HEVC, o sucessor do H.264

Com a evolução dos sensores de captura e processadores das câmeras de CFTV IP, temos a disposição equipamentos com resoluções de 3, 5 e 10 megapixel e esse número vem aumentando, permitindo entregar cada vez mais imagens com altíssima qualidade, ajudando na identificação de detalhes nas gravações.

Porém, quanto maior a resolução, maior é a banda necessária para transmitir esses sinais de vídeo, podendo até impossibilitar o uso das câmeras em determinadas redes. Em um projeto com 16 câmeras com resolução de 8 megapixel e taxa de transferência de 20 quadros por segundo, podemos atingir até 14 Mbps por câmera, totalizando um consumo de 220Mbps, ou seja, não iria funcionar em uma rede Fast Ethernet e iria consumir 20% de uma rede Giga.

Agora, uma nova tecnologia de compressão de vídeo reduz a banda consideravelmente (mantendo a mesma qualidade) em comparação com o padrão anterior ao H.264, é o chamado HEVC (High Efficiency Video Coding) ou H.265.

Esse codificador permite, principalmente, o tráfego dos novos padrões de vídeo, o 4k ou Ultra HD na internet e nas transmissões de vídeo stream.

Mas, como ele funciona?

Pode-se considerar que o HEVC é uma evolução do codec H.264. Também utiliza o princípio de funcionamento do GOP (Group of Pictures) ou grupo de imagens, que é formado por um conjunto de quadros I (Interquadros ), P (Interquadro preditivo) e B (Interquadro Bi-preditivo). Veja a figura 1.

Figura 1. Sequência de quadros I, B e P

O quadro I ou quadro de referência, é dividido em blocos de pixels de no máximo 16×16 e possui a maior quantidade de informação, e os quadros seguintes, B e P, são os que sofreram alteração (movimento). O padrão H.264, verifica qual bloco sofreu alteração e transmite somente esses pedaços de imagem (figura 2) com a direção (vetor) que ela deve ir (figura 3), reduzindo assim o tamanho do pacote do vídeo.

Figura 2. Exemplo de transmissão de imagem

Figura 3. Vetor de Movimentação

A Evolução

Enquanto o H.264 divide o quadro em macroblocos de no máximo 16×16, o HEVC foi otimizado para trabalhar e ser mais eficiente em quadros de tamanhos maiores, como o padrão de vídeo 4K de resolução que pode atingir na divisão, macro blocos de até 64×64 pixels. A figura 4 mostra a diferença dos macroblocos em uma codificação H.264 e HEVC.

Figura 4. Diferenças de macroblocos

Outra ponto importante foi a evolução do interquadro preditivo. Enquanto o H.264 possui nove vetores de referência de direção, o HEVC utiliza até 35 vetores para identificar a possível mudança do bloco e prever seu destino, reduzindo ainda mais o tamanho deste quadro (figura 5). Esses dois pontos mostrados tornam o HEVC muito mais eficiente que o H.264 reduzindo e muito o tamanho do vídeo.

Figura 5 – Vetores de direção H.264 x HEVC

Qual é o custo dessa tecnologia?

Processamento! Para esse poder de compressão atingir seus valores máximos, é necessário um poder de processamento muito maior que o utilizado nos codecs H.264. Considerando que em nosso mundo de vídeo IP, a compressão é feita dentro das câmeras, foi necessário a evolução desses equipamentos, para permitir essa carga de processamento e com isso maior consumo de energia e maior dissipação de calor.

Agora, temos a nossa disposição uma redução de 50% no consumo da rede em nossos projetos com a mesma qualidade de imagem.