Что такое видео HEVC H.265 и почему оно так важно для фильмов 4K?

4K мониторы и телевизоры с нами уже довольно давно и видео 4K начинают появляться повсюду. Но видео 4K занимает массу места, что затрудняет загрузку и потоковую передачу в максимально возможном качестве. К счастью, одна технология меняет это, и она известна как High Efficiency Video Coding (HEVC) или H.265.

Потребуется некоторое время, чтобы эта новая технология стала повсеместной, но это происходит: 4K UHD Blu-ray используют HEVC, VLC 3.0 делает видео HEVC и 4K более удобным для просмотра на вашем ПК, а iPhone может даже сохранять записанное видео в HEVC для экономии места в памяти. Но как это работает и почему это так важно для видео 4K?

Текущий стандарт: AVC/H.264

Когда вы смотрите диск Blu-ray, видео на YouTube или фильм из iTunes, они не идентичны исходному необработанному видео, которое выходит из монтажной. Чтобы поместить этот фильм на диск Blu-ray, или сделать его достаточно маленьким для удобной загрузки из Интернета, фильм необходимо сжать.

Усовершенствованное кодирование видео, также известное как AVC или H.264, является лучшим широко используемым стандартом сжатия видео, и существует несколько различных методов, которые используются для уменьшения размера видеофайла.

Например, в любом заданном кадре он может искать области, которые в основном одного цвета. Возьмите этот неподвижный кадр со мной и моим сыном — большая часть неба одного и того же синего цвета, поэтому алгоритм сжатия может разделить изображение на куски, называемые «макроблоками», и сказать: «Эй, вместо того, чтобы запоминать цвет каждого пикселя, мы можем просто сказать, что все эти фрагменты вверху одного и того же синего цвета». Это намного эффективнее, чем сохранение цвета каждого отдельного пикселя, что уменьшает размер файла конечного кадра. В видео это называется внутрикадровым сжатием — сжатием данных отдельного кадра.

AVC также использует межкадровое сжатие, которое просматривает несколько кадров и отмечает, какие части кадра изменяются, а какие нет. Возьмите этот кадр из фильма «Капитан Америка: Противостояние». Фон не сильно меняется — большая часть различий между кадрами заключается в лице и теле Железного человека. Таким образом, алгоритм сжатия может разделить кадр на те же фрагменты макроблока и сказать: «Знаете что? Эти фрагменты не меняются в течение 100 кадров, поэтому давайте просто отобразим их снова, вместо того чтобы сохранять все изображение 100 раз». Это может значительно уменьшить размер файла.

Это всего лишь два чрезмерно упрощённых примера методов, используемых AVC/H.264, но вы поняли идею. Все дело в том, чтобы сделать видеофайл более эффективным без ущерба для качества. (Конечно, любое видео потеряет качество, если вы сожмёте его слишком сильно, но чем умнее эти методы, тем больше вы можете сжать видео, прежде чем дойдёте до нужной точки.)

HEVC/H.265 более эффективно сжимает видео, идеально подходит для видео 4K

Высокоэффективное кодирование видео, также известное как HEVC или H.265, является следующим шагом в этой эволюции. Он основан на многих методах, используемых в AVC/H.264, чтобы сделать сжатие видео ещё более эффективным.

Например, когда AVC ищет изменения в нескольких кадрах — как в приведённом выше примере с Капитаном Америкой — эти «фрагменты» макроблоков могут иметь несколько разных форм и размеров, максимум до 16 пикселей на 16 пикселей. С HEVC эти фрагменты могут иметь размер до 64 × 64 — намного больше, чем 16 × 16, что означает, что алгоритм может запомнить меньше фрагментов, тем самым уменьшая размер всего видео.

В HEVC происходят и другие вещи, но это одно из самых больших улучшений — в целом можно констатировать, что HEVC может сжимать видео в два раза сильнее, чем AVC, при том же уровне качества. Это особенно важно для видео 4K, которое с AVC занимает огромное количество места. HEVC значительно упрощает потоковую передачу, загрузку или копирование видео 4K на жёсткий диск.

Подвох: HEVC работает медленно без аппаратного ускоренного декодирования

HEVC является утверждённым стандартом с 2013 года, так почему бы нам уже не использовать его для всех видео?

Эти алгоритмы сжатия сложны — требуется очень много математических вычислений, чтобы обработать это на лету во время воспроизведения видео. Компьютер может декодировать это видео двумя основными способами: программным декодированием, при котором он использует ЦП вашего компьютера для выполнения математических вычислений, или аппаратным декодированием, при котором нагрузка перекладывается на вашу графическую карту (или встроенный графический чип на вашем компьютере). Видеокарта намного эффективнее, если она имеет встроенную поддержку кодека видео, которое вы пытаетесь воспроизвести.

Таким образом, хотя многие ПК и программы могут пытаться воспроизвести видео HEVC, оно может зависать или работать очень медленно без аппаратного декодирования. Таким образом, HEVC не принесёт вам много пользы, если у вас нет видеокарты и видеоплеера, которые поддерживают аппаратное декодирование HEVC.

Это не проблема для автономных устройств воспроизведения — проигрыватели Blu-ray 4K, в том числе тот, что в Xbox One, созданы с учётом HEVC. Но когда дело доходит до воспроизведения видео HEVC на вашем ПК, все становится сложнее. Вашему компьютеру потребуется одно из следующих аппаратных средств для аппаратного декодирования видео HEVC:

• Процессоры Intel 6-го поколения Skylake или более новые.
• AMD 6-го поколения «Carizzo» или более новые APU
• Видеокарты NVIDIA GeForce GTX 950, 960 или новее
• AMD Radeon R9 Fury, R9 Fury X, R9 Nano или более новые видеокарты

Вам также потребуется использовать операционную систему и видеоплейер, который поддерживает не только видео HEVC, но и аппаратное декодирование HEVC. Многие плейеры до сих пор добавляют поддержку аппаратного декодирования HEVC, и в некоторых случаях оно может работать только с определёнными чипами из списка выше. На момент написания этой статьи VLC 3.0, Kodi 17 и Plex Media Server 1.10 поддерживали ту или иную форму аппаратного декодирования HEVC, по крайней мере, для определённых карт. Возможно, вам придётся включить аппаратное ускорение в выбранном вами проигрывателе, чтобы он работал правильно.

Со временем все больше компьютеров смогут обрабатывать видео такого типа, и все больше проигрывателей будут поддерживать его более широко — точно так же, как сейчас это происходит с AVC/H.264. Может пройти некоторое время, прежде чем он станет повсеместным, а до тех пор вам придётся хранить видео 4K в формате AVC/H.264 с гигантскими размерами файлов (или сжимать их сильнее и терять качество изображения). Но чем больше будет поддерживаться HEVC/H.265, тем лучше будет становиться видео.

Смотрите также: Преемник HEVC: что такое кодек AV1?