HEVC (H.265) et x265 l'avenir de la compression

Lorsque Samsung a dévoilé son smartphone de prochaine génération, le Galaxy S4, en Mars de cette année, la plupart des fans de le géant coréen ont concentré leur attention sur le grand 5 pouces de l'appareil, 1920 x 1080 écran, son processeur quad-core et son appareil photo 13MP . Toutes les étapes impressionnantes bien sûr, mais progressives dans l'évolution continue du smartphone. Plus tranchant est le soutien de la S4 promis pour une technologie appelée HEVC.

HEVC est l'abréviation de High Efficiency Video Coding. Il est le successeur de la technologie utilisée pour encoder la vidéo stockée sur des disques Blu-ray et streaming en haute définition transmissions de télévision numérique du monde entier. La norme actuelle est appelé H.264 - aka MPEG 4, alias Advanced Video Coding (AVC) - il est donc pas surprenant que HEVC deviendra H.265 lorsque l'Is et Ts sont parsemées et croisés sur la version finale, ratifié de la norme Plus tard cette année.

Cette standardisation final est juste une formalité. L'Union internationale des télécommunications (UIT-T), l'organisme qui supervise la série "H" de normes, et son partenaire en matière de vidéo, la norme ISO / IEC Moving Picture Experts Group (MPEG), ont tous deux donné HEVC approbation suffisante. Cela signifie fabricants d'appareils tels que Samsung, les fabricants de puces tels que Broadcom, les fournisseurs de contenus tels que Orange France et les opérateurs de réseaux de téléphonie mobile tels que NTT DoCoMo peuvent commencer à annoncer les produits HEVC liées sûrs dans la connaissance que la norme sera complétée par quelques-uns, le cas échéant d'autres changements.

Joueurs de bit: chaque génération successive de codec vidéo offre une qualité d'image comparable au débit binaire de la moitié de son prédécesseur

Il a fallu trois ans H.265 pour atteindre ce stade, bien que des travaux d'exploration sur les normes post-H.264 remonte à 2004. La volonté de développer la norme - un processus supervisé par un comité appelé l'équipe de collaboration conjointe sur Video Coding ( JVT-VC) et comprenant des membres des deux MPEG et l'UIT-T - a été exposée en Janvier 2010 dans un appel à propositions de spécification de sociétés de technologie et d'autres parties prenantes.

Leur brève est facile à résumer: H.265 a pour fournir une image de la même qualité visuelle perçue comme H.264 mais en utilisant seulement la moitié du volume de données transmis et donc la moitié de la bande passante. H.264 peut heureusement le taux de désabonnement des images 1920 x 1080 à 30 images par seconde en progressif - dire, image après image - Mode, mais il est prévu de commencer à courir à bout de souffle quand il vient à la 3840 x 2160 - aka 4K x 2K - sans parler des 7680 x 4320 (8K x 4K) résolutions définies comme Ultra photos HD. H.265, puis, a été conçu comme la technologie qui rendra ces résolutions réalisable avec mainstream kit d'électronique grand public comme les téléphones et les téléviseurs.

Haute résolution, faible bande passante

Bien sûr, 4K x 2K et jusqu'à sont, pour le moment, considéré comme TV résolutions grand écran. Mais il n'y avait pas si longtemps que 1920 x 1080 a été considérée comme une résolution seulement-pour-tellies trop. Maintenant, cependant, beaucoup de téléphones, dont le Galaxy S4 est simplement le dernier, ont des écrans avec ces dimensions en pixels. Certaines tablettes ont des résolutions plus élevées encore.

Et tandis cœurs graphiques mobiles d'aujourd'hui ont aucune difficulté querelles 2.073.600 pixels 30 fois par seconde, qui est encore un diable de beaucoup de données pour les réseaux mobiles pour mener à eux, même sur les plus rapides liens 4G LTE. Et si, en plus de soutenir les résolutions Ultra HD sur de grandes télévisions, H.265 a été conçu comme un moyen de délivrer des images plus grandes mobiles vers les téléphones tout en consommant besoins en bande passante de moins que H.264 prend. Ou de livrer plus élevés, des taux de trame plus lisses sur la même largeur de tuyau.

Ceci explique l'intérêt de NTT DoCoMo dans la nouvelle technologie vidéo. Sa proposition au JVT-VC 2010 a été l'un des cinq finalistes des 27 suggestions originales en Avril 2010. Tous les cinq pourrait offrir une image pour correspondre à un bon flux H.264, mais seulement quatre, y compris de NTT DoCoMo, étaient également en mesure de offrir un taux de compression plus faible d'un tiers de ce que H.264 peut gérer. L'objectif de la JVT-VC était de 50 pour cent de plus compression efficace pour la même taille de l'image et de la qualité de l'image.

HEVC assemble ses unités de codage dans une structure arborescente
Source: Elemental Technologies

Les propositions restantes ont été combinées et consacré le document de travail le premier au JVT-VC, qui a été publié le Octobre suivante. Le comité et ses partenaires ont été perfectionner et à tester cette spécification depuis. Depuis Juin 2012, MPEG LA, la société que les licences de technologies vidéo MPEG, a réunit des détenteurs de brevets de propriété intellectuelle qui touche à la spécification H.265, avant d'autoriser que la propriété intellectuelle de toute personne faisant des encodeurs H.265 et décodeurs, que ce soit dans le matériel ou logiciel.

Alors, comment fonctionne la nouvelle norme vidéo sa magie?

Comme H.264 avant - et tous les standards vidéo H.261 à partir de suite, d'ailleurs - HEVC est basée sur la notion même de repérer les différences induites mouvement entre les trames-et trouver des zones quasi-identiques au sein d'une seule image. Ces similitudes sont soustraites les images suivantes et ce qui reste dans chaque trame partielle est mathématiquement transformées pour réduire la quantité de données nécessaires pour stocker chaque trame.

Quand un cadre de H.264 est codé, il est divisé en une grille de carrés, appelés «macroblocs» dans le jargon. Macroblocs H.264 étaient pas plus grand que 16 x 16 pixels, mais qui est sans doute une trop petite taille pour des images HD et certainement pour Ultra photos HD, donc H.265 permet des tailles de blocs à être fixés à un maximum de 64 x 64 pixels, la meilleure pour détecter des différences plus fines entre les deux blocs donnés.

En fait, le processus un peu plus complexe que cela suggère. Bien que H.264 fonctionne au niveau du bloc, avec un bloc de 16 x 16 contenant la luminosité de chaque pixel - «luma» dans le jargon - et deux de 8 x 8 blocs de couleur - «chroma» données - H.265 utilise une structure appelée "Codage Tree". Codeur-sélectionné 16 x 16, 32 x 32 ou 64 x 64 blocs contiennent pixel informations de luminosité. Ces blocs luma peuvent ensuite divisé en un certain nombre de sous-blocs plus petits contenant la couleur - "chroma" - données. Plus données au niveau de la lumière est codée de données de couleur parce que l'œil humain est mieux à même de détecter des différences la luminosité des pixels adjacents que ce sont les différences de couleurs.

HEVC a une image intelligente système de sous-division
Source: Elemental Technologies

HEVC échantillons pixels que les données "YCrCb": une valeur de luminosité (Y), suivi par un nombre qui montre à quel point la couleur du pixel écarte du gris vers, respectivement, rouge et bleu. Il utilise 4: 2: 0 échantillonnage - chaque échantillon de couleur a un quart du nombre d'échantillons que la luminosité et en particulier la moitié du nombre d'échantillons dans chaque axe. Les échantillons sont des valeurs 8 bits ou 10 bits, en fonction de la HEVC Profil codeur suit. Vous pouvez penser à une image 1080p contenant 1920 x 1080 pixels valeur de l'information de luminosité mais seulement 960 x 540 pixels d'une valeur de l'information de couleur. Ne vous inquiétez pas à propos de la «perte» de la résolution de couleur - vous pouvez littéralement pas le voir.

Une "Unité Arbre Coding» donnée est la racine d'une arborescence qui peut comprendre un certain nombre de petites, rectangulaires "blocs de codage", qui peut, à son tour, être diviser en plus petits encore "blocs Transform", que le codeur juge opportun.

La structure du bloc peuvent différer entre H.264 et H.265, mais le principe de la détection de mouvement est globalement la même. Les blocs de la première image sont analysés afin de trouver ceux qui sont très semblables les uns aux autres - les zones de ciel aussi bleu, disent. Les images suivantes dans une séquence ne sont pas vérifiées seulement pour ces similitudes image intra, mais aussi afin de déterminer comment les blocs se déplacent entre des trames dans une séquence. Ainsi, un bloc de pixels qui contiennent la même couleur et de la luminosité des valeurs à travers une séquence de trames, mais change de lieu d'une trame à, ne doit être stocké fois. Un vecteur de mouvement d'accompagnement indique le décodeur où placer ces pixels identiques dans chaque trame successive récupérée.

Fait pour le traitement parallèle

Encodeurs H.264 vérifier similitudes image intra dans huit directions possibles du bloc source. H.265 étend cette 33 vecteurs possibles - pour mieux révéler plus subtil mouvement de bloc de pixels. Il ya aussi d'autres trucs qui H.265 gains pour prédire plus précisément où dupliquer un bloc donné pour générer l'image finale.

Comme HEVC boffins Gary Sullivan, Jens-Rainer Ohm, Woo-Jin Han et Thomas Wiegand mettre dans un article publié dans la revue IEEE Transactions sur les circuits et systèmes pour la technologie vidéo en Décembre 2012: "Le signal résiduel de l'intra- ou inter-image prédiction, qui est la différence entre le bloc initial et sa prédiction, est transformé par une transformée spatiale linéaire. Les coefficients de transformation sont ensuite mises à l'échelle, quantifiés, l'entropie codés et transmis avec les informations de prédiction. "

Lorsque la trame est décodée, les filtres supplémentaires sont appliqués pour aplanir les artefacts générés par les procédés de blocage et de quantification. Incidemment, nous pouvons parler de cadres ici, plutôt que de champs entrelacés, parce H.265 ne supporte pas entrelacement. Donc, il n'y aura pas 1080i vs débat 1080p avec HEVC. "Pas de caractéristiques de codage explicites sont présents dans la conception HEVC pour soutenir l'utilisation de balayage entrelacé», disent les esprits derrière la norme. La raison? "Balayage entrelacé est plus utilisé pour les affichages et devient beaucoup moins commune pour la distribution." Enfin, nous serons en mesure de quitter notre patrimoine CRT derrière.

H.264 vs H.265

En plus de tout cela codage vidéo jiggery pokery, H.265 comprend le genre d'information de haut niveau que les données H.264 peuvent contenir pour aider le décodeur composer avec les différentes méthodes par lesquelles un flux de données vidéo peut se déplacer à partir du fichier source écran - le long d'un câble ou à travers un réseau sans fil, dit - qui se traduira par degrés de perte de paquets de données. Mais HEVC gagne méthodes supplémentaires pour segmenter une image ou les données de transmission en continu de mieux tirer parti des architectures de traitement parallèle et de synchroniser la sortie mais de nombreux processeurs d'image sont présents.

H.264 a la notion de «tranches» - sections de données qui peuvent être décodées indépendamment des autres sections, soit des cadres ou des parties de trames entières. H.265 ajoute «tuiles», qui sont un nombre pair de 256 x 64 tranches dans laquelle une image peut éventuellement être segmenté de sorte que chacune contient le même nombre de noyau de HEVC codification Unités Arbre donc il n'y a pas de nécessité de synchroniser la sortie. En effet, chaque cœur graphique traite toute CTU donnée dans le même laps de temps. Autres tuiles tailles peuvent être autorisées dans les versions futures de la norme.

H.265 ... partout

Une alternative option disponible pour le codeur est Wavefront Traitement Parallèle, qui coupe chaque tranche en rangées de UTC. Le travail peut commencer le traitement de toute ligne donnée une fois que deux engins de transport ont été décodé à partir de la rangée précédente (indices fois de décodage ont été récupérés d'eux). L'exception, bien sûr, est la toute première ligne dans la séquence. Cette approche, dit boffins HEVC, fait pour moins d'artefacts que carrelage et peuvent donner un taux de compression plus élevé, mais ses exigences en matière de puissance de traitement sont plus importants que le carrelage. Pour l'instant, le choix est tuiles, WPP ou aucun, bien que l'utilisation des deux peut être autorisée dans les futures révisions du HEVC.

H.265 rend sautiller dans la vidéo un processus lisse en permettant cadres complets - images qui peuvent être décodés sans information de toute trame précédente - être plus logiquement marqués comme tels pour le décodeur. Ne pas oublier, l'ordre de décodage de l'information au sein d'un flux est pas nécessairement le même que l'ordre dans lequel les images sont affichées. Aller dans un flux à mi-chemin et quelques prochains cadres complets qui sont nécessaires pour décoder point de pré-saisie des cadres, mais pas pour ceux qui vont maintenant être affichés peuvent - si elles sont correctement étiqueté - être ignoré par le décodeur.

HEVC vs AVC: pour le même débit binaire obtenir une meilleure image - ou la qualité d'image comparable d'au moins la moitié du débit binaire
Source: Ericsson

Depuis un flux vidéo de nécessité doit intégrer au moins une trame complète, il est pas surprenant que H.265 a un profil d'image fixe, la photo principale encore. Comme le profil principal de base, MSP est plafonné à huit bits par échantillon. Si vous en voulez plus, vous allez avoir besoin du profil principal 10, qui, comme son nom l'indique, a utilisé des échantillons de 10 bits. Jusqu'à présent, 13 niveaux HEVC ont été définis, essentiellement basée sur la taille de l'image et en cours d'exécution à partir de 176 x 144 à 7680 x 4320. Les niveaux de production des débits maximaux de 128 Kbps à 240Mbps dans le applications grand public de niveau, et 30-800Mbps dans le peloton de haute performance , qui pourraient être utilisés pour le travail de pré-production de qualité de diffusion et de stockage, par exemple.

Ce, alors, est la version de HEVC inscrit sur les premières ébauches finales de H.265. Le travail est déjà en cours sur les extensions à la spécification d'équiper la norme de la technologie nécessaire pour la 3D et multi-vue codage, pour soutenir de plus grandes profondeurs de couleurs (12 bits initialement) et de mieux les options de couleur composante d'échantillonnage tel que le 4: 2: 2 et 4: 4: 4, et de permettre codage évolutive, qui permet un flux de haute qualité pour offrir un sous-flux de moindre qualité en éliminant des paquets.

Les extensions de H.265 sont tous assez loin. Premièrement, nous devons tous H.265 d'être supporté par nos systèmes préférés d'exploitation, applications et - dans le cas des appareils mobiles de faible puissance - dans les puces qu'ils utilisent. Avec H.264 maintenant le standard de facto pour les téléchargements et le streaming vidéo, il ya une motivation pour passer à la prochaine version, surtout si cela signifie les acheteurs peuvent télécharger les vidéos de qualité comparables dans la moitié du temps. Il semble certain d'être une partie de "Blu-ray 2.0" chaque fois que cela émerge, et probablement futures normes de télévision ATSC, mais la capacité à obtenir la vidéo de haute qualité descendre Internet est certainement un point de vente unique plus fort que la prestation 4K ou 8K vidéo sur disque optique pour un nombre sans cesse décroissant de consommateurs.

Pas encore prêt pour primetime

Vidéophiles exigeront 4K et peut-être 8K écrans, mais pour la plupart d'entre nous il ya peu d'avantages visibles à dépasser 1080p - à moins que nous nous déplaçons également nos canapés très proche de nos téléviseurs. Même si les radiodiffuseurs migrent rapidement à 4K, peut-être dans le temps de montrer de 2014 la Coupe du Monde dans le format, ils peuvent le faire avec H.264. Mais si vous allez avoir pour obtenir un nouveau, plus grand écran, vous pouvez ainsi obtenir un avec un nouveau meilleur codec à bord. Pourtant, H.265 dans le salon promet d'être d'un intérêt limité pour quelques années encore.

4K en streaming peut être tout aussi loin, mais plus efficace en streaming 1080p est quelque chose de beaucoup de gens aimeraient avoir maintenant. Compte tenu de la concurrence entre les services IPTV, il est pas difficile de l'imagerie de nombreux fournisseurs de saut sur H.265 pour améliorer leurs offres, une fois la norme devient supporté par les navigateurs Web et les applications qu'ils utilisent. Une plus grande compression du contenu SD et HD vidéo H.264 que peut fournir est ce qui va favoriser l'adoption de H.265 dans le court terme.

Et bien sûr, il va exiger une plus grande puissance de traitement que les codecs précédents nécessaires - 10 fois plus pour le codage, certains spécialistes estiment, avec deux à trois fois plus pour le décodage. Produire H.265 vidéo nécessite l'encodeur pour évaluer beaucoup plus d'options de codage à beaucoup plus de points de décision qui est le cas avec H.264, et qui prend du temps. Régénérer même trames complètes des conseils beaucoup plus que le codeur fournit. Encodage et le décodage HVEC ne favorise pas nécessairement puces avec des vitesses d'horloge plus élevées, cependant. L'accent mis sur la parallélisation H.265 favorise des processeurs et GPU équipés avec beaucoup de cœurs qui peuvent croquer numéros simultanément.

"HEVC / H.265 est une solution idéale pour l'encodage GPU», disent membres du personnel à Elemental Technologies, un fabricant de matériel d'encodage vidéo. "Encoding HEVC / H.265 présente complexités de calcul jusqu'à dix fois celle de codage H.264, dont l'architecture massivement parallèle du GPU est bien adapté. Avec 500 façons de coder chaque macrobloc, les exigences de traitement exigeants de H.265 mettra à rude épreuve de nombreuses plateformes matérielles existantes ".

Facile à dire, plus difficile à traiter. Nous ne saurons pas comment les encodeurs et décodeurs ainsi le travail - qu'elles soient mises en œuvre en logiciel ou matériel - jusqu'à ce qu'ils arrivent effectivement. Support logiciel viendra en premier. Marché-watcher Multimedia Research Group estime, il ya environ 1,4 milliard de gadgets déjà sur le marché qui, étant donné une mise à jour de logiciel approprié, sera en mesure de jouer H.265 vidéo. Un milliard de plus sont à venir cette année. Mais être capable de décoder H.265 est une chose - être capable de le faire en douceur et avec une utilisation efficace de l'énergie est quelque chose d'autre.

Ce genre d'incertitude tiendra H.265 de retour dans le court terme, au moins autant que son adoption va intégrer. Voilà sans grande surprise, peut-être. Même aujourd'hui, la majorité des émissions numériques des chaînes de télévision britanniques utilisé MPEG-2 - alias H.262 - avec H.264 utilisé que pour du contenu HD. Chippery spécifique H.265 est attendue cette année, mais pas dans l'expédition des produits jusqu'au T4 au plus tôt - Q1 2014 une estimation plus pratique. ®

TRADUCTION GOOGLE

http://www.theregister.co.uk/2013/04/11/feature_wtf_is_h265_hevc/?page=1

Comments

[Wmr]

C’est illisible