Wie via internet z’n streams op de allerhoogste kwaliteit wil kijken, loopt snel tegen limieten aan. Gelukkig is er een nieuwe standaard voor video comprimeren die bestanden extreem verkleint zonder aan kwaliteit in te boeten. We stellen je voor aan H.265, ook wel bekend als High Efficiency Video Coding (HEVC), en de codecs die ervoor kwamen.
Als je grote videobestanden kleiner wilt maken, zijn er globaal twee dingen die je kunt doen. Allereerst kun je de resolutie verlagen. Iedere halvering van de beeldverhouding verlaagt de benodigde opslagruimte met ongeveer 75 procent. Het spreekt voor zich dat dit zeer zichtbaar kwaliteitsverlies met zich meebrengt. De tweede optie is videocompressie, dat slimmere technieken gebruikt om bestanden te verkleinen. Daarbij is de meeste winst te halen door lossy compression te gebruiken. Lossy (verlies) duidt erop dat kwaliteit opgeofferd wordt om het bestandsformaat te verkleinen.
MPEG
De Moving Pictures Expert Group werd opgericht in 1988 en ontwikkelde op basis van de jpeg-standaard voor afbeeldingen en de H.261-standaard voor videoconferencing een compressiemethode voor digitale films. Mpeg-1 werd in 1992 uitgebracht. De vernieuwde standaard mpeg-2 volgde in 1994. Deze lijkt voor video sterk op mpeg-1, maar voegt (onder meer) audio-ondersteuning van 5.1-geluid toe. Mpeg-2 werd gekozen als de standaard die op dvd’s gebruikt werd. Het wist zelfs z’n eigen opvolger mpeg-3 te verslaan en de standaard te worden voor hd-tv. Oorspronkelijk was mpeg-2 bedoeld om digitale televisie-uitzendingen op de toen acceptabele beeldkwaliteit mogelijk te maken.
MPEG-2
Mpeg-2 gebruikt verschillende technieken om video met zo veel mogelijk kwaliteitsbehoud te verkleinen. Om te begrijpen hoe geavanceerd het verkleinen gaat, beschrijven we ze hier kort. Huffman Encoding gebruikt korte codes om veelvoorkomende waarden te omschrijven en lange codes voor zeldzame waarden.
DCT (Discrete Cosine Transform) en Quantization maken een berekening op basis van de frequentie waarop kleuren en contrasten voorkomen en voegt (bijvoorbeeld) kleuren die dicht bij elkaar liggen samen. Dat is een reden waarom (zware) mpeg-compressie er erg geblokt uit ziet. Motion Vector Estimation maakt onderscheid tussen statische delen van een frame en bewegende delen. Als de hoofdpersoon door een kelder loopt, blijft de achtergrond grotendeels gelijk. Door de statische beelden één keer op te slaan en te hergebruiken is veel ruimte te winnen.
H.264
Omdat mpeg-2 erin was geslaagd beter om te gaan met hd-tv dan mpeg-3, werd mpeg-4 de opvolger van mpeg-2. Binnen de verschillende mpeg-standaarden zitten onderdelen die specifieke deelvelden omschrijven. Zo wordt in mpeg-1 Part 3 de codering van audio vastgelegd. Dit is ook wel bekend als mpeg-1 Audio Layer III of (om kort te gaan) mp3 – meer bekend van muziekbestanden. Mpeg-4 bevat in part 10 een coderingstandaard die het streamen van hd-video moet vereenvoudigen. Dit is ook wel bekend als Advanced Video Coding (avc) en wordt daarnaast aangeduid met een uit de videoconferencing geërfde aanduiding: H.264.
H.264 haalt zijn kracht uit het verwijderen van herhaling in frames. Om dat mogelijk te maken, verdeelt deze codering de beelden van een video in blokken van 16 bij 16 pixels. Deze zogenaamde macroblocks worden onderverdeeld in ‘transform blocks’ en ‘prediction blocks’. Met behulp van deze blokken wordt ieder macroblock onderzocht op afwijkingen in helderheid en kleur. Het H.264-algoritme doet dit dusdanig efficiënt dat het de videocompressie van sites als Vimeo en YouTube achter zich laat als het om kwalitatief hoogwaardige compressie gaat. Toch zijn zelfs dan de bestanden van 4K- en 8K-video’s te groot om over een standaard-internetverbinding te streamen.
H.265
H.265 (HVEC of mpeg-H part 2) is in het leven geroepen om 4K- en 8K-video te kunnen streamen over internet. Om dit te verwezenlijken, werkt H.265 met ‘Coding Tree Units’ in plaats van macroblocks. Een CTU kan naar wens met blokken van 8x8 tot 64x64 werken. Op maximale efficiency halveert H.265 de omvang van een videobestand ten opzichte van H.264, zonder hierbij aan kwaliteit in te boeten. Omdat met fijnmaziger blokken gewerkt kan worden, is het mogelijk om tegen een kleinere reductie van bestandsgrote enorme kwaliteitsverschillen te realiseren. Hoewel de focus van H.265 ligt op snel streamen, kan het dus ook de kwaliteit van gecomprimeerde video verhogen.
Tegenover de enorme reductie in bestandsformaat staat dat H.265 meer rekenkracht vraagt. Vrij vertaald betekent dit dat accu’s van telefoons en tablets sneller leegraken bij gebruik van H.265 en je een stevige machine nodig hebt om naar H.265 te coderen. De ontwikkeling van decodeerchips voor H.265 maakt dit punt steeds minder relevant. Dat is terug te zien in het aanbod van H.265-hardware.
Compressie in getallen
Een standaard (ouderwetse) video van televisiekwaliteit heeft tussen de 160 en de 208 megabit opslag per seconde (Mbit/s) nodig. Ga je naar 1080p full hd, dan stijgt dat naar ergens tussen de 1.520 en 1.896 Mbit/s. 4K-video loopt tussen de 3.040 Mbit/s en 7.600 Mbit/s. Voor 8K is minimaal 12.160 Mbit/s nodig.
Zulke enorme hoeveelheden data hanteerbaar maken vereist compressie. Daarmee wordt ruimte bespaard, wat ten koste gaat van de kwaliteit. Voor de dvd werd de voor digitale televisie ontwikkelde mpeg-2-standaard gekozen. Deze bracht de opslag voor standaard video terug naar 9,8 Mbit/s. Binnen mpeg-2 vereist video in full hd 1080p rond de 300 Mbit/s. Dat past niet op een dvd en is ook meer dan een 100Mbit-netwerk aan kan.
De standaard mpeg-4 (part 10), ook wel bekend als avc of H.264, brengt streamen van 1080p (grofweg) terug naar 6 Mbit/s. Dat maakt streamen en uploaden van hd-beelden mogelijk, maar voor 4K is hiermee al 32 Mbit/s noodzakelijk. Hier brengt H.265-compressie uitkomst: hiermee kun je met een dataverbruik van rond de 15 Mbit/s kwalitatief hoogwaardige 4K-video’s streamen.