A H.264/AVC a HD térhódításával nagy népszerűségre tett szert. Kiváló minőség érhető el vele és nagyon rugalmas. Többnyire mkv konténerben találkozhatunk vele, a HD lemezek rippelt verzióit letöltve, de trailer-ek, demók, saját készítésű videók sokasága is használja már ezt a remek szabványt. Megpróbálom kicsit összefoglalni, bemutatni érdekességeit, hatékonyságának kulcselemeit és rávilágítok arra, hogyan lehet felhasználni saját videók készítéséhez. Több részre osztom a cikket, így egy-egy fontos részt bővebben taglalhatok és talán áttekinthetőbb is lesz a struktúra.

Történelem, tények és számok – általános bevezető

A H.264 az ITU-T (International Telecommunication Union) telekommunikációs szabályozási területe „ajánlása” (szabványa, csupán a megnevezés ajánlás). Az ITU rendszerében a H (Audiovisual and multimedia systems) Audiovizuális és multimédia rendszerek kategória 264-es számú ajánlása (Advanced video coding for generic audiovisual services). Innen ered az elnevezés is: H.264.

Az MPEG-4 szintén egy szabvány, mégpedig videotömörítésre, olyan kiterjesztésekkel, mint az XviD vagy a DivX (Part 2). Ennek a 10-es része (Part 10) kifejezetten a HD (High Definition) videókra, az otthoni házimozik egyik alkalmazási területére koncentrál. MPEG-4 AVC néven is ismert, ami a JVT (Joint Video Team) alkotott meg több szervezetből tömörülve eggyé. Az MPEG-4 Part 10 alapvetően ISO/IEC szabvány, amit az ITU-val közösen alkottak meg. Közelebbről nézve a dolgot, a VCEG (Video Coding Experts Group), az ITU-T részéről és az ISO/IEC mozgóképpel foglalkozó egysége, az MPEG (Moving Picture Experts Group) fejlesztették ki. Jelen írás tehát egészen pontosan a következőkkel foglalkozik: ITU-T Recommendation H.264 | ISO/IEC International Standard ISO/IEC 14496-10 video coding. Mint látható, nemzetközi szervezetek fogtak össze a szabvány kidolgozására, de vajon miért volt erre szükség?

A 90-es évek elejétől kezdve felgyorsult a technológia, sorra jöttek az új hardverek, szoftverek és ezekkel együtt a video kódolás is fejlődésnek indult. Egymás után készültek el az újabbnál újabb szabványok, amelyek a mai napig érvényben vannak. Ezek: H.261, MPEG-1, MPEG2/H.262, H.263, MPEG-4 (Part 2). A H.264/AVC az egyik legújabb ilyen fejlesztés. A fejlesztők a kódolási hatékonyság, a komplexitás és az ár legjobb kombinációját próbálták megtalálni a VLSI technológiára alapozva.

Pályafutása 2000 körül kezdődött, az ITU-T H.26L projekten belül, amit a VCEG indított még 1998-ban. Az ISO/IEC MPEG csoportja 2001-ben készült el az MPEG-4 Part 2 szabványukkal és publikálás után mindkét tömörülés felfedezte, hogy hasonló cipőben járnak, ezért egyesítették erőiket, hogy befejezzék a szabványt. Számos teszt és kísérletezés után a már a H.26L projektben is megfogalmazott alapelveket kibővítve meghatároztak néhány következtetést az egész munkára vonatkozóan.

- Az addig szokásos DCT (Discrete Cosine Transform) kódolási sztenderd alkalmazása nem szükséges a mozgáskompenzációra, így új alapokat kell felépíteni.

- Költségelemzések és komplexitási vizsgálatok után ráébredtek, hogy a régen is alkalmazott kódoló eszközök, alkalmazások már nem elég hatékonyak, főleg a miatt sem, hogy ekkorra a VLSI fejlődése rohamossá vált.

- Szakítani kell a visszafelé kompatibilitás ábrándjával, ha növelni akarják a kódolás hatékonyságát és az új szintaxisnak teljesen függetlennek kell lennie az előzőektől.

Ez az egyesülés felgyorsította a fejlesztést és a H.26L alapjain meg is kezdődött a munka, megalakult a JVT 2001 végén. 2003-ra zárták le a projektet és rögtön be is vezette mind az ITU-T és mind az ISO/IEC szabványai közé. Ekkor kisebb káosz alakult ki, mert legalább 6 féle elnevezés keringett ugyanarról a dologról – H.264, H.26L, ISO/IEC 14496-10, JVT, MPEG-4 AVC és az MPEG-4 Part 10. Legelterjedtebb neve a H.264/AVC lett. Ezt követően a JVT neki is látott a kiterjesztések, mint a FRExt (Fidelity Range Extensions) kidolgozásának, ami magasabb felbontást, jobb minőséget és még sok mást tett hozzá a szabványhoz. Több kiterjesztés készült, amiknek köszönhetően bekerült az alap profilok mellé még öt új és több opcióval bővítették az eredeti elképzeléseket.

Manapság a HD egyre nagyobb népszerűségre tesz szert, amihez jelentősen hozzájárul, hogy az ilyen tartalmak kódolására, dekódolására készülő eszközök jobbak, gyorsabbak és megfizethető árat kezdenek elérni, ezzel mind szélesebb réteg előtt tárva ki a lehetőség ajtaját. A HD és az SD (Standard Definition) abban nem különbözik, hogy hogyan érhető el. Maga a média elérhető adathordozókon, rögzített tárolókon, letölthető formában. Ami viszont lényeges különbség, hogy drámaian megnövekedett a minőség. Ez viszont bizonyos dolgokban egészen nagy különbségeket eredményez a két technológia között:
- Nagyobb adathalmazt kell feldolgozni, ami akár hatszor több renderelést igényel, mint az SD esetében.

- Sokkal összetettebb algoritmusokat használ a dekódolásra (pl.: CABAC) és a lejátszásra (de-interlacing)

- Megnövekedett az energiaigény ezen folyamatok kiszolgálására (laptopok esetében lényegesebb és a hordozható eszközöknél)

- Más adatvédelmi eljárásokat kell alkalmazni

Az SD tartalmak, mint a DVD sokkal kevesebb pixelt tartalmaznak, mint a HD-sek. Az alábbi táblázat mutatja, hogy mennyivel több pixelt kell renderelni egy HD film esetében, mint egy hagyományos DVD-t nézve.

1. Forrás: ATI

Ugyanígy a bitráta is nagyban eltér az eddig alkalmazott DVD-k esetében alkalmazottaktól.

Látható, hogy akár négyszer nagyobb is lehet egy Blu-Ray bitrátája, mint egy DVD-é. A hatékonyabb, de jóval bonyolultabb kódolási eljárások azonban erősebb hardvert követelnek, mialatt sokkal jobb tömörítési arányt érnek el az MPEG-2-nél jobb minőségben, összehasonlítva azzal.

A több magot tartalmazó processzorok, az egyre fejlettebb, hardveres dekódolási képességekkel is bíró videokártyák (UVD2, Purevideo HD), az egyre nagyobb sávszélességű memóriák jóvoltából a HD nagyon nagy népszerűségnek örvend, ami a H.264 enkódolására és dekódolására létrehozott szoftverek, interop-ok, frontend-ek gombamód szaporodásán is látszik.

Láthatjuk tehát, hogy a H.264 a gyakorlatban, összehasonlítva az MPEG-2-vel vagy az MPEG-4 Visual-lal ugyanazon a bitrátán jobb minőséget eredményez és kisebb bitrátán is tudja ugyanazt a minőséget produkálni. Például egy DVD-n kb. 2 órányi MPEG-2 fér el, amíg H.264-et használva ez akár 4 órányi anyag is lehet, ugyanolyan minőségben. Ennek a hatalmas javulásnak azonban ára is van. A H.264 sokkal számításigényesebb, mint elődei. Kifinomultabb tömörítési eljárásai többet követelnek meg a hardvertől és szoftvertől egyaránt.

Alkalmazási lehetőségei igen széles skálán mozognak, rugalmasságának köszönhetően. A televíziózásban egymás után állnak át a csatornák a HD adások sugárzására, de terjednek a HD formátumú DVD-k is (Blu-Ray), a jó tömörítési arányt kihasználva megjelent a formátum a hordozható eszközökön is, valamint alkalmas videokonferenciák, internetes tartalmak átvitelére és természetesen a hadászatban is alkalmazzák.

A következő írásban már kicsit részletesebben belemegyünk a szabvány metódusainak működésébe és sematikusan áttekintjük, hogyan is érhető el nagyon jó minőségű kódolás.