High-Efficiency Video Coding (HEVC)

Was ist High-Efficiency Video Coding (HEVC)?

Bis zuletzt war H.264 (auch als AVC bekannt) der bevorzugte Codec für die Optimierung von Qualität und der Reduzierung von Dateigrößen. Die Aufstufung zu H.265 (oder HEVC) benötigt eine höhere Rechenleistung als H.264, aber es ist bedeutend effizienter und bietet eine höhere Videoqualität bei niedrigeren Bitraten.

Der HEVC / H.265-Videocodec erreichte bei der 2017 Apple Worldwide Developers Conference (WWDC) eine entscheidende Wende mit globalen Konsequenzen, auf der Apple den HEVC-Codec als „Videocodec der nächsten Generation“ verkündete. Durch die Festlegung auf HEVC und der Tatsache, dass die Hardware in den meisten mobilen Chipsets zum Zeitpunkt der Ankündigung bereits HEVC-Encoding unterstützt, verstanden Videoanbieter, dass der HEVC-Codec der neue Standard für Videokompression beim Streamen wurde.

HEVC gegenüber AVC: Warum ist der HEVC-Codec besser?

Aus der Ankündigung von Apple: „In einem Wort, Effizienz. Und primär Effizienz bei der Encodierung. HEVC ist etwa 40 % effizienter als AVC. Das bedeutet, dass Ihre Benutzer bei angemessener Qualität einen 40 % schnelleren Start-up erleben. Und wenn der Player sich vollständig angepasst hat, bekommen sie 40 % besser aussehende Inhalte zu sehen. Wir machen HEVC weithin verfügbar. Auf unseren neuesten Geräten bieten wir Unterstützung für HEVC, die in die Hardware integriert ist. Selbst auf älteren Geräten, die nicht über diese Hardware-Unterstützung verfügen, setzen wir einen Software-HEVC-Codec ein. Von daher wird HEVC überall zu finden sein.“

Die Antwort auf die Analyse: HEVC gegenüber AVC jedes Unternehmens kann mit zwei grundlegenden Vorteilen des HEVC-Codec zusammengefasst werden:

  • HEVC ist ungefähr zweimal so effizient wie AVC
  • HEVC ermöglicht 4K und High Dynamic Range

Mit dem HEVC-Codec erhalten Sie eine höhere Videoqualität als bei AVC bei gleicher Datenübertragungsrate. Oder Sie können im Vergleich zu AVC die gleiche Qualität bei der Hälfte der Übertragungsrate anbieten.

HEVC gegenüber H.264 vs. MPEG-2: Drei Codecs im Vergleich

Einfach gesagt, bietet der Codec High-Efficiency Video Coding (HEVC) die notwendigen Werkzeuge, um die kleinste Menge an Informationen bei einer gegebenen Videoqualität zu senden. Es folgt ein Vergleich zwischen den Codecs MPEG-2, H.264 und HEVC nach Komponenten.

Komponente MPEG-2 H.264 HEVC/H.265
Allgemeines Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert Dieselben Grundlagen wie MPEG-2 Dieselben Grundlagen wie MPEG-2
Intraprädiktion Nur DC Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16 35 Modi für Intraprädiktion, 32x32, 16x16, 8x8 und 4x4 Prädiktionsgröße
Kodierte Bildtypen I, B, P I, B, P, SI, SP I, P, B
Transformation 8x8 DCT 8x8 und 4x4 DCT-ähnliche Integer-Transformation 32x32, 16x16, 8x8und 4x4 DCT-ähnliche Integer-Transformation
Bewegungsvorhersageblöcke 16x16 16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4

64x64 und hierarchisches Quadtree-Partitioning runter auf 32x32, 16x16, 8x8. Jede Größe kann bis zu 8 mal partitioniert werden und es muss nicht quadratisch sein.
Entropiekodierung Mehrere VLC-Tabellen Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) und Context-Adaptive VLC Tables (CAVLC) Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC)
Frame-Abstand für Vorhersage Jeweils 1 Referenz-Frame zurück und vorwärts Bis zu 16 Referenz-Frame zurück oder vorwärts, einschließlich langfristigen Referenzen Bis zu 15 Referenz-Frame zurück oder vorwärts, einschließlich langfristigen Referenzen
Fraktionierte Bewegungsvorhersage ½-Pixel bilineare Interpolation ½-Pixel 6-Tap-Filter, ¼-Pixel lineare Interpolation ¼-Pixel 8-Tap-Filter
In-Loop-Filter Keine Adaptiver Deblocking-Filter Adaptiver Deblocking-Filter und anaptiver Sample-Offset-Filter
Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert
Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert
Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert
Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert
Bewegungskompensation vorhersagend, residual, transformiert, entropiekodiert
Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16
Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16
Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16
8x8 und 4x4 DCT-ähnliche Integer-Transformation
16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4
16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4
Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16
Mehrere Richtungen, mehrere Muster, 9 Intramodi für 4x4, 9 für 8x8, 4 für 16x16
8x8 und 4x4 DCT-ähnliche Integer-Transformation
Dieselben Grundlagen wie MPEG-2
64x64 und hierarchisches Quadtree-Partitioning runter auf 32x32, 16x16, 8x8. Jede Größe kann bis zu 8 mal partitioniert werden und es muss nicht quadratisch sein.
64x64 und hierarchisches Quadtree-Partitioning runter auf 32x32, 16x16, 8x8. Jede Größe kann bis zu 8 mal partitioniert werden und es muss nicht quadratisch sein.
Adaptiver Deblocking-Filter und adaptiver Sample-Offset-Filter
Adaptiver Deblocking-Filter und adaptiver Sample-Offset-Filter

Codecs im Vergleich: MPEG-2 gegenüber H.264 gegenüber HEVC

Wie wirkt sich der HEVC-Codec auf Bibliotheken für Videoinhalte aus?

Medien- und Unterhaltungsunternehmen kuratieren und erstellen große Inhaltsbibliotheken in einem immer schnelleren Tempo. Und hier kann der HEVC-Codec große Einsparungen an den Bitraten ergeben. Organisationen stehen einer immer weiter ansteigender Belastung Ihrer Speicherinfrastruktur gegenüber, während Sie versuchen die Kundennachfrage nach Mehrfachbildschirmen aufrecht zu erhalten. Mit der Halbierung der Dateigrößen durch den HEVC-Codec sparen Sie Speicherkosten, statt die Speicherkapazität verdoppeln zu müssen.

Welche Vorteile bietet der HEVC-Codec für die Bitrate?

Es gibt mehrere Beispiele, wie sich das verbesserte Verhältnis der Qualität-zu-Bitrate des HEVC auf die Branche auswirken wird. Da hochwertige Videodistribution enorme Netzwerkkapazitäten benötigen, sind die Vorteile dieser Effizienzverbesserung unter anderem:

  • Bereitstellung von mehr Kanälen über Satellit, Kabel und IPTV-Netzwerke
  • Niedrigere Kosten von verwalteter und nicht verwalteter Videodistribution
  • Erhöhte Reichweite für Mobil- und IPTV-Betreiber, deren Bandbreite eingeschränkt ist
  • Verbesserte Qualität der Erfahrung für OTT-Dienste, die sich mit konventionellen Übertragungswegen messen

Wie verbessert der HEVS-Codec mobiles Streamen, Ultra HD 4K und 8K?

Im Markt des mobilen Streamens bietet der HEVC-Codec eine Bitraten-Reduzierung um 30 bis 50 Prozent bei einer vergleichbaren Qualität zu H.264. Das wirkt sich als Kosteneinsparungen bei der Videoübertragung in vielen Netzwerken aus.

Wenn man annimmt, dass ein bestimmtes Gerät HEVC dekodieren kann, dann benötigen mobile Betreiber weniger Daten für dieselbe Qualität, was Kosten senkt und die Wiedergabe zuverlässiger macht.

HEVC ist auch auf die Drang zu hochauflösendem Ultra HD 4K und 8K-Video auf dem Mainstream-Markt ausgerichtet, da nur HEVC und neuere Codecs von 4K-Fernsehern unterstützt werden.

Die wichtigste Erkenntnis ist, dass HEVC im Allgemeinen dieselbe Videoqualität wie H.264 bei ungefähr der Hälfte der Datenrate bietet, wobei das natürlich je nach Inhalten variiert.

Bei einem 1080p-Stream kann ein Anbieter beispielsweise die Datenrate von 8Mbps auf 4Mbps ohne Qualitätsverlust reduzieren. Diese Verringerung der Bitrate kann sich auch signifikant auf die Cache-Kosten auswirken, da die Dateigrößen jetzt kleiner sind, wenn das Video für Endkonsumenten wiedergegeben wird.

Und in manchen Szenarios, wie Übertragung auf ein hochauflösendes Tablet über 4G, kann das dem Zuschauer einen 1080p-Stream anstelle eines 720p-Stream ermöglichen, was die generelle Qualität der Wiedergabeerfahrung verbessert.

Können Pay-TV & Kabelgesellschaften mit Set-Top-Box-Infrastrukturen mit HEVC mithalten?

Für Pay-TV und Kabelfernsehen mit traditioneller Infrastruktur, wie ältere Set-Top-Boxes, die nicht aufgestuft werden können, kann die Implementierung von HEVC eine Herausforderung darstellen. Allerdings trennen manche dieser Unternehmen die Übertragung ihrer Inhalte voneinander. Und HEVC-Lösungen sind für die OTT-Anteile ihrer Geschäfte einfacher zu erstellen und zu implementieren.

Kann ich die H.264- und HEVC-Codecs in einem Stream mit mehreren Bitraten mischen?

Die Antwort auf diese Frage hängt hauptsächlich von der Möglichkeit der Wiedergabegeräts ab, einfach von H.264 zu H.265 innerhalb des Streams zu wechseln. Die meisten Geräte der frühen Tage der Einführung des HEVC-Codecs wählen einen oder den anderen. Es gab so gut wie keine Mischung von H.264 und H.265 während desselben Streams mit mehreren Bitraten. Aber da sowohl H.264 als auch H.265 zu denselben Übertragungsmechanismen passen, sind irgendwelche Schwierigkeiten der Mischung beider Codecs kein Problem.

Wann wurde der HEVC-Codec standardisiert?

Wie der H.264-Standard ist die Ausgaben von HEVC ein gemeinsamer Einsatz der ITU-T Video Coding Experts Group und der ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG), die die erste Version des HEVC-Codec-Standards 2013 einführte.

Die ITU-T unterstützt die Erstellung und Einführung von Standards der Telekommunikation und die ISO/IEC verwaltet Standards für die Elektronikbranche.

  • Der HEVC-Codec ist als Evolution der Videokompression entwickelt und seine Vorteile können in vier Punkten zusammengefasst werden:
  • Bietet bei gleicher Videoqualität eine durchschnittliche Reduzierung der Bitrate um 50 % im Vergleich zu H.264
  • Bietet höherwertige Videos bei derselben Bitrate
  • Definiert eine standardmäßige Syntax, um die Implementierung zu vereinfachen und die Interfunktionsfähigkeit zu maximieren
  • Bleibt netzwerkfreundlich — d. h. eingebunden in MPEG-Transportströmen

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