H.264 vs H.265 - AVC vs HEVC - Was ist der Unterschied?

April 12, 2022

H.265 und H.264 sind die ursprünglichen Videocodierungsstandards, die von der Expertengruppe für Videocodierung des ITU Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) festgelegt wurden.

h.265 vs h.264

Mit der rasanten Entwicklung der Videoüberwachungstechnologie hat der aktuelle H.264-Standard (MPEG-4/AVC) aufgehört, die Anforderungen an die Videocodierung zu erfüllen, um eine höhere Bildauflösung zu bieten. In nicht allzu ferner Zukunft werden 4K-UHD- und 8K-UHD-Videogeräte unweigerlich zum Standard werden, so wie es heute Full HD ist. H.265 ist als Videokompressionsstandard der nächsten Generation auf den Markt gekommen und wird nach und nach in hochauflösende IP-Überwachungsprodukte wie HD-IP-Kameras und NVRs eingeführt.

Was ist H.264? (MPEG-4 AVC)?

H.264, auch bekannt als MPEG-4 AVC (Advanced Video Codec), ist ein Videokompressionsstandard, der 2003 entwickelt wurde und ein weit verbreitetes Format für die Aufzeichnung, Komprimierung und Verteilung von High-Fidelity-Videos ist. H.264 ist bekanntlich der Standardcodec für Blu-ray-Discs. Alle Blu-ray-Player müssen in der Lage sein, H.264 zu dekodieren. Die überwiegende Mehrheit der modernen Videorekorder (DVRs) verwendet H.264 als Hauptcodec.

Damals war die Entwicklung des H.264-Codecs ein echter technologischer Fortschritt, weil er die Beteiligten aus den Bereichen Fernsehen, IP-Kameras und Telefonkonferenzen an einen Tisch brachte und einen Standard hervorbrachte, der im Allgemeinen und über einen langen Zeitraum hinweg für alle gut genug war.

H.264-Videoauflösung

H.264 erkennt nur Auflösungen bis zu 2048 x 2048

Zu den häufig unterstützten Auflösungen und Breiten-/Höhenverhältnissen gehören:

  • 854 x 480 (16:9 480p)
  • 1280 x 720 (16:9 720p)
  • 1920 x 1080 (16:9 1080p)
  • 640 x 480 (4:3 480p)
  • 1280 x 1024 (5:4)
  • 1920 x 1440 (4:3)

Die Entscheidung von Apple, H.264 zu verwenden, hat in gewissem Maße zur Popularisierung dieser Kodierung beigetragen. Dieser Standard hat mit Hunderten von Millionen von iPads und iPhones Einzug in Millionen von Haushalten gehalten und ist mit einem Marktanteil von mehr als 80 % zum absoluten Standard bei der Bildcodierung geworden.

Im Vergleich zu früheren Kodierungsstandards kann H.264 eine höhere Bildqualität bei einer niedrigeren Bitrate erzeugen, weshalb er von den meisten Menschen angenommen wurde. H.264 ist auch in der Netzwerk-Multimedia-Übertragung und in verschiedenen Branchen des hochauflösenden terrestrischen Fernsehens, des Satellitenfernsehens, des Rundfunks und anderer Branchen weit verbreitet.

Ursprünglich waren die Probleme bei der massiven Einführung des H.264-Codecs auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Dekodierung von HD-Videos in Echtzeit eine für damalige Verhältnisse hohe Leistung der Computerhardware erforderte. Die Situation normalisierte sich mit dem Markteintritt von AMD- und Intel-Multicore-Prozessoren, als diese für den normalen Benutzer zugänglicher wurden.

Was ist H.265 (HEVC)?

Der 2012 entwickelte Standard H.265 oder HEVC (High-Efficiency Video Coding) baut auf seinem Vorgänger, dem Videocodierungsstandard H.264, auf, wobei einige Technologien beibehalten und andere verbessert wurden. H.265 nutzt fortschrittliche Techniken, um das Verhältnis zwischen Codestream, Codierungsqualität, Verzögerung und Algorithmuskomplexität für optimale Einstellungen zu verbessern.

H.265 unterstützt Bildformate bis zu 8K (UHDTV) mit einer Auflösung von 8192 × 4320 Pixeln

Zu den Verbesserungen von H.265 gegenüber H.264 gehören:

  • erhöhte Kompressionseffizienz,
  • erhöhte Zuverlässigkeit
  • die Fähigkeit, Fehler zu beheben
  • Verringerung der Echtzeit-Latenzzeit
  • geringere Kanalerfassungszeit und Latenzzeit für den wahlfreien Zugriff sowie geringere Komplexität.

Die H.265/HEVC-Kodierungsarchitektur ähnelt in etwa der von H.264/AVC und umfasst hauptsächlich Folgendes

  • interne Vorhersage
  • externe Prädiktion
  • Umwandlung
  • Quantifizierung
  • Deblocking-Filter,
  • Entropiekodierung und andere Module.

In der HEVC-Kodierungsarchitektur ist jedoch alles in drei Hauptblöcke unterteilt:

  1. Codiereinheit (CU)
  2. Vorhersageeinheit (PU)
  3. Umwandlungseinheit (TU)

H.265 vs H.264

Der Unterschied zwischen H.264 und H.265 liegt hauptsächlich in der Übertragungsbandbreite und den Speicheranforderungen. H.265 kann dank der Optimierung des H264-Algorithmus digitale Bilder in Standardauflösung mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1 Mbps übertragen. H.265 kann herkömmliche hochauflösende 720P-Video- und Audioübertragungen (Auflösung 1280 x 720) mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von 1 bis 2 Mbit/s realisieren. H.265 wurde entwickelt, um Netzwerkvideos in höherer Qualität mit begrenzter Bandbreite zu liefern. Für die Wiedergabe von Videos in gleicher Qualität kann nur die Hälfte der Bandbreite von H.264 verwendet werden. Der H.265-Standard unterstützt auch 4K (4096 × 2160) und 8K (8192 × 4320) ultrahochauflösendes Video.

h.265 vs h.264

Die H.265/HEVC-Kodierungsarchitektur ist der von H.264/AVC sehr ähnlich. Sie umfasst hauptsächlich Intra-Prädiktion, Inter-Prädiktion, Transformation, Quantisierung, Entblockungsfilter, Entropie-Kodierung und andere Module. In der HEVC-Codierungsarchitektur ist jedoch alles in drei grundlegende Blöcke unterteilt: eine Codierungseinheit (CU), eine Vorhersageeinheit (Prediction Unit, PU) und eine Transformationseinheit (Transform Unit, TU).

Im Vergleich zu H.264/AVC bietet H.265/HEVC verschiedene Werkzeuge zur Reduzierung der Bitrate. Was die Kodiereinheit betrifft, so ist die Größe jedes Makroblocks (MB) in H.264 auf 16x16 Pixel festgelegt, während die H.265-Kodiereinheit von der kleinsten 8x8 bis zur größten 64x64 gewählt werden kann. Gleichzeitig unterstützt der interne H.265-Vorhersagemodus 33 Richtungen (H.264 unterstützt nur 8) und bietet bessere Vektorvorhersage- und Bewegungskompensationsverarbeitungsmethoden.

Der Qualitätsvergleichstest zeigt, dass bei gleicher Bildqualität im Vergleich zu H.264 die Größe des mit H.265 kodierten Videos um etwa 39 % bis 44 % verringert wird. Wenn die Bitrate um 51 % bis 74 % sinkt, kann die Qualität des H.265-kodierten Videos gleich oder besser als die des H.264-kodierten Videos sein, was deutlich besser ist als das erwartete Signal-Rausch-Verhältnis (PSNR).

Comparison of H.264 and H.265 codecs

H.264 AVC H.265 HEVC
Größe der Blöcke Makroblock 16 x 16 Blöcke mit einer baumartigen
Kodierungsstruktur von 64x64
bis 8x8
Vorhersageblöcke Aufteilung auf 4x4 64x64 auf 4x4 +
asymmetrische Vorhersage
Konvertierungsblöcke 8x8 und 4x4 32x32, 16x16, 8x8, 4x4 +
nicht-quadratische Transformationen
Umkehrung der Transformation Entriegelungsfilter Entblockungsfilter, SAO
Intra-Frame-Vorhersage 9 Modi 35 Modi
Bewegungsausgleich Bewegungsvektor-Vorhersage Erweiterte
Bewegungsvektor-Vorhersage
(räumlich und zeitlich)
Farbtiefe 8 bit 10 bit
Entropie-Kodierung CABAC oder CAVLC CABAC mit
parallelen Operationen

H.265-Unterstützung in Protokollen

HLS ist schon seit langem mit H.265 kompatibel. Das H.265-Format ist mit dem MPEG-TS-Protokoll kompatibel. Im RTSP-Protokoll wird H.265 unterstützt. Sowohl im SDP als auch im RTP gibt es eine Paketierung.

Schlüsselwörter:
Transcoder

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