4K/UHD-Live-Encoding mit High Efficiency Video Coding (HEVC)

Nun ist es bereits zwei Jahre her, dass der HEVC-Videokompressionsstandard offiziell verabschiedet wurde. Dieser Artikel lässt kurz die bisherige Entwicklung von HEVC-Live-Encodern Revue passieren und beleuchtet die Komplexitätsaspekte für die Entwicklung eines Live-Encoders. Als Beispielimplementierung für effizientes 4K/UHD-Live-Encoding wird die neueste Generation des HEVC-Encoders vom Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut beschrieben, die erstmals auf der NAB dieses Jahres vorgestellt wird.

Was bisher geschah
Zwei Jahre nach seiner Fertigstellung und Veröffentlichung im April 2013 ist der neue Videokompressionsstandard H.265/MPEG-H High Effi ciency Video Coding (HEVC) in aller Munde. Im Vergleich zu seinem Vorgänger H.264/AVC besticht er durch 50-prozentige Bitratenreduktion bei gleicher Bildqualität. Diese deutlich höhere Kompression ist neuen Codiertechniken zu verdanken, von denen wesentliche Teile aus den Laboren des Fraunhofer HHIs stammen. Eine detaillierte technische Übersicht findet sich in dem FKT-Artikel zu HEVC von 2013.

Im April 2014, also ein Jahr nach Veröffentlichung des HEVC-Standards, wurden bereits erste effi ziente HEVC-Live-Encoder für Full-HD-Videos gezeigt. Auf der NAB 2014 hat das Fraunhofer HHI beispielsweise einen HEVCLive-Encoder vorgestellt, dessen Codiereffizienz für Full-HD-Videos bereits an die 50 Prozent des HM-Referenzencoders heranreicht. Dazu kamen erste Encodersysteme, die 4K/UHD-Videos mit HEVC live encodieren konnten. Der Fraunhofer-HHI-Encoder konnte seine Praxistauglichkeit bereits in einem Headend-System von Rohde & Schwarz bei diversen erfolgreichen 4K/UHD-Live-Übertragungen von Fußballspielen und Konzerten unter Beweis stellen. Über diese wichtigen Meilensteine der HEVC-Implementierung wurde bereits 2014 in der FKT berichtet. Die Evolution des Fraunhofer-HHI-Live-Encoders im Verlauf des letzten Jahres in Bezug auf die Server, die für die Codierung von 4K/UHDVideos mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde und zehn Bit Farbtiefe benötigten werden, ist in Bild 1 veranschaulicht. Während im April 2014 noch fünf Server mit insgesamt 100 CPU-Rechenkernen („cores“) nötig waren, konnte bis zum November 2014 die Anzahl auf zwei Server und 72 Rechenkerne reduziert werden. Die Umstellung des Encoders von GOP Multiplex auf das später im Artikel beschriebene Master/Slave-System erreicht dazu noch eine weitere Steigerung der Codiereffizienz.
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