HEVC H.265 چیست و چرا این قدر برای فیلم‌های ۴K اهمیت دارد؟

۴K بزرگترین مسئله‌ی پیش روی تلویزیون‌هاست و ویدیوهای ۴K هم کم کم دارند رواج بیشتری می‌یابند. ولی ویدیوهای ۴K فضای زیادی را اشغال می‌کنند، بنابراین دانلود و تماشای آن‌ها با بالاترین کیفیت به سختی ممکن است. خوشبختانه، یک فناوری به کمک این مشکل آمده است، فناوری که با نام کدگذاری ویدیویی پربازده (HEVC) یا H.265 شناخته می‌شود.

گویا آی تی: البته این فناوری هنوز همه‌گیر نشده، اما در حال همه‌گیر شدن است. بلو-ری‌های ۴K UHD از HEVC استفاده می‌کنند، VLC 3.0 اجازه می‌دهد تا ویدیوهای HEVC و ۴K بر روی کامپیوتر قابل تماشا باشد، و آیفون هم امکان ذخیره‌سازی ویدیو با فرمت HEVC را فراهم کرده تا ویدیوها فضای کمتری را اشغال کنند. ولی نحوه‌ی عملکرد این فناوری چگونه است، و چرا این قدر برای ویدیوهای ۴K مهم است؟

استاندارد فعلی: AVC/H.264

 

وقتی از روی دیسک بلو-ری، یوتیوب یا آیتونز ویدیو تماشا می‌کنید، این ویدیو با نسخه‌ی خامی که از اتاق تدوین خارج شده فرق دارد. برای این که بتوان فیلم‌ها را بر روی دیسک بلو-ری جا داد – یا به قدری آن‌ها را کوچک کرد که از طریق اینترنت قابل دانلود باشند – باید آن‌ها را فشرده نمود.

 

کدگذاری پیشرفته‌ی ویدیو (AVC) یا H.264 برای استفاده‌های عمومی بهترین استانداری فشرده‌سازی می‌باشد، و با روش‌های مختلفی اندازه‌ی فایل ویدیو را کاهش می‌دهد.

 

این فناوری در هر فریم به دنبال نقاطی می‌گردد که تقریباً به یک رنگ هستند. مثلاً همان طور که در عکس زیر می‌بینید اکثر بخش‌های آسمان به رنگ آبی است، پس الگوریتم فشرده‌سازی می‌تواند تصویر را به بخش‌های مختلف – موسوم به تکه‌های ماکروبلاک (macroblocks) – تقسیم کند و به جای این که رنگ هر پیکسل را ذخیره کند، فرض کند که رنگ همه‌ی بخش‌های بالایی عکس به طور یکسان آبی است. این کار نسبت به ذخیره‌سازی رنگ تک تک پیکسل‌ها خیلی به صرفه‌تر است و اندازه‌ی نهایی فایل را کاهش می‌دهد. در ویدیوها به این کار فشرده‌سازی درون-فریمی می‌گویند، یعنی فشرده‌سازی اطلاعات یک فریم خاص.

 

 

AVC از فشرده‌سازی بین-فریمی هم استفاده می‌کند. در این روش با بررسی چندین فریم به دنبال بخش‌های متحرک (و غیرمتحرک) آن می‌گردیم. تصویر زیر از فیلم کاپیتان آمریکا: جنگ داخلی را ببینید. پس‌زمینه تغییر چندانی نمی‌کند. تفاوت اکثر فریم‌ها در چهره و بدن مرد آهنی است. بنابراین الگوریتم فشرده‌سازی می‌تواند فریم را به همان ماکروبلاک‌ها تقسیم کند و با توجه به این که این بخش‌ها مثلاً در ۱۰۰ فریم تغییر نمی‌کند، به جای ۱۰۰ بار ذخیره‌سازی کامل هر تصویر صرفاً این بخش‌ها را تکرار کند. با این کار اندازه‌ی فایل تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابد.

 

 

بنابراین همان طور که گفتیم، تمام هدف فناوری AVC/H.264 این است که بدون از دست دادن کیفیت اندازه‌ی فایل‌ها را تا حد معقولی پایین بیاورد. (البته در صورتی که فشرده‌سازی زیاد باشد کیفیت ویدیو پایین می‌آید، ولی هرچه این فنون هوشمندانه‌تر می‌شوند، تا قبل از این که به آن نقطه برسید، بیشتر می‌توانید فایل‌ها را فشرده کنید.)

 

فشرده‌سازی کارآمدتر ویدیوها با HEVC/H.264

 

کدگذاری پربازده ویدیوها که با نام HEVC یا H.265 شناخته می‌شود، گام بعدی در این فرآیند تکاملی است. این روش برای فشرده‌سازی پربازده‌تر ویدیوها از خیلی از فنون AVC/H.264 استفاده می‌کند.

 

برای مثال هنگامی که AVC در فریم‌های متعدد به دنبال تغییرات می‌گردد – مثل نمونه‌ی بالا – این ماکروبلاک‌ها تا سقف ۱۶ در ۱۶ پیکسل می‌توانند چند شکل و اندازه‌ی مختلف داشته باشند. اما HEVC اندازه‌ی آن‌ها را به ۶۴ در ۶۴ پیکسل افزایش داده است. با این کار الگوریتم تعداد کمتری از بلاک‌ها را به خاطر می‌سپارد و در نتیجه اندازه‌ی ویدیوی نهایی کاهش پیدا می‌کند.

 

البته HEVC تکنیک‌های دیگری نیز دارد، ولی این یکی نسبت به بقیه دستاورد بزرگتری به حساب می‌آید. برای نمونه وقتی همه‌ی کارها تمام شد، HEVC می‌تواند با حفظ همان کیفیت ویدیوها را دو برابر بیشتر از AVC فشرده‌سازی کند. این موضوع به خصوص در مورد ویدیوهای ۴K حائز اهمیت است، چون با استاندارد AVC حجم این ویدیوها بسیار زیاد می‌شد. HEVC به استریم و دانلود ویدیوهای ۴K کمک شایانی می‌کند و باعث می‌شود فضای هارد شما بیهوده هدر نرود.

 

اما HEVC بدون رمزگشایی شتاب‌دهی شده‌ی سخت‌افزاری کند است

 

HEVC از سال ۲۰۱۳ به عنوان یک استاندارد تایید شده شناخته می‌شود. پس چرا هنوز همه‌ی ویدیوها از این فناوری استفاده نمی‌کنند؟

 

الگوریتم‌های فشرده‌سازی پیچیده هستند. عملیات‌های ریاضیاتی بسیار زیادی باید در لحظه‌ی پخش ویدیو به صورت آنی انجام شود. کامپیوترها به دو روش عمده می‌توانند این ویدیوها را رمزگشایی کنند: رمزگشایی نرم‌افزاری، که در آن برای انجام محاسبات ریاضی از CPU استفاده می‌شود، و رمزگشایی سخت‌افزاری، که در آن زحمت کار بر دوش کارت گرافیک دستگاه (یا تراشه‌ی گرافیکی که بر روی CPU قرار دارد) می‌افتد. استفاده از کارت‌های گرافیک خیلی کارآمدتر است زیرا از کدک‌های لازم به صورت سر-خود پشتیبانی می‌کند.

 

بنابراین هرچند خیلی از کامپیوترها و برنامه‌ها برای پخش کردن ویدیوهای HEVC می‌توانند تلاش کنند، ولی بدون داشتن سیستم رمزگشایی سخت‌افزاری پخش ویدیو ممکن است خیلی کند شود. پس بدون داشتن کارت گرافیک و ویدیو پلیری که از رمزگشایی سخت‌افزاری HEVC پشتیبانی کند، HEVC چندان به درد شما نمی‌خورد.

 

اما این مسئله برای دستگاه‌های مخصوص پخش ویدیو – مثلا پلیرهای بلو-ری ۴K نظیر Xbox One – مشکلی به وجود نمی‌آورد، چون همه‌ی این دستگاه‌ها با در نظر گرفتن HEVC ساخته شده‌اند. ولی پخش ویدیوهای HEVC در کامپیوتر کمی سخت‌تر است. چرا که کامپیوتر شما برای پخش این ویدیوها به یکی از سخت‌افزارهای زیر نیاز دارد:

 

• نسل ششم پردازنده‌های اینتل (Skylake) یا نسخه‌های جدیدتر
• نسل ششم پردازنده‌های AMD (Carizzo) یا نسخه‌های جدیدتر
• NVIDIA GeForce GTX 950, 960 یا نسخه‌های جدیدتر
• AMD Radeon R9 Fury, R9 Fury X, R9 Nano یا نسخه‌های جدیدتر

 

علاوه بر این به یک سیستم عامل و ویدیو پلیر سازگار با پخش ویدیوهای HEVC و فناوری رمزگشایی سخت‌افزاری HEVC هم نیاز دارید. بسیاری از پلیرها هنوز در حال اضافه کردن پشتیبانی از رمزگشایی سخت‌افزاری HEVC به نرم‌افزارهای خود هستند و بعضی‌ها هم فقط ممکن است با تراشه‌های موجود در لیست بالا کار کنند. در زمان نگارش این مقاله VLC 3.0، Kodi 17 و Plex Media Server 1.10 از این فناوری پشتیبانی می‌کنند. البته ممکن است برای پخش صحیح این ویدیوها لازم باشد تا قابلیت شتاب‌دهی سخت‌افزاری را از پلیر مدنظر خود فعال کنید.

 

با گذشت زمان کامپیوترها و پلیرهای بیشتری قادر به پشتیبانی از این فرمت ویدیویی خواهند بود و بالاخره یک روز سطح گستردگی HEVC به اندازه‌ی AVC خواهد شد. ولی تا آن زمان همچنان باید ویدیوهای ۴K خود را در فایل‌هایی حجیم با فرمت AVC/H.264 نگهداری کنید.

 

منبع