HEVC/H.265 چیست و چه اهمیتی در ویدیوهای 4K دارد

زوميت/ در اين مقاله به توضيح ساده نحوه عملکرد فرمت ويديويي کدگذاري پربازده يا HEVC/H.265 مي‌پردازيم و از دلايل اهميت آن در ويديوهاي 4K مي‌گوييم. استفاده از تلوزيون‌هاي 4K روزبه‌روز در حال گسترش است و ويديوهاي 4K هرروز رواج بيشتري مي‌يابند؛ اما فضاي زيادي اشغال مي‌کنند و به همين علت دانلود و استريم آنلاين آن‌ها با بالاترين کيفيت، کار دشواري است. خوشبختانه توسعه يک فناوري درحال تغيير اين وضعيت است. اين فناوري با نام کدگذاري ويديويي پربازده يا HEVC/H.265 شناخته مي‌شود. البته اين فناوري هنوز آن‌طور که بايد فراگير نشده؛ اما به‌تدريج در حال شناخته شدن است. امروزه بلوري‌هاي 4K UHD از فناوري HEVC استفاده مي‌کنند، نسخه 3.0 نرم‌افزار VLC امکان مشاهده ويديو با فرمت HEVC و 4K را روي کامپيوتر مهيا مي‌سازد و آيفون هم امکان ذخيره‌سازي ويديو با فرمت HEVC را فراهم کرده است تا فايل‌هاي ويديويي فضاي کمتري اشغال کنند. اما نحوه‌ عملکرد اين فناوري چگونه است و چرا تا اين حد در مورد ويديوهاي 4K اهميت دارد؟ استاندارد فعلي AVC/H.264 وقتي از طريق ديسک بلوري، يوتيوب يا آيتونز به تماشاي ويديويي مي‌پردازيد، اين ويديو مشابه نسخه‌ خامي نيست که در اتاق تدوين تهيه شده است. براي اين که حجم فايل‌ها متناسب با ديسک‌هاي بلوري باشد يا به اندازه کافي کوچک شود تا از طريق اينترنت قابل دانلود باشد؛ بايد ويديو را فشرده کرد‌. کدگذاري پيشرفته‌ ويديو يا AVC/H.264، در حال حاضر متداول‌ترين استاندارد فشرده‌سازي است و از طريق روش‌هاي مختلف، حجم فايل ويديو را کاهش مي‌دهد. کدگذاري پيشرفته‌ ويديو، در هر فريم به دنبال نقاطي مي‌گردد که تقريباً همرنگ هستند. براي مثال در عکس زير، بيشتر بخش‌هاي قسمت بالاي عکس که به آسمان مربوط مي‌شود، آبي‌رنگ است. الگوريتم فشرده‌سازي، تصوير را به بخش‌هايي که به آن ماکروبلاک گفته مي‌شود، تقسيم مي‌کند و به جاي اينکه رنگ هر پيکسل را جداگانه ذخيره کند، رنگ همه‌ بخش‌هاي بالايي عکس را آبي در نظر مي‌گيرد. اين کار نسبت به ذخيره‌سازي رنگ تک‌تک پيکسل‌هاي يک فريم بسيار کارآمدتر است و حجم نهايي فايل را کاهش مي‌دهد. به اين روش، فشرده‌سازي درون فريمي مي‌گويند. درواقع در اين شيوه، فشرده‌سازي اطلاعات بر اساس هر فريم صورت مي‌گيرد. AVC همچنين از روش فشرده‌سازي بين فريمي هم استفاده مي‌کند. الگوريتم فشرده‌سازي در اين روش، با بررسي چندين فريم، به متحرک يا ثابت بودن بخش‌هاي مختلف فريم‌ها پي ‌مي‌برد. به‌عنوان مثالي ديگر، تصوير زير از فيلم کاپيتان آمريکا: جنگ داخلي را در نظر بگيريد. در اين تصوير پس‌زمينه تغيير چنداني نمي‌کند و تفاوت فريم‌ها در چهره و بدن آيرون‌من است. درنتيجه الگوريتم فشرده‌سازي، فريم را به ماکروبلاک‌هايي تقسيم مي‌کند و با توجه به اينکه اين بخش‌ها در ۱۰۰ فريم تغيير نمي‌کنند، به‌جاي ۱۰۰ بار ذخيره‌سازي کامل هر فريم، تنها بخش‌هاي ثابت آن را تکرار مي‌کند. اين شيوه حجم فايل را به شکل چشم‌گيري کاهش مي‌دهد. اين‌ها تنها دو مثال بسيار ساده براي توضيح شيوه عملکرد AVC/H.264 بودند. هدف اصلي فناوري AVC/H.264 کاهش حجم فايل‌ها بدون قرباني کردن کيفيت نهايي تصوير است. بايد توجه داشت که هر فايل ويديويي با فشرده‌سازي بيش از حد، دچار کاهش کيفيت مي‌شود و هرچه الگوريتم‌هاي فشرده‌سازي هوشمندانه‌تر طراحي شده باشند؛ امکان فشرده‌سازي فايل‌ها تا جاي ممکن مقدور مي‌شود. فشرده‌سازي کارآمد ويديوها به وسيله HEVC/H.265 کدگذاري ويديويي پربازده که با عنوان HEVC يا H.265 هم شناخته مي‌شود، الگوريتم‌هاي پيش از خود را تکامل بخشيده است. اين روش براي فشرده‌سازي کارآمد‌تر ويديوها، بسياري از شيوه‌هاي AVC/H.264 را به شکل بهينه‌تر استفاده مي‌کند. براي مثال هنگامي که AVC در فريم‌هاي متعدد به دنبال تغييرات مي‌گردد، اين ماکروبلاک‌ها با شکل‌ها و اندازه‌ مختلف، حداکثر مي‌توانند تا سقف ۱۶ در ۱۶ پيکسل باشند؛ اما در HEVC اندازه‌ اين بخش‌ها تا ۶۴ در ۶۴ پيکسل افزايش يافته است. با اين شيوه الگوريتم تعداد بخش‌هاي کمتري را ذخيره مي‌سازد و اين باعث کاهش اندازه‌ ويديوي نهايي مي‌شود. توضيحات ارائه‌شده تنها بخشي از عملکرد HEVC را تشريح مي‌کنند؛ با بيان اين مقدمات اگر بخواهيم به نتيجه خروجي اين الگوريتم نگاهي داشته باشيم، بايد گفت که HEVC قابليت کاهش حجم فايل‌ها تا دو برابر بيشتر از AVC و حفظ کيفيت تصوير در همان حد را دارد. اين موضوع به‌خصوص در مورد ويديوهاي 4K، از اهميت بالايي برخوردار است؛ زيرا با استاندارد AVC حجم اين ويديوها بسيار زياد مي‌شود. HEVC باعث مي‌شود ويديوهاي 4K به‌سادگي استريم يا دانلود شوند و مشکل کمبود فضاي هارد‌ديسک کاربران تا حدي حل شود. HEVC بدون رمزگشايي از طريق شتاب‌دهي سخت‌افزاري، کند است با وجود اينکه HEVC از سال ۲۰۱۳ به‌عنوان يک استاندارد شناخته مي‌شود؛ اما هنوز همه‌ ويديوها از اين فناوري استفاده نمي‌کنند. الگوريتم‌هاي فشرده‌سازي پيچيدگي بالايي دارند و براي اجراي آن‌ها محاسبات بسيار زيادي بايد هنگام پخش ويديو به‌صورت بلادرنگ انجام شود. کامپيوترها عمدتا به دو روش قادر به رمزگشايي اين ويديوها هستند. روش نخست رمزگشايي نرم‌افزاري است که در آن براي انجام محاسبات مورد نياز از پردازنده مرکزي استفاده مي‌شود و دومين روش رمزگشايي سخت‌افزاري است که وظيفه رمزگشايي در اين شيوه بر عهده کارت گرافيک يا تراشه‌ گرافيکي پردازنده مرکزي است. قابل ذکر است که کارت‌هاي گرافيک در اين زمينه بسيار کارآمدتر هستند؛ زيرا به‌صورت پيش‌فرض از کدک‌هاي لازم براي پخش ويديو پشتيباني مي‌کنند. HEVC با حفظ کيفيت تصوير، امکان کاهش حجم فايل‌ها تا دو برابر بيشتر از AVC را دارد بسياري از کامپيوترها و برنامه‌ها مي‌توانند اقدام به پخش ويديوهاي HEVC کنند؛ اما فرايند پخش بدون وجود شتاب‌دهنده سخت‌افزاري ممکن است با وقفه‌هاي پي‌در‌پي يا سرعت پايين مواجه شود. درنتيجه بدون داشتن يک کارت گرافيک و نرم‌افزار پخش‌کننده ويديويي که از رمزگشايي سخت‌افزاري HEVC پشتيباني کند، اين فناوري کارايي چنداني براي کاربران ندارد. اين موضوع براي دستگاه‌هاي مخصوص پخش ويديوي 4K مانند آنچه در Xbox One به کار رفته است مشکلي ايجاد نمي‌کند؛ زيرا همه‌ اين دستگاه‌ها با در نظر گرفتن استاندارد HEVC ساخته شده‌اند. اما زماني که صحبت از پخش ويديوي HEVC در کامپيوتر مي‌شود موضوع کمي پيچيده‌تر است. زيرا کامپيوتر کاربر براي رمزگشايي سخت‌افزاري اين ويديوها، به يکي از سخت‌افزارهاي زير نياز دارد: نسل ششم پردازنده‌هاي اينتل اسکاي‌ليک يا مدل‌هاي جديدتر نسل ششم پردازنده‌هاي AMD کاريزو يا مدل‌هاي جديدتر NVIDIA GeForce GTX 950, 960 يا مدل‌هاي جديدتر AMD Radeon R9 Fury, R9 Fury X, R9 Nano يا مدل‌هاي جديدتر علاوه بر اين‌ها، کاربران براي پخش فايل‌هاي HEVC، به سيستم‌عامل و نرم‌افزار پخش‌کننده ويديويي نياز دارند تا نه‌تنها از پخش ويديوهاي HEVC ؛ بلکه از فناوري رمزگشايي سخت‌افزاري HEVC هم پشتيباني کند. بسياري از پخش‌کنندهاي ويديويي هنوز در حال افزودن قابليت پشتيباني از رمزگشايي سخت‌افزاري HEVC به نرم‌افزارهاي خود هستند و برخي از آن‌ها فقط با تراشه‌هاي خاصي از ليست بالا کار مي‌کنند. در زمان نگارش اين مقاله VLC 3.0 ،Kodi 17 و Plex Media Server 1.10 به شکل محدود و در برخي از تراشه‌هاي خاص از اين فناوري پشتيباني مي‌کنند. اگرچه ممکن است براي پخش درست اين ويديوها، کاربر مجبور به فعال‌سازي قابليت شتاب‌دهي سخت‌افزاري در پخش‌کننده مد نظر خود باشد. همان‌طور که امروز فرمت ويديويي AVC به شکل گسترده‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، قطعا با گذشت زمان کامپيوترها و پخش‌کننده‌هاي بيشتري قادر به پشتيباني از فرمت ويديويي HEVC خواهند بود و بالاخره يک روز گستردگي HEVC به اندازه‌ AVC خواهد رسيد. اما کاربران تا رسيدن آن زمان مجبورند همچنان ويديوهاي 4K را با فايل‌هايي حجيم و فرمت AVC/H.264 ذخيره يا با فشرده‌‌سازي بيش از اندازه اين فايل‌ها، از کيفيت تصاوير صرف‌ نظر کنند. همراهان عزيز، آخرين خبر را بر روي بسترهاي زير دنبال کنيد: آخرين خبر در تلگرام https://t.me/akharinkhabar آخرين خبر در ويسپي http://wispi.me/channel/akharinkhabar آخرين خبر در سروش http://sapp.ir/akharinkhabar آخرين خبر در گپ https://gap.im/akharinkhabar