Este H.264 AVC „mai bun” decât H265 HEVC ? În ce condiții H.264 poate fi mai performant decât H.265?

În ce condiții H.264 poate fi mai performant decât H.265?

În general, standardele de compresie video mai noi vor oferi avantaje de performanță în comparație cu cele existente. De exemplu, se știe că H.265 HEVC este cu 40% mai eficient decât H.264, cu prețul unei complexități de 10 ori mai mari.

Un client NETINT a observat că, în anumite circumstanțe, H.264 AVC poate fi mai performant decât H.265 HEVC. Următorul test PSNR care utilizează codificatoarele open source libx265 și libx264 pentru a codifica videoclipuri de test identice ilustrează acest aspect.

Figura 1 Comparație PSNR între x265 și x264

Cu parametrul de cuantificare (QP)=27, rata de biți a H.265 și H.264 sunt similare (9,66Mbps vs. 9,96Mbps), dar PSNR al videoclipului codificat în H.265 este mai mic (40,19 vs. 41,8). De ce se întâmplă acest lucru?

În comparație cu imaginea originală, imaginii H.265 îi lipsesc mici detalii.

Figura 2 – Utilizarea WinMerge pentru a compara primul cadru pentru H.264 (stânga), H.265centru), original(dreapta)

Cu următoarea comparație ilustrează diferențele dintre modul în care x264 și x265 codifică video.

Figura 3 – Imaginea originală – Observați prezența pixelului negru evidențiat în pătratul alb

Figura 4 – Comprimată cu x264, observați că pixelul este încă prezent

Figura 5 – Comprimată cu x265, pixelul lipsește.

Cu un QP=27 fix, codificarea x265 a eliminat pixeli individuali care nu au afectat performanța vizuală subiectivă, dar a creat o reducere semnificativă a performanței PSNR în comparație cu imaginea originală.

H.265 utilizează blocuri de 16×16, 32×32 sau 64×64. H264 utilizează blocuri de 4×4 sau 8×8. Codificarea H.264 prezintă unele avantaje în ceea ce privește păstrarea detaliilor mici care pot să nu fie detectabile vizual, dar care pot fi măsurate în testele PSNR.

Toți algoritmii de compresie video sunt concepuți pentru a păstra detaliile semnificative la care ochiul uman este sensibil (algoritmii de compresie pentru învățarea automată sunt pe drum!). Pentru imaginile nenaturale, inclusiv artefactele vizuale sau zgomotul introdus în timpul capturării sau procesării, este posibil ca H.265 să nu fie capabil să păstreze detaliile vizuale ale acestor imagini mai bine decât H.264.

Un exemplu extrem de performanțe relative ale H.265 și H.264 pe imagini nenaturale este o imagine de zgomot alb pur.

Figura 6 – Un video de zgomot alb 512×512

Testat cu aceste comenzi pentru x264 și, respectiv, x265 și cu forțarea tuturor cadrelor i:

ffmpeg -i .\images\noise-%03d.png -c:v libx264 -x264-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 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:scenecut=0:b-adapt=0:repeat-headers=1:qp=27 -pix_fmt yuv420p noise265alli.265

Figura 7 – Video cu zgomot alb codificat cu x264 și x265, comparația PSNR și dimensiunea fișierului

Cu QP fix=27, PSNR-ul x264 este 35.87dB, iar x265 PSNR este de 23,02dB. x264 are o performanță PSNR cu 12 dB mai bună în comparație cu x265 pentru această imagine cu zgomot aleatoriu!

Beneficiind de o matrice de transformare mai mică (4×4), H.264 poate fi mai bun pentru păstrarea mai multor detalii decât matricea mai mare (16×16 sau mai mare) din H265.

Pentru imaginile cu mai multe detalii de înaltă frecvență care includ zgomot de dispersie sau artefacte de compresie (de exemplu, zgomot de țânțar), H.264 va prezenta un SNR mai mare decât H.265 cu același QP.

Din acest experiment, putem înțelege, de asemenea, limitările testului PSNR ca test de calitate obiectiv care nu se aliniază în mod consecvent cu calitatea vizuală reală percepută. Metodele mai noi de evaluare a calității vizuale, cum ar fi SSIM, MS-SSIM, VMAF, se aliniază mai exact cu sistemul vizual uman și reprezintă o evaluare mai precisă a calității vizuale.

Pentru a răspunde observațiilor inițiale ale clientului, acesta a fost de acord că videoclipul de intrare a fost puternic comprimat și nu este potrivit pentru a fi utilizat într-o astfel de evaluare.

Vă rugăm să consultați site-ul web al NETINT pentru o comparație mai subiectivă a testelor: Subjective HEVC Transcoding Quality

(Calitatea subiectivă a transcodării HEVC)