Применение HEVC
Выделим четыре области применения, в которых в 2014–2016 годах можно ожидать внедрения новой системы компрессии HEVC.
• UHDTV: Ultra High-Definition Television — первичная и вторичная дистрибуция видеоконтента с разрешением, превышающим HD. В ближайшей перспективе речь может идти о формате 4К, но в долгосрочной перспективе возможно применение и 8К.
• OTT: видео доставляется по нерегулируемым каналам сети Интернет. Применение HEVC интересно с точки зрения возможности доставки HD- и UHDTV-контента до конечных устройств (планшеты, Smart TV, игровые приставки) без дорогостоящей замены сетевой инфраструктуры. На развивающихся рынках, где широкополосный доступ или мобильные подключения не идут в ногу с запросами пользователей, HEVC можно использовать для доставки видео стандартного разрешения.
• Платное ТВ: Для существующих систем платного ТВ, использующих AVC и/или MPEG-2, переход на HEVC может занять больше времени, т.к. он зависит от жизненного цикла используемого оборудования. Подобным образом существующие системы бесплатного (FTA) телевидения ограничены в применении нового формата сжатия уже принятыми стандартами и большой базой устаревшего приемного оборудования.
• IPTV через DSL: операторы IPTV, работающие через DSL-соединение, испытывают трудности в связи с нехваткой полосы пропускания. Применение HEVC (теоретически) может позволить удвоить количество транслируемых ТВ-каналов без необходимости замены линий связи.
В следующем разделе будут рассмотрены десять факторов, которые надо учитывать при выборе кодера HEVC, в контексте этих четырех вариантов применения.
Десять факторов оценки кодеров
I. Коэффициент сжатия и производительность.
Теоретически HEVC может обеспечить двукратное увеличение степени компрессии по сравнению с AVC. Алгоритмы HEVC более эффективны для высоких разрешений, таких как Ultra HD. Выигрыш будет зависеть и от типа видео — простые сюжеты, такие как говорящие головы, вряд ли выиграют в той же степени, что и динамичные сюжеты с большим количеством мелких деталей. Ускоренные алгоритмы HEVC еще находятся в стадии разработки, сегодня прирост компрессии для живых потоков не так велик, как при сжатии файлов. В экспериментальных условиях, с неограниченным временем и ресурсами, возможно достичь теоретического удвоения степени компрессии Ultra HD. На практике норма составляет 15–30% для живых потоков, и 20–40% — при работе с файлами.
Эффективность сжатия является критическим фактором при любом применении HEVC. Задержка является крайне важным фактором для живого вещания, в частности спортивных программ и телепередач в Ultra HD. Для системы видео по запросу общая производительность (для задач транскодирования) является важным фактором, но не основной проблемой в краткосрочной перспективе.
II. Совместимость и взаимодействие.
В то время как HEVC стандартизирован МСЭ, вещательные стандарты (DVB, ATSC и др.), которые будут использоваться для передачи потоков, компрессированных в HEVC, пока еще не обновлены. В отсутствие стандартов вещания тестирование на совместимость — это сумма двусторонних усилий в масштабах всей экосистемы (производителей кодеров, процессоров, STB, дисплеев всех видов, а также разработчиков программного обеспечения). В этом контексте есть значительный риск упустить важные аспекты совместимости, имеющие отношение не столько к видеокодеку, сколько к тому, как он сочетается с другими компонентами среды (аудио, субтитры, метаданные).
Таким образом, при развертывании HEVC в ближайшем будущем нужно проверить, что:
• кодер соответствуют опубликованным стандартам телевещания;
• кодер совместим со всеми декодерами, доступными для конечных пользователей, а также с остальными частями экосистемы (условный доступ, вставка рекламы и др.);
• эта совместимость не сказывается на качестве кодирования.
Такая проверка является очень важной в случае запуска UHDTV-сервиса, потому что потребуется «выжать» максимум аппаратной производительности из кодера и декодера.
III. Плотность.
Плотность — это число кодируемых каналов, которые могут быть обработаны в одном устройстве, т.е. число каналов на юнит (Rack Unit или RU). Платформа ATEME TITAN (2014) может кодировать HEVC 36 живых HD-видео на 7 RU (4 потока на RU плюс резерв). Эта платформа обеспечивала такую же плотность при кодировании MPEG-4 AVC в 2011 году.
IV. Потребляемая мощность.
Компрессия HEVC требует значительно большей вычислительной мощности по сравнению с AVC. В краткосрочной перспективе кодеры HEVC будут потреблять значительно больше энергии, при условии, что упор будет сделан на достижении большей эффективности сжатия или меньшей задержки путем увеличения вычислительной мощности, а не внедрения эффективных алгоритмов. Энергоэффективность является ключевым показателем при учете операционных расходов, особенно в странах, где стоимость электроэнергии достаточно высока. Также это стоит учитывать, если возможности принудительного охлаждения стоек с кодирующим оборудованием ограничены. Кодеры HEVC при 8-битном кодировании сегодня потребляют в 3–4 раза больше энергии, чем сопоставимые AVC-кодеры, и еще больше при кодировании в 10 бит.
V. Поддержка чересстрочного контента.
Сегодня 70% контента телевидения высокой четкости транслируется с чересстрочной разверткой (1080i). Стандартное разрешение (480i или 576i) передается только в чересстрочном формате. Вся цепочка трансляции, от камер до телевизоров, поддерживает этот формат. HEVC, как правило, воспринимается как стандарт сжатия, предназначенный для прогрессивной развертки. В отличие от MPEG-4 AVC, HEVC не включает в себя каких-либо инструментов, специально разработанных для чересстрочного содержимого. Однако исследования показывают, что кодеры HEVC могут одинаково эффективно сжимать видео как с прогрессивной, так и с чересстрочной разверткой (Larbier, P., «HEVC & Broadcast Content», http://www.ateme.com/-White-papers-, Dec. 2013).
VI. Поддержка более ранних кодеков.
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами сжатия HEVC, оператору с уже работающим сервисом может потребоваться возможность постепенного перехода на новое решение. Например, его можно начать использовать в
ТВ-сервисе, в котором один и тот же контент доступен с разными битрейтами. В этом случае HEVC добавляется к существующим профилям AVC, которые будут поддерживаться в течение полного цикла замены клиентских устройств (1-2 года для смартфонов и до 4-5 лет при использовании ТВ-приставок). Применение HEVC позволит увеличивать количество передаваемых сервисов и экономить ресурсы сети доставки контента.
Можно оценить выгоды внедрения HEVC для работающих операторов платного MPEG-2 SD-телевидения, которые могут внедрить HEVC для HD. Такие операторы выиграют от использования новой платформы, где обработка видео может быть программно переназначена с SD- на HD-контент.
VII. Аудио и возможности инкапсуляции.
Опыт взаимодействия телезрителя с ТВ-продуктом (англ. User eXperience — прим. ред.) определяется не только качеством видео. Важны также высокая точность аудио, его плавное воспроизведение с низкой задержкой, точная отрисовка субтитров — все это может быть в равной степени важным с точки зрения конечных пользователей.
Отсюда логически вытекает, что телекомпания, инвестируя в HEVC с целью улучшения ее продукта, будет рассматривать весь спектр возможностей, доступных в кодере. Например, японская вещательная корпорация NHK уже давно выступает за объединение UHDTV с трехмерными системами рендеринга звука.
В качестве транспортных пакетов для передачи HEVC чаще всего используется MPEG-2-TS или набирающий популярность MPEG-DASH.
VIII. Удобство использования.
На рынке оборудования для видеокомпрессии стоит ожидать появления новых игроков, тех, кто сделал упор именно на сжатии видео. Такие производители кодеров могут обеспечить высокое качество изображения при сопутствующем недостатке глубины оперативных возможностей (настройка и управление пулом кодеров, надежность, эффективность поддержки, возможность проектировать архитектуру с резервированием, автоматизация обслуживания), которые можно сформировать только в процессе многолетней работы с вещателями.
IX. Виртуализация.
Вещатели все чаще обращаются к облачным технологиям для целей увеличения ее мощности, возможности аварийного восстановления и т.д. В ближайшие годы это может стать предпосылкой к появлению новых технологий, которые позволят использовать HEVC как сервис или же развертывать облачные (виртуальные) решения HEVC. Для UHDTV виртуализация — не самый актуальный вариант, учитывая требования к высокой пропускной способности на каждый канал. Для OTT облачные решения могут быть достаточно привлекательны, но в краткосрочной перспективе более актуальным является создание не полностью виртуального решения, а системы, которую можно было бы виртуализировать или расширять в облако во время пиковых нагрузок.
X. Цена.
При переходе на HEVC надо учитывать как капитальные, так и операционные расходы. Цены на AVC значительно упали — с более чем $10000 на канал в 2009 году до $1500 за SD-канал. Для сравнения, кодер 4K в 2013 году стоил $100000 на канал, а в 2014 году цена составила в среднем $60000.
Заключение
HEVC предлагает огромные перспективы в изменении статус-кво существующей системы доставки видео — позволяет доставить потребителям контент лучшего качества более экономным способом. Тем не менее существует разница между теоретическими возможностями технологии HEVC и практическими возможностями HEVC-кодеров. На основе осознанной оценки и стратегически правильного принятия решений клиенты могут в краткосрочной перспективе обеспечить бесперебойное развертывание системы.
Материал перевел Алексей Захаренков
