H.266/VVC nadchodzi

dodano: 2020-10-12 14:45 | aktualizacja: 2020-10-12 19:00
autor: Anita Kaźmierska | źródło: SAT Kurier 7-8/2020

Po kilku latach badań i prac, w lipcu br. oficjalnie przyjęty został nowy standard kompresji wideo H.266/VVC – Versatile Video Coding. Kiedy zacznie być stosowany? Na jak dużą oszczędność pasma pozwoli? Odpowiedzi na te i inne pytania można znaleźć w niniejszym artykule.

satkurier.pl

Prosimy o wyłączenie blokowania reklam i odświeżenie strony.

Zalety H.266/VVC

Dzięki znacznie poprawionej kompresji nowy standard zapewnia dodatkową znaczącą redukcję przepływności przy zachowaniu, w rozumieniu percepcyjnym, tej samej jakości obrazu. W porównaniu z poprzednikiem, jakim jest H.265/HEVC – High Efficiency Video Coding, stosując H.266/VVC możliwe jest zaoszczędzenie 50 proc. używanego pasma, twierdzi Fraunhofer HHI.

Rys. 4 obrazuje zależność PSNR do przepływności (bitrate’u). PSNR (peak signal-to-noise ratio) to szczytowy stosunek sygnału do szumu, wyrażany w decybelach. Stosowany jest m.in. do oceny jakości formatów kompresji wideo. W takim przypadku sygnałem są nieskompresowane dane źródłowe, a szumem – zniekształcenia spowodowane zastosowaniem kompresji. Typowe wartości PSNR w stratnej kompresji wideo wynoszą od 30 do 50 dB. Ogólnie rzecz biorąc, H.266/VVC zapewnia bardziej wydajną transmisję i przechowywanie treści wideo (od SD, przez HD i 4K, po 8K) od swoich poprzedników. Ponadto w pełni obsługuje materiały o wysokim zakresie dynamiki HDR, np. z 10-bitową głębią kolorów czy materiały w technologii 360°.

**Rys. 4. Wykres PSNR do przepływności (bitrate’u), źródło: Fraunhofer HHI**

Skompresowane dane wideo stanowią obecnie 80 proc. globalnego ruchu internetowego. Poprzednicy VVC – H.264/AVC i H.265/HEVC, zostali już wdrożeni na ponad 10 mld urządzeń na całym świecie i obsługują ponad 90 proc. całkowitej globalnej przepływności wideo.

Jak już wcześniej wspomnieliśmy, H.266/VVC został opracowany z naciskiem na treści wideo o ultrawysokiej rozdzielczości. Nowy standard ma być stosowany na przykład podczas przesyłania strumieniowego treści 4K lub 8K. Umożliwia także bardziej wydajną transmisję wideo w sieciach komórkowych, gdzie pojemność danych jest ogólnie bardziej ograniczona. W przypadku 90-minutowego wideo UHD, przy użyciu starszego standardu H.265/HEVC przesłane musi być około 10 GB danych. Dzięki H.266/VVC będzie to tylko około 5 GB, przy zachowaniu porównywalnej jakości obrazu.

– Po prawie trzech latach aktywnej pracy standaryzacyjnej jesteśmy dumni, że mogliśmy przyczynić się do opracowania nowego standardu H.266/VVC – mówi Benjamin Bross, lider grupy systemów kompresji wideo w Fraunhofer HHI i redaktor specyfikacji standardu H.266/VVC. – Kwantowy skok w wydajności kompresji oferowany przez H.266/VVC pomoże zapewnić, że wykorzystanie wideo na całym świecie będzie nadal rosło. Ponadto zwiększona wszechstronność H.266/VVC sprawi, że nowy standard będzie atrakcyjny dla szerszej gamy aplikacji do przesyłania i przechowywania wideo.

Pierwsze testy kodeka VVC na satelicie

W czerwcu br. na satelicie Astra 2E (28,2°E) pojawiły się testy emisji w formacie kompresji VVC. Można je wyszukać na tp. 14 (11,973 GHz, pol. V, SR: 31000, FEC: 9/10; DVB-S2/8PSK). Eksperymenty te prowadzone są przez operatora satelitarnego SES, francuską firmę technologiczną ATEME specjalizującą się w rozwiązaniach dla dostarczania treści wideo, a także przez VideoLabs oraz IETR.

**Fot. 1. Przekaz VVC na satelicie Astra 2E**

Na chwilę obecną popularne oprogramowania nie są gotowe do obsługi strumieni z VVC. W związku z tym podgląd zawartości nie jest możliwy z poziomu ogólnodostępnych aplikacji. Redakcja satkurier.pl otrzymała jednak możliwość wzięcia udziału w testach VVC. Dekompresja strumienia wideo emitowanego przez satelitę Astra była możliwa na specjalnie zmodyfikowanych oprogramowaniach VLC media player i FFmpeg, udostępnionych naszej redakcji przez ATEME.

Emitowany przez satelitę materiał w rozdzielczości 4K, wyprodukowany przez The Explorers, charakteryzuje się przepływnością wideo na poziomie 20,55 Mbit/s. Mimo zgłaszania się ścieżki audio, nie jest ona nadawana. Wideo ma długość niecałych 3 minut i emitowane jest w pętli (fot. 1).

Podczas testów źródło UHD jest poddawane kompresji VVC i zamykane w formie MPEG-TS (strumienia transportowego MPEG) przy użyciu platformy ATEME TITAN Live. Następnie strumień jest modulowany do DVB-S2 i przekazywany przez SES na transponder Astry 2E, obejmujący zasięgiem także Polskę. Po stronie odbiorczej sygnał przetwarzany jest do IP i odtwarzany przy użyciu VLC media player lub FFmpeg, gdzie odbywa się dekompresja za pomocą software’u OpenVVC opracowanego przez IETR (rys. 5).

**Rys. 5. Schemat transmisji testowej VVC na satelicie, źródło: ATEME**

Na jednym z redakcyjnych komputerów z 4-rdzeniowym procesorem Intel Core i5-7400 taktowanym częstotliwością 3 GHz oraz z kartą graficzną NVIDIA GeForce GT 630 dekompresja w czasie rzeczywistym strumienia 4K VVC 25 fps odbywała się płynnie, a jakość obrazu była bardzo dobra. Obciążenie CPU wynosiło blisko 100 proc., a obciążenie procesora graficznego około 50 proc. Należy się jednak spodziewać, że z czasem zarówno kodeki będą bardziej wydajne od tych testowych, jak i hardware będzie lepiej przygotowane do obsługi VVC.

W tab. 1 przedstawiamy wyniki naszych testów VVC na czterech komputerach o różnych konfiguracjach. Na wszystkich zainstalowany jest system operacyjny Windows 10.

– Z komercyjnego punktu widzenia zastosowanie VVC dla telewizji 8K pozwoliłoby operatorom satelitarnym na umieszczenie dwóch kanałów 8K na jednym konwencjonalnym transponderze (33 MHz). W przypadku telewizji UHD, VVC obiecuje zmniejszyć przepustowość lub znacznie poprawić jakość obrazu przy użyciu takiej samej przepustowości jak przy dzisiejszym HEVC – powiedział Thomas Wrede, Vice President, New Technology & Standards w SES Video.

Tab. 1. Dekompresja i odtwarzanie wideo UHD w VVC na VLC media player