HEVC (High Efficiency Video Coding), velmi často označovaný také technickým standardem H.265 nebo MPEG-H Part 2, je pokročilý standard pro kompresi videa. Byl vyvinut společným úsilím organizací ISO/IEC a ITU-T a finálně schválen v roce 2013. Jeho hlavním posláním bylo reagovat na raketový růst datových nároků spojených s nástupem vysokých rozlišení (4K a 8K) a zajistit, aby bylo možné tento obrovský objem dat efektivně přenášet přes internetové sítě nebo ukládat na fyzická média.

Zatímco optická média jako Blu-ray navyšovala fyzickou úložnou kapacitu disků, video kodeky jako HEVC řeší stejný problém matematicky – snaží se co nejvíce zmenšit velikost samotného souboru, aniž by lidské oko poznalo ztrátu kvality.

Revoluce, kterou HEVC přinesl, spočívá ve výrazně sofistikovanějších algoritmech pro analýzu obrazu. Oproti svému předchůdci nabízí zhruba dvojnásobnou kompresní účinnost (při zachování stejné obrazové kvality ušetří 50 % datového toku), nebo naopak nabídne mnohem hezčí obraz při zachování stejné velikosti souboru.

Od makrobloků k CTU (Coding Tree Units): Starší kodeky rozdělovaly obraz do pevné mřížky takzvaných makrobloků (typicky 16×16 pixelů). HEVC zavedl flexibilní strukturu CTU. Algoritmus dokáže identifikovat statické jednolité plochy (např. modrá obloha) a zpracovat je jako obrovské bloky o velikosti až 64×64 pixelů. Naopak u složitých detailů se blok může zanořovat a zmenšovat. Tím se šetří obrovské množství výpočetního výkonu a dat.

Pokročilá predikce pohybu: Kodek neukládá každý snímek videa znovu. Ukládá pouze tzv. klíčové snímky a následně matematicky počítá a zaznamenává pouze to, co se v obraze změnilo (vektory pohybu). HEVC disponuje mnohem přesnějším odhadováním směru a pohybu objektů napříč snímky.

Termín „kapacita“ u kodeku představuje maximální parametry obrazu, které dokáže standardizovaně zpracovat:

Podpora extrémních rozlišení: HEVC je od základu navržen tak, aby zvládl kompresi videí v rozlišení až 8192 × 4320 pixelů (8K UHD), a to při snímkové frekvenci až 300 snímků za sekundu (fps).

Barevná hloubka a HDR (High Dynamic Range): Zatímco starší formáty běžně pracovaly s 8bitovými barvami (cca 16 milionů barev), HEVC přinesl profily „Main 10“ a „Main 12“. Ty nativně podporují 10bitovou a 12bitovou barevnou hloubku (více než miliarda barev). To je naprostý základ pro fungování moderních HDR formátů jako Dolby Vision nebo HDR10.

Efektivita datového toku (Bitrate): Pro přehrání kvalitního 4K videa ve starším kodeku H.264 je potřeba internetová linka o rychlosti zhruba 32 Mbps. Díky nasazení HEVC dokázaly streamovací služby (Netflix, Apple TV) srazit tento požadavek na 15–20 Mbps.

Vývoj kodeků kopíruje vývoj fyzických médií a televizního vysílání. Každá nová generace přinesla masivní skok v efektivitě, ale zároveň vyžadovala mnohem výkonnější čipy k dekódování obrazu.

Ačkoliv je HEVC po technologické stránce mistrovské dílo, jeho adopce na trhu nebyla zdaleka tak hladká jako u jeho předchůdce H.264 a jeho budoucnost čelí vážným výzvám:

Licenční peklo: Největší nevýhodou HEVC jsou patenty. Vlastnictví technologií v kodeku je roztříštěno mezi několik patentových poolů (MPEG LA, HEVC Advance, Velos Media), což vytvořilo nepřehledné, drahé a toxické licenční prostředí. Z toho důvodu formát dodnes nativně nepodporují některé oblíbené webové prohlížeče bez dodatečných doplňků.

Nástup krále internetu - AV1: Kvůli frustraci z poplatků za HEVC vytvořili technologičtí giganti (Google, Netflix, Amazon, Microsoft, Apple) alianci AOMedia a vyvinuli open-source kodek AV1. Ten je zcela bez licenčních poplatků (royalty-free) a nabízí ještě o zhruba 20–30 % lepší kompresi než HEVC. AV1 se aktuálně stává absolutním standardem pro streamování na webu (YouTube, Twitch).

Nová generace - VVC (H.266): Samotný standard HEVC již má svého inženýrského nástupce. V roce 2020 byl schválen formát Versatile Video Coding (VVC / H.266), který opět slibuje snížení objemu dat o 50 % vůči HEVC, čímž otevírá cestu k masovému 8K vysílání a 360° videím pro virtuální realitu.

Budoucnost HEVC: Standard HEVC nezanikne ze dne na den. Je hluboko zadrátovaný na hardwarové úrovni v miliardách dnešních mobilních telefonů, televizorů a grafických karet. Je nezbytný pro terestrické vysílání (DVB-T2), natáčení videí na iPhonech a přehrávání fyzických Ultra HD Blu-ray disků. Na poli softwarové internetové distribuce jej ale nevyhnutelně a postupně nahradí svobodný formát AV1.

Související pojmy: Blu-ray, H.264, AV1, VVC, Kodek, DVB-T2, Ultra HD, 4K rozlišení, Bitrate, SVoD, Komprese dat.