Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/h-266-alias-vvc-schoen-langsam-zukunft-ungewiss-2007-149618.html    Veröffentlicht: 14.07.2020 09:00    Kurz-URL: https://glm.io/149618

H.266 alias VVC

Schön, langsam, Zukunft ungewiss

Wir haben uns angesehen, was der Versatile Video Codec leistet - und sind überzeugt. Der Verbreitung des Codecs wird das aber nur bedingt helfen.

In der vergangenen Woche hat das Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) den Abschluss der Standardisierung des Versatile Video Codec (VVC) bekanntgegeben. Wir haben diese Gelegenheit genutzt und uns einen kurzen Überblick über den neuen Codec verschafft, der etwas mehr als sieben Jahre nach dem Vorgänger High Efficiency Video Coding (HEVC) alias H.265 erscheint. Als Grundlage für unseren kurzen und nicht repräsentativen Test dient der Referenzcode, der von einer gemeinsamen Arbeitsgruppe (JVET) aus Moving Pictures Expert Group (MPEG) und internationaler Fernmeldeunion (ITU) sowie weiteren Organisationen und Instituten erstellt wird.

Mit VVC verfolgen die Beteiligten größtenteils eine Weiterentwicklung bestehender Techniken, revolutionäre Technik bietet der neue Codec nicht. Im Prinzip handelt es sich bei VVC vielmehr um eine Fortsetzung von HEVC, das wiederum auf dem immer noch vielfach genutzten und weit verbreiteten Advanced Video Coding (AVC) alias H.264 basiert. Viele Verbesserungen erreicht VVC dabei schlicht durch Erweiterungen bestehender Ansätze in den älteren Codecs mit ein paar zusätzlichen Techniken.

Viele Verbesserungen bekannter Technik

Einige wichtige Grundprinzipien dazu sollen hier kurz aufgeführt werden: Wie bei eigentlich allen verfügbaren Videocodecs wird auch bei VVC ein Einzelbild eines Video zunächst in kleinere Blöcke unterteilt, die dann wiederum weiterverarbeitet werden. Bei VVC sind diese Blöcke maximale 128x128 Pixel statt wie bisher 64x64 Pixel bei HEVC groß und können besser unterteilt sowie besser unabhängig voneinander bearbeitet werden. Das soll insbesondere bei hohen Auflösungen helfen und den Codec beschleunigen. Ziel dieser Aufteilung ist es, Informationen über möglichst nah beieinander liegende und damit ähnliche Pixel zusammenzufassen beziehungsweise diese Informationen voneinander abzuleiten.

Wirklich neu ist in diesem Zusammenhang nur die Unterstützung für eine sogenannte geometrische Partitionierung. Das heißt, die Blöcke werden nicht mehr nur in Rechtecke und Quadrate unterteilt, sondern können entlang schräger Linien getrennt werden. Das soll vor allem für Verbesserungen bei natürlichen Inhalten sorgen, die typischerweise Rundungen aufweisen.

Die Anzahl möglicher Vorhersagen für Ähnlichkeiten innerhalb eines Bildes (Intra-Prediction) ist von 32 in HEVC auf 65 in VVC erhöht worden. Der neue Codec nutzt außerdem einige neue Filter sowie eine Farbvorhersage (Chroma-Prediction), was ähnlich bereits von dem freien Codec AV1 genutzt wird. Für die Vorhersage zwischen Bildern (Inter-Prediction) setzt VVC ebenfalls auf Verbesserungen aus HEVC. Für Bewegungen soll vor allem die Vorhersage zwischen Blöcken statt nur innerhalb eines Blocks verbessert werden, was AV1 ebenfalls unterstützt.

Hinzu kommen sogenannte affine Bewegungen, das heißt die Vorhersage soll nicht mehr nur in zwei Dimensionen möglich sein, sondern eben auch natürlichere Bewegungen abbilden können, wie etwa Rotationen oder Verschiebungen im Raum. Darüber hinaus setzt VVC weiter auf DCT und DST als Transformationen sowie CABAC zur Entropie-Codierung. All diese vielen kleinen Veränderungen zusammengenommen schaffen einen deutlich verbesserten Codec.

Schöner als alle anderen

Was VVC leisten kann, haben wir wie erwähnt kurz an einem Beispiel getestet. Das soll lediglich demonstrieren, wozu der neue Codec in der Lage ist und ermöglicht uns auch, die Versprechen der neuen Technik zu überprüfen. Immerhin soll bei gleicher Qualität die Bitrate im Schnitt um rund 50 Prozent im Vergleich zu HEVC sinken. Im Umkehrschluss heißt das aber eben auch, dass bei gleicher Bitrate die Qualität von VVC deutlich besser sein sollte.

Um dies zu überprüfen, haben wir eine Szene aus dem Film Tears of Steel mit verschiedenen Videocodecs in 4K-Auflösung codiert und dabei das gleiche Einzelbild verglichen. Die Codec-Einstellungen sind dabei so gewählt, dass die Frames im codierten Bitstream mit jeweils rund 60 KByte ungefähr gleich groß sind. Das entspricht einer ungefähren Übertragungsrate für den reinen Video-Bitstream von rund 12 Mbit/s. Ein mit dieser Qualität tatsächlich im Internet gestreamtes Video wäre aufgrund der genutzten Container und weiterer Techniken jedoch noch größer. Zum Vergleich: Netflix empfiehlt für 4K-Streaming einen Internetanschluss mit mindestens 25 MBit/s und überträgt im Schnitt etwa 15 MBit/s.

Obwohl die Bilder also alle in einer vergleichsweise sehr hohen Qualitätsstufe zur Verfügung stehen, sind die Unterschiede offensichtlich. Dabei wird vor allem die Evolution von AVC über HEVC zu VVC deutlich. Je jünger der Codec, umso weniger sichtbar und auffällig sind etwa die typischen Blockartefakte und Details sind wesentlich besser zu erkennen. Ebenso ist auffällig, dass VVC im direkten Vergleich zu der freien Konkurrenz von AV1 verbessert ist. Ob das jedoch als Argument gegen AV1 reicht, bleibt abzuwarten.

Langsamer Encoder

Immerhin können wir in unserem Kurztest zumindest auch die deutliche Reduktion der Bitrate bei ungefähr ähnlicher Qualität bestätigen. Allerdings ist der Encoder für VVC noch sehr langsam. Das liegt einerseits natürlich an der deutlich gestiegenen Komplexität, andererseits auch daran, dass der Referenzcode bisher kaum größere Optimierungen enthält und wir zum Beispiel nicht mal Multi-Threading benutzen können.

Ein direkter Vergleich mit Encodern, die seit Jahren stark optimiert werden und unsere Achtkern-CPU voll auslasten ist dementsprechend wenig aussagekräftig. Nur so viel: Für den einen Frame mit VVC und der gewählten Ziel-Bitrate benötigt unser System etwas mehr als 5 Minuten, der x265-Encoder für HEVC lediglich 0,5 Sekunden. Ohne die Ziel-Bitrate und mit der Standardkonfiguration benötigen wir mit dem VVC-Encoder aber immer noch rund 80 Sekunden für einen Frame. Auch der Encoder SVT-AV1, der von Intel und Netflix für den freien Videocodec AV1 erstellt wird, benötigt dafür nur wenige Sekunden.

Die schlechte Leistung ist angesichts der noch recht jungen Phase der Entwicklung von VVC erwartbar. Immerhin können optimierte Encoder erst entstehen, wenn die Fähigkeiten des Formats endgültig feststehen. Es ist also davon auszugehen, dass in näherer Zukunft derartige Softwareprojekte von interessierten Unternehmen initiiert werden. Ob hier jedoch ein ähnlich breites System entsteht wie etwa bei HEVC oder auch der Konkurrenz von AV1 hängt von vielen weiteren Faktoren ab.

Kein Codec für alle

Schon bei HEVC hat sich gezeigt, dass der Codec nur eine vergleichsweise langsame Verbreitung im Web findet und hier von einigen Firmen gar nicht genutzt wird. Das gilt etwa bei Google für Youtube, das stattdessen auf VP9 und künftig auch auf AV1 setzt. Dass sich HEVC hier nicht so stark verbreitet, liegt wohl vor allem an der schwierigen Patentsituation mit mehreren Konsortien, die die Kosten des Einsatzes vor allem im Vergleich zu AVC deutlich erhöhen und auch schwer kalkulierbar machen.

Der Codec AV1 sowie die Aomedia sind als Gegensatz dazu entstanden, um eben einen Codec zu erstellen, für den keine Kosten für Patentlizenzen anfallen. Welche eventuellen Kosten hingegen für VVC nötig sind, ist derzeit überhaupt nicht abzusehen. Allerdings gibt es bereits mit dem MC-IF ein Konsortium für VVC, in dem sich mit HEVC Advance auch eines der Patenkonsortien für HEVC findet. Ob sich hier auch die anderen Organisationen anschließen, ist aber noch nicht klar.

Es ist zusätzlich dazu davon auszugehen, dass die Unterstützung für AV1 sowie für mögliche Nachfolger durch große Streamingplattformen wie eben Netflix oder Youtube erhalten bleiben. Darüber hinaus gibt es bereits verfügbare Hardware-Decoder für AV1, was ebenfalls dafür spricht, dass der freie Codec lange im Markt genutzt werden wird. VVC wird es hier sehr schwer haben, sich ohne ein wirklich neues Konzept in Bezug auf die Kosten durchzusetzen. Das sieht auch der MPEG-Gründer ähnlich.

Möglich erscheint jedoch, dass die Industrie rund um das klassische Fernsehen sowie auch das alte Standardisierungsgremium der IT-Industrie künftig auf VVC setzen. So berichtet etwa der Ausrichter der IBC-Fachmesse von ersten Tests zur Übertragung von VVC-Inhalten per DVB-S2, also über Technik des linearen Fernsehens. Inwiefern sich VVC hier der Konkurrenz von AV1 erwehren kann, bleibt abzuwarten.

Im besten Fall wird VVC künftig eben noch für genau diese Nische genutzt, die jedoch langfristig immer mehr an Relevanz verliert und vom Internet-Streaming verdrängt wird. Dass sich künftig zusätzlich dazu noch physische Medien mit VVC einen relevanten Markt erarbeiten können, ist angesichts der bereits sehr übersichtlichen Situation der UHD-Blu-Ray mit HEVC wohl nicht anzunehmen. Auch hier scheint die Konkurrenz durch das Streaming zu groß. Die Zukunft für VVC wird also durchaus schwer.  (sg)


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