H.265

H.265, znany również jako HEVC (High Efficiency Video Coding), to standard kompresji wideo opracowany przez organizacje ITU-T oraz ISO/IEC MPEG jako następca H.264 (AVC). Jego głównym celem jest zapewnienie znacznie lepszej efektywności kompresji, co pozwala na przesyłanie materiałów w wyższej jakości przy niższej przepustowości łącza oraz zmniejszenie rozmiaru plików wideo. H.265 umożliwia kodowanie treści w rozdzielczości 4K, 8K, a nawet wyższych, co czyni go kluczowym formatem w nowoczesnym streamingu, telewizji cyfrowej oraz nagraniach wideo.

Historia i Rozwój
Standard H.265 został zatwierdzony w 2013 roku przez Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC), czyli wspólną grupę badawczą organizacji MPEG i ITU-T. Jego opracowanie wynikało z rosnącego zapotrzebowania na efektywniejsze przesyłanie treści w jakości HD i Ultra HD, przy jednoczesnym ograniczeniu wymagań dotyczących przepustowości.

H.265 jest w stanie zmniejszyć bitrate nawet o 50% w porównaniu do H.264, zachowując tę samą jakość obrazu. Dzięki temu możliwe jest strumieniowanie wideo w 4K i 8K bez konieczności stosowania bardzo szybkich łączy internetowych.

Zasada Działania i Algorytm Kompresji
Podstawą działania H.265 jest ulepszona wersja metod stosowanych w H.264, jednak z zastosowaniem bardziej zaawansowanych algorytmów. Do kluczowych mechanizmów kompresji należą:

• Zaawansowana kompresja inter-frame – optymalizacja różnic między klatkami wideo w celu redukcji powtarzających się informacji.
• Większe bloki kodowania (CTU – Coding Tree Unit) – w przeciwieństwie do H.264, gdzie używano makrobloków o maksymalnej wielkości 16×16 pikseli, w H.265 bloki kodowania mogą mieć do 64×64 pikseli, co zwiększa efektywność kompresji.
• Lepsza predykcja ruchu – algorytm predykcji ruchu został zoptymalizowany, co pozwala na dokładniejsze określenie zmieniających się elementów obrazu.
• Elastyczna struktura GOP (Group of Pictures) – możliwość dostosowania układu klatek kluczowych do zawartości wideo.
• Efektywniejsze kodowanie entropijne (CABAC) – ulepszona metoda kompresji statystycznej, zapewniająca wyższą jakość przy niższym bitrate.

Dzięki tym technologiom, H.265 oferuje lepszą jakość obrazu przy tym samym bitrate lub tę samą jakość przy dwukrotnie niższym bitrate w porównaniu do H.264.

Profile i Poziomy H.265
Podobnie jak H.264, standard H.265 definiuje różne profile i poziomy, które określają obsługiwane funkcje oraz maksymalne rozdzielczości i bitrate.

Najważniejsze profile to:

• Main – podstawowy profil używany w większości zastosowań, obsługuje 8-bitową głębię kolorów.
• Main 10 – dodaje obsługę 10-bitowej głębi kolorów, co jest kluczowe dla technologii HDR (High Dynamic Range).
• Main Still Picture – zoptymalizowany do kodowania pojedynczych obrazów zamiast sekwencji wideo.

Przykładowe poziomy (levels):

• Level 4.1 – maksymalna rozdzielczość 1920×1080 (Full HD) @ 60 fps
• Level 5.1 – maksymalna rozdzielczość 3840×2160 (4K) @ 60 fps
• Level 6.2 – maksymalna rozdzielczość 8192×4320 (8K) @ 60 fps

Zastosowania H.265
Standard HEVC znalazł zastosowanie w wielu dziedzinach, szczególnie tam, gdzie wymagana jest wysoka jakość obrazu przy ograniczonym zużyciu przepustowości:

• Streaming wideo – platformy takie jak Netflix, Amazon Prime, Disney+ i Apple TV+ wykorzystują H.265 do strumieniowania treści w 4K i HDR.
• Telewizja cyfrowa – DVB-T2, IPTV i transmisje satelitarne korzystają z H.265 do kodowania sygnału w wysokiej rozdzielczości.
• Nagrania Blu-ray UHD – większość płyt Ultra HD Blu-ray wykorzystuje H.265 jako główny kodek wideo.
• Monitoring i kamery IP – systemy CCTV używają HEVC do zmniejszenia wymagań dotyczących przechowywania danych.
• Wideokonferencje i transmisje na żywo – H.265 jest stosowany w nowoczesnych aplikacjach do wideokonferencji oraz transmisjach na żywo o wysokiej jakości.

Zalety i Wady H.265

• Zalety
  • Wyższa jakość obrazu przy niższym bitrate – idealne rozwiązanie dla transmisji 4K/8K.
  • Obsługa HDR i 10-bitowej głębi kolorów – poprawa zakresu dynamicznego obrazu.
  • Redukcja zapotrzebowania na przestrzeń dyskową – umożliwia efektywne przechowywanie nagrań wideo.
• Wady
  • Wymaga większej mocy obliczeniowej – dekodowanie H.265 jest bardziej wymagające dla sprzętu.
  • Problemy z kompatybilnością – starsze urządzenia nie obsługują HEVC.
  • Wysokie opłaty licencyjne – wielu producentów unika H.265 na rzecz darmowego AV1.

H.265 (HEVC) to nowoczesny standard kompresji, który zapewnia znacznie lepszą efektywność niż H.264, umożliwiając transmisję 4K i 8K przy niższym zużyciu przepustowości. Jego główną wadą są opłaty licencyjne oraz większe wymagania sprzętowe, co sprawia, że w niektórych przypadkach firmy decydują się na darmowy standard AV1. Mimo to, HEVC pozostaje kluczowym formatem w nowoczesnym przetwarzaniu wideo.