Видеокодеки H.264 и H.265

Видеокодеки H.264 и H.265 (известный также как HEVC — High Efficiency Video Coding) являются одними из самых распространённых стандартов сжатия видеоданных. Они используются для уменьшения размера видеофайлов без значительной потери качества, что очень важно для трансляций, хранения и передачи видео через интернет.

H.264 (AVC) — Advanced Video Coding

Общее описание

H.264, также известный как AVC (Advanced Video Coding), был выпущен в 2003 году и стал стандартом сжатия видео для самых разнообразных приложений — от трансляций и видео-конференций до онлайн-стриминга и записи на DVD/Bluray.

Основные принципы работы

H.264 работает по методу сжатия с потерями, используя ряд технологий для уменьшения объема данных:

• Блочное сжатие: Видео разбивается на маленькие блоки пикселей (обычно 16x16), которые называются макроблоками.

• Пространственное и временное сжатие: Пространственное сжатие кодирует данные внутри одного кадра (I-frame), а временное сжатие использует различия между кадрами для уменьшения объема данных (P-frame, B-frame).

• Предсказание движения: H.264 анализирует последовательность кадров для нахождения схожих участков и использует эту информацию для предсказания движения объектов в видео.

Преимущества

• Широкая поддержка: H.264 поддерживается практически всеми устройствами и платформами — от телефонов до профессиональных систем трансляции.

• Высокое качество при умеренном битрейте: Видео H.264 обеспечивает высокое качество изображения при относительно низких битрейтах, что сделало его основным стандартом для потокового видео (например, YouTube и Netflix использовали H.264 в течение многих лет).

• Низкие вычислительные затраты: H.264 кодируется и декодируется быстрее, чем более современные кодеки, что делает его предпочтительным для устройств с ограниченными вычислительными ресурсами.

Недостатки

• Устаревший по сравнению с новыми кодеками: Хотя H.264 всё ещё широко используется, его эффективность сжатия ниже, чем у более современных стандартов, таких как H.265. Это означает, что для сохранения того же качества видео требуется больше данных.

H.265 (HEVC) — High Efficiency Video Coding

Общее описание

H.265 (или HEVC) был выпущен в 2013 году как преемник H.264. Его основная цель — улучшить сжатие видеоданных, сохранив при этом высокое качество изображения, что особенно важно для видео в формате 4K, 8K и для VR-контента.

Основные принципы работы

H.265 использует те же базовые концепции, что и H.264, но с рядом значительных улучшений:

• Коэффициенты сжатия: H.265 предлагает примерно 50% лучшее сжатие по сравнению с H.264 при сохранении аналогичного качества изображения.

• Большие блоки пикселей (Coding Tree Units): В отличие от H.264, который использует макроблоки размером до 16x16, H.265 может использовать большие блоки (до 64x64), что улучшает эффективность сжатия для сложных сцен.

• Улучшенная предсказательная модель движения: H.265 использует более сложные алгоритмы для анализа и предсказания движения, что позволяет снизить объем данных, передаваемых между кадрами.

• Поддержка большего числа цветов и битной глубины: H.265 поддерживает видео с более высокой цветовой глубиной (10 и более бит), а также цветовые пространства, такие как Rec.2020, что делает его идеальным для видео UHD и HDR.

Преимущества

• Более высокая эффективность сжатия: Основное преимущество H.265 заключается в его способности кодировать видео того же качества, что и H.264, но с примерно в два раза меньшим битрейтом. Это критически важно для видео высокого разрешения (4K и выше), так как такие видеофайлы могут занимать очень много места.

• Оптимизация для высоких разрешений: H.265 специально разработан для видео с высоким разрешением и HDR, что делает его стандартом для 4K и 8K видео.

• Меньше буферизации для стриминга: Благодаря улучшенной компрессии, видео H.265 может передаваться по сетям с ограниченной пропускной способностью без значительных потерь качества.

Недостатки

• Большие вычислительные затраты: Одним из главных недостатков H.265 является то, что его кодирование и декодирование требуют значительно больше вычислительных ресурсов по сравнению с H.264. Это может быть проблемой для старых устройств или систем с ограниченной мощностью.

• Ограниченная поддержка: Несмотря на все свои преимущества, поддержка H.265 на уровне устройств, программ и сервисов развивалась медленнее, чем у H.264. Хотя современные устройства всё чаще поддерживают H.265, некоторые старые устройства могут не иметь совместимости.

• Проблемы с лицензированием: H.265 сталкивался с проблемами лицензирования, так как существует несколько патентных пулов, что усложняет использование кодека для разработчиков. Это одна из причин, почему некоторые платформы (например, YouTube) долгое время не переходили на H.265.

Сравнение H.264 и H.265

Применение и будущее

H.264

H.264 по-прежнему является стандартом для большинства видеоплатформ, таких как YouTube, Netflix, Amazon Prime и другие. Он используется во многих видеокамерах, смартфонах, устройствах потокового вещания и видеоконференциях. Благодаря своей широкой совместимости, этот кодек останется актуальным ещё долгие годы, несмотря на появление более эффективных решений.

H.265

H.265 быстро набирает популярность, особенно для видео в высоком разрешении и для видеоконтента с высоким динамическим диапазоном (HDR). Его высокая эффективность сжатия делает его предпочтительным для платформ, которые транслируют 4K и 8K контент. Однако более высокие требования к вычислительным ресурсам и ограничения в лицензировании означают, что переход на H.265 будет постепенным.

Заключение

H.264 остаётся основным стандартом видеокодирования благодаря своей эффективности и широкой поддержке, однако H.265 постепенно занимает его место, особенно в контексте высокого разрешения и HDR-контента. Выбор между ними зависит от приложения: для видео с низким и средним разрешением H.264 остаётся предпочтительным, а для 4K и выше H.265 становится новым стандартом.