Video Sıkıştırma Nedir ? Hayatımızı Nasıl Kolaylaştırır?

Yazı Dizisi-2

Aral Ekrem Uzun

Sıkıştırma algoritmalarının mantığını basitçe açıkladıktan sonra şimdi gelin sıkıştırma formatlarının tarihsel gelişimine göz atalım.

M-JPEG (Motion JPEG)

M-JPEG ilk olarak 1990’lı yılların ortalarında QuickTime Player tarafından kullanıldı. Bu sıkıştırma yönteminin çalışma şekli bir video kameranın her bir karenin fotoğrafını çekerek bunları JPEG formatına dönüştürmesine benzer. Bu kareleri izleme bilgisayarınızda 25 fps’de oynattığınızda hareketli videoyu elde edersiniz. Bu sıkıştırma yüksek resim kalitesini bizlere garanti ederken yüksek bant genişliği ve depolama kullanımını beraberinde getiriyordu.

MPEG

MPEG (Motion Picture Experts Group) International Standards Organisation (ISO) ve International Electro-technical Commission (IEC) kurumlarının ortaklığında 1988’de kurulmuş bir komitenin adıdır.

MPEG sıkıştırmanın temel prensibi ağda iletilen iki sıkıştırılmış resmi karşılaştırmaktır. İlk sıkıştırılmış resim referans kare olarak kullanılır, takip eden resimlerin yalnızca referans kare ile farklı olan kısımları network üzerinde iletilir. İzleme istasyonunda tüm referans resimler ve farklılık verisi birleştirilerek video haline getirilir.

MJPEG’ten daha kompleks olsa da MPEG sıkıştırma ağ üzerinde yapılan veri transferini ciddi miktarda azaltır.  Aşağıdaki resimde ikinci ve üçüncü karelerde yalnızca farklılık bilgisinin iletildiğini görebilirsiniz.





Aslında MPEG yukarıda açıklandığından çok daha karmaşıktır. Bir sahnedeki hareketin tahmini, nesnelerin tanımlanması gibi birçok farklı teknik ve yöntem içerir. Birçok farklı MPEG standardı mevcuttur:

MPEG-1 1993’te yayınlandı, dijital videoların CD’de saklanması için geliştirilmişti. Bu yüzden çoğu MPEG-1 kodlayıcı (Encoder) ve kodçözücü (Decoder) veri akış hızı (bitrate) olarak 1.5Mbit/s’de CIF çözünürlüğü hedefleyecek şekilde tasarlanmıştır. Hem kare içi hem kareler arası sıkıştırma yapıyordu. Sıkıştırma oranı 1:20 olup, artık kullanılmamaktadır.

MPEG-2 1994’te bir standart olarak onaylandı. Yüksek kalitede dijital video (DVD), dijital HD televizyonlar (HDTV), interaktif depolama birimleri, Digital Video Broadcasting (DVB) ve kablolu televizyon (CATV) için tasarlanmıştı. MPEG-2 projesi MPEG-1 sıkıştırma tekniğini daha düşük sıkıştırma oranı ve yüksek bitrate pahasına daha büyük resimleri ve daha yüksek kaliteyi desteklemeye, genişletmeye odaklanmıştı. Hem kare içi hem kareler arası sıkıştırma yapıyordu. Sıkıştırma oranı 1:10 olup kullanımı hızla azalmaktadır.

MPEG-4 1998 yılı sonunda yayınlanmıştır. MPEG-2’ye büyük gelişmeler getirdi. MPEG-4 içerisinde görüntü kalitesini bozmadan bitrate’i düşüren birçok farklı yöntem mevcuttur. Bunun da ötesinde daha önceki versiyonlardan farklı olarak kare oranı (frame rate) 25/30 fps’ye kilitli değildir.

MPEG-4 (Part 10) ya da H.264 HD videonun sıkıştırılması için geliştirilmiş olup ilk versiyonu Mayıs 2003’te tamamlandı. Günümüzde bu sıkıştırmaya Blu-ray disklerde, video paylaşım sitelerinde, kameralarda sıkça rastlayabilirsiniz.  Bu standartla önceki versiyonlardan önemli oranda daha az bitrate’e ihtiyaç duyarak iyi bir video kalitesi sağlamak mümkün hale geldi. H264, yüksek sıkıştırma becerisine sahip olup hem kareler arası hem kare içi sıkıştırma yapan bir yöntem kullanır.

H265/HEVC’in ilk versiyonu 2013 yılında yayınlandı. Bir önceki H264'e göre iki kat daha fazla sıkıştırma sağlayan, buna karşılık görüntü kalitesini düşürmeyen yeni bir sıkıştırma yöntemidir. H.264, ölçeklendirmeleri piksel piksel yaparken, H.265 ölçeklendirmeleri , benzer alanları algılayarak, bir bütün halinde yapacak. Bu da verimi ve ölçeklendirme hızını arttıracak. Yakında endüstri standardı olması muhtemel görünüyor.



Yıllara ve değişen sıkıştırma codeclerine göre tasarruf ettiğimiz bitrate ve sıkıştırma miktarlarında meydana gelen gelişme aşağıdaki tabloda özetlenmektedir.



 H.265 H.264’e karşı

H.265’in H.264’e göre daha iyi sıkıştırma yaparak resim kalitesinde kayıp yaşamadan bant genişliğinden ciddi miktarda kazanç sağladığı söylenebilir. İki codec’in detaylı bir karşılaştırmasını aşağıdaki tabloda bulabilirsiniz:

Bu da gösteriyor ki H.265 gelecek yılların yeni video sıkıştırma standardı olacaktır. Günümüzde video teknolojileri ile ilgili yatırım yapacak kişilerin ve karar vericilerin dikkat etmesi gereken nokta; yatırımlarının uzun yıllar kullanılabilmesi ve güncel kalması için bugün aldıkları donanım ve yazılımların H.265 sıkıştırmayı desteklemesidir.

Kaynakça

SIMMONS, Les, 2004, MPEG The standards and History,  Security Electonics and Network Magazine Australia

İnternet Sayfaları:

http://www.fileformat.info/mirror/egff/ch09_06.htm

https://www.winxdvd.com/resource/h265-vs-h264.htm

http://www.reitix.com/Makaleler/Video-Compression-(Sikistirma)-Nedir/ID=4946

http://www.muratdemirci.com.tr/post/H265Nedir