25 января 2013 г. стал очень важным днем в истории стандартов сжатия видеофайлов, который был отмечен, пожалуй, лишь несколькими специалистами в сфере безопасности. В этот день Международный союз электросвязи (МСЭ) принял стандарт H.265, также известный как высокоэффективное кодирование видеоизображений (HEVC). Согласно пресс-релизу МСЭ «Стандарт HEVC положит начало новому этапу инноваций в сфере видеопроизводства, которые охватят весь спектр ИКТ, от мобильных устройств до телевидения сверхвысокой четкости».
Именно телевидение сверхвысокой четкости (UHDTV) было широко представлено на Международной выставке потребительской электроники в январе, на которой было представлено большое количество экранов с разрешением 3840 х 2160 пикселей (также известные как 4К), а также широкий модельный ряд с диагональю от 55 до 110 дюймов. Однако разрешения 8,3 Мп оказалось мало, и поэтому понятие UHDTV также включает в себя разрешение 7680 x 4320 пикселей, именуемое 8K, что приравнивается к 33,2 Mп.
В то время как всем становится очевидно, что ошеломляющие экраны с высоким разрешением – это наше будущее, с которым мы будем сталкиваться как дома, так и в различных центрах управления, мы не задумываемся, что все чудеса происходят от технологий сжатия видео.
Для начала давайте посмотрим, как эволюционировали наиболее используемые стандарты сжатия видео по годам их принятия:
1988: H.261 (МСЭ) – предназначался для ISDN; предоставлял разрешения форматов CIF и QCIF.
1992: MPEG-1 (Экспертная группа по вопросам движущегося изображения) – видео стандарта VHS, аудио стандарта CD (стало основой для формата MP3).
1996: H.263 (МСЭ) – формат H.261, расширенный для видеоконференций между телефонами, а со временем и для использования сервиса MMS, потоковой передачи и сетевых видеоконференций.
1996: MPEG-2 (также известный, как МСЭ H.262) – поддержка чересстрочной развертки, качество DVD, максимальное разрешение 720 x 480 пикселей. Поддерживались только кадровые частоты систем NTSC и PAL.
1999: MPEG-4. Части 1, 2, 3, 6 – был создан на основе стандартов MPEG для поддержки полного спектра кадровых частот, скоростей передачи данных, а также разрешения 720 x 576. MPEG-4 состоит из определенного количества конфигураций, включая часть 2, Advanced Simple Profile. Обратите внимание на данную цитату за 2001 г. от CNET, касающуюся MPEG-4, спустя 2 года после принятия стандарта: «В то время как Microsoft и RealNetworks ведут шумную борьбу за аудио- и видеотехнологии, в конкурентную борьбу потихоньку включается аутсайдер с хорошей родословной и набором «чудесных» функций».
2003: H.264 (также известный как MPEG-4. Часть 10, Advanced Video Coding) – заложил основы для телевидения высокой четкости и Blu-ray. В 2008 г. Axis и Sony представили вниманию общественности камеры видеонаблюдения (CCTV) на базе стандарта H.264, после чего многие компании последовали их примеру.
Сегодня, 10 лет спустя, у нас появился H.265, который сравним с H.264, как H.264 сравним с MPEG-4 Advanced Simple Profile, увеличивающий производительность и загрузку канала примерно на 50%. Как же это возможно?
Во-первых, для поддержки обработки невероятных объемов данных, необходимых для кодировки видео, были разработаны вычислительные мощности. Картинка, как и в предыдущих стандартах, для обработки разбивается на блоки. В более ранних стандартах такие блоки составляли 8 x 8 пикселей, этот размер увеличился до макроблоков 16 x 16 пикселей в стандарте MPEG-4 и H.264. В H.265 данные блоки, прозванные Coding Tree Blocks (блоки кодового дерева), составляют 64 x 64 пикселя, но также могут подразделять на более мелкие.
В рамках кадра кодирование опирается на расчетные данные «внутри картинки», что означает применение оценки изменений между блоками; схожая процедура используется для сравнения отдельных кадров (между картинками). Расчетные сигналы используются для сложных математических трансформаций, фильтрации и процесса кодировки, результат которых применяется устройством для расшифровки для того, чтобы восстановить кадры по опорным кадрам. Именно повышенная сложность расчета и последующее квантование, а также предоставление более эффективной параллельной обработки повышает эффективность процесса кодировки/дешифровки. Мы можем отчетливо увидеть это в улучшении разрешения и уменьшения загрузки канала. H.265 будет поддерживать разрешения, начиная от QVGA (320 × 240), вплоть до 4320p, но только при помощи прогрессивной развертки. Чересстрочная развертка может выполняться либо при помощи кодирования каждого поля или кадра как отдельной картинки.
Воздействие на рынок будет практически троекратным. Первая его часть будет заключаться в вышеупомянутых UHDTV экранах. В то время как разрешение 4K требует ширину канала 25 Мбит/с, это не ограничивает его использование в центрах управления. Вторая часть воздействия находится на другой стороне спектра, предоставляя потоковую передачу изображений высокой четкости на мобильные устройства, например 720p, 30 кадров в секунду при 500 Кбит/с. Третья часть – это нечто посередине; будущее IP-камер предложит потребителю более высокое разрешение при одновременном понижении скорости передачи данных, что продолжит тенденцию уменьшения канала и понижения требований к устройствам для хранения информации для определенной кадровой частоты видео и его разрешения.
Ничто из вышесказанного не произойдет за одну ночь, и если брать историю стандарта H.264 в качестве образца, то, скорее всего, понадобится еще около пяти лет до того момента, когда мир увидит хоть какую-то динамику на рынке. Все это потому, что потребительским рынкам нужно время, чтобы снизить стоимость оборудования до адекватного уровня. Кроме того, технология декодирования должна быть включена в те устройства, которые отображают и управляют видеопотоками. Для этого необходимо наращивать вычислительные мощности параллельно с разработкой программного обеспечения.
Источник:
|
