HEVC je standard pro kompresi videa, který zdvojnásobuje kompresní poměr dat oproti svému předchůdci AVC a umožňuje efektivní přenos kvalitního videa, jako je 4K, přes mobilní sítě s omezenou přenosovou kapacitou v systémech 3GPP.

Popis

High Efficiency Video Coding (HEVC), známý také jako H.265 a MPEG-H Part 2, je standard pro kompresi videa vyvinutý společnou pracovní skupinou Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC). V rámci ekosystému 3GPP je standardizován jako kodek pro multimediální telefonii, streamování a vysílací služby. Architektura kodeku je založena na blokově hybridním přístupu ke kódování videa, podobně jako jeho předchůdce AVC, ale s významnými vylepšeními. Používá pokročilé techniky, jako jsou větší a flexibilnější blokové struktury (Coding Tree Units až 64x64 pixelů), vylepšená intra-predikce s 35 směrovými režimy, pokročilá predikce pohybových vektorů a techniky slučování (merge) a sofistikovanější in-loop filtry jako Sample Adaptive Offset (SAO). Tato vylepšení umožňují dosáhnout přibližně 50% snížení datového toku při zachování stejné vnímané kvality videa ve srovnání s AVC.

V síti 3GPP funguje HEVC v rámci rámce pro zpracování a doručování médií definovaného pro služby jako Multimedia Telephony Service for IMS (MTSI), Packet-Switched Streaming Service (PSS) a Multimedia Broadcast/Multicast Service (MBMS). Kodek je integrován do koncových zařízení (UE) a síťových prvků, jako je Media Resource Function Processor (MRFP) pro překódování nebo Broadcast-Multicast Service Center (BM-SC) pro vysílání. Proces kódování zahrnuje rozdělení každého snímku na Coding Tree Units (CTU), které jsou následně rekurzivně rozděleny na Coding Units (CU) pomocí kvadrantové struktury. Na tyto CU se následně aplikuje predikce (intra nebo inter), transformace, kvantizace a entropické kódování. Výsledný datový proud je zabalen podle formátů definovaných 3GPP, jako je ISO Base Media File Format (ISOBMFF) pro streamování nebo Real-time Transport Protocol (RTP) pro konverzační služby.

Úlohou HEVC v síti je umožnit aplikace videa s vysokou účinností, které jsou hlavním hybatelem mobilního datového provozu. Pro poskytovatele služeb snižuje náklady na přenosovou kapacitu a úložiště spojené s doručováním videa s vysokým rozlišením. Pro uživatele umožňuje vyšší kvalitu zážitků, jako je video 4K Ultra HD na mobilních zařízeních, bez úměrného zvýšení spotřeby dat. Specifikace 3GPP definují profily, úrovně a formáty přenosu pro HEVC za účelem zajištění interoperability mezi zařízeními a sítěmi. To zahrnuje podporu různých barevných prostorů, vysokého dynamického rozsahu (HDR) a videa 360 stupňů, což z něj činí univerzální kodek pro multimediální služby nové generace.

K čemu slouží

HEVC byl vytvořen, aby řešil exponenciální růst video provozu v mobilních sítích a omezení předchozího standardu AVC (H.264). Jak se spotřebitelská poptávka přesunula k videu s vyšším rozlišením (HD, 4K a nakonec 8K) a objevily se nové aplikace jako virtuální realita, kompresní účinnost AVC se stala úzkým hrdlem. Doručování takového obsahu by vyžadovalo neudržitelné množství síťové přenosové kapacity a úložiště, což by zvýšilo náklady operátorů a potenciálně zhoršilo uživatelský zážitek kvůli přetížení. Primární motivací bylo vyvinout kodek, který by mohl snížit potřebný datový tok na polovinu při ekvivalentní kvalitě, a tím zajistit budoucí připravenost sítí pro éru dat orientovaných na video.

Historicky každá nová generace video kodeku (např. MPEG-2, AVC) přinesla významný skok v kompresní účinnosti. HEVC pokračuje v tomto trendu, byl zahájen skupinou ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) a ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) prostřednictvím jejich společné spolupráce. Jeho přijetí do 3GPP, počínaje Release 12, bylo motivováno potřebou standardizovat jeho použití v rámci služeb založených na IMS a streamování. Tím byl zajištěn jednotný, interoperabilní přístup k doručování videa v celosvětových mobilních sítích, který zabránil fragmentaci. Standardizací HEVC umožnil 3GPP operátorům efektivně nasazovat pokročilé video služby, podporující obchodní modely jako mobilní TV, video na vyžádání a kvalitní videohovory, které jsou ústřední pro portfolia služeb 4G a 5G.

Klíčové vlastnosti

• Struktura Coding Tree Unit (CTU) podporující bloky až 64x64 pixelů pro efektivnější reprezentaci homogenních oblastí
• Pokročilá predikce pohybových vektorů včetně režimu Merge a Advanced Motion Vector Prediction (AMVP) ke snížení režie inter-predikce
• In-loop filtr Sample Adaptive Offset (SAO), který redukuje pruhování (banding) a zlepšuje subjektivní kvalitu
• Podpora nástrojů pro paralelní zpracování jako Tiles a Wavefront Parallel Processing (WPP) pro využití vícejádrových architektur
• Široká škála profilů a úrovní podporujících mainstreamové kódování, video s vysokým dynamickým rozsahem (HDR) a škálovatelné kódování videa
• Integrace s rámci pro doručování médií 3GPP včetně ISOBMFF pro streamování a RTP pro komunikaci v reálném čase

Související pojmy

• AVC – Assured Voice Communication
• MTSI – Multimedia Telephony Services for IMS
• MBMS – Multimedia Broadcast Multicast Service
• 5GMS – 5G Media Streaming

Definující specifikace

• TS 22.864 (Rel-15) — 5G Network Operation Use Cases & Requirements
• TS 24.501 (Rel-19) — 5G NAS Protocols Specification
• TS 26.114 (Rel-19) — IMS Multimedia Telephony Media Handling
• TS 26.116 (Rel-19) — TV Video Formats for 3GPP Services
• TS 26.118 (Rel-19) — Virtual Reality Media Formats
• TS 26.119 (Rel-19) — XR Media Capabilities for AR Devices
• TS 26.140 (Rel-19) — MMS Media Formats and Codecs Specification
• TS 26.223 (Rel-19) — IMS Telepresence Client Specification
• TS 26.234 (Rel-19) — 3GPP PSS Protocols and Codecs Specification
• TS 26.244 (Rel-19) — 3GPP File Format (3GP) Specification
• TS 26.265 (Rel-19) — Video Operation Points & Capabilities
• TS 26.281 (Rel-19) — MCVideo Codecs and Media Handling
• TS 26.346 (Rel-19) — MBMS User Services Media Codecs & Protocols
• TS 26.511 (Rel-19) — 5G Media Streaming Profiles, Codecs & Formats
• TS 26.522 (Rel-19) — RTP for XR in 5G Systems
• … a dalších 20 specifikací

📖 Anglický originál a plná specifikace: HEVC na 3GPP Explorer