Los contenidos en alta definición (FullHD y UHD) ya son bastante común en estos días, pero ¿Cómo ha sido posible? En gran parte es gracias a los nuevos formatos de compresión de video que son el actual estándar de la industria y el futuro del streaming en alta definición, logrando incluso que en conexiones lentas se pueda disfrutar de contenidos visuales en excelente calidad.
Los códecs de video H.265 (HEVC) y VP9 son considerados los sucesores del conocido y recorrido H.264 (AVC) - y del poco exitoso VP8 - quienes nos acompañaron por varios años y que ya han "tocado techo" increíblemente, y por tanto acorde a las nuevas exigencias se requería un reemplazo más eficiente. La idea es sencilla: Con H.265 y VP9 se tiene alta definición con menor consumo de ancho de banda. No por nada, por ejemplo, plataformas de la talla de YouTube y Netflix usan VP9 como formato predeterminado al ofrecer sus contenidos en streaming.
También revisaremos el formato de compresión AV1 actualmente en desarrollo e impulsado por un conglomerado de reconocidas empresas tecnológicas y que busca convertirse en el futuro del streaming de alta definición.
Cuadro que muestra la evolución del formato, la tendencia es ahorrar más espacio.
H.265 o HEVC (High Efficiency Video Coding)
El formato de compresión de video H.265 o MPEG-H Parte2, también llamado de forma común como HEVC (High Efficiency Video Coding), fue desarrollado en conjunto por VCEG (Video Coding Experts Group) y MPEG (Moving Picture Experts Group). Se estableció como el sucesor del H.264/MPEG-4 (AVC) en el 2013. Notemos además que es un formato de pago, por ello requiere que los fabricantes de hardware paguen la licencia por agregar el soporte, y los desarrolladores paguen una cuota para implementarlo.
Lo destacable del códec H.265 es que logra reducir a la mitad el ancho de banda necesario para la transmisión de video practicamente sin pérdida de calidad. Dicho de otra forma, si por ejemplo tenemos un video en 1080p con un tamaño de 2 GB en H.264, podemos reducirlo a 1GB en H.265 manteniendo la misma calidad visual. Eso significa menos ancho de banda consumido si se trata de contenido que vemos en línea, o un archivo de video con un tamaño igual a la mitad del archivo de video comprimido con H.264.
El SoC MediaTek MT6753 cuenta con decodificación de video compatible con H.265 (HEVC).
Consideremos también que H.265 puede soportar resoluciones de hasta 8K UHD (8192 x 4320), y una velocidad de fotogramas de hasta 300 fps, a diferencia de su predecesor H.264 que soporta una resolución máxima de 4K (2160p) y 59,94 fps como máximo. Las ventajas del H.265 (HEVC) son claras, y por ello la mayoría de televisores 4K actuales soportan este códec de forma nativa. Algo similar sucede en mundo móvil donde la compatibilidad a nivel de hardware para este códec es una tendencia, SoC como los Qualcomm Snapdragon 805/615/410/208 y posteriores, Samsung Exynos 5 Octa 5430 y nuevos, y Apple A8 y posteriores, incluyen bloques dedicados a la decodificación de video para H.265 (HEVC) a nivel de hardware, por darles unos ejemplos.
VP9 (Video Processing 9)
VP9 es la alternativa open source de H.265 y libre de regalías desarrollada por Google como sucesor de su poco exitoso VP8 (alternativa en su momento del H.264). A diferencia de lo sucedido con VP8, VP9 ha tenido un buen impacto, muy bueno de hecho, y mucho tiene que ver con la gran implementación que Google ha realizado de VP9 en sus otros servicios como YouTube.
Tengamos en cuenta que Google recodifica en VP9 todos los videos que subimos a YouTube (por si no lo sabías), y es en ese formato en que se reproducen los videos de forma predeterminada siempre que el navegador web lo soporte como es el caso de Google Chrome, Firefox, Vivaldi, y Opera en sus últimas versiones.
Los navegadores web Microsoft EDGE y Safari aún no tienen soporte para VP9, en estos navegadores los videos de YouTube se reproducen en H.264. Sin embargo, Google de alguna forma los está sancionando pues YouTube ha comenzado a limitar la máxima resolución permitida en navegadores que aún no cuentan con soporte para VP9, en estos actualmente la máxima resolución permitida es 1080p habiéndoles retirado la posibilidad de reproducir videos en 2K y 4K.
Con VP9, Google ha logrado reducir entre un 35% a 40% en promedio el ancho de banda usado por video visto en YouTube, con esto, los usuarios pueden reproducir videos de 720p, 1080p, y 4K con la misma calidad de uno codificado en H.264 pero usando menos datos de conexión. Todo ello en combinación con la cada vez más frecuente costumbre de ver videos desde dispositivos móviles, le ha dado éxito al formato VP9 colocándolo en la mira de otras compañías dedicadas al streaming que han notado sus grandes ventajas.
En YouTube se usa el formato VP9 y el contenedor WEBM.
Una de ellas es Netflix que actualmente usa VP9 para codificar sus videos. En su reciente servicio de reproducción offline, los videos que sus usuarios descargan están en este formato, ahorrándoles espacio y consumo de datos sin perjudicar la calidad visual. Por ello en su momento muchos se sorprendieron que capítulos de series como por ejemplo "Stranger Things" (de 49 min apróx.) tuvieran un tamaño de 237 MB más o menos y con una calidad de imagen excelente, incluyendo los audios en inglés y español con los subtítulos pertinentes.
Debido al buen impacto que ha tenido VP9, los fabricantes de televisores 4K y de dispositivos móviles más recientes han ido implementando progresivamente el soporte nativo para este formato al igual que con H.265.
¿Cómo funcionan H.265 (HEVC) y VP9?
Para comprimir un video generalmente se usa una técnica llamada motion-compensated prediction mediante la cual se codifican bloques de píxeles (cuadrangulares y/o rectangulares) haciendo referencia a otra área en el mismo fotograma (intra-prediction), o en otro fotograma (inter-prediction). Es como crear píxeles "grandes" (bloques en realidad) para reducir el bitrate y en consecuencia reducir también el tamaño del video.
Los bloques de píxeles que se codifican con H.265 pueden ser mayores a los definidos por H.264.
En el caso de H.264 (AVC) se definen macrobloques de hasta 16x16 píxeles como máximo, mientras que en H.265 (HEVC) se pueden definir bloques de mucho mayor tamaño de hasta 64x64 píxeles, cambiando el tamaño de acuerdo a la textura. En ambos casos se tratan de bloques estrictamente cuadrangulares. Por otro lado, VP9 funciona similar, permitiendo crear macrobloques de hasta 64x64 píxeles, pero además permite definir bloques rectangulares como de 64x32 o 4x8 para ganar eficiencia según la necesidad.
Cuando se descomprime y reproduce el video codificado entran en juego una serie de algoritmos de predicción que permiten reconstruir los píxeles dentro de cada bloque a su estado original. H.264 ejecuta 9 algoritmos de predicción mientras que H.265 ejecuta 35 predicciones para devolver los píxeles a la forma más aproximada posible que la original. En el caso de VP9, se ejecutan 10 algoritmos de predicción para reconstruir el video.
Por otro lado, H.265 y VP9 podrán ser más eficientes que sus predecesores en el proceso de compresión al codificar, pero eso implica que se necesitará mayor poder computacional para decodificar el video cuando queramos reproducirlo.
- A más compresión, mayor trabajo al decodificarlos (reproducirlos).
- H.265 tiene mejor calidad de imagen debido a sus mejores modos de predicción, pero VP9 presenta una decodificación más estricta que le permite más estabilidad en los videos por streaming.
AOMedia Video 1 (AV1)
Pese a que VP9 es extremadamente popular en estos días, Google pensó que no era suficiente y por tanto inició el desarrollo de su sucesor VP10; sin embargo, a medio camino canceló el proyecto y formó en el 2015 la Alliance for Open Media (AOMedia o AOM), una organización sin fines de lucro cuyo primer proyecto es el desarrollo de un nuevo códec de video open source y un formato sucesor de VP9 para convertirse en la alternativa libre de regalías definitiva para H.265 (HEVC), ese nuevo códec es el AV1.
AOMedia no es una alternativa más cualquiera, fue fundada por 7 importantes empresas tecnológicas: Amazon, Cisco, Google, Intel, Microsoft, Mozilla, y Netflix, que combinaron sus patentes en el campo del video digital para crear AV1.
AV1 toma como base todo lo investigado y desarrollado por VP10, adicionalmente se incorporaron y fusionaron las técnicas desarrolladas en los códecs Thor de Cisco, y Daala de la fundación Xiph patrocinada por Mozilla. El objetivo es lograr una mejora en la eficiencia del 25% por sobre lo que hace HEVC.
Actualmente AV1 aún está en desarrollo pero ya se están haciendo pruebas comparativas logrando buenos resultados. Por ello, y dado los nombres involucrados en el proyecto, otras grandes empresas se han unido a AOMedia, entre ellas: Adobe, Allegro, AMD, AMLogic, ARM, ArgonDesign, Ateme, BBC, Bitmovin, Broadcom, Chips&Media, Ittiam, Hulu, NGCodec, NVIDIA, Polycom, Realtek, Socionext, VideoLAN, Vidyo, VeriSilicon, Xilinx.
AV1 está siendo diseñado para incorporar grandes mejoras a la hora de adaptarse a cambios en las velocidades de conexión. También incluye soporte para HDR, algo vital para servicios como Netflix, Amazon Video y YouTube.
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