High Efficiency Video Coding (HEVC)

Cos’è l’High Efficiency Video Coding (HEVC)?

Solo fino a poco fa, l’H.264 (anche conosciuto come AVC) era il codec più popolare per ottimizzare la qualità e ridurre le dimensioni dei file. La versione successiva, l’H.265 (o HEVC) richiede più potenza di calcolo dell’H.264, ma è decisamente più efficiente e offre una qualità video migliore con bitrate inferiori.

Il codec video HEVC / H.265 è giunto a un punto di svolta nel 2017 durante l’Apple Worldwide Developers Conference (WWDC), durante la quale la compagnia ha dichiarato che l’HEVC è “il codec di prossima generazione”. Poiché l’azienda aveva dimostrato un tale impegno nell’utilizzo dell’HEVC al momento dell’annuncio, fornendo l’hardware necessario nei set dei chip della maggior parte dei telefoni cellulari per supportare la codifica video HEVC, i fornitori di video hanno compreso che il codec HEVC era diventato il nuovo standard di compressione per lo streaming di video.

HEVC vs. AVC: cosa rende il codec HEVC migliore?

Dall’annuncio di Apple: “In una parola: efficienza. Soprattutto, efficienza nella codifica. HEVC è circa il 40% più efficiente dell’AVC. Ciò significa che gli utenti vedranno i video a una qualità decente con una velocità maggiore del 40% e quando il riproduttore si adatta completamente, gli utenti potranno vedere dei video con una qualità migliore del 40%. Stiamo facendo in modo di rendere l’HEVC disponibile in modo diffuso. Sui nostri dispositivi più recenti abbiamo integrato il supporto per l’HEVC nell’hardware. Anche sui dispositivi più vecchi che non dispongono del supporto hardware, stiamo distribuendo comunque un codec HEVC software. Quindi, l’HEVC si troverà in molti posti diversi”.

La comparazione tra l’HEVC e l’AVC possono essere riassunte in due vantaggi fondamentali che il codec HEVC offre:

  • L’HEVC è circa due volte più efficiente dell’AVC
  • L’HEVC supporta il 4K e l’HDR (High Dynamic Range)

Utilizzando il codec HEVC, puoi ottenere una qualità video maggiore alla stessa larghezza di banda utilizzata dall’AVC; oppure, puoi fornire la stessa qualità video ma alla metà della larghezza di banda che utilizzeresti con l’AVC.

HEVC vs. H.264 vs. MPEG-2: confronto di tre codec

Detto in poche parole, il codec High Efficiency Video Coding (HEVC) fornisce gli strumenti necessari per trasmettere la quantità più piccola di informazioni per una quantità definita di qualità video. Ecco un confronto tra il codec MPEG-2, l’H.264 e l’HEVC in base ai componenti.

Componente MPEG-2 H.264 HEVC/H.265
Generali Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia Stesse caratteristiche di base dell’MPEG-2 Stesse caratteristiche di base dell’MPEG-2
Predizione Intra Solo DC Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16 35 nodi per predizione Intra, dimensioni di predizione 32x32, 16x16, 8x8 e 4x4
Tipi di immagine codificati I, B, P I, B, P, SI, SP I, P, B
Trasformazione 8x8 DCT Trasformata integrale 8x8 e 4x4 simile al DCT Trasforma integrale 32x32, 16x16, 8x8 e 4x4 simile al DCT
Blocchi di stima del movimento 16x16 16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4

64x64 e partizione quadtree gerarchica fino a 32x32, 16x16, 8x8. Ciascuna dimensione può essere ripartita in 8 modi e non deve essere un quadrato.
Codifica di entropia Tabelle VLC multiple Context adaptive binary arithmetic coding (CABAC) e context adaptive VLC tables (CAVLC) Context adaptive binary arithmetic coding (CABAC)
Distanza del frame per predizione 1 frame passato e 1 futuro per riferimento Fino a 16 frame di riferimento del passato e/o del futuro, inclusi i riferimenti a lungo termine Fino a 15 frame di riferimento del passato e/o del futuro, inclusi i riferimenti a lungo termine
Stima del movimento frazionale Interpolazione bilineare pixel ½ Interpolazione bilineare filtro 6-tap ½, ¼ pixel Filtro 8-tap ¼ pixel
Filtro In-Loop Nessuno Deblocking filter adattivo Deblocking filter adattivo e campione filtro offset adattivo
Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia
Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia
Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia
Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia
Predittiva compensata per il movimento, residuale, trasformata, codifica per entropia
Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16
Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16
Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16
Trasformata integrale 8x8 e 4x4 simile al DCT
16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4
16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4
Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16
Multi-direzione, multi-pattern, 9 modalità Intra per 4x4, 9 per 8x8. 4 per 16x16
Trasformata integrale 8x8 e 4x4 simile al DCT
Stesse caratteristiche di base dell’MPEG-2
64x64 e partizione quadtree gerarchica fino a 32x32, 16x16, 8x8. Ciascuna dimensione può essere ripartita in 8 modi e non deve essere un quadrato.
64x64 e partizione quadtree gerarchica fino a 32x32, 16x16, 8x8. Ciascuna dimensione può essere ripartita in 8 modi e non deve essere un quadrato.
Deblocking filter adattivo e campione filtro offset adattivo
Deblocking filter adattivo e campione filtro offset adattivo

Confronto: Codec MPEG-2 vs H.264 vs. HEVC

Come il codec HEVC influenza le librerie di contenuti video?

Mentre le aziende nel settore dei media e dell’intrattenimento costruiscono e gestiscono librerie di contenuti dalle grandi dimensioni a un ritmo sempre maggiore, il codec HEVC può aiutare a risparmiare molto sui bitrate. Le organizzazioni devono affrontare uno sforzo sempre più intenso per disporre della giusta infrastruttura di storage mentre cercano di mantenere i ritmi della richiesta dei clienti per il multi-screen. Poiché il codec HEVC dimezza la grandezza dei file, puoi risparmiare sui costi per la gestione di uno spazio di storage, piuttosto che doverlo raddoppiare.

Quali vantaggi offre il codec HEVC in termini di bitrate?

Vi sono numerosi casi in cui la miglior proporzione qualità/bitrate offerta dal codec HEVC influenza il settore. Poiché una distribuzione di video di alta qualità consuma enormi capacità di rete, l’HEVC offre numerosi vantaggi in termini di efficienza, tra cui:

  • Distribuzione di più canali via satellite, cavo e reti IPTV
  • Diminuzione dei costi per le distribuzioni di video gestite e non
  • Portata maggiore per gli operatori IPTV o mobili limitati dalla larghezza di banda
  • Esperienza di migliore qualità con i servizi OTT per raggiungere gli stessi livelli del broadcast

Come il codec HEVC migliora lo streaming mobile, l’Ultra HD 4K e 8K?

Nel mercato dello streaming mobile, il codec HEVC offre una riduzione del bitrate del 30-50% per raggiungere una qualità comparabile all’H.264, che si traduce in un risparmio nella distribuzione di video attraverso le reti.

Presupponendo che un dato dispositivo possa decodificare l’HEVC, gli operatori mobili non hanno bisogno di fornire la stessa quantità di dati per un livello di qualità in particolare, riducendo i costi e fornendo una riproduzione video più efficiente.

L’HEVC inoltre è in linea con la spinta dell’alta risoluzione Ultra HD 4K e 8K sul mercato commerciale, poiché solo l’HEVC e i codec più recenti sono generalmente supportati dalle TV per 4K.

Il punto più importante da tenere a mente: in generale, l’HEVC dovrebbe offrire la stessa qualità video dell’H.264 a circa la metà della quanità di dati, sebbene ciò possa variare dal tipo di contenuto.

Per uno streaming da 1080p, per esempio, un pubblicatore potrebbe dimezzare il tasso di dati da 8 Mbps a 4 Mbps senza una perdita nella qualità. Una tale riduzione in termini di bitrate può avere un impatto significativo sui costi della cache del dispositivo edge poiché la dimensione del file è ora inferiore quando il video è distribuito ai consumatori finali.

E in alcuni scenari, come la distribuzione su tablet ad alta risoluzione tramite 4G, ciò può permettere al visualizzante di guardare un video streaming a 1080p, piuttosto che a 720p, migliorando la qualità generale dell’esperienza dell’utente.

Le aziende di Pay TV e dei servizi via cavo con infrastrutture Set-Top Box (STB) possono utilizzare l’HEVC?

Per la Pay TV e i servizi via cavo che utilizzano infrastrutture tradizionali, come i STB più datati che non possono essere aggiornati, implementare l’HEVC è una sfida. Tuttavia, alcune di queste aziende biforcano la fornitura dei loro contenuti e per le porzioni del loro business che si occupano di OTT, le soluzioni HEVC sono molto più semplici da creare e implementare.

Posso mischiare i codec H.264 e HEVC in un streaming multi-bitrate?

La risposta a questa domanda dipende largamente dall’abilità del dispositivo di visualizzazione di passare senza intoppi dallo streaming H.264 all’H.265. La maggior parte dei dispositivi, durante i primi periodi in cui l’HEVC veniva adottato, sceglievano uno piuttosto che un altro e i due codec non venivano mischiati molto negli stessi streaming multi-bitrate. Ma poiché sia l’H.264 e l’H.265 possono essere sistemati nello stesso meccanismo di trasporto, le difficoltà per utilizzare entrambi i codec non sono insuperabili.

Quando il codec HEVC è diventato lo standard?

Come per lo standard H.264, l’HEVC è il risultato di uno sforzo congiunto tra il gruppo di esperti nella codifica dei video di ITU-T e ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG), i quali hanno presentato il primo standard del codec HEVC nel 2013.

L’ITU-T facilita la creazione e l’adozione degli standard nelle telecomunicazioni e l’ISO/IED si occupa degli standard nei settori dell’elettronica.

  • Progettato per il futuro della compressione dei video, possiamo riassumere i vantaggi del codec HEVC in quattro punti:
  • Riduce il bitrate medio del 50% per una qualità video fissa rispetto all’H.264
  • Fornisce una qualità video maggiore per lo stesso bitrate
  • Definisce una sintassi standard per semplificare l’implementazione e massimizzare l’interoperabilità
  • Rimane “network-friendly”, per esempio con gli streaming con il trasporto MPEG

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