محتوای آموزشی

مقایسه H.266 VVC با H.265 HEVC

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

با رشد روزافزون streaming ویدئوها در بستر اینترنت از طریق وب سایت های معروف مانند Netflix و YouTube  و همچنین با توجه به رزولوشن های بالای دوربین های فعلی، نیاز به فضای ذخیره سازی و همچنین پهنای باند، بیش از پیش احساس می شود. لذاHEVC / H.265  برای کاهش حجم داده ها معرفی شد. اما اکنون، از یک استاندارد جدید رمزگذاری ویدئویی به نامVersatile Video Coding (VVC) ، که تحت عنوان MPEG-I Part 3 یا H.266 نیز شناخته می شود، جهت بازدهی بیشتر کدگذاری تا حدود 50 درصد در مقایسه با H.265 HEVC  رونمایی شده است . تفاوت بین  HEVC و جانشین آن VVC چیست؟

محتوای این مقاله:

  • تاریخچه
  • کارایی فشرده سازی
  • اجرای کد گذاری
  • مقایسه فنی
  • تطبیق فناوری

تاریخچه

H.264 AVC  به مدت 17 سال از طریق بستر اینترنت، تلفن های همراه، تلویزیون هایHD ، رایانه ها، سایر حافظه ها و سایر پلتفرم های انتقال داده به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است و از رزولوشن SD تا 4K (4096 × 2304)  نیز پشتیبانی می کند. اما با رشد سریع و قابل توجه 4K  و رزولوشن های بالاتر،  H.264 همیشه نمی تواند بازدهی مورد نیاز ما را تأمین نماید. لذا جهت پاسخگویی به نیاز برنامه های چندرسانه ای در حال ظهور، یک استاندارد جدید کدگذاری ویدئویی با نسبت فشرده سازی بالاتر مورد نیاز است.

10 سال پس از انتشار H.264، H.265 HEVC  به عنوان جانشینی برای آن ظاهر شد  H.265 HEVC. کاهش 50 درصدی پهنای باند را برای ویدئوهایی با کیفیت یکسان نسبت به H.264 ارائه نمود. از سوی دیگر، این فناوری قابلیت پشتیبانی از فیلم های UHD تا 8K با سرعت 120 فریم در ثانیه را نیز دارا است.

VVC چیست؟ آیا این یک استاندارد انقلاب گونه جهت کدگذاری ویدئو است؟ نه،  VVC اساسا تکاملی است که بر اساس فن آوری های استفاده شده در HEVC ساخته شده است. به طور خلاصه، VVC H.266  گامی به سمت فشرده سازی رزولوشن های 8K و  بالاتر است. از سال 2015،  JVC  شروع به بررسی استانداردهای کدگذاری ویدیویی با قابلیت هایی فراتر از HEVC  کرده و در سال 2020 ، فرانهوفر HHI  نیز همراه با شرکایی مانند اپل، اریکسون، اینتل، هواوی ، مایکروسافت، کوالکام و سونی، تحقیقاتی را در این زمینه آغاز نموده است.

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

تفاوت های  VVC و HEVC


بازدهی فشرده سازی

در مقایسه با H.265 HEVC ، H.266 VVC  می تواند بدون تخریب کیفیت تصویر،  حجم داده ها را با نرخ بیتی تا حدود 50٪ کاهش دهد. به طور ویژه، دپارتمان تحقیق و توسعه BBC  دریافت که عملکرد  VVC به میزان 27٪  بهتر از HEVC برای سکانس های  HD و 35٪ برای سکانس هایUHD  می باشد. با طراحی ویژه برای  پخش 4K و 8K ، کاهش حجم داده ها کمک قابل توجهی به بازپخش و پخش محتوای ویدئویی 8K HDR در تلویزیون های آینده، تلفن های هوشمند و سایر دستگاه ها می نماید. به هر حال، امروز مشاهده یک فیلم سینمایی 8K HDR  معمولی در Netflix نیاز به مصرف حجمی معادل 6 تا 20 گیگابایت در ساعت دارد. کاهش این رقم به نصف یا یک چهارم، به معنای فیلم های بیشتر و محدودیت اطلاعات کمتر است.

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

بازدهی H.266VVC  در مقابل H.265 HEVC

VVC  قرار است از موارد زیر پشتیبانی نماید:
  • وضوح تصویر از 4K تا 16K و همچنین فیلم های 360 درجه
  • فضاهای رنگی YCbCr با نمونه برداری 4:2:0، 10 بیتی
  • YCbCr/RGB 4:4:4  و YCbCr4:2:2
  • کانالهای کمکی (شفافیت ، عمق و غیره)
  • رنج دینامیکی بالا (HDR) و گستره رنگی بالاتر
  • عمق بیت تا 16 بیت در هر جزء
  • نرخ فریم ثابت و متغیر
  • اسکن های متوالی

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

شکل 3. مشخصات H.226 VVC


کدگذاری

مزایای بازدهی فشرده سازی بالاتر در H.266 VVC نسبت به پیچیدگی رمزگذاری 10 برابر یا بیشتر در مقایسه با H.265 HEVC قابل بررسی است. نتایج آزمایش های حاصل از نرم افزار مرجع VVC VTM نشان می دهد که کدگذاری H.266 نسبت به H.265  حدود 10 برابر پیچیده تر  بوده و رمزگشایی آن حدود 1.7 برابر پیچیده تر است. طبق اظهارات دپارتمان تحقیق و توسعه  BBC ، رمزگذاری  VVC  حدود 6.5 برابر بیشتر از HEVC طول می کشد و مدت زمان رمزگشایی آن نیز حدود 1.5 برابر بیشتر است. باید به این نکته  توجه کرد که کدگذاری  HEVC  با بهره گیری از منابع پردازشی موجود در سخت افزارهای امروزی  نیز از چنان سرعت بالایی برخوردار نیست، از آنجا که استفاده از H.266  به طور مثال برای  دستگاه های تلفن همراه نیاز به منابع پردازشی قدرتمندتری نسبت به HEVC دارد. در نتیجه تولید سخت افزاری که بتواند از VVC پشتیبانی کند، خود یک چالش است.

مقایسه فنی

برای دستیابی به بازده فشرده سازی بهتر، H.266 VVC  رویکردهای متعددی جهت بهبود الگوریتم فشرده سازی در مقایسه با H.265 HEVC ایجاد نموده است.

  • مسدود کردن پارتیشن بندی

هر فریم ویدئویی کدگذاری شده به بلوک های بزرگتر یا کوچکتر تقسیم می شوند که در HEVC / H.265 واحدهای کدگذاری درختی (CTU) نامیده می شوند CTU .یکی از اصلی ترین ابزارهای برنامه نویسی HEVC است و اندازه آن می تواند از 4 × 4 تا 64 × 64 پیکسل باشد. حداکثر اندازه CTU در VVC برابر با 128 × 128   پیکسل است و یک CPU با یک درخت چهارتایی با طرح درخت های متنوع تودرتو (QTMT) تقسیم می شود. در HEVC ، چندین مفهوم پارتیشن بندی وجود دارد، از جمله CU ، PU  و VVC  .TUاین مفاهیم را با CU یکی دانسته و این انعطاف پذیری، امکان مدل سازی دقیق محتوای ویدئویی را فراهم می نماید.

مقایسه H.266 VVC باH.265 HEVC

شکل 4. الگوریتم کدینگ HEVC در مقابل VVC

  • Intra Prediction

در H.265 / HEVC ، 35  حالت Intra Prediction وجود دارد. H.266 / VVC حالت های داخلی را به 67 مورد افزایش داده است. HEVC اکنون علاوه بر بلوک های مربع شکل از بلوک های مستطیل شکل نیز پشتیبانی می کند. به این ترتیب می توان دقت بالای پیش بینی را به عنوان مزیتی جهت چشم پوشی از پیچیدگی محاسباتی بالای این روش در نظر گرفت .

 

Transform and Quantization

H.266 VVC  حداکثر اندازه بلوک تبدیل را از  4×4  در H.265 HEVC به 64×64  افزایش می دهد. این مورد به ویژه در خصوص محتوای HD و Ultra-HD بسیار مفید است. علاوه بر آن، دو نوع DCT و DST اضافه شده است تا به رمزگذار اجازه دهد بهترین تبدیل ها را انتخاب نماید. حداکثر پارامتر کمی سازی نیز از 51 در H.265 HEVC  به 63 در H.266 VVC افزایش یافته و یک مقدار جدید اسکالر وابسته نیز معرفی می گردد.

 

 

 

ابزار HEVC VVC
ابعاد پارتیشن واحد کدگذاری: 8×8 تا 64×64 واحد کدگذاری: 4×4  تا 128×128
پارتیشن بندی تبدیل: QT

پیش بینی: QTBT

QTBT + TT

(NS, QT, BTx2, TTx2= 6 partitions)

پیش بینی درونی 35 پیش بینی کننده 81 مد: 65 مثلثی+ تخت+ DC+ Sub

6-MPM

MRL

پیش بینی ماتریس وزنی

Luma, PDPC,، ترکیبی، رنج زاویه ای گسترده، پارتیشن بندی درونی

پیش بینی میانی 1/4 Pixel luma MV

2  فیلتر درون یابی برای MC

1/16 Pixel luma MV

2 تا فیلتر درون یابی برای MC

DMVR

Sub-PU MV Pred (ATMVP, Affine)

GBi, BDOF, Triangular, Multi-hyp

MMVD, HMVP, Pairwise Enhanced MV coding, AMVR, SMVD

تبدیل تبدیل های مبتنی بر DCT مربعی

1 تبدیل مبتنی بر DST4x4

DCT2 (up to 64×64) + MTS (<=32×32, DST7, DCT8, independent H/V)

ضریب کدینگ :  HEVC + طراحی  DQ

 

کدگذاری آنتروپی CABAC CABAC + کمی سازی وابسته اسکالر+ LUT مبتنی بر CAE
فیلترهای حلقوی Deblocking

SAO

Deblocking

SAO

ALF

LMCS

 

تطابق

H.265  توسط اکثر موبایل های مدرن و دوربین های  4K استفاده می شود و تقریبا همه سخت افزارهای جدید اکنون GPU  مورد نیاز برای HEVC را فراهم می کنند. نرم افزارها و سخت افزارها برای  پشتیبانی از H.266 VVC نیاز به توسعه بیشتری دارند. همچنین تراشه های جدید در دست توسعه هستند. بعید است که حداقل تا سال 2021 شاهد کدک های H.266 بر روی تلفن های هوشمند و دوربین ها باشیم. اما پس از اجرا، VVC  می تواند منجر به کاهش شدید ترافیک در سرویس هایی مانند Amazon Prime Video ، Hulu  و Netflix  گردد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *