एच.264/एमपीईजी-4 एवीसी (H.264/MPEG-4 AVC)

संक्षिप्त विवरण

H.264/AVC परियोजना का आशय पिछले मानक (उदाहरण; MPEG-2, H.263, या MPEG-4 Part 2 का आधा या कम बिट दर) की तुलना में मूलतः निम्न बिट दर पर अच्छी गुणवत्ता के वीडियो प्रदान करने में सक्षम मानक का निर्माण करना था, साथ ही उसके डिजाइन की जटिलता को अधिक बढ़ाए बिना निर्माण करना था ताकि यह अव्यवहारिक या लागू करने के लिए अत्यधिक महंगा न हो जाए. एक अतिरिक्त लक्ष्य यह था कि एक व्यापक प्रकार के नेटवर्क और प्रणाली पर एक विस्तृत प्रकार के अप्लीकेशन को लागू करने के लिए पर्याप्त लचीलापन प्रदान करने की स्वीकृति देना था जिसमें निम्न और उच्च बिट दर, निम्न और उच्च रिजुलुशन वीडियो, प्रसारण, डीवीडी भंडारण, RTP/IP पैकेट नेटवर्क और आईटीयू-टी मल्टीमीडिया टेलीफोनी प्रणालियां शामिल हैं।
H.264 मानक को "मानकों के परिवार" के रूप में देखा जा सकता है, जो सदस्यों की प्रोफाइल के नीचे वर्णित है। एक विशिष्ट विकोडक कम से कम एक डीकोड करता है, लेकिन सभी प्रोफाइल जरूरी नहीं है। विकोडक विनिर्देशन जिस प्रोफाइल का वर्णन करता है उसे डिकोड किया जा सकता है।
यह H.264 नाम आईटीयू-टी नामकरण परंपरा का अनुकरण करता है जहा मानक VCEG वीडियो कोडन मानक के H.26x का सदस्य होता है; MPEG-4 AVC नाम, आईएसओ/आईईसी एमपीईजी में नामकरण परम्परा से संबंधित है जहां मानक आईएसओ/आईईसी 14496 का भाग 10 है जो की MPEG-4 के रूप में मानकों का सूट है। इस मानक को संयुक्त रूप से VCEG और एमपीईजी की भागीदारी में विकसित किया गया था, VCEG परियोजना के रूप में आईटीयू-टी में प्रारम्भिक विकास कार्य के बाद परियोजना को H.26L कहा गया। साधारण विरासत पर जोर देने के लिए इसे सामान्य तौर पर इसे H.264/AVC, AVC/H.264, H.264/MPEG-4 AVC, या MPEG-4/H.264 AVC जैसे नामों के साथ मानक का उल्लेख किया गया। कभी-कभी, इसे संयुक्त वीडियो टीम (JVT) संगठन के सन्दर्भ में JVT कोडेक के रूप में भी सन्दर्भित किया जाता है जिसने इसे विकसित किया था। (इस तरह की भागीदारी और कई नामकरण असामान्य नहीं है। उदाहरण के लिए, वीडियो कोडेक मानक MPEG-2 के रूप में ज्ञात है और यह भी एमपीईजी और आईटीयू-टी के बीच साझेदारी से बना है, जहां MPEG-2, वीडियो H.262 के रूप में आईटीयू-टी समुदाय के लिए जाना जाता है।) कुछ सॉफ्टवेयर प्रोग्राम (जैसे VLC मीडिया प्लेयर) AVC1 के रूप में आंतरिक तरीके से मानक की पहचान करता है।
H.264/AVC के पहले संस्करण के मानकीकरण को मई 2003 में पूरा किया गया। मूल मानक का विस्तार करने के लिए प्रथम परियोजना में, उस समय JVT ने जो विकास किया था उसे फिडेलिटी रेंज एक्सटेंशन (FRExt) कहा गया था। इस एक्सटेंशन ने उच्च गुणवत्ता वीडियो को सक्षम किया जो कि गहराई सहित नमूना बिट के वृद्धि में समर्थन और उच्चतम-रेजुलुशन कलर सूचना के द्वारा कोडन किया जिसमें नमूना-चयन संरचना शामिल था जिसे Y'CbCr 4:2:2 (=YUV 4:2:2) और Y'CbCr 4:4:4 के रूप में जाना जाता है। कई अन्य सुविधाएं को भी फिडलिटी रेंज एक्सटेंशन परियोजना में शामिल किया गया था जैसे 4×4 और 8×8 पूर्णांक बदलाव के बीच अनुकूली स्विचन, एनकोडर-निर्दिष्ट अवधारणात्मक-आधारित परिमाणीकरण भार मेट्रिसेस, दोषरहित कुशल अंतर-चित्र कोडन और अतिरिक्त रंग का समर्थन. फिडेलिटी रेंज एक्सटेंशन पर डिजाइन का काम जुलाई 2004 में पूरा हुआ था और उन पर ड्राफ्टिंग कार्य को सितंबर 2004 में पूरा किया गया।
बाद में मानक के आगे के विस्तार में व्यावसायिक अनुप्रयोगों के लिए मुख्य रूप से पांच अन्य नई प्रोफाइल को जोड़ना, विस्तारित-सरगम रंग स्पेस समर्थन को जोड़ना, अतिरिक्त पहलू अनुपात संकेतकों को परिभाषित करना, "पूरक जानकारी वृद्धि" (बाद में फिल्टर संकेत और टोन मेपिंग) के दो अतिरिक्त प्रकारों की व्याख्या और पूर्व के FRExt प्रोफाइल को अनुचित ठहराना जो कि उद्योग प्रतिक्रिया को सूचित करती है कि एक अलग तरह से डिजाइन होना चाहिए, शामिल है।
मानक में जुड़ा एक और प्रमुख विशेषता स्केलेबल वीडियो कोडिंग (SVC) था। H.264/AVC के एनैक्स जी में निर्दिष्ट SVC बिटस्ट्रीम के निर्माण की अनुमति देती है जिसमें सब-बिटस्ट्रीम शामिल होते हैं और वह भी मानक के लिए अनुरूप होता है, ऐसे एक बिटस्ट्रीम को "आधार परत" के रूप में जाना जाता है जिसे एक H.264/AVC द्वारा डिकोड किया जा सकता है और यह SVC को सपोर्ट नहीं करती है। कालिक बिटस्ट्रीम मापनियता, याने लघु कालिक के साथ सब-बिटस्ट्रीम की उपस्थिति बिटस्ट्रीम की तुलना में नमूना दर, जब सब-बिटस्ट्रीम उप्पन्न होते हैं बिटस्ट्रीम से सम्पूर्ण एक्सेस इकाई को निकाल दिया जाता है। इस मामले में, बिटस्ट्रीम में उच्च स्तर के वाक्यविन्यास और अंतर भविष्यात्मक सन्दर्भ तस्वीरों को तदनुसार निर्माण किया जाता है। स्थानिक और गुणवत्ता मापनीकरण के लिए अर्थात निम्न स्थानिक रिजुलुशन या बिटस्ट्रीम की तुलना में गुणवत्ता के साथ सब-बिटस्ट्रीम की उपस्थिति, सब-बिटस्ट्रीम उत्पन्न होते हैं बिटस्ट्रीम से एनएएल (नेटवर्क एब्स्रैक्शन लेयर) को निकाल दिया जाता है। इस मामले में, अंतर-परत प्रेडिक्शन, यानी, निम्न स्थानिक रेजुलुशन या गुणवत्ता सिग्नल के डेटा द्वारा उच्च स्थानिक रेजुलुशन या गुणवत्ता सिग्नल के प्रेडिक्शन, आम तौर पर कुशल कोडन के लिए प्रयोग किया जाता है। स्केलेबल वीडियो कोडिंग एक्सटेंशन को नवंबर 2007 में पूरा किया गया।
मानक में जुड़ी अगली प्रमुख विशेषता मल्टीव्यू वीडियो कोडिंग (MVC) था। H.264/AVC के एनैक्स एच में विनिर्दिष्ट, MVC बिटस्ट्रीम के निर्माण को सक्षम बनाता है जो कि एक वीडियो दृश्य के एक से अधिक दृश्य का प्रतिनिधित्व किया। इस कार्यशीलता के एक महत्वपूर्ण उदाहरण स्टिरियोस्कोपिक 3D वीडियो कोडन है। MVC कार्य में दो प्रोफाइल को विकसित किए गए हैं: मल्टीव्यू हाई प्रोफाइल, मनमाना संख्या में दृ्श्यों को सपोर्ट करते हैं और स्टीरियो हाई प्रोफाइल का डिजाइन विशिष्ट रूप से दो-दृश्य स्टीरियोस्कोपिक वीडियो के लिए किया गया है। मल्टीव्यू वीडियो कोडिंग एक्सटेंशन को नवंबर 2009 में पूरा किया गया।

मानकीकरण समिति और इतिहास

1998 के शुरू में वीडियो कोडिंग विशेषज्ञ समूह (VCEG - आईटीयू-टी SG16 Q.6) H.26L नामक एक परियोजना के प्रस्ताव को जारी किया और अनुप्रयोगों के विविध प्रकार के लिए कोई अन्य मौजूदा वीडियो कोडिंग मानक की तुलना में इसके कोडिंग कुशलता को दोहरा (जिसका अर्थ था दिए गए फिडलिटी स्तर के बिट दर को आधा करना आवश्यक है) करने का उद्देश्य रखा। VCEG की अध्यक्षता गैरी सुलिवान ने की थी (माइक्रोसॉफ्ट, पूर्व PictureTel संयुक्त राज्य अमेरिका) नए मानक के लिए पहला मसौदा के डिजाइन को अगस्त 1999 में अपनाया गया था। 2000 में, थॉमस वेगेंड (हेनरिक हर्ट्ज संस्थान, जर्मनी) VCEG के उपाध्यक्ष बने। 
दिसंबर 2001 में VCEG और मूविंग पिक्चर एक्सपर्ट्स ग्रुप (MPEG-आईएसओ/आईईसी JTC1/SC 29/WG 11) ने वीडियो कोडिंग मानक को तय करने वाले एक चार्टर के साथ एक संयुक्त वीडियो दल (JVT) का गठन किया। विनिर्देशन का औपचारिक अनुमोदन मार्च 2003 में हुआ। यह JVT की अध्यक्षता गैरी सुलेवान, थॉमस वेगेंड और अजय लूथरा (मोटोरोला, यूएस) द्वारा किया गया था (है). जून 2004 में, फिडेलिटी रेंज एक्सटेंशन (FRExt) परियोजना को अंतिम रूप दिया गया था। जनवरी 2005 से नवंबर 2007 तक JVT स्केलेबल वीडियो कोडिंग (SVC) कहे जाने वाले एक एनेक्स (जी) के द्वारा मापनीकरण की ओर H.264/AVC के एक्सटेंशन पर कार्य करती थी। JVT प्रबंधन टीम को जेंस-रेनर ओम (आकिन विश्वविद्यालय, जर्मनी) द्वारा विस्तारित था। जुलाई 2006 से नवम्बर 2009 तक JVT ने (मल्टीव्यू वीडियो कोडिंग (MVC) पर कार्य किया, जो कि मुक्त व्यूप्वोइंट टेलीविजन और 3डी टेलीविजन की दिशा में H.264/AVC. का विस्तार है। उस कार्य में मानक के दो नए प्रोफाइल का विकास शामिल है: मल्टीव्यू हाई प्रोफाइल और स्टीरियो हाई प्रोफाइल.

अनुप्रयोग

H.264 वीडियो प्रारूप का एक बहुत व्यापक अनुप्रयोग रेंज है जो कि लगभग दोषरहित कोडिंग के साथ निम्न बिट-दर इंटरनेट स्ट्रीमिंग अनुप्रयोग से HDTV प्रसारण और डिजिटल सिनेमा अनुप्रयोग तक डिजिटल कम्प्रेस्ड वीडियो के सभी रूपों को कवर करती है। H.264 के उपयोग के साथ बिट दर बचत 50%, या अधिक होने की सूचना है। उदाहरण के लिए, 1.5 Mbit/s पर लगभग 3.5 Mbit/s और H.264 पर जारी वर्तमान MPEG-2 के साथ आधे से भी कम के बिटदर के साथ जारी वर्तमान MPEG-2 के जैसे ही H.264 भी समान डिजिटल वीडियो गुणवत्ता प्रदान करने का दर्ज किया गया है। अनुकूलता और H.264/AVC की समस्या से मुक्त स्वीकारण को सुनिश्चित करने के लिए, कई मानक निकायों ने संशोधन या अपने वीडियो से संबंधित मानकों में जोड़ा ताकी इन मानकों के उपयोगकर्ता H.264/AVC का इस्तेमाल कर सके।
ब्लू-रे डिस्क और वर्तमान में बंद हुए HD DVD दोनों प्रारूपों में तीन अनिवार्य वीडियो कम्प्रेशन प्रारूप के रूप में H.264/AVC हाई प्रोफाइल शामिल है। सोनी ने भी अपने मेमोरी स्टिक वीडियो प्रारूप के लिए इस प्रारूप को चुना। 
डिजिटल वीडियो प्रसारण परियोजना (DVB) ने 2004 के उत्तरार्ध में टेलीविजन प्रसारण के लिए H.264/AVC के उपयोग को अनुमोदित किया।
संयुक्त राज्य में एडवान्स्ड टेलीविजन सिस्टम कमेटी (ATSC) मानक निकाय ने जुलाई 2008 में टेलीविजन के प्रसारण के लिए H.264/AVC के उपयोग को अनुमोदित किया, हालांकि संयुक्त राज्य अमेरिका के भीतर निर्धारित ATSC प्रसारण के लिए अभी तक मानक का उपयोग नहीं किया था। साथ ही अभी हाल के ATSC-M/H (मोबाइल/हैंडहेल्ड) मानक के साथ इसके उपयोग को स्वीकृती दी गई है, H.264 के AVC और SVC भागों का प्रयोग किया जा रहा है।
सोनी और पैनासोनिक द्वारा डिजाइन किया गया AVCHD एक उच्च परिभाषा रिकॉर्डिंग प्रारूप है जो कि H.264 (H.264 के लिए सदृश बनाया गया जबकि अतिरिक्त अनुप्रयो-विशिष्ट सुविधाएं और अवरोध) का उपयोग करता है।
AVC-इंटरा एक इंट्राफ्रेम-केवल कम्प्रेशन प्रारूप है जिसे पैनासोनिक द्वारा विकसित किया गया है।
सीसीटीवी (क्लोज सर्किट टीवी) या वीडियो निगरानी बाजार में कई उत्पादों के प्रौद्योगिकी को शामिल किया गया। वीडियो निगरानी उद्योग के लिए H.264 का परिचय का अर्थ निम्न बिट दरों पर हाई रिजुलुशन धारा की क्षमता में काफी सुधार हुआ है। निगरानी उद्योग में कुछ  ने वीडियो उच्च गुणवत्ता के साथ "पर्याय" के रूप में H.264 प्रौद्योगिकी को बढावा दिया। लेकिन जब वीडियो स्ट्रीमिंग है तभी यह लागू होता है। एक निगरानी अनुप्रयोग में स्ट्रीमिंग से परे विस्तार की जरूरत है। ID के लिए उच्च गुणवत्ता की रूकी हुई छवियों को निकालने की क्षमता की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से H.264 का डिजाइन इसके लिए नहीं होता क्योंकि व्यक्तिगत फ्रेम में आवश्यक "गुणवत्ता" या विस्तार की कमी होती है। इस कारण रिकॉर्डिंग सुरक्षा दृश्य के लिए M-JPEG स्वीकार्य प्रारूप है।

विवाद

H.264 वीडियो कम्प्रेशन मानक से संबंधित विवाद मुख्य रूप से HTML5 इंटरनेट मानक के भीतर इसके उपयोग से पनपी है। HTML मानक के लिए HTML 5 दो नए टैग को जोड़ती है; एक वेब के लिए वीडियो और ऑडियो सामग्री के एम्बेड के लिए <वीडियो> और <ऑडियो>। सभी वेब ब्राउज़र के डेवलपर्स द्वारा अपनाई गई मुक्त मानक के रूप में HTML 5 का विकास HTML 5 के कार्यरत समूह द्वारा किया गया। 2009 में, HTML 5 कार्य समूह ओग थिउरा के समर्थकों के बीच विभक्त हो गए जो कि इसके डेवलपर्स के द्वारा एक मुक्त वीडियो पेटेंट माना जाता था और पेटेंट्स द्वारा अभारग्रस्त होना था और H.264 जिसमें पेटेंट प्रौद्योगिकी शामिल हैं। जुलाई 2009 के एकदम अंत में गूगल और एप्पल ने H.264 को सपोर्ट करने की बात की थी जबकि मोजिला और ओपेरा ऑग थिउरा को सपोर्ट करते थे। हालांकि, 2011 के जनवरी में, गूगल ने घोषणा की कि वे अपने क्रोम ब्राउज़र से H.264 के लिए सपोर्ट को समाप्त कर रहे हैं और थिउरा और WebM दोनों का सपोर्ट कर रहे हैं।

हार्डवेयर आधारित एन्कोडिंग और डिकोडिंग

H.264 के एन्कोडिंग और डिकोडिंग के लिए विशिष्ट प्रकार के अंकगणितीय आपरेशनों में महत्वपूर्ण कंप्यूटिंग शक्ति, सॉफ्टवेयर कार्वान्यन की आवश्यकता है, जबकि सामान्य-प्रयोजन CPUs आम तौर पर कम बिजली पर चलते हैं। हालांकि, नवीनतम क्वाड-कोर सामान्य-प्रयोजन x86 सीपीयू में रिएल-टाइम एसडी और एचडी एनकोडिंग प्रदर्शन के लिए पर्याप्त अभिकलन क्षमता होती है। सम्पीडन दक्षता वीडियो एल्गोरिथम कार्यान्वन पर निर्भर होती है न कि इस्तेमाल किए गए हार्डवेयर या सॉफ्टवेयर पर. इसलिए, हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर आधारित कार्यान्वयन के बीच अंतर क्षमता-शक्ति, लचीलापन और लागत पर अधिक निर्भर होता है। बिजली क्षमता में सुधार लाने और हार्डवेयर फार्म कारक को कम करने के लिए, सम्पूर्ण एनकोडिंग या डिरोडिंग प्रक्रिया के लिए या एक सीपीयू नियंत्रित वातावरण में त्वरण सहायता के लिए विशेष-प्रयोजन के हार्डवेयर को लगाया जा सकता है।
दूसरी पीढ़ी की इंटेल कोर i प्रोसेसर i3/i5/i7 (कोड नाम "सेंडी ब्रिज") की शुरूआत जनवरी 2011 एसईएस (कंजुमर इलेक्ट्रोनिक्स शो) में किया गया जिसमें एक ऑन-चिप हार्डवेयर पूर्ण HD H.264 एनकोडर की पेशकश थी। 2010 से पहले इंटेल i3/i5/i7 चिप्स सॉफ्टवेयर के माध्यम से H.264 हार्डवेयर डिकोडिंग और एनकोडिंग की पेशकश की।  ऑन-चिप H.264 एनकोडर सुविधा का इंटेल विपणन नाम "इंटेल® क्विक सिंक वीडियो" है
एक हार्डवेयर H.264 एनकोडर एक ASIC या एक FPGA हो सकता है। एक FPGA प्रोग्राम एक सामान्य चिप है। एक हार्डवेयर encoder के रूप में FPGA का उपयोग, एक H.264 एनकोडर डिजाइन के अनुप्रयोग के लिए अनुकूलित चिप की आवश्यकता है। एक पूर्ण HD H.264 एनकोडर 2009 तक कम लागत की एक एकल FPGA चिप (हाई प्रोफाइल, लेवल 4.1, 1080p, 30fps) के द्वारा रन कर सकती है।
H.264 एनकोडर कार्यक्षमता के साथ ASIC एनकोडर कई अलग-अलग अर्धचालक कंपनियों में उपलब्ध हैं, लेकिन ASIC में इस्तेमाल किए गए मुख्य डिजाइन को आम तौर पर कुछ कंपनियों की ओर से लाइसेंस प्राप्त है। कुछ कंपनियों में FPGA और ASIC दोनों उत्पादों की पेशकश है।