HEVC (High Efficiency Video Coding : H.265) 개요

H.265/High Efficiency Video Coding (HEVC)는 ISO/IEC Moving Picture Experts Group과ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG)이 공동으로 개발한 H.264 의 후속 코덱입니다. 새로운 코덱의 주된 목표는 H.264보다 50% 향상된 압축 효율이며 최대 8192x4320의 해상도를 지원합니다.

HEVC 기술 배경

배경으로 ITU-T는 2004년에 H.264의 후속 버전을 개발하기 시작했으며 ISO/IEC는 2007년에 작업을 시작했습니다. 2010년 1월에 공동 작업한 공동 제안서가 MPEG 및 VCEG Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC)의 모임에서 완료되었고, 2010년 4월에 HEVC (High Efficiency Video Coding)라는 이름이 코덱에 채택되었습니다.

2010년 10월 JCT-VC는 2012년 7월에 승인된 8가지 작업 초안 규격을 기반으로 초안 표준을 사용하여 첫번째 작업 초안 규격을 작성했습니다. 2013년 1월 25일 ITU는 HEVC가ITU-T Alternative Approval Process에서 첫번째 단계 승인 (동의)을 발표했습니다. 반면MPEG은 HEVC가 MPEG 표준화 과정에서 FDIS (Final Draft International Standard) 상태로 승격되었다고 발표했습니다.

본질적으로 이는 여러 공급 업체가 첫 번째 HEVC 제품을 마무리할 수 있도록 초기 버전의 사양이 확정되었음을 의미합니다. 현재 구현에는 비디오 "인트라 (intra)"비디오와 동일한 코딩 도구를 사용하는 8비트 4:2:0 비디오을 지원하는 메인 프로필, 10비트 지원 Main 10프로필 및 스틸 디지털 그림을 위한 메인 스틸 픽처 (Main Still Picture) 프로필을 포함됩니다.

HEVC는 이미 12 비트 비디오 및 4:2:2 및 4:4:4 크로마 포맷의 확장을 시작으로 확장 가능한 비디오 코딩 및 3D 비디오를 사양에 통합하면서 계속 발전할 것입니다.

HEVC (H.265) 작동 방식

H.264 및 MPEG-2와 마찬가지로 HEVC는 프레임간 및 프레임내 압축 요소를 모두 포함하는 I, B 및 P 프레임의 3가지 프레임 유형을 사용합니다. HEVC는 다음과 같은 수많은 기술들을 가지고 있습니다.

▲ 코딩 트리 블록 (Coding Tree Block) : H.264가 최대 크기가 16x16인 매크로 블록을 사용하는 반면, HEVC는 최대 64x64 픽셀 크기의 코딩 트리 블록 (CTB)을 사용합니다. 블록 크기가 클수록 4K 해상도와 같이 더 큰 프레임 크기를 인코딩할 때 더 효율적입니다 (그림1참조).

그림1. 블록 크기가 클수록 인코딩 효율이 향상됩니다. Elemental Technologies의 HEVC웹비나 이미지.

▲ 더 많은 인트라 예측 방향 (More intra-prediction direction) : H.264가 9개의 인트라 예측 방향 (Intra Prediction Direction)을 사용하는 반면, HEVC는 35개 이상을 사용하여 더 효율적인 인트라 프레임 압축을 제공하는 잠재적인 참조 픽셀 블록 (Potential Reference Pixel Block)을 추가할 수 있습니다 (그림2, Ateme 프레젠테이션 참조). 물론 검색하는데 추가적인 인코딩 시간이 필요합니다.

그림2. 검색이 확장되어 더 많은 참조 픽셀 블록을 찾습니다.

다른 진보된 기술도 포함됩니다.

▲ 적응형 모션 벡터 예측 (Adaptive Motion Vector Prediction) : 코덱이 더 많은 프레임간 중복을 찾을 수 있게 합니다.

▲ 멀티 코어 환경에서보다 효율적인 인코딩을 위한 Wavefront 병렬 처리 포함하는 우수한 병렬 처리 도구.

▲ 엔트로피 코딩 (Entropy Coding)은 더이상 CAVLC가 아닌 CABAC 전용입니다.

▲ 디블로킹 필터 (Deblocking Filter) 향상 및 샘플 가장자리 오프셋을 통해 아티팩트(Artifact)를 더욱 제한하는 Sample Adaptive Offset이라는 두번째 필터 생성

HEVC (H.265) 결과

HEVC와 H.264 및 MPEG-2의 품질을 비교하는데 초점을 맞춘 수많은 백서와 프레젠테이션이 있습니다. 가장 자주 인용 소스중 하나는 제목의 기사입니다 "비디오의 코딩 효율성의 비교 표준을 포함 고효율 비디오 코딩 (HEVC) 코딩 : Comparison of the Coding Efficiency of Video Coding Standards-Including High Efficiency Video Coding (HEVC)"인데, 모두PSNR (최대 신호 대 잡음비 : Peak Signal to Noise Ratio)의 비교와 주관적인 평가의 결과에 대한 내용입니다. 이 보고서는 대화형 및 엔터테인먼트 애플리케이션을 포함한 여러 시나리오를 검토했습니다.

엔터테인먼트 관련 비교를 위해 이 연구에서는 832x480 (480p)에서 1920x1080 (1080p)해상도의 여러 클립을 인코딩했습니다. PSNR 관련 테스트의 경우 모든 파일의 PSNR 값이 같아질 때까지 HEVC, H.264, MPEG-4 및 H.263의 네가지 기술을 사용하여 파일을 인코딩했습니다.

표1. 엔터테인먼트 애플리케이션에서 PSNR 값을 사용하는 H.264, H.263 및 MPEG-4와 비교된 HEVC 효율성.

이 연구는 시청자에게 H.264 및 HEVC로 여러 데이터 속도로 인코딩된 여러 파일을 보여주고 결과 등급을 매기도록 요청했습니다. 이들 시험에서, 연구자들은 "H.264/MPEG-4 AVC HP 인코딩보다 평균적으로 53퍼센트보다 낮은 비트 레이트의 HEVC으로 인코딩된 테스트 결과, 거의 동일한 주관적 품질을 달성"한다고 결론지었습니다.

PSNR과 주관적인 비교를 모두 사용하여 H.264 및 HEVC를 비교한 또 다른 기사인 "다가오는 HEVC 비디오 압축 표준의 주관적 품질 평가 : Subjective Quality Evaluation of the Upcoming HEVC Video Compression Standard"에서

AVC와 비교 시험 결과는 압축 성능에서 상당한 개선을 보여줍니다. PSNR 값에 기초한 예측된 비트 레이트 감소 (Bit Rate Reduction)는 28~38 퍼센트이었지만 주관적 결과에 기초하여 51~74 퍼센트까지 범위의 비트 레이트 감소를 이룰 수 있습니다. 이 차이는 주로PSNR이 인간 시각 시스템의 채도 효과 (Saturation Effect)를 고려하지 않기 때문에 발생합니다. PSNR은 또한 아티팩트 (Artifact)의 모든 특성을 나타내지는 못합니다. HEVC 압축은 콘텐츠를 부드럽게하는 경향이 있는 반면 AVC 압축 시퀀스는 뭉퉁하게 보여줍니다. 이 연구에서 고려한 합성 콘텐츠의 경우 주관적인 결과를 기준으로 75%의 비트 전송률 감소를 달성할 수 있었지만 PSNR 값을 기반으로 한 예측 감소율은 68%였습니다.

비교 결과는 판매용으로 또는 대부분의 경우 범용 베타 테스트용으로 출시되지 않은 인코더를 사용하여 HEVC에 기여한 기술자에 의해 행해졌기 때문에 그러한 결과에 대해 회의적일 수는 있습니다. 익명성의 조건에서 말하자면 주요 인코딩 업체의 한 CTO는 HEVC가1080p 해상도에서 동일한 품질 수준으로 파일 크기를 30% 줄이고 더 높은 해상도에서 추가로 증가시킬 수 있다고 예측했습니다.