HEVC (H.265) ve AVC (H.264) Nedir? Hangisi Tercih Edilmeli?

Mevzubahis videolar ve yayıncılık olduğunda herkes en akıcı akışı en kaliteli şekilde ister. Ayrıca kim yüksek çözünürlüğü sevmez ki? Bugün iki temel kodek olan H.265 (HEVC) ve H.264 (AVC) video kodeklerinin üzerinde duracağız.

Uzun sözün kısası, bunların her ikisi de video sıkıştırma amacıyla kullanılan uluslararası standartlar. Böylece donanımsal ve yazılımsal olarak bir standart sağlanırken, video akışı ve depolama gibi konular daha kolay hale geliyor.

Daha öncesinde H.264 kullanılıyordu, sonrasında halefi H.265 onun yerini aldı. H.265 özellikle 4K ve daha yüksek çözünürlükteki videolar için oldukça önemli. Bir de işin içinde AV1 var ve hepsinden daha yeni. Henüz yeni yeni yaygınlaşıyor.

H.264, H.265 ve AV1 gibi seçeneklere geçmeden önce kodek dediğimiz şeyin ne olduğunu anlamalıyız. Kodek, dijital sinyalleri kodlayan/çözen bir yazılım veya donanım olabilir. Örneğin Windows 10 kullanıyorsanız, MP3 kodek türüne (ayrıca farklı kodekler) sahip olan ve bu nedenle birçok müzik dosyasını çalabilen Windows Media Player’a sahipsinizdir. Ancak eskiden Windows 10 ile birlikte sunulan Windows Media Player Blu-ray diskleri oynatmak için uygun kodekler barındırmıyor. Yani Media Player bu videoları oynatamaz ve farklı bir yazılıma ihtiyacınız olabilir.

Video kodek bileşenleri özellikle ham video verilerini akış, depolama, yayın vb. için daha uygun olan daha küçük bir forma sıkıştırır. Örneğin bir 4K video, her karesi 8,3 milyon pikselden oluşan bir dizi kareden oluşur. Yani çok fazla veriden bahsediyoruz. H.265 veya H.264 gibi bir kodek, çekimin ayrıntılarının bir kısmını alarak 4K videonun çalıştırılmasını kolaylaştırır. Bu işleme kayıplı sıkıştırma deniyor ve çok fazla kayıplı sıkıştırmanın düzgün görünmeyen, takılan görüntülere yol açabileceğini belirtelim. Sıkıştırma işleminden sonra bilgisayarınız, TV’niz veya medya oynatıcınız bu verileri çıkış için açmak üzere bir kodek de kullanmakta.

En günceli diyemeyiz, ancak HEVC olarak da bilinen H.265 günümüzdeki en popüler video sıkıştırma/açma formatı. Şu anda AV1 hızla yaygınlaşırken donanım ve yazılım desteği gün geçtikçe artıyor. Platformlar yavaş yavaş AV1’e yöneliyor. Ancak H.265 halen en sık kullanılan kodek. Söylediğimiz gibi, H.265’ten önce H.264 vardı. Daha öncesinde ise MPEG-4 kullanıldı.

H.264, dijital video içeriğinin kaydedilmesine, sıkıştırılmasına ve dağıtılmasına olanak tanıyan bir video sıkıştırma endüstri standardı. Gelişmiş Video Kodlama (Advanced Video Coding-AVC) anlamına gelen standart blok odaklı, hareket telafisi tabanlı bir video sıkıştırma standardı kullanarak video karelerini işleyerek çalışır. Bu birimlere makroblok adı verilir. Makrobloklar tipik olarak dönüşüm bloklarına bölünebilen 16×16 piksel örneklerden oluşur ve tahmin blokları olarak bilinenlere daha da alt bölümlere ayrılabilir.

Bu kulağa kafa karıştırıcı gelse de bilmeniz gereken şey şu: H.264 algoritması, bit hızlarını önceki standartlara göre çok daha iyi şekilde düşürebiliyor. Vimeo, YouTube, iTunes ve daha fazlası gibi internet akış kaynakları tarafından da yaygın olarak kullanıldı.

2003 yılında geliştirilen bir video sıkıştırma standardı olduğu için biraz eskide kaldı diyebiliriz, lakin halen kullanılmaya devam ediyor. H.264, Blu-ray diskler için standart kodek olarak bilinmekte. Tüm Blu-ray oynatıcılar H.264 kodunu çözme işlevine sahip. Ayrıca vodern video kayıt cihazlarının (DVR) büyük çoğunluğu ana kodek olarak H.264 kullanmakta.

O yıllarda H.264’ün geliştirilmesi gerçek bir teknolojik ilerlemeydi. Zira televizyon, IP kameralar ve konferans görüşmeleri ile ilgilenen insanları aynı masaya oturttu ve uzun bir süre boyunca herkesin isteklerini karşılayabilen başarılı bir standart oldu.

Yaygın olarak desteklenen çözünürlükler ve genişlik-yükseklik oranları şunlar:

• 854 x 480 (16:9 480p)
• 1280 x 720 (16:9 720p)
• 1920 x 1080 (16:9 1080p)
• 640 x 480 (4:3 480p)
• 1280 x 1024 (5:4)
• 1920 x 1440 (4:3)

Apple’ın H.264 kullanma kararı, bu kodlamanın popülerleşmesine bir ölçüde katkıda bulunmuştu. Geride kalan standart, sayısız Pad ve iPhone ile milyonlarca haneye girdi ve %80’den fazla pazar payı ile görüntü kodlama konusunda mutlak standart haline geldi.

Önceki kodlama standartlarıyla karşılaştırıldığında, H.264, daha düşük bit hızında daha yüksek görüntü kalitesi üretebiliyor. AVC ayrıca ağ multimedya iletiminde ve yüksek çözünürlüklü karasal televizyon, uydu televizyonu, yayıncılık ve diğer endüstrilerin çeşitli sektörlerinde yaygın olarak kullanılıyor.

H.265, belirttiğimiz gibi video sıkıştırma için çok yaygın olarak kullanılan başka bir video standardı. Yüksek Verimli Video Kodlama (High Efficiency Video Coding) anlamına gelen HEVC ise bilinen diğer adı. Farklı standartlarda olduğu gibi, HEVC ile videonun kodlanması ve kodunun çözülmesi için standart bir yaklaşım benimseniyor.

H.265 ayrıca kodek tarafından kullanılacak araç türlerini de belirlemekte. ISO/IEC MPEG (Moving Picture Experts Group) ve ITU-T VCEG (Video Coding Experts Group) tarafından geliştirilen H.265 standardı ilk olarak 2013 yılında kullanıma sunuldu. Ek olarak, 8192 × 4320 piksel çözünürlüğe sahip 8K’ya (UHDTV) kadar çerçeve formatlarını desteklediğini belirtelim.

H.265 ile Blu-ray disk gibi fiziksel bir depolama kaynağına güvenmek yerine 4K yayın yapabilirsiniz. Netflix, Amazon ve Hulu gibi büyük yayın hizmetlerinin tümü, 1080p olanlar da dahil olmak üzere yayınlarının en azından bir kısmı için HEVC kullanmakta. Bir H.265 video kodlayıcı kaynak videoyu (bir dizi kare) sıkıştırır ve bu bit akışı daha sonra depolanır veya iletilir. Ardından, bir video kod çözücü, kodu çözülmüş bir dizi karenin çıktısını almak için sıkıştırmayı açar.

H.265’in kullandığı sıkıştırma tekniğine gelince: Çok sayıda kare için hepsi aynı renk veya aynı görüntü (arka plan gibi) olabilen makrobloklar tanımlanıyor. Her bir pikselin rengini depolamak/yayınlamak yerine bunlar bloklar halinde depolamak/yayınlamakta. Bu yöntem, karenin sonuçta daha küçük, daha sindirilebilir bir boyutta olmasını sağlıyor.

H.265 aslında H.264 üzerine inşa edilen bir sıkıştırma standardı. Bazı teknolojiler korunurken bazıları da geliştirildi. H.265, optimum ayarlar için kod akışı, kodlama kalitesi, gecikme ve algoritma karmaşıklığı arasındaki ilişkiyi iyileştirmek için gelişmiş teknikler kullanıyor. İşte H.265’in getirdiği bazı yenilikler:

• Daha yüksek sıkıştırma verimliliği.
• Artan güvenilirlik.
• Hatalardan kurtulma yeteneği.
• Gerçek zamanlı gecikmede gelişim.
• Azaltılmış kanal edinme süresi ve rastgele erişim gecikmesi.
• Azaltılmış karmaşıklık.

H.264 ve H.265 arasındaki fark temel olarak bant genişliği ve depolama gereksinimlerinde yatıyor. H.265, H264 algoritmasının optimizasyonu sayesinde standart tanımlı dijital görüntü iletimini 1 Mbps’den daha düşük bir hızda gerçekleştirebiliyor. Daha güncel olan standart, 1-2 Mbps iletim hızında geleneksel 720P yüksek çözünürlüklü video ve ses iletimi (1280×720) yapabiliyor. Sınırlı bant genişliği ile daha yüksek kaliteli ağ videosu sunmak için tasarlandığını hatırlatalım. Böylelikle anlık duruma bağlı olarak aynı kalitede video oynatmak için H.264’ün bant genişliğinin yalnızca yarısı kullanılabilir. H.265 standardı ayrıca 4K (4096×2160) ve 8K (8192×4320) ultra yüksek çözünürlüklü video desteği sunmakta.

H.265/HEVC kodlama mimarisi H.264/AVC’ye çok benzer. Temel olarak iç tahmin, tahminler arası tahmin, dönüşüm, niceleme, engellemeyi kaldırma filtresi, entropi kodlama ve diğer modülleri içeriyor. Bununla birlikte, HEVC kodlama mimarisinde her şey üç temel bloğa ayrılmakta: kodlama birimi (CU), tahmin birimi (prediction-PU) ve dönüşüm birimi (transform unit-TU).

H.264/AVC ile karşılaştırıldığında, H.265/HEVC bit hızını azaltmak için çeşitli araçlara sahip. Kodlama birimiyle ilgili olarak, H.264’teki her bir makroblokun (MB) boyutu sabit 16×16 piksel. Ancak H.265 kodlama birimi 8×8’den büyük 64×64’e kadar seçenek sunmakta. Aynı zamanda H.264 yalnızca 8 yönü desteklerken, H.265 içi tahmin modu 33 yönü destekliyor. Böylelikle daha iyi vektör tahmini ve hareket telafi işleme sağlanıyor.

Kalite karşılaştırma testlerine gelince, H265 ile sıkıştırılan videonun boyutu aynı görüntü kalitesiyle H.264’e kıyasla %39-44 oranında düşüyor. Bit oranı %51-%74 oranında düştüğünde bile H.265 kodlu videonun kalitesi H.264 kodlu video ile aynı veya daha iyi olabiliyor.

HEVC ve AVC kıyaslamasında “en iyi kodek” şeklinde bir seçim yapılmamalı. Bu iş anlık kullanım senaryosuna bağlı olarak yapılan doğru seçim ile ilgili. Örneğin eski eski sistemlerle çalışıyorsanız AVC daha güvenli bir seçenek olabilir. Yaygın olarak destekleniyor ve birçok uygulama için fazlasıyla yeterli. Öte yandan, yeni bir sistem için HEVC’nin verimlilik iyileştirmeleri değerlendirilebilir.

Söz konusu 4K yayınlar olduğunda HEVC kullanılmalı. 4K yayın için gerekli bant genişliği şu şekilde:

• AVC: 32 Mbps
• HEVC: 15 Mbps

H.265 verilerinizi çok daha verimli bir şekilde sıkıştırdığından, video sıkıştırma aracınız olarak kullanmak bant genişliği ve depolama gereksinimlerinizi yaklaşık %50 oranında düşürecektir. Aşağıdaki tabloda H.264 ve H.265 video kodlama için önerilen bant genişliği karşılaştırılmakta:

HEVC (H.265), AVC (H.264) ile aynı video kalitesini yarı bit hızında sunabiliyor. Ancak iki format arasındaki fark izleyicilere nasıl yansıyor? İşte birkaç görsel:

Burada AVC ile özellikle kalın kıvılcımların gradyanında bir miktar ayrıntı kaybı görüyoruz. Şimdi AVC bit hızını yükseltelim ve ne olacağını görelim. Sırasıyla 7, 14 ve 21 Mbps:

1 – 3

AVC 7, 14, 21 Mbps

AVC 7, 14, 21 Mbps

HEVC dosyasının kalitesiyle eşleşmesi için bit hızının 21 Mbps’ye çıkması gerekti. Bu da HEVC dosyasının 3 katı bit hızı anlamına geliyor. Peki daha fazla bit hızı ne anlama geliyor? Saniyede daha fazla ‘video biti’ yükleniyor, bu da daha yüksek kalite demek. Ancak aynı zamanda dosya boyutu artıyor ve dışa aktarım yavaşlıyor. HEVC’nin iyi bir seçenek olmasının ana nedeni de bu. Kaliteyi ve hızı aynı anda elde ediyoruz.

Çok Yönlü Video Kodlama anlamına gelen VVC (Versatile Video Coding), 2020 yılının ortalarında duyurulmuştu. H.266 isimli kodek, beklentilere göre gelişmiş bir sıkıştırma algoritmasıyla birlikte gelecek. Sonuç olarak, eğer vaatler doğru çıkarsa HEVC ile aynı görüntü kalitesi %50 daha düşük bit hızıyla elde edilebilecek. Böylelikle 4K ve 8K gibi yüksek çözünürlüklü içeriklerin önü açılacak.

Genel olarak konuşursak, bant genişliğinin azalması veri üst sınırları ve daha az depolama alanı için çok umut verici. Ayrıca H.266 / VCC 360 derecelik videoları ve HDR içeriği destekleyecek. Standardı duyuran Fraunhofer Heinrich Hertz Institute (HHI) ise şu açıklamayı yaptı:

“H.266/VVC, veri gereksinimlerini azaltarak mobil ağlarda (veri kapasitesinin sınırlı olduğu yerlerde) video iletimini daha verimli hale getiriyor. Örneğin önceki standart H.265/HEVC, 90 dakikalık [4K] bir videoyu iletmek için yaklaşık 10 gigabayt veri gerektiriyordu.” Bu yeni teknoloji ile aynı kaliteyi elde etmek için sadece 5 gigabayt veri gerekiyor. H.266/VVC ultra yüksek çözünürlüklü video içeriği göz önünde bulundurularak geliştirildiğinden, yeni standart özellikle düz ekran bir TV’de 4K veya 8K video akışı yaparken faydalı.”

Ancak VVC’den yararlanabilmeniz için bir süre beklemeniz gerekecek. Intel, Huawei, Microsoft, Qualcomm ve daha birçok şirketle birlikte çalışan Fraunhofer Heinrich Hertz Enstitüsü’ne göre, bu kodek ile video işlemek için gereken CPU’lar henüz mevcut değil, özellikle de mobil CPU’lar.

AV1 (AOMedia Video 1), Prime Video, Apple TV+ , Disney Plus ve Netflix gibi platformlarda şu anda 4K HDR video için kullanılan HEVC (H.265) formatının halefi olarak planlanmakta.

AV1’in dört avantajı: Ücretsiz lisans, patent inceleme işlemci ve yasal savunma desteği sunuyor, son teknoloji ve açık kaynak.

HEVC donanım hızlandırmasına bağlı, bu nedenle HEVC ile kodlanmış videolar, bu kodek standart haline gelmeden önce piyasaya sürülen eski cihazlarda genellikle desteklenmiyor. Aynı durum HEVC’ye göre verimlilikte yaklaşık %30’luk bir iyileşme vaat eden AV1 için de geçerli olacak.

AV1 açık kaynaklı bir standart, yani telifsiz ve kullanmak için lisans gerektirmiyor. Bu da video platformlarının, cihaz üreticilerinin ve dolayısıyla kullanıcıların daha önce HEVC gibi kodeklerle ilişkilendirilen yüksek lisans masraflarından kurtulabileceği anlamına gelmekte.

Ek bir bilgi olarak bu standart Apple, Microsoft, Google, Amazon, NVIDIA ve Tencent gibi devlerden oluşan Açık Medya İttifakı (Alliance for Open Media) tarafından geliştirildi.

AV1 kodek bileşeni, şu anda kullanıldığı alan fark etmeksizin HEVC’den yüzde 30’a kadar daha verimli sıkıştırma performansı gösteriyor. Ancak biraz önce bahsettiğimiz büyük ittifak, zamanla daha büyük performans kazançları elde etmek için çabalamaya devam edecek.

Dosya boyutları ve verimlilik söz konusu olduğunda her şey kulağa hoş geliyor lakin önemli bir nokta var. İlk etapta videoları AV1’de kodlamak çok daha uzun sürüyor. Cep telefonunuzda bir video çektiğinizi ve ardından paylaşmak için uzun süreler beklediğinizi hayal edin. Bu AV1’in yaygın bir şekilde benimsenmeden önce çözülmesi gereken önemli bir sorun.

Donanım AV1 kodlamasını desteklemiyorsa yazılım tabanlı çözümlere bel bağlamak gerekiyor. Yazılımla birlikte H.265 için beş dakika süren aynı 15 saniyelik klip, AV1 söz konusu olduğunda en az 10 dakika sürüyor.