Codificación de video de alta eficiencia (HEVC)
¿Qué es la codificación de video de alta eficiencia (HEVC)?
Hasta no hace mucho tiempo, el códec H.264 (también conocido como “AVC”) era el favorito para optimizar la calidad y reducir el tamaño de los archivos. El salto de H.264 a H.265 (o HEVC) requiere de mayor potencia de cómputo, pero es considerablemente más eficiente y permite obtener mejor calidad de video a menor velocidad de bits.
El códec de video HEVC o H.265 alcanzó un punto de inflexión con consecuencias de alcance mundial en la Worldwide Developers Conference (WWDC, Conferencia Mundial de Desarrolladores) de Apple de 2017, cuando la empresa declaró que el códec HEVC era “el códec de video de la próxima generación”. Debido a este compromiso con el códec y a que el hardware de la mayoría de los chipsets de dispositivos móviles ya era compatible con la codificación de video HEVC en el momento del anuncio, los proveedores de video comprendieron que el códec HEVC se había convertido en el nuevo estándar de compresión de video para streaming.
Comparación entre HEVC y AVC. ¿Por qué es mejor el códec HEVC?
De acuerdo con el anuncio de Apple: “En una palabra: eficiencia. Y, en particular, eficiencia de codificación. El códec HEVC es alrededor de un 40 % más eficiente que AVC. Esto significa que, al inicio de la reproducción, el usuario obtendrá una buena calidad un 40 % más rápido, y que cuando el reproductor se adapte a la totalidad de la reproducción, podrá ver un contenido con una calidad un 40 % mejor. Estamos haciendo que el códec HEVC tenga una amplia disponibilidad. En nuestros dispositivos más nuevos, la compatibilidad con HEVC está incorporada en el hardware. Incluso implementaremos un códec HEVC por software en los dispositivos anteriores cuyo hardware no ofrezca esta compatibilidad. Por todo esto, el códec HEVC va a estar en muchas partes diferentes”.
La respuesta a la comparación entre HEVC y AVC que hacen todas las empresas puede resumirse en dos beneficios fundamentales del códec HEVC:
- HEVC es alrededor de dos veces más eficiente que AVC.
- HEVC es compatible con 4K y con el procesamiento de alto rango dinámico.
Con el códec HEVC se obtiene una mayor calidad de video con el mismo ancho de banda que con AVC, o bien la misma calidad con la mitad del ancho de banda que con AVC.
HEVC, H.264 y MPEG-2. Comparación entre los tres códecs
En resumidas cuentas, el códec HEVC proporciona las herramientas que se requieren para transmitir la menor cantidad necesaria de información con una calidad determinada de video. A continuación se presenta una comparación entre los códecs MPEG-2, H.264 y HEVC por componente.
| Componente | MPEG-2 | H.264 | HEVC o H.265 |
|---|---|---|---|
| Aspectos generales | Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento | Mismos principios básicos que MPEG-2 | Mismos principios básicos que MPEG-2 |
| Predicción intra | Solo DC | Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 | 35 modos para predicción intra, tamaño de predicción de 32 x 32, 16 x 16, 8 x 8 y 4 x 4 |
| Tipos de imagen codificada | I, B, P | I, B, P, SI, SP | I, P, B |
| Transformación | DCT 8 x 8 | Transformación de números enteros de 8 x 8 y 4 x 4 similar a DCT | Transformación de números enteros de 32 x 32, 16 x 16, 8 x 8 y 4 x 4 similar a DCT |
| Bloques de estimación de movimiento | 16 x 16 | 16 x 16, 16 x 8, 8 x 16, 8 x 8, 8 x 4, 4 x 8 y 4 x 4 |
Partición de árbol cuaternario jerárquico y de 64 x 64 a 32 x 32, 16 x 16 y 8 x 8. Se puede particionar cada tamaño de hasta 8 maneras, y la forma no tiene que ser necesariamente cuadrada. |
| Codificación de entropía | Varias tablas de VLC | Codificación aritmética binaria adaptativa al contexto (CABAC) y tablas de VLC adaptativas al contexto (CAVLC) | Codificación aritmética binaria adaptativa al contexto (CABAC) |
| Distancia entre cuadros para predicción | Un cuadro de referencia anterior y uno posterior | Hasta 16 cuadros de referencia anteriores o posteriores, incluidas referencias a largo plazo | Hasta 15 cuadros de referencia anteriores o posteriores, incluidas referencias a largo plazo |
| Estimación de movimiento fraccional | Interpolación bilineal de ½ píxel | Filtro de orden 6 de ½ píxel; interpolación lineal de ¼ píxel | Filtro de orden 8 de ¼ píxel |
| Filtro en bucle | Ninguno | Filtro adaptativo de desbloqueo | Filtro adaptativo de desbloqueo y filtro adaptativo de compensación de muestra |
| Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento |
| Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento |
| Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento |
| Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento |
| Codificación de entropía residual, transformada y de predicción con compensación de movimiento |
| Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 |
| Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 |
| Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 |
| Transformación de números enteros de 8 x 8 y 4 x 4 similar a DCT |
| 16 x 16, 16 x 8, 8 x 16, 8 x 8, 8 x 4, 4 x 8 y 4 x 4 |
| 16 x 16, 16 x 8, 8 x 16, 8 x 8, 8 x 4, 4 x 8 y 4 x 4 |
| Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 |
| Varias direcciones, varios patrones, 9 modos intra para 4 x 4; 9 para 8 x 8; y 4 para 16 x 16 |
| Transformación de números enteros de 8 x 8 y 4 x 4 similar a DCT |
| Mismos principios básicos que MPEG-2 |
| Partición de árbol cuaternario jerárquico y de 64 x 64 a 32 x 32, 16 x 16 y 8 x 8. Se puede particionar cada tamaño de hasta 8 maneras, y la forma no tiene que ser necesariamente cuadrada. |
| Partición de árbol cuaternario jerárquico y de 64 x 64 a 32 x 32, 16 x 16 y 8 x 8. Se puede particionar cada tamaño de hasta 8 maneras, y la forma no tiene que ser necesariamente cuadrada. |
| Filtro adaptativo de desbloqueo y filtro adaptativo de compensación de muestra |
| Filtro adaptativo de desbloqueo y filtro adaptativo de compensación de muestra |
Comparación entre los códecs MPEG-2, H.264 y HEVC
¿Cómo afecta el códec HEVC a las bibliotecas de contenido de video?
Las compañías de entretenimiento y medios de comunicación deben seleccionar y almacenar grandes bibliotecas de contenidos de manera cada vez más rápida, por lo que el códec HEVC puede proporcionar un ahorro importante en velocidad de bits. A medida que las organizaciones se esfuerzan por seguirle el paso a la demanda de los consumidores por acceder a contenido en varias pantallas, las infraestructuras de almacenamiento se encuentran bajo mayor presión. Gracias a que con el códec HEVC el tamaño de los archivos se reduce a la mitad, se ahorran costos de almacenamiento en vez tener que duplicar la capacidad de este.
¿Cuál es el beneficio del códec HEVC en materia de velocidad de bits?
Existen muchos casos en los cuales la mejor relación entre calidad y velocidad de bits del códec HEVC puede favorecer al sector. Debido a que la distribución de video de alta calidad consume una capacidad de red enorme, entre los beneficios de la mejor eficiencia se incluyen los siguientes:
- Implementación de más canales por redes satelitales, de cable e IPTV
- Reducción de costos de distribución de video administrada y no administrada
- Mayor alcance para operadores de redes móviles e IPTV con limitaciones de ancho de banda
- Mejor calidad de la experiencia de servicios de libre transmisión (OTT) para equipararla con la de los de transmisión tradicional
¿De qué manera el códec HEVC mejora el streaming en dispositivos móviles y resoluciones Ultra HD 4K y 8K?
En el mercado de streaming en dispositivos móviles, el códec HEVC permite una reducción de la velocidad de bits de entre un 30 y 50 % a una calidad comparable con H.264, lo que reduce los costos de entrega de video en las redes.
Si se parte de la premisa de que cualquier dispositivo puede decodificar HEVC, los operadores de redes móviles no necesitan entregar tantos datos para proporcionar una calidad determinada, lo que reduce los costos y permite una reproducción de video más fiable.
El códec HEVC se encuentra en consonancia con el impulso por adoptar el video de alta resolución Ultra HD 4K y 8K como estándar en el mercado general, dado que la mayoría de los televisores con 4K solo admiten el códec HEVC y posteriores.
El aprendizaje principal que podemos llevarnos es que, por lo general, el códec HEVC debería entregar video de la misma calidad que el H.264 a aproximadamente la mitad de la velocidad de datos, aunque esto puede variar según el tipo de contenido.
Por ejemplo, un anunciante que transmite a 1080p podría reducir la velocidad de datos de 8 Mbps a 4 Mbps sin perder calidad. Esta menor velocidad de bits puede reducir significativamente los costos de caché de borde, debido a que el tamaño del archivo de video que se envía a los consumidores finales es más pequeño.
En algunos casos, tales como la entrega a una tablet de alta resolución por medio de 4G, esto puede permitir que el espectador vea una transmisión de 1080p en vez de 720p, lo que mejora la calidad general de su experiencia de visualización.
¿Pueden utilizar el códec HEVC las empresas de televisión paga y por cable que cuentan con infraestructuras con decodificadores?
Implementar el códec HEVC puede ser un desafío para las empresas de televisión paga y por cable que utilizan una infraestructura tradicional, por ejemplo, de decodificadores antiguos que no pueden actualizarse. Sin embargo, algunas empresas bifurcan la entrega de contenido, y para el segmento OTT del negocio, las soluciones con HEVC son mucho más fáciles de crear e implementar.
¿Se pueden combinar los códecs H.264 y HEVC en una transmisión de varias velocidades de bits?
La respuesta a esta pregunta depende principalmente de si el dispositivo donde se visualiza el contenido puede o no cambiar de manera uniforme de H.264 a H.265 en la mitad de la transmisión. En la mayoría de los dispositivos, cuando se estaba comenzando a adoptar el códec HEVC, solo se podía elegir uno u otro, y no era posible combinar códecs H.264 y H.265 en las mismas transmisiones de varias velocidades de bits. Sin embargo, debido a que H.264 y H.265 utilizan los mismos mecanismos de transporte, las dificultades que pudieran surgir al combinar ambos códecs no son un problema.
¿Cuándo se estandarizó el uso del códec HEVC?
Al igual que el estándar H.264, el HEVC es fruto de la colaboración entre el Grupo de Expertos en Codificación de Video de la UIT-T y el Grupo de Expertos de Imágenes en Movimiento (MPEG) de la ISO/CEI, quienes definieron en 2013 la primera versión del estándar del códec HEVC.
La UIT-T promueve la creación y adopción de estándares de telecomunicaciones, y la ISO/CEI administra los estándares de las industrias de la electrónica.
- El códec HEVC fue diseñado para hacer evolucionar la compresión de video, y sus beneficios se pueden resumir en cuatro puntos:
- Permite reducir en promedio un 50 % la velocidad de bits en comparación con H.264 para una misma calidad de video.
- Permite una mejor calidad de video a la misma velocidad de bits.
- Define una sintaxis estándar para simplificar la implementación y maximizar la interoperabilidad.
- Se mantiene la compatibilidad con las redes, es decir, con transmisiones con transporte MPEG.