SHVC je standard pro kompresi videa, který rozšiřuje HEVC kódováním videa do základní vrstvy a vylepšujících vrstev, což umožňuje přizpůsobení jediného datového proudu pro různá zařízení a síťové podmínky.

Popis

Scalable High efficiency Video Coding (SHVC) je sofistikovaná architektura pro kódování videa standardizovaná skupinou MPEG a formálně přijatá 3GPP v dokumentu TS 26.948. Jedná se o rozšíření standardu High Efficiency Video Coding (HEVC/H.265), které zavádí možnosti škálovatelného kódování. Základním principem SHVC je vrstvené kódování. Video je zakódováno nikoli jako jediný monolitický datový proud, ale jako více vzájemně závislých vrstev: povinná základní vrstva a jedna či více volitelných vylepšujících vrstev. Základní vrstva poskytuje základní kvalitu videa při nižším rozlišení a/nebo datovém toku. Každá následující vylepšující vrstva, když je dekódována společně se základní vrstvou a případně nižšími vylepšujícími vrstvami, progresivně zlepšuje kvalitu videa, zvyšuje prostorové rozlišení (např. z SD na HD až na 4K), časové rozlišení (snímkovou frekvenci) nebo poměr signálu k šumu (kvalitu).

Technické fungování spoléhá na predikci mezi vrstvami. Při kódování vylepšující vrstvy může enkodér použít rekonstruované snímky z nižší vrstvy (základní nebo předchozí vylepšující) jako referenci, kromě referencí v rámci stejné vrstvy. Tato predikce výrazně zlepšuje efektivitu komprese ve srovnání se simultánním vysíláním (nezávislé kódování více verzí). Datový proud je strukturován s jasnými značkami, jako jsou identifikátory vrstev a typy jednotek síťové abstraktní vrstvy (NAL), definovanými ve specifikaci HEVC, které umožňují médiím-vědomému síťovému prvku nebo klientskému přehrávači snadno extrahovat podmnožinu vrstev.

V rámci architektury multimediálních služeb 3GPP se SHVC integruje s frameworkem Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH). Popis DASH Media Presentation (MPD) může popsat obsah zakódovaný pomocí SHVC jako jedinou adaptační sadu obsahující více reprezentací, které odpovídají různým kombinacím vrstev (např. Základní, Základní+Vylepšující1, Základní+Vylepšující1+Vylepšující2). Během streamování může DASH klient dynamicky vyžadovat segmenty obsahující pouze vrstvy vhodné pro aktuální schopnosti zařízení (velikost obrazovky, výkon dekodéru) a propustnost sítě. To eliminuje potřebu ukládat a spravovat více nezávislých zakódovaných verzí stejného obsahu, snižuje složitost úložiště a doručování a zároveň zajišťuje optimální kvalitu uživatelského zážitku (QoE) v široké škále uživatelských podmínek.

K čemu slouží

SHVC byl vyvinut k řešení rostoucí fragmentace ve videoprůmyslu, která je charakterizována širokou škálou koncových zařízení s různým rozlišením displeje, výpočetním výkonem a profily síťového připojení (od mobilního 3G po optické širokopásmové připojení). Tradiční přístup transkódování a ukládání více nezávislých verzí (simultánní vysílání) stejného obsahu pro každý cílový profil je vysoce neefektivní z hlediska úložiště a šířky pásma, neboť nevyužívá redundanci mezi různými verzemi kvality.

Primární problém, který SHVC řeší, je potřeba jediné, efektivní a flexibilní reprezentace videa, kterou lze bezproblémově přizpůsobit. Jeho vytvoření bylo motivováno explozí adaptivního streamování s proměnným datovým tokem (ABR) a potřebou kódovacího standardu nativně podporujícího škálovatelnost. Zatímco dřívější standardy jako H.264/SVC nabízely škálovatelnost, nedosáhly stejné základní efektivity jako HEVC. SHVC staví na vynikající kompresi HEVC a přidává škálovatelnost s minimální ztrátou účinnosti kódování. To umožňuje poskytovatelům obsahu a síťovým operátorům ukládat jeden vysoce efektivní škálovatelný datový proud, z něhož lze pro jakéhokoli uživatele dynamicky odvodit optimální verzi pouhým oříznutím nebo extrahováním vrstev, což dramaticky zjednodušuje přípravu obsahu, logistiku úložiště a strategie ukládání do mezipaměti doručovacích sítí pro služby pro více obrazovek.

Klíčové vlastnosti

• Vrstvená architektura kódování se základní a vylepšující vrstvou
• Vystavěno na HEVC/H.265 pro vysokou základní efektivitu komprese
• Podporuje prostorovou, časovou a kvalitativní (SNR) škálovatelnost
• Používá predikci mezi vrstvami k minimalizaci režie datového toku
• Bezešvě se integruje s adaptivním HTTP streamováním (DASH)
• Umožňuje ukládání jediného zakódovaného souboru pro doručování heterogenním zařízením

Související pojmy

• HEVC – High Efficiency Video Coding
• DASH – Dynamic Adaptive Streaming over HTTP
• MPEG – Moving Pictures Experts Group
• QoE – Quality of Experience

Definující specifikace

• TR 26.948 (Rel-19) — Video enhancements for 3GPP Multimedia Services

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