H.264/AVC en AVCHD

Het is al weer ruimt dertien jaar geleden dat MPEG-2, met de officiële naam ITU-T H.262, op de markt werd geïntroduceerd om video te kunnen encoderen voor digitale televisie over satelliet en kabel. Omdat bij het encoderen naar MPEG-2 voornamelijk alleen de verschillen tussen frames worden geregistreerd, betekende dat een enorme reductie van de bestandsgrootte. Door de kleinere bestanden was er minder bandbreedte vereist en konden er meer televisiekanalen over de kabel of satelliet worden verstuurd. Daarnaast waren deze ‘kleine’ bestanden uitermate geschikt om video op dvd te branden. Niemand kon meer om MPEG-2 heen en dat allemaal in een tijd dat de videobewerkingssoftware nog niet in staat was om MPEG-2 te bewerken.

De tekortkomingen van MPEG-2 kwamen aan het licht naarmate er meer video werd gekeken op mobiele apparatuur en de vraag naar high definition video groter werd. De MPEG-2-bestanden bleken te groot en daardoor niet geschikt voor mobiel gebruik of voor uitzending van full HD (1920 x 1080). De MPEG-encodering moest efficiënter. Twee partijen waren al met de ontwikkeling van een mogelijke opvolger van MPEG-2 aan de gang. De Video Coding Experts Group (VCEG) van de International Telecommunication Union (ITU) werkte aan H.264 en de Moving Picture Experts Group (MPEG) van de International Organisation for Standardization en de International Electronical Commision (ISO/IEC) werkte aan MPEG-4 Part 10 of MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding).

Beide partijen sloegen de handen ineen en in mei 2003 was de eerste versie van de nieuwe video-codec klaar. Om de samenwerking te benadrukken kreeg deze codec de naam H.264/AVC, maar het staat ook bekend onder de namen MPEG-4 Part 10 en MPEG-4 AVC of simpelweg H.264.

Belangrijkste doel van H.264/AVC was een codec af te leveren die in staat zou zijn goede video te encoderen met lagere bitrates dan voorgaande standaarden en met een betere kwaliteit. H.264/AVC gebruikt de helft van het aantal bitrates in vergelijking met mpeg-2 en H.263 om tot dezelfde kwaliteit te komen. De werking van de codec is niet radicaal verandert. Daarnaast kan de nieuwe codec zowel bij lage als hoge bandbreedtes worden gebruikt zodat het hiermee geschikt is voor mobiele apparatuur en high definition televisie-uitzendingen.

De H.264/AVC codec was nog niet af. Na de eerste versie werden er direct extensies ontwikkeld om de codec nog beter te maken. Deze Fidelity Range Extensions (FRExt) zorgde onder meer voor een verhoogde bitdiepte en kleurinformatie, ondersteuning van verschillende kleurruimtes en een efficiëntere lossless codering van de I-frames. In september 2004 werd de laatste hand gelegd aan de codec die vervolgens massaal door de industrie werd omarmd.

De h.264/AVC kent tientallen nieuwe technieken om video efficiënter te kunnen encoderen. Zo kan H.264/AVC gebruik maken van zestien referentie frames om een videoframe te encoderen. Bij MPEG-2 was dit maximaal twee frames als er gebruik werkt gemaakt van Bidirectional frames (B-frames). Referentie frames worden opgebouwd door te kijken naar andere Intra-frames (I-frames) of Predictive frames (P-frames). Door de verschillen nauwkeuriger in beeld te brengen is een enorme reductie van de omvang te bewerkstelligen met een betere kwaliteit.

Daarnaast kan er nu gebruik worden gemaakt van Variable Block Size Motion Compensation (VBSMC). Bewegingen in oudere codecs van het ene frame naar het andere werden berekend aan de hand van blokken van 16 x 16. Een kleine verandering in het beeld betekende gelijk het opnieuw encoderen van het hele blok. Door VBSMC kunnen bij het encoderen blokken worden gekozen van 16 x 16 tot 4 x 4 om bewegingen in het beeld zo precies mogelijk te segmenteren. In tegenstelling tot bij MPEG-2 kunnen nu ook de B-frames op deze manier worden geëncodeerd. Dit levert weer de nodige reductie op met een betere kwaliteit.