Is H.264 AVC “melhor” do que H265 HEVC ? Em que condições pode o H.264 superar o H.265?

Em que condições pode o H.264 superar o H.265?

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Geralmente, novos padrões de compressão de vídeo oferecerão vantagens de desempenho em comparação com os existentes. Por exemplo, H.265 HEVC é conhecido por ser 40% mais eficiente que H.264 com o custo de 10x mais complexidade.

Um cliente NETINT observado sob algumas circunstâncias H.264 AVC pode superar H.265 HEVC. O seguinte teste PSNR que utiliza os codificadores de código aberto libx265 e libx264 para codificar vídeos de teste idênticos ilustra este ponto.

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Figure 1 PSNR compare entre x265 e x264

Com Parâmetro de Quantificação (QP)=27, a taxa de bits de H.265 e H.264 são semelhantes (9,66Mbps vs 9,96Mbps) mas o PSNR do vídeo codificado H.265 é menor (40,19 vs 41,8). Porque é que isto ocorre?

Quando comparado com a imagem original, falta à imagem H.265 pequenos detalhes.

Figure 2 – Utilizando WinMerge para comparar o primeiro frame para H.264 (esquerda), H.265Center), original(direita)

A comparação seguinte ilustra as diferenças em como x264 e x265 codificam o vídeo.

Figure 3 – Imagem original – Note a presença do pixel preto realçado no quadrado branco

Figure 4 – Comprimido com x264, note que o pixel ainda está presente

Figure 5 – Comprimido com x265, o pixel está faltando.

Com um QP=27, codificação x265 removeu pixels individuais que não afectaram o desempenho visual subjectivo mas criaram uma redução significativa no desempenho da PSNR em comparação com a imagem original.

H.265 utiliza blocos 16×16, 32×32 ou 64×64. H264 utiliza blocos 4×4 ou 8×8. A codificação H.264 tem algumas vantagens em manter pequenos detalhes que podem não ser visualmente detectáveis, mas podem ser medidos em testes PSNR.

Todos os algoritmos de compressão de vídeo são projetados para preservar detalhes significativos aos quais o olho humano é sensível (os algoritmos de compressão para a aprendizagem da máquina estão a caminho!). Para imagens não naturais, incluindo artefatos visuais ou ruídos introduzidos durante a captura ou processamento, H.265 pode não ser capaz de preservar os detalhes visuais dessas imagens melhor que H.264.

Um exemplo extremo do desempenho relativo de H.265 e H.264 em imagens não naturais é uma imagem com ruído branco puro.

Figure 6 – Um vídeo com ruído branco 512×512

Testado com estes comandos para x264 e x265 respectivamente e com força para todos os i-frames:

ffmpeg -i .\images\noise-%03d.png -c:v libx264 -x264-params frame-threads=4:keyint=1:ref=1:noopen-gop=1:weightp=0:weightb=0:cutree=0:rc-lookahead=0:bframes=0:b-adapt=0:repeat-headers=1:qp=27 -pix_fmt yuv420p noise264alli.264

ffmpeg -i .\images\noise-%03d.png -c:v libx265 -x265-params frame-threads=4:keyint=1:ref=1:no-open-gop=1:weightp=0:weightb=0:cutree=0:rc-lookahead=0:bframes=0:scenecut=0:b-adapt=0:repeat-headers=1:qp=27 -pix_fmt yuv420p noise265alli.265

Figure 7 – Vídeo com ruído branco codificado com x264 e x265, a PSNR e comparação de tamanho de arquivo

Com QP=27 fixo, x264 PSNR é 35.87dB e x265 PSNR é 23.02dB. x264 tem 12 dB melhor desempenho PSNR comparado com x265 para esta imagem de ruído aleatório!

Benefício de uma matriz de transformação menor (4×4), H.264 pode ser melhor para preservar mais detalhes do que a matriz maior (16×16, ou maior) em H265.

Para imagens com mais detalhes de alta freqüência que incluem ruído de dispersão ou artefatos de compressão (por exemplo, ruído de mosquito), H.264 mostrará SNR maior do que H.265 com o mesmo QP.

A partir deste experimento, podemos também entender as limitações do teste PSNR como um teste de qualidade objetivo que não se alinha consistentemente com a qualidade visual real percebida. Novos métodos de avaliação da qualidade visual como SSIM, MS-SSIM, VMAF se alinham mais precisamente com o sistema visual humano e representam uma avaliação mais precisa da qualidade visual.

Para abordar as observações originais do cliente, eles concordaram que o vídeo de entrada foi fortemente comprimido e não adequado para ser usado em tal avaliação.

Por favor, consulte o site da NETINT sobre comparação de testes mais subjetivos: Qualidade de Transcodificação Subjetiva do HEVC