High Efficiency Video Coding

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High Efficiency Video Coding (HEVC), auch bekannt als H.265 bzw. MPEG-H Teil 2, ist ein Standard zum Kodieren von Videos. Es ist der Nachfolger von H.264 und konkurriert mit VP9. H.265 ist eine gemeinsame Entwicklung der ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) und der ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG). MPEG und VCEG richteten mit dem „Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC)“ eine gemeinsame Arbeitsgruppe ein, um den HEVC-Standard zu entwickeln.[1][2] Ziel ist eine im Vergleich zu H.264 doppelt so starke Kompression bei gleichbleibender Qualität. Zusätzlich kann HEVC von 320 x 240 Pixel bis zu 8192 x 4320 Pixel (4320p) skalieren.[3][4]

Geschichte[Bearbeiten]

Ab 2004 untersuchte die ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) Möglichkeiten um die Komprimierung von Videos im Vergleich zu H. 264/MPEG-4 AVC zu verbessern. Im Januar 2005 definierte die VCEG Schlüsselgebiete (KTA, Key Technical Areas) für weitere Untersuchungen. Die VCEG entwickelte eine Referenzsoftware um Verbesserungen in diesen Schlüsselgebieten zu erproben.[5] Als Basis dafür wurde die „Joint Model Reference Software“ verwendet, die vom MPEG & VCEG Joint Video Team als Basis des H.264 Standards erstellt wurde. Die neu integrierten Techniken wurden in den folgenden vier Jahren in experimentellen Evaluationen getestet.[6]

Als zwei mögliche Ansätze für die Standardisierung der verbesserten Komprimierungstechnologie galten: einen neuen Standard zu definieren oder das Erstellen von Erweiterungen zu H. 264/MPEG-4 AVC. Das Projekt trug die vorläufigen Namen H.265 und H.NGVC (Next-Generation Video Coding) und war ein Großteil der Arbeit der VCEG bis zu seiner Entwicklung in dem HEVC Gemeinschaftsprojekt mit MPEG im Jahr 2010. Der Spitzname H.265 war vor allem für die mögliche Schaffung eines neuen Standards vorgesehen.

Die vorläufigen Anforderungen für NGVC waren eine Bitratenreduktion von 25 % und eine Verringerung der Komplexität von 50 % bei gleichbleibender subjektiver Bildqualität im Vergleich zu H.264/MPEG-4 AVC High Profile.

Zeitplan[Bearbeiten]

  • Februar 2012: Committee Draft (vollständiger Entwurf des Standards)
  • Juli 2012: Entwurf einer internationalen Norm
  • 25. Januar 2013: Bestätigung als Standard durch die ITU[7][8]

Profile[Bearbeiten]

Der im Januar 2013 verabschiedete Entwurf für HEVC[9] definiert im Gegensatz zu H.264/AVC nur drei Profile Main, Main 10, und Main Still Picture. Das Main Profil vom HEVC Codec ist dabei etwa vergleichbar mit dem Progressive High Profil des H.264/AVC Codecs.

Zusätzlich zum Normentwurf von HEVC wurde die Entwicklung von zukünftigen Erweiterungen für HEVC gestartet, wie etwa die Scalable Video Coding (SHVC)[10] und die Multiview Video Coding Erweiterung (MHVC).

Ebenen (Tiers) und Levels[Bearbeiten]

Der HEVC Standard definiert zwei Ebenen (Main Tier und High Tier) sowie verschiedene Level.[9] Der 'Main Tier' ist für die meisten Anwendungen ausgelegt worden, während der 'High Tier' nur für sehr anspruchsvolle Anwendungen Verwendung finden wird. Die Level definieren die Anforderungen für einen entsprechenden De- und Encoder, also welche maximale Auflösung und Bildwiederholungsrate dieser de- bzw. encodieren kann. Ein entsprechend ausgelegter Hardwaredecoder, der eine bestimmte Tier/Level Kombination decodieren kann, muss immer auch alle darunter liegenden bzw. niedrigeren Tiers und Levels decodieren können.

Für alle Level kleiner als Level 4 ist beim HEVC Codec nur der 'Main Tier' spezifiziert.

Tiers und Levels mit den maximal spezifizierten Eigenschaftswerten[9]
Level Max luma sample rate
(samples/s)
Max luma picture size
(samples)
Max bit rate for Main and Main 10 profiles (kbit/s) Example picture resolution @
highest frame rate[Notiz 1]
(MaxDpbSize[Notiz 2])
Main tier High tier
1 552.960 36.864 128 - 128×96@33,7 (6)
176×144@15,0 (6)
2 3.686.400 122.880 1.500 - 176×144@100,0 (16)
352×288@30,0 (6)
2.1 7.372.800 245.760 3.000 - 352×288@60,0 (12)
640×360@30,0 (6)
3 16.588.800 552.960 6.000 - 640×360@67,5 (12)
720×576@37,5 (8)
960×540@30,0 (6)
3.1 33.177.600 983.040 10.000 - 720×576@75,0 (12)
960×540@60,0 (8)
1280×720@33,7 (6)
4 66.846.720 2.228.224 12.000 30.000 1.280×720@68,0 (12)
1.920×1.080@32,0 (6)
2.048×1.080@30,0 (6)
4.1 133.693.440 20.000 50.000 1.280×720@136,0 (12)
1.920×1.080@64,0 (6)
2.048×1.080@60,0 (6)
5 267.386.880 8.912.896 25.000 100.000 1.920×1.080@128,0 (16)
3.840×2.160@32,0 (6)
4.096×2.160@30,0 (6)
5.1 534.773.760 40.000 160.000 1.920×1.080@256,0 (16)
3.840×2.160@64,0 (6)
4.096×2.160@60,0 (6)
5.2 1.069.547.520 60.000 240.000 1.920×1.080@300,0 (16)
3.840×2.160@128,0 (6)
4.096×2.160@120,0 (6)
6 1.069.547.520 35.651.584 60.000 240.000 3.840×2.160@128,0 (16)
7.680×4.320@32,0 (6)
8.192×4.320@30,0 (6)
6.1 2.139.095.040 120.000 480.000 3.840×2.160@256,0 (16)
7.680×4.320@64,0 (6)
8.192×4.320@60,0 (6)
6.2 4.278.190.080 240.000 800.000 3.840×2.160@300,0 (16)
7.680×4.320@128,0 (6)
8.192×4.320@120,0 (6)

Notiz

  1. Die maximale Bildrate, die vom HEVC Codec unterstützt wird, beträgt 300 Bilder je Sekunde (300 fps).
  2. Der Puffer für die decodierten Bilder (MaxDpbSize) beträgt bei jedem Level und der jeweiligen maximalen Auflösung 6 Bilder. Wird die Auflösung für den entsprechenden Level nicht voll ausgenutzt, das heißt "Max luma picture size" ist deutlich kleiner als für den entsprechenden Level spezifiziert, kann der Puffer auch auf bis zu maximal 16 Bilder erhöht werden.

Patentrecht[Bearbeiten]

Ähnlich wie beim Vorgängerstandard H.264 haben zahlreiche Firmen Patentansprüche auf HEVC.[11] Eine Nutzung erfordert somit die Zahlung von Patentgebühren an die MPEG LA oder andere Patentinhaber bzw. -verwalter in Höhe von 0,20 US-$ pro Einheit ab 100.000 Stück/Jahr, maximal jedoch 25 Millionen US-$/Jahr. Die mit HEVC kodierten Inhalte sind lizenzkostenfrei.[12]

Literatur[Bearbeiten]

  • Jens-Rainer Ohm: Noch effizienter, bitte. Der kommende Videokompressionsstandard High Efficiency Video Coding (HEVC). In: c't. Nr. 14, 2012, S. 174–179.
  •  Gary J. Sullivan, Jens-Rainer Ohm, Woo-Jin Han, and Thomas Wiegand: Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard. In: IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. Bd. 22, Nr. 12, 2012 (online (PDF; 4,2 MB), abgerufen am 1. Dezember 2012).
  •  Jens-Rainer Ohm, Gary Sullivan, Heiko Schwarz, Thiow Keng Tan, and Thomas Wiegand: Comparison of the Coding Efficiency of Video Coding Standards – Including High Efficiency Video Coding (HEVC). In: IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. Bd. 22, Nr. 12, 2012 (online (PDF; 6,3 MB), abgerufen am 1. Dezember 2012).

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. ITU TSB: Joint Collaborative Team on Video Coding. ITU-T. 23. April 2010. Abgerufen am 21. Mai 2010.
  2. G.J. Sullivan, J.-R. Ohm, W.-J. Han, and T. Wiegand: Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard (pre-publication draft) (PDF; 4,2 MB) IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technolgy. 1. Dezember 2012. Abgerufen am 13. September 2012.
  3. Quad-core SoC supports Android 4.0, 3840 x 1080 video resolution
  4. J.-R. Ohm, G.J. Sullivan, H. Schwarz, T.K. Tan, and T. Wiegand: Comparison of the Coding Efficiency of Video Coding Standards – Including High Efficiency Video Coding (HEVC) (pre-publication draft) (PDF; 6,3 MB) IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technolgy. 1. Dezember 2012. Abgerufen am 13. September 2012.
  5. T. Wedi and T.K. Tan, AHG report – Coding Efficiency Improvements, VCEG document VCEG-AA06, October 2005.
  6. Draft meeting report for 31st VCEG Meeting (Marrakech, MA, 15–16 January 2007; MS Word; 152 kB)
  7. New video codec to ease pressure on global networks. 25. Januar 2013. Abgerufen am 26. Januar 2013.
  8. ITU gibt Videostandard H.265 frei 26. Januar 2013, Golem.de
  9. a b c Benjamin Bross: High Efficiency Video Coding (HEVC) text specification draft 10 (for FDIS & Consent). Online auf phenix.it-sudparis.eu (Englisch), 17. Januar 2013.
  10. HEVC alias H.265 doppelt so effizient wie H.264 16. August 2012, Golem.de
  11. cnet: HEVC, a new weapon in codec wars, to appear in September
  12. MPEG LA Announces License Terms for High Efficiency Video Coding (HEVC/H.265)