192 × 4320 Pixel unterstützt. Die Hersteller haben diesen Codec 2012 offiziell angekündigt. Er wurde erstmals in IP-Broadcast-Systemen verwendet. Als dann 4K- und 8K-Formate auftauchten und weit verbreitet wurden, für die H.264 nicht mehr ideal war, war das fünfte auch dort nützlich.

Aber 5.265 ist kein neues Produkt, es ist in der Tat ein verbessertes 264. Zunächst hatten die Entwickler die Aufgabe, die Bitrate mit der gleichen Qualität zu halbieren. Wenn diese Aufgabe abgeschlossen wäre, wäre es mit H.265 möglich, einen Computer mit der halben Leistung zu haben oder die endgültige Datei doppelt so einfach mit derselben Qualität zu empfangen. Das ist aber nur theoretisch.

Sie wissen wahrscheinlich, dass nicht alle Pixel im Bild während der Codierung betroffen sind. Das Bild ist je nach Inhalt in Blöcke unterteilt. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Codecs besteht darin, dass sie diese Blöcke unterschiedlich bilden. Mit anderen Worten, sie teilen das Bild in eine andere Anzahl von Fragmenten. H.265 enthält mehr Pixel in jedem Block, dh das Bild ist in weniger Teile unterteilt.

Der erste Gedanke, der einem normalen Menschen einfällt, ist, wie er ist, denn dies wird die Qualität nur verschlechtern! Wenn in jedem Block nur ein Pixel vorhanden wäre, das mit einzelnen Parametern komprimiert wurde, wäre das Bild viel besser. Dies ist natürlich wahr, aber die Realität ist, dass in unserer Zeit leider das Konzept der Qualität für Hersteller von etwas in den Hintergrund tritt.

Basierend auf Informationen, die von anderen Betreibern empfangen wurden, kann davon ausgegangen werden, dass bei der Codierung des 4K-Formats mit einer niedrigen Bitrate der Vorteil von H.265 deutlicher ist als bei Verwendung des Full HD-Formats. Aber ich arbeite nicht mit einer niedrigen Bitrate, hohe Qualität ist mir wichtig.

H.264 oder H.265. Was ist besser?

Jeder weiß, dass je höher die Qualität, die Sie erreichen möchten, desto mehr Zeit und Mühe erforderlich ist. Gleiches gilt für die Codierung. Wenn wir davon ausgehen, dass H.265 besser codiert, bedeutet dies, dass im Vergleich zu H.264 mehr Zeit für die Codierung aufgewendet wird. Aber 30 mal ist übertrieben! Ich bin mir sicher, dass es bei 100-prozentigen Filmen fast unmöglich ist, den Unterschied zu erkennen, der im Standbild zu sehen ist, aber warum dann mit dem 265 die Dinge komplizieren? Obwohl hier jeder für sich selbst entscheidet, was für ihn wichtiger ist: so schnell wie möglich codieren und ein fertiges Produkt erhalten oder länger warten, aber ein höheres Ergebnis bewerten.

Die genaue Codierungszeit hängt davon ab, wie Sie das Video aufnehmen, wie viele kleine Details vorhanden sind, wie sich das Bild bewegt, welche Bildgröße und welche Leistung Ihr Computer hat. Basierend auf meinen Beobachtungen verbraucht der Computer beim Codieren von H.265 viel mehr Ressourcen, aber der Prozess selbst ist besser für Mehrkernprozessoren geeignet, dh der Computer arbeitet reibungsloser.

Ich habe auch versucht, H.265 in Full-HD-Video mit maximaler Qualität und 50 Bildern pro Sekunde für etwa 10 Minuten zu codieren. Und als Media Encoder, der im Prinzip schneller als Premier codiert, berichtete, dass die Codierung mehr als 300 Stunden dauern würde, wurde mir klar, dass es fast zwei Wochen dauern würde, den Computer nicht auszuschalten, und das für 10 Minuten. Und mein Computer ist ziemlich leistungsfähig. Bei der Codierung von 265 mit einem Qualitätsprofil von “gut” entspricht die verstrichene Zeit der Einstellung 264 im Bild, der Unterschied ist jedoch so gering, dass das Hochladen dieser Screenshots keinen Sinn macht.

Der H.265-Codec wurde vor langer Zeit erstellt und es stellt sich die Frage, warum er nicht so beliebt ist wie von den Entwicklern geplant. Nach meinem besten Wissen kann ich davon ausgehen, dass es erstens keinen so deutlich sichtbaren Vorteil bei der Videobearbeitung gibt, und zweitens wird die Entwicklung der Verwendung von H.265 durch die Tatsache behindert, dass Sie dafür bezahlen müssen seine Verwendung in allen Geräten, in denen es vorhanden ist.


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Videokomprimierung und -decodierung Codecs und Decoder

Videokomprimierung und -decodierung Codecs und Decoder

Video Container and Video Codecs

Bevor Sie ernsthafte Tests durchführen, müssen Sie einige einfache Dinge klären. Es ist wichtig, zwischen Codecs und Dateicontainern zu unterscheiden. Beispielsweise werden Blu-ray-Dateien häufig mit der Erweiterung .m2ts angezeigt. Das BDAV-Containerformat (Blu-ray Disc Audio / Video) fungiert jedoch im Allgemeinen als Speichercontainer. In diesem Fall können Sie drei Codecs verwenden: MPEG-2, H.264 und VC-1.

Video Codec and container

Was ist der Unterschied zwischen einem Codec und einem Container? Denken Sie an Ihren letzten Urlaub. Ihr Koffer ist in diesem Fall ein “Container”. Gepäck ist Inhalt (Video, Audio, Untertitel und andere Informationen), und ein Codec ist die Art und Weise, wie Sie alles (Daten) in Ihrem Koffer speichern, damit es passt. Sie können Dinge in einen Koffer packen, indem Sie sie vorsichtig falten (ein Codec) oder sie in Rollen drücken und sie mit Klebeband umwickeln, damit sie besser passen (ein anderer Codec). Dies gilt für alle Multimedia-Inhalte. Das Microsoft AVI-Format (Audio Video Interleave) ist beispielsweise ein Dateicontainer, das darin enthaltene Video kann jedoch mit verschiedenen Codecs von DivX bis MPEG-2 codiert werden.

Wenn Sie etwas auf einem Videoplayer wiedergeben, wird das codierte Video im Allgemeinen durch einen Decoder geleitet, in YUV-Daten (Color Space) konvertiert und an den Bildschirm gesendet. Der Decoder erkennt das Format und dekomprimiert die komprimierten Daten in nützliche Informationen, die verarbeitet und angezeigt werden können.

Es gibt zwei Arten von Decodern: Software und Hardware. Vor UVD, PureVideo und Intel GMA 4500MHD wurde Video mit Software-Decodern dekodiert, die auf der Leistung der Prozessoren beruhten. Daher haben viele Unternehmen versucht, Videos abzuspielen. Aber nur zwei von ihnen haben das wirklich gut geschafft: CyberLink und InterVideo (jetzt Corel), daher hat ATI später den PowerDVD-Decoder für ihren ATI-DVD-Decoder lizenziert. Software-Decoder verbrauchen natürlich viel Prozessorzeit, was zwar die Leistung moderner Prozessoren nicht beeinträchtigt, die Akkulaufzeit mobiler Geräte jedoch erheblich verkürzt.

Im Laufe der Zeit haben sich Grafikkartenhersteller mit diesem Problem befasst und mit der Entwicklung von Decodern mit fester Funktion begonnen, bei denen es sich um Logikschaltungen in der GPU für die Videoverarbeitung handelte. Heute werden sie Hardwarebeschleuniger genannt. Der Vorteil war, dass bei arbeitender GPU die Zeit des Hauptprozessors nicht verschwendet wurde.

Es gibt einige interessante Punkte. Da der Decoder Video verarbeitet, ist es ziemlich schwierig, Parameter für seine Leistung oder Effizienz einzustellen. Unabhängig davon, ob das Video die Hardware- oder Software-Konvertierungspipeline durchläuft, ändern sich die Daten lange bevor sie auf Ihrem Monitor angezeigt werden. Bei Verwendung von Software ist es nicht erforderlich, die beim Decodieren verwendeten Systeme zu vergleichen. Bei Verwendung desselben Systems können jedoch unterschiedliche Decoder unterschiedliche Bilder erzeugen oder die Bildqualität ändern. Die meisten Blu-ray-Discs, die auf nVidia- oder AMD-Grafikkarten abgespielt werden, sehen gleich aus, wenn Sie die Beschleunigung in PowerDVD deaktivieren. In beiden Fällen wird das Video mithilfe einer Software auf dem Prozessor verarbeitet, wodurch das gleiche Ergebnis erzielt wird.

Wenn dem Prozess Hardware-Dekodierung hinzugefügt wird, sehen die Dinge anders aus. Warum? Moderne GPUs verfügen über eine spezielle Einheit zum Decodieren und Verarbeiten von Videodaten. Dies ist genau die Logik mit einer festen Funktion, die zuvor besprochen wurde. Die hardwarebeschleunigte Dekodierung auf Sandy Bridge-Prozessoren ist anders konzipiert und programmiert als auf AMD- und nVidia-Grafikkarten.

Wir müssen klar verstehen: Es gibt keine Allzweck-GPU-Decoder. Es gibt keine Decoder, die vollständig mit DirectCompute, APP oder CUDA arbeiten können. Das Bestreben, eine solche Unterstützung umzusetzen, ist im Voraus zum Scheitern verurteilt. GPGPU wurde entwickelt, um Rohdaten mit einem hohen Maß an Parallelität zu verarbeiten. Aber wir sprechen von Video, nicht von Rohdaten. Um Bilder zu verarbeiten, müssen Sie viel und in einer sequentiellen Ausführung tun. Feste Funktionsdecoder dekodieren und verarbeiten Videos; sie machen sonst nichts. Das Portieren dieser Funktionalität auf allgemeinere Computerressourcen wäre ein Schritt zurück von der Verlagerung auf den Prozessor, da Sie in beiden Fällen mit der Software-Dekodierung arbeiten müssen.

Elemental Technologies (bekannt für seinen Badaboom) ist einzigartig in der Entwicklung eines CUDA-basierten MPEG-2-Decoders. Und es ist kein reiner GPGPU-Decoder. Teile Ihrer Pipeline, wie Entropiecodierung, Syntaxcodierung, Syntaxdecodierung und Entropiedecodierung, müssen nacheinander ausgeführt werden. Andere Teile des Prozesses können so gestaltet werden, dass sie parallel ablaufen, z. B. Bewegungsschätzung, Bewegungskompensation usw.

Videokodierung

Videokodierung

Video coding

Videoinformation (Video) ist eine dreidimensionale Anordnung farbiger Pixel, deren Koordinaten die horizontale und vertikale Auflösung des Rahmens und die Zeit sind, mit der ein einzelner Rahmen verknüpft ist.

Video Compression

Ein Frame (Bild) ist eine Anordnung von Pixelwerten, die von der Kamera zu einem bestimmten Zeitpunkt angezeigt werden.

Es gibt das Konzept eines Halbrahmens, der mit “Interlaced Scan” verbunden ist. Es ist klar, dass die Lautstärke des Videos extrem groß ist. Für die Speicherung und Übertragung über Kommunikationskanäle wird eine Komprimierung durchgeführt, die eine Reihe von Merkmalen aufweist: Blockierung (Aufteilung des Bildes in 8 × 8-Pixelblöcke), Unschärfe (Verlust kleiner Details des Bildes), etc.

Es gibt verschiedene Videokomprimierungstechnologien. Die moderne digitale Fernsehübertragung wurde genau dank der Videokomprimierung verfügbar. Ein physischer Radiokanal kann hochauflösendes Video (HDTV) übertragen, mehrere Fernsehkanäle gleichzeitig. Der größte Teil des Videoinhalts wird mit dem MPEG-2-Videokomprimierungsstandard übertragen. Neuere und effizientere Videokomprimierungsstandards: H.264 / MPEG-4 AVC und VC-1. Eine der leistungsstärksten Technologien zum Erhöhen des Komprimierungsverhältnisses ist die Bewegungskompensationstechnologie, bei der nachfolgende Frames in einer Sequenz die Ähnlichkeit von Bereichen in vorherigen Frames verwenden, um das Komprimierungsverhältnis zu erhöhen. Beispielsweise erfordert die Videokomprimierung mit diskreter Cosinustransformation (DCT), die räumliche Redundanz beseitigt, die Angabe eines Quantisierungsprozesses. Die Quantisierung kann skalar und vektoriell sein. Die meisten praktischen Komprimierungsschemata verwenden aufgrund ihrer Einfachheit eine skalare Quantisierung.

H.265 Hocheffiziente Videocodierung (HEVC)

H.265 Hocheffiziente Videocodierung (HEVC)

HEVC H.265

Bis vor kurzem war H.264 (auch als AVC bekannt) der Codec der Wahl zur Optimierung der Videoqualität und zur Reduzierung der Dateigröße. Der Wechsel zum H.265- (oder HEVC-) Codec erfordert mehr Rechenleistung als der H.264-Codec, aber der HEVC-Codec ist viel effizienter und bietet eine verbesserte Videoqualität bei niedrigeren Bitraten.

HEVC H.265

Der Meilenstein für den HEVC / H.265-Videocodec war die Apple Worldwide Developers Conference (WWDC) 2017, auf der Apple HEVC als “Videocodec der nächsten Generation” bekannt gab. Die Folgen dieses Ereignisses wurden global. Mit diesem Interesse an HEVC und der Hardware-Unterstützung für die HEVC-Videokodierung, die zu diesem Zeitpunkt bereits in den meisten Mobilgeräten eingeführt wurde, erkannten die Anbieter von Videoinhalten, dass HEVC der neue Standard für die Videokomprimierung ist. zur Übertragung.
HEVC gegen AVC. Was sind die Vorteile des HEVC-Codecs?
Aus Apples Anzeige: „Kurz gesagt, Effizienz. Und vor allem die Effizienz der Codierung. HEVC ist ungefähr 40% effizienter als AVC. Dies bedeutet, dass die Wiedergabe mit anständiger Qualität für den Benutzer 40% schneller beginnt. Wenn sich der Player vollständig an das Streaming von Videos anpasst, sieht der Inhalt 40% besser aus. Wir haben uns entschlossen, HEVC allen zur Verfügung zu stellen. Neuere Apple-Geräte verfügen über eine in die Hardware integrierte HEVC-Unterstützung. Selbst für ältere Geräte, die diese Hardwareunterstützung nicht bieten, planen wir die Implementierung des HEVC-Codecs auf Softwareebene. Jetzt wird HEVC also überall eingesetzt. ”

Die Antwort auf die Frage eines Unternehmens nach der Wahl zwischen HEVC und AVC lässt sich in zwei Hauptvorteilen des HEVC-Codecs zusammenfassen.

HEVC ist ungefähr doppelt so effizient wie AVC
HEVC unterstützt einen hohen Dynamikbereich und 4K-Bilder
Wenn Sie den HEVC-Codec mit der gleichen Bandbreite wie AVC verwenden, können Sie eine höhere Videoqualität erzielen oder die gleiche Qualität wie AVC mit der Hälfte der für AVC erforderlichen Bandbreite bereitstellen.

Wie wirkt sich der HEVC-Codec auf Videoinhaltsbibliotheken aus?
Für Medien- und Unterhaltungsunternehmen, die inkrementell große Inhaltsbibliotheken auswählen und erstellen, kann der HEVC-Codec große Bitrateneinsparungen erzielen. Da Unternehmen Schwierigkeiten haben, mit der Nachfrage der Verbraucher nach Multiscreen-Technologie Schritt zu halten, stehen Unternehmen zunehmend unter Druck auf ihre Speicherinfrastruktur. Sparen Sie Speicherkosten mit dem HEVC-Codec, der die Dateigröße halbiert, anstatt die Speicherkapazität zu verdoppeln.
Was sind die Vorteile des HEVC-Codecs in Bezug auf die Bitrate?
Es gibt mehrere Beispiele dafür, wie sich das verbesserte Verhältnis von Qualität zu Bitrate im HEVC-Codec auf das professionelle Umfeld auswirkt. Da eine qualitativ hochwertige Videoverteilung eine hohe Netzwerkbandbreite erfordert, bietet die Verbesserung dieses Verhältnisses folgende Vorteile:

Bereitstellung von mehr Kanälen in Satelliten-, Kabel- und IPTV-Netzen;
Reduzierung der Kosten für die verwaltete und nicht verwaltete Videoverteilung;
Ausweitung der Abdeckung für Mobilfunkbetreiber und IPTV mit begrenzter Bandbreite;
Verbesserung der Anzeigequalität bei Verwendung von OTT-Diensten auf dem üblichen Niveau von Sendern.
Wie verbessert der HEVC-Codec das mobile Streaming, Ultra HD 4K und 8K?
Auf dem Markt für mobiles Streaming bietet der HEVC-Codec eine Bitratenreduzierung von 30 bis 50 Prozent bei einer mit H.264 vergleichbaren Videoqualität, was zu geringeren Kosten für die Bereitstellung von Videoinhalten über Netzwerke führt.

Wenn das Gerät HEVC dekodieren kann, können Mobilfunkbetreiber viel weniger Daten liefern, um ein bestimmtes Qualitätsniveau zu erreichen, Kosten zu senken und eine zuverlässigere Videowiedergabe zu gewährleisten.

Die Verbreitung von HEVC steht auch im Einklang mit dem Massenmarktinteresse an hochauflösenden Videos (Ultra HD 4K und 8K), da 4K-Fernseher im Allgemeinen nur HEVC und neuere Codecs unterstützen.

Die Hauptschlussfolgerung. Im Durchschnitt kann HEVC Videos mit der gleichen Qualität wie H.264 mit etwa der halben Bitrate liefern (die genauen Verhältnisse können je nach Inhaltstyp variieren).

Beispielsweise kann ein verlustfreier Editor für einen 1080p-Stream die Datenrate von 8 Mbit / s auf 4 Mbit / s reduzieren. Diese Reduzierung der Bitrate kann sich erheblich auf die Kosten des Edge-Caching auswirken, da die Die Dateigröße wird kleiner, wenn sie an Endbenutzer geliefert wird.