H.264

H.264 , o MPEG-4 AVC ( Codificación de video avanzada ), o MPEG-4 Parte 10 , es un estándar de codificación de video desarrollado conjuntamente por ITU-T Q.6 / SG16 Video Coding Experts Group (VCEG) así como por ISO / IEC Moving Picture Experts Group ( MPEG ) y es el producto de un esfuerzo de asociación conocido como Joint Video Team (JVT). El estándar ITU-T H.264 y el estándar ISO / IEC MPEG-4 Parte 10 (ISO / IEC 14496-10) son técnicamente idénticos, y la tecnología utilizada también se conoce como AVC , para codificación de video avanzada. La primera versión de la norma fue aprobada enMayo de 2003 y la fecha más reciente deabril 2012.

Luego, la JVT trabajó en el concepto de extensibilidad mediante el desarrollo de una extensión del estándar H.264 (apéndice G): las especificaciones de Codificación de video escalable (SVC), luego al estándar HEVC ( Codificación de video de alta eficiencia ).

Histórico

El nombre H.264 proviene de la familia de estándares de video H.26x definidos por ITU-T . Sin embargo, este códec se desarrolló en el marco del MPEG , y el UIT-T se conformó con adoptarlo y editarlo dentro de él. En el marco del MPEG, se eligió el acrónimo AVC (Advanced Video Coding) por analogía con el códec de audio AAC MPEG-2 parte 7 que había sido nombrado así para diferenciarlo del códec de audio MPEG-2 parte 3 (el famoso MP3 ). El estándar generalmente se conoce como H.264 / AVC (o AVC / H.264, H.264 / MPEG-4 AVC o MPEG-4 / H.264 AVC) para enfatizar la herencia común. El nombre H.26L, recordando su vínculo con ITU-T, es mucho menos común pero aún se usa. Ocasionalmente, también se lo conoce como "el códec JVT", en referencia a la organización JVT (Equipo de video conjunto) que lo desarrolló. Existe un precedente en el desarrollo de un estándar de codificación de video común entre MPEG e ITU-T, siendo MPEG-2 y H.262 lo mismo.

Objetivos y aplicaciones

Originalmente, el UIT-T lanzó el proyecto H.26L en 1998 con el objetivo de crear una nueva arquitectura de códec con el objetivo de aumentar la eficiencia de codificación en una proporción de al menos 2 en comparación con los estándares. Los sistemas existentes ( MPEG-2 , H. 263 y MPEG-4 Parte 2). Otro objetivo era crear una interfaz sencilla para poder adaptar el códec a diferentes protocolos de transporte (conmutación de paquetes y circuitos). El códec se desarrolló asegurando que fuera transponible a plataformas a un costo razonable, es decir, teniendo en cuenta los avances realizados por la industria de los semiconductores en términos de diseño y procesos.

En 2001 , el proyecto H.26L había logrado sus objetivos de tasa de compresión, como lo demuestran las pruebas subjetivas realizadas por MPEG. Fue en este momento que el ITU-T y MPEG decidieron de común acuerdo crear el Joint Video Team (JVT) con el objetivo de estandarizar juntos el códec y adaptarlo a las diferentes necesidades de la industria (videoteléfono, streaming, televisión, móvil). De hecho, las aplicaciones a las que tradicionalmente apunta el UIT-T se refieren a bajas tasas de bits (videoteléfono, móvil), aplicaciones para las que se optimizó H.26L, mientras que los miembros de MPEG querían adaptarlo a otros formatos (televisión, HD). Se han agregado herramientas algorítmicas como el soporte de entrelazado y se ha logrado una reducción de la complejidad.

Por lo tanto, el códec H.264 / AVC es adecuado para una amplia variedad de redes y sistemas (por ejemplo, para transmisión de televisión , almacenamiento de HD DVD y Blu-ray , transmisión RTP / IP y telefonía específica de ITU-T ).

Después de la primera versión del estándar, la JVT desarrolló algunas extensiones, conocidas como extensiones de rango de fidelidad (FRExt). Estas extensiones están destinadas a admitir una mayor precisión de cuantificación (adición de codificaciones de 10 bits y 12 bits) y una mejor definición de crominancia (adición de estructuras de cuantificación YUV 4: 2: 2 y YUV 4: 4: 4) y están destinadas a aplicaciones profesionales (Studio). También se han adoptado varias otras características para mejorar la calidad subjetiva en alta definición (adición de una transformada 8 × 8 además de la transformada 4 × 4 existente, adición de matrices de cuantificación) o para necesidades específicas (codificación sin pérdidas, soporte para otros colores espacios). El trabajo de diseño en las extensiones de la gama Fidelity se finalizó enJulio de 2004y congelado en Septiembre de 2004.

Desde el final del desarrollo de la versión original del estándar en Mayo de 2003, la JVT publicó 4 versiones aprobadas por ITU-T y MPEG, correspondientes a la adición de FRExt y correcciones.

Especificaciones detalladas

H.264 / AVC (MPEG-4 Parte 10) incluye muchas técnicas nuevas que le permiten comprimir videos de manera mucho más eficiente que los estándares anteriores ( H.261 , MPEG-1 , MPEG-2 , MPEG-4 Parte 2 / ASP ) y proporciona más flexibilidad a las aplicaciones en una variedad de entornos de red. Estas características principales incluyen:

Estas técnicas, junto con varias otras, ayudan a H.264 a superar significativamente los estándares anteriores, en una amplia variedad de circunstancias y en una amplia variedad de entornos de aplicación. H.264 a menudo puede funcionar significativamente mejor que el video MPEG-2 , logrando la misma calidad con una tasa de bits reducida a la mitad o incluso más.

Como muchos otros estándares de video en el grupo ISO / IEC MPEG, H.264 / AVC tiene una aplicación de software de referencia, que se puede descargar de forma gratuita (consulte la sección Enlaces externos a continuación).

El objetivo principal de esta aplicación es dar ejemplos de las diferentes posibilidades de H.264 / AVC, más que proporcionar un producto realmente utilizable y potente.

El grupo MPEG también está estandarizando una aplicación de hardware de referencia.

Perfiles

El estándar incluye los siguientes seis conjuntos de características, que se denominan perfiles , cada uno dirigido a una clase específica de aplicaciones:

Base Mano Extendido Elevado Alto 10 Alto 4: 2: 2 Alto 4: 4: 4
Rebanadas I y P sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
rodajas B No No sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
Rebanadas SI y SP No No No No sí sí No No No No No No No No
Imagen de referencias múltiples sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
Filtro antibloqueo sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
Codificación CAVLC sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
Codificación CABAC No No sí sí No No sí sí sí sí sí sí sí sí
Programación flexible de macrobloques (FMO) sí sí No No sí sí No No No No No No No No
Programación arbitraria de cortes (ASO) sí sí No No sí sí No No No No No No No No
rebanadas redundantes (RS) sí sí No No sí sí No No No No No No No No
particionamiento de datos (DP) No No No No sí sí No No No No No No No No
codificación entrelazada (PicAFF, MBAFF) No No sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
Formato 4: 2: 0 sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
formato monocromo (4: 0: 0) No No No No No No sí sí sí sí sí sí sí sí
Relación de aspecto 4: 2: 2 No No No No No No No No No No sí sí sí sí
Relación de aspecto 4: 4: 4 No No No No No No No No No No No No sí sí
píxel de 8 bits sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí sí
pixel 9 y 10 Bit No No No No No No No No sí sí sí sí sí sí
pixel 11 y 12 bits No No No No No No No No No No No No sí sí
transformado 8 × 8 No No No No No No sí sí sí sí sí sí sí sí
matrices de cuantificación No No No No No No sí sí sí sí sí sí sí sí
cuantificación separada de Cb y Cr No No No No No No sí sí sí sí sí sí sí sí
codificación sin pérdidas No No No No No No No No No No No No sí sí
Base Mano Extendido Elevado Alto 10 Alto 4: 2: 2 Alto 4: 4: 4

Niveles

Los niveles ( (en) niveles ) son limitaciones en un cierto número de parámetros que permiten a los decodificadores limitar la memoria y los recursos computacionales necesarios para decodificar un video.

Nota  : un macrobloque es un área de 16 × 16 píxeles.

Número de nivel macrobloques por segundo máximo tamaño máximo de imagen en macrobloques velocidad de bits máxima para el perfil básico, extendido y principal velocidad de bits máxima para el perfil alto velocidad de bits máxima para el perfil High 10 velocidad de bits máxima para perfiles High 4: 2: 2 y 4: 4: 4 ejemplo de definición y fotogramas por segundo en este nivel.
1 1,485 99 64 kbit / s 80 kbit / s 192 kbit / s 256 kbit / s 128 × 96 / 30,9
176 × 144 / 15,0
1b 1,485 99 128 kbit / s 160 kbit / s 384 kbit / s 512 kbit / s 128 × 96 / 30,9
176 × 144 / 15,0
1.1 3000 396 192 kbit / s 240 kbit / s 576 kbit / s 768 kbit / s 176 × 144 / 30,3
320 × 240 / 10,0
1.2 6000 396 384 kbit / s 480 kbit / s 1152 kbit / s 1536 kbit / s 176 × 144 / 60,6
320 × 240 / 20,0
352 × 288 / 15,2
1.3 11 880 396 768 kbit / s 960 kbit / s 2304 kbit / s 3072 kbit / s 352 × 288 / 30,0
2 11 880 396 2 Mbps 2,5 Mbps 6 Mbps 8 Mbps 352 × 288 / 30,0
2.1 19.800 792 4 Mbps 5 Mbps 12 Mbps 16 Mbps 352 × 480 / 30,0
352 × 576 / 25,0
2.2 20,250 1,620 4 Mbps 5 Mbps 12 Mbps 16 Mbps 720 × 480 / 15,0
352 × 576 / 25,6
3 40,500 1,620 10 Mbps 12,5 Mbps 30 Mbps 40 Mbps 720 × 480 / 30,0
720 × 576 / 25,0
3.1 108.000 3.600 14 Mbps 17,5 Mbps 42 Mbps 56 Mbps 1280 × 720 / 30,0
720 × 576 / 66,7
3.2 216 000 5 120 20 Mbps 25 Mbps 60 Mbps 80 Mbps 1280 × 720 / 60,0
4 245,760 8.192 20 Mbps 25 Mbps 60 Mbps 80 Mbps 1920 × 1080 / 30,1
2048 × 1024 / 30,0
4.1 245,760 8.192 50 Mbps 62,5 Mbps 150 Mbps 200 Mbps 1920 × 1080 / 30,1
2048 × 1024 / 30,0
4.2 522240 8.704 50 Mbps 62,5 Mbps 150 Mbps 200 Mbps 1920 × 1080 / 64,0
2048 × 1088 / 60,0
5 589,824 22.080 135 Mbps 168,75 Mbps 405 Mbps 540 Mbps 1920 × 1080 / 72,3
2560 × 1920 / 30,7
5.1 983,040 36,864 240 Mbps 300 Mbps 720 Mbps 960 Mbps 1920 × 1080 / 120,5
4096 × 2048 / 30,0
5.2 2,073,600 36,864 240 Mbps 300 Mbps 720 Mbps 960 Mbps 1.920 × 1.080 / 172,0
4.096 × 2.160 / 60,0
6 4.177.920 139,264 240 Mbps 300 Mbps 720 Mbps 960 Mbps 2.048 × 1.536 @ 300

4.096 × 2.160 @ 120 8.192 × 4.320 @ 30

6.1 8 355 840 139,264 480 Mbps 600 Mbps 1440 Mbps 1920 Mbps 2.048 × 1.536 @ 300

4.096 × 2.160 @ 240 8.192 × 4.320 @ 60

6.2 16.711.680 139,264 800 Mbps 1000 Mbps 2400 Mbit / s 3200 Mbit / s 4.096 * 2.304 @ 300

8,192 × 4,320 @ 120

Número de nivel macrobloques por segundo máximo tamaño máximo de imagen en macrobloques rendimiento máximo para el perfil básico, extendido y principal caudal máximo para el perfil alto caudal máximo para el perfil High 10 caudal máximo para perfiles High 4: 2: 2 y 4: 4: 4 ejemplo de definición y fotogramas por segundo en este nivel.

Patentes

Al igual que con los formatos MPEG-2 Partes 1 y 2 y MPEG-4 Parte 2, los revendedores de productos y servicios que utilizan el estándar H.264 / AVC deben pagar tarifas por el uso de tecnología patentada. El principal beneficiario de estos derechos en relación con este estándar es una organización privada: MPEG-LA , LLC (que no está afiliada en absoluto con la "organización de estandarización MPEG", pero que también gestiona patentes para sistemas que utilizan MPEG-2 Parte 1, MPEG-2 Vídeos de la Parte 2 y MPEG-4 Parte 2 y otras tecnologías).

Si estas licencias son necesarias para una implementación de software en Europa es controvertido .

Aplicaciones

Los dos candidatos principales incluyen "H.264 / AVC High Profile" como característica obligatoria para los jugadores, que incluyen:

En Europa , la organización de normalización de Digital Video Broadcast ( DVB ) aprobó H.264 / AVC para la transmisión de televisión en Europa a finales de 2004.

El Primer Ministro francés anunció que H.264 / AVC era obligatorio en los receptores de TV HD y para los canales de pago de televisión digital terrestre (TNT) en Francia a finales de 2004.

La organización de estandarización del Comité de Sistemas de Televisión Avanzada (ATSC) en los Estados Unidos está considerando el uso del estándar H.264 / AVC para la transmisión de televisión en los Estados Unidos.

El servicio de difusión multimedia digital (DMB), equivalente a la TDT europea, que se emitirá en la República de Corea, utilizará el formato H.264 / AVC.

Los operadores de transmisión móvil terrestre en Japón utilizarán El códec H.264 / AVC, que incluye:

Los servicios de televisión por satélite de transmisión directa utilizarán este nuevo estándar, que incluye:

El Proyecto de Asociación de 3ª Generación ( 3GPP ) ha aprobado la introducción de H.264 / AVC como servicio opcional en la versión 6 de las especificaciones funcionales para multimedia móvil.

La Junta de Estándares de Imágenes en Movimiento (MISB) del Departamento de Defensa de EE . UU . Ha adoptado H.264 / AVC como el códec de video preferido para todas las aplicaciones.

El Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF) ha proporcionado un formato de  paquetización de contenido ( RFC 3984) para transportar video H.264 / AVC utilizando su Protocolo de transporte en tiempo real (RTP).

El Streaming Media Alliance Internet (ISMA) ha adoptado H.264 / AVC para la especificación 2.0 ISMA.

La organización Moving Picture Experts Group (MPEG) ha incorporado con éxito el soporte para H.264 / AVC en sus estándares (por ejemplo, sistemas MPEG-2 y MPEG-4 ), así como en las especificaciones de formato de archivos multimedia ISO.

La Unión Internacional de Telecomunicaciones - Estandarización del Sector (UIT-T) ha adoptado H.264 / AVC en las especificaciones para los sistemas de telefonía multimedia H.32x. Basado en los estándares ITU-T, H.264 / AVC ya se usa ampliamente para videoconferencias, en particular por dos compañías importantes en el mercado ( Polycom y Tandberg ). Todos los nuevos productos de videoconferencia ahora incluyen soporte para H.264 / AVC.

Es probable que H.264 se utilice en servicios de video a pedido a través de Internet para entregar películas y programas de televisión a las computadoras. También es probable que se ofrezca el mismo tipo de contenido a través del intercambio de archivos de red, legalmente o no.

Productos e implementaciones

Transposiciones de software

Aplicaciones de hardware

Varias empresas producen chips capaces de decodificar video H.264 / AVC. Los chips capaces de decodificar en tiempo real videos de alta definición incluyen los siguientes:

Este tipo de chip permite una amplia implementación de hardware de bajo costo capaz de reproducir video H.264 / AVC en televisión estándar y de alta definición.

Muchos materiales ya están disponibles en junio de 2006, esto va desde productos de consumo económicos hasta codificadores basados ​​en FPGA en tiempo real para transmisión:

Notas y referencias

  1. ISO / IEC 60.60 14496-10: 2012: Tecnología de la información - Codificación de objetos audiovisuales - Parte 10: Codificación de video avanzada, 2012-04-26
  2. "  H.264: Soporte para espacios de color adicionales y eliminación del perfil alto 4: 4: 4  " , en www.itu.int (consultado el 21 de abril de 2020 )
  3. 14: 00-17: 00 , "  ISO / IEC 14496-10: 2014  " , en ISO (consultado el 21 de abril de 2020 )
  4. [1]
  5. (en) Petición de observaciones n o  3984 .
  6. error de comparación del modelo de codificadores de video {{Enlace de archivo}}  : complete un parámetro "   "|titre=
  7. Steve Klein, “  CoreAVC acelerado por Cuda, ¿la mejor decodificación H.264?  » , En homemedia.fr ,7 de julio de 2009(consultado el 19 de mayo de 2015 )
  8. Damien Triolet, "¿  CoreAVC más fuerte que AVIVO y PureVideo?  " ,12 de abril de 2006(consultado el 19 de mayo de 2015 )
  9. (en) http://blogs.cisco.com/collaboration/open-source-h-264-removes-barriers-webrtc/
  10. (en) http://www.openh264.org/faq.html
  11. (en) https://blog.mozilla.org/blog/2013/10/30/video-interoperability-on-the-web-gets-a-boost-from-ciscos-h-264-codec/
  12. Cisco Mozilla y OpenH264
  13. http://blogzinet.free.fr/blog/index.php?post/2013/11/02/L-interoperabilite-de-la-video-sur-le-Web-recoit-un-coup-de-pouce -du-codec-H-264-de-Cisco No hay nada duradero con las patentes. H.264 será bien accesible para los usuarios de Firefox gracias a Cisco, pero el códec aún viene con una licencia restrictiva que no es del interés de los usuarios ni de la web a largo plazo.
  14. Error del modelo ATI Radeon X1000 {{Enlace de archivo}}  : complete un parámetro "   "|titre=
  15. error del modelo ATI del anuncio de prensa {{Enlace de archivo}}  : complete un parámetro "   "|titre=
  16. Tecnología H.264 de ATI
  17. Página de NVidia PureVideo

Ver también

Artículos relacionados

enlaces externos