Vom H.264- zum H.265-Codec

Heute ist H.264 ein Standard im Bereich mobiler, Internet- und HD-Videos. Aber vielleicht neigt sich seine Herrschaft dem Ende zu, denn ein neuer Stern erhebt sich – der hocheffiziente Nachfolger-Video-Codec H.265 HEVC.

Es sieht so aus, als würde H.265 oder HEVC (High Efficiency Video Coding) die derzeitige Familie H.264/MPEG-4 Teil 10 AVC ersetzen, die aktuell praktisch alle Streaming-Medien im Internet, Mobile Video und allgemeine hochauflösende Bilder dominiert.

Zuerst ein wenig Geschichte über H.264

Das Aufkommen von H.264 verlief zunächst recht unauffällig. Der Codec begann seinen Durchbruch mit den ersten Blu-ray-Discs und folglich in mobilen Geräten. Apple half sicherlich bei der Förderung des Codecs, da H.264 im allerersten iPhone angeboten wurde.

Ende 2007 erhielt der Flash Player schließlich Unterstützung für H.264, in dem bis dahin H.264- und VP6-Codecs dominierten.

AVC begann sich langsam in digitalen Heimkameras durchzusetzen und sein typischster MP4-Videocontainer wurde allmählich zum Standard auf Handheld-Computern. Die ersten Smartphones mit Android setzten noch auf den älteren H.263-Codec, doch sowohl durch die Leistungsfähigkeit als auch durch die Qualität der Kameras konnte H.264 nicht aufgehalten werden.

Heute wird die Familie der H.264-Codecs sowohl bei Film-Blu-rays als auch von den größten Konkurrenten, den Internetvideostores, verwendet.

Im Vergleich zur Konkurrenz hat H.264 einen sehr interessanten Vorteil – selbst bei höherer Kompression (und somit niedrigerer Bitrate) bietet er eine relativ gute Bildqualität. Darüber hinaus unterstützt er hohe Auflösungen, weshalb dank dieses kleinen Codecs 1080p-Filmtrailer und andere Videos auf YouTube erscheinen konnten. Das bedeutete auch, dass Online-Videostores hochqualitative Filme anbieten konnten, ohne dass Nutzer eine Highspeed-Internetverbindung benötigen.

Die Anforderungen waren anfangs recht hoch. Die Kodierung und Dekodierung von H.264 ist rechnerisch sehr anspruchsvoll, aber bald kamen viel leistungsstärkere Prozessoren, Hardwarebeschleunigung und direkte Unterstützung im Chipsatz, was es deutlich handhabbarer machte. Ab der Sandy-Bridge-Generation beinhalten die Core i3 bis i7-Familien von Intel einen Hardwarecodec.

Der erste Schritt der H.265-Entwicklung

Die Entwicklung von H.264 war ein Gemeinschaftsprojekt der ITU VCEG und verwandter Gruppen sowie ISOC/EIC im Auftrag von MPEG. Jeder kennt MPEG sehr gut wegen seiner Videotechnologie.

Die erste Version von H.264 wurde 2003 veröffentlicht, nur ein Jahr später begann VCEG jedoch schon über dessen Nachfolger nachzudenken. Offensichtlich hatten die Ingenieure unglaubliche Einsichten in die Bedürfnisse der Zukunft. Auf dem Höhepunkt der Multimedia-DVDs, um das Jahr 2004, begannen sie darüber nachzudenken, wie die nächste Generation nach H.264 aussehen und welche Technologien in den folgenden Jahren entwickelt werden sollten.

Während alle von YouTube-Videos dank immer schnellerer Internetverbindungen begeistert waren, arbeiteten die Ingenieure an neuen Algorithmen für Videos, die im nächsten Jahrzehnt kommen würden.

Im Laufe der Zeit begann YouTube, das Bildseitenverhältnis 16:9 zu unterstützen, bot zuerst HQ-Bilder und dann HD an und popularisierte insbesondere den neuen H.264-Codec.

H.NGVC ist viel effizienter als H.264

Die Arbeitsgruppe ITU entwickelte derweil ihre ursprüngliche Technologie weiter und begann, sie H.NGVC, also Next-Generation Video Coding, zu nennen. Videos, die in NGVC kodiert sind, sollen dieselbe subjektive Bildqualität wie H.264 bieten, aber bei halber Bitrate. Ein Internet-YouTube-Video, das in H.264 mit einer Bitrate von 1 Mbit/s kodiert wurde, sollte daher mit dem NGVC-Codec bei einer Datenstrombitrate von 0,5 Mbit/s funktionieren.

Dies stellt zweifellos ein enormes Einsparpotenzial nicht nur bei Kapazitäten dar und ist gute Nachrichten nicht nur für Internet-Streamingdienste, sondern auch für Internetanbieter. Zum Beispiel wird Cisco den neuen H.265-Codec in seiner neuen Produktreihe für Unternehmens-Telekonferenzen verwenden.

NGVC ist jedoch keine Wundermedizin aus dem All. Sicher, es verwendet neue und bessere Algorithmen und eine Vielzahl interner Werkzeuge zur Bildanalyse und -kompression, wodurch eine hohe Übertragungseffizienz erreicht wird. Andererseits ist die Rechenlast vor allem bei der Kodierung deutlich höher.

Je nach Komplexität und verwendetem Kompressionsprofil soll die Rechenleistung bei NGVC zwischen dem halben und dem Dreifachen von H.264 liegen.

H.264 vs. H.265 Vergleich
 

Und schließlich H.265 HEVC

Ein ähnlicher Plan wurde auch von der MPEG-Gruppe ausgearbeitet, und so legten 2010 die besten Ingenieure beider Parteien ihre Köpfe zusammen und einigten sich schließlich darauf, den H.265 HEVC-Standard synchron zu entwickeln. Im Sommer 2012 einigten sich die beiden Gruppen auf einen finalen Grobentwurf und die Standardisierungsstellen versprachen, dass die ersten H.265-kompatiblen Geräte im Jahr 2013 auf den Markt kommen würden.

Eine so frühe Markteinführung wäre nichts Ungewöhnliches. Erinnern Sie sich nur an den Wi-Fi-Standard 802.11 N. Als die ersten WLAN-Router mit dessen Unterstützung auf den Markt kamen, war es formal erst ein Entwurf des Standards. Und als der bürokratische Genehmigungsprozess schließlich abgeschlossen war, kümmerte sich kaum noch jemand darum, weil der N-Standard den drahtlosen Internetzugang bereits dominierte.

Nach dem letztjährigen „Entwurf“ erhielt HEVC am 25. Januar 2013 schließlich die Standardisierung bei ITU, und die MPEG-Gruppe, die ISO/IEC vertritt, stufte ihn als „Final Draft“ ein. Dieses Verfahren bedeutet, dass das neue Videoformat und die unterstützenden Geräte unmittelbar bevorstehen.

Wir sind noch nicht ganz dort

Qualcomm, Hersteller des Snapdragon-Chipsatzes, zeigte den HEVC-Codec bereits auf dem letztjährigen Mobile World Congress in Barcelona in Aktion und hat somit sicher noch etwas in petto für dieses Jahr. Die breite Einführung der Technologie von der Theorie zu realen Geräten wird jedoch noch Zeit benötigen.

Dafür gibt es mehrere Gründe. HEVC steckt noch in den Kinderschuhen, unterstützt daher noch nicht alle technologischen Erweiterungen wie H.264. Es fehlt auch an praktischen Erfahrungen, daher wird es spannend zu beobachten sein, wie die großen Player im Internetdienstgeschäft, angeführt von YouTube, reagieren werden.

Und das kann ein Problem sein, denn Google versucht, seinen eigenen VP8/WebM-Codec zu fördern und eine freie Norm für Internetvideos zu schaffen. Wenn Sie den Chrome-Webbrowser mit HTML5 aktiviert verwenden und YouTube besuchen, nutzen Sie den VP8-Video-Codec.

Ein weiterer potenzieller Konkurrent für HEVC ist natürlich das kostenlose OGG / Theora, das jedoch einen absolut vernachlässigbaren Marktanteil hat und technologisch seiner Konkurrenz unterlegen ist. Es wird jedoch von einigen Webbrowsern unterstützt, darunter Firefox.

Ein wettbewerbsfähiger freier Codec- und Container-Entwicklungsprojekt von Google hat zwar viele Mitwirkende, hat aber immer noch eine geringere Qualität als H.264, insbesondere bei höheren Auflösungen. Den kommenden H.265 zu schlagen wird noch schwerer. Der größte Konkurrent wird daher das bestehende H.264 sein, denn im Bereich der Video-Codecs ist es so verbreitet wie Windows auf Personal Computern. Es wird auch von allen mobilen Plattformen unterstützt, die es als zugrundeliegende Technologie für Videoaufnahmen nutzen. Zudem ist es ein Standard im Bereich HD-Video, sei es auf optischer Blu-ray-Disc oder auch im digitalen Satelliten- und terrestrischen Rundfunk.

Das Ersetzen von H.264 AVC durch den wirtschaftlicheren H.265 HEVC könnte daher etwas länger dauern und schrittweise erfolgen. Wenn jedoch alles gut läuft, werden Sie eines Tages bemerken, dass die Verzögerung beim Laden von Videos viel kürzer ist und die Videoqualität und Farbgebung viel besser sind. Und das alles mit Unterstützung von bis zu 8k UHD-Video mit einer Auflösung von 8192 x 4320 Pixeln.

H.264 ist tot, lang lebe H.265.

Quelle: wikipedia.org, zive.cz