H.265 o HEVC (High Efficiency Video Coding): Tutto quello che dovete sapere su uno degli ultimi Codec Standard


L’H.265 (o HEVC: High Efficiency Video Coding) rappresenta uno degli ultimi Codec Standard utilizzato in tutto il mondo per la creazione, la riproduzione, e la trasmissione di filmati video nei più comuni canali di trasmissione video.

Ma prima di addentrarci su alcuni aspetti di tale Codec ed in particolare sull’impatto che ha avuto nel campo TVCC, sarebbe meglio prima evidenziare il ruolo del CODEC nell’ambito dei filmati video.

In particolare, perché si utilizzano i CODEC?

Quando una Telecamera, una Videocamera, una Macchina Fotografica o altro, effettua una ripresa video, l’immagine deve essere memorizzata in un supporto digitale, per essere poi visionata, trasmessa, e archiviata. La risoluzione, la qualità, e lo spazio occupato da tale Video, rappresentano quindi degli elementi importantissimi, che vanno a condizionare aspetti tipici della comunicazione, del mezzo trasmissivo, e dei supporti di memorizzazione impiegati.

Ed è qui che entra in gioco l’utilizzo di un CODEC. Ossia utilizzare un algoritmo che permetta di ottenere un file (rappresentativo delle immagini video) che non occupi molto spazio, che contenga informazioni di qualità e tali da poter essere trasmesse nei diversi canali di trasmissione ad una velocità ottimale.

Il risultato ottenuto è un filmato digitale che altro non è se non un “CONTENITORE” (il file video con estensione .AVI , .WEV, .3GP, .AFF, ecc) dove all’interno ci sono dei dati ottenuti tramite un processo di compressione (grazie al CODEC) e che permetteranno la ricostruzione dell’immagine Video originaria nel miglior modo, in base a certi criteri .

Quindi per poter vedere successivamente la ripresa, devo usare lo stesso CODEC per interpretare i dati.

 

Vantaggio: posso far in modo che i dati che vado ad inserire nel CONTENITORE occupino meno spazio, a parità di qualità video, grazie alluso di altri algoritmi (ossia di altri CODEC) più performanti. Quindi, spazio occupato dal filmato nettamente inferiore (in termini di Megabyte).

 

Detto cìò, il codec più utilizzati nel campo TVCC fino ad un anno fa era l’H.264/MPEG-4 Part 10 ( o AVC)  nato nel 2005. Oggi vengono già vendute telecamere che utilizzano il nuovo codec l’H.265 (o HEVC). Quest’ultimo standard è stato lanciato nel 2013, grazie ad accordi tra diverse organizzazioni internazionali (ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11/ Moving Picture Experts Group (MPEG) and ITU-T SG16/Q.6 Video Coding Experts Group – VCEG). Nel 2015, infine sono state rilasciate delle estensioni di formato di tale standard.

 

Ad oggi, tale compressione, permette la riproduzione di filmati che arrivano fino all’8K – Ultra HDTV (e quindi incluso il 4K – Ultra HD ) e quindi ad risoluzione fino a 8192×4320.

Facendo un raffronto con l’H.264, il miglioramento più evidente è il seguente:

 

  • A parità di qualità video, la grandezza del file video compresso in H.265 è la metà rispetto all’H.264 (o la metà del bitrate)
  • Ossia, a parità di grandezza del file video compresso (o a parità di bit rate) la qualità video in H.265 è nettamente superiore al H.264

In queste valutazioni si fa riferimento al bit-rate. Questo valore rappresenta la velocita del flusso video in termini di bit (milioni di bit per secondo o Mbps). In genere più questo valore è alto e più l’immagine è di qualità e maggiore sarà lo spazio occupato (in termini di MByte) dal file video.

In effetti, negli anni, lo sviluppo dei codec (di compressione) ha determinato una riduzione del bit-rate. Ad esempio, alla risoluzione di 352×288 (es di una webcam datata) con 8bit di risoluzione colore e un frame rate (immagini per secondo) di 24 per secondo, il bit-rate risultante era di 18,55Mbps. Un filmato di un minuto occupava 139MB. Con lo sviluppo del MPEG-1 (CODEC di compressione) il bit-rate passava ad 1,73Mbps (a parità di qualità video) occupando 12MB. Con l’MPEG-4 (CODEC di compressione), si introduceva la tecnologia dell’interframe (tecnologia di compressione basata sulla descrizione dei cambiamenti tra un frame ed il successivo, adatta per i filmati in cui c’è poca azione). In questo ultimo caso il rapporto di compressione variava istantaneamente a seconda del tipo di scena mantenendo costante il livello di qualità dell’immagine ed una riduzione delle dimensioni del video.

 

Facendo ancora un paragone con l’H.264 e considerando le diverse risoluzioni video, i risultati medi che si ottengono con l’H.265 sono i seguenti:

Video Coding Standard

Da qui si può vedere che efficienza migliora verso le immagini 4K, e quindi il motivo per cui tale codec venga spesso associato a tale risoluzione video.

Considerando altri metodi di misurazione della qualità video (Peak Signal to Noise Ratio – PSNR: Test basato sui pixel dell’immagine), si può veder come l’efficienza di tale codifica, a parità di qualità video e di risoluzione, abbia determinato una riduzione del bitrate (anche se in modo inferiore rispetto agli altri metodi di misurazione).

HD Bit-rate h265 vs h264

In definitiva ciò che si registra nel corso degli anni è il seguente dato:

Bit Rate Codec h265

Negli esempi seguenti vengono mostrati i miglioramenti ottenuti grazie al nuovo codec H.265:

Risoluzione h265 vs h264

resolution h.265 vs h.264

Ma cosa ha determinato tale miglioramento?

A livello algoritmico, ci sono stati cambiamenti significativi.

E’ cambiata la dimensione del blocco di codifica, passata da 16×16 pixel (H.264) ad una dimensione massima di 64×64 pixel in modo da sfruttare meglio la correlazione che c’è tra pixel vicini tra loro, soprattutto nel caso di risoluzioni di segnali superiori all’alta definizione.

prediction space widens

macroblock vs partition

È stata migliorata l’accuratezza delle tecniche di predizione tra i quadri, nell’ambito dello stesso quadro:

predizione tra i quadri h265 codec

E’ stato ottimizzato ulteriormente il modo di trasmettere i vettori in movimento all’interno dello stream e apportati ulteriori miglioramenti.

h265 vs hevc vs mpeg2

In definitiva, le conseguenze più evidenti, in ogni campo di applicazione del codec sono allora un miglioramento del bit-rate, e quindi a parità di bit-rate, possibilità di usare le stesse risorse di trasmissioni per immagini più grandi e di qualità (4K).

Conseguenze nel campo del TVCC

  • Qualità migliore delle immagini
  • Possibilità di passare alla risoluzioni 4K.
  • A parità di risoluzioni, minor spazio occupato dalle immagini negli Hard disk.
  • Telecamere con DSP più complessi.
  • Dvr con processori più complessi.

Fonti: