H.265 در برابر H.264؛ نگاهي به برتري‌هاي استاندارد جديد فشرده‌سازي ويدئو (قسمت اول)

 هر موقع كه فيلم يا سريالي را دانلود مي‌كنيد، به تماشاي يك فيلم بلو-ري مي‌نشينيد و يا ويدئوهاي اينترنتي را مشاهده مي‌كنيد، به احتمال زياد ويدئويي كه مي‌بينيد با استاندارد H.264 كدگذاري شده است.

به طور كلي تمام ويدئوهايي كه با آن‌ها سروكار داريم، از قبل به نحوي فشرده شده‌اند تا براي مصارف معمول حجم معقولي داشته باشند. از ويدئوهاي بدون افت كيفيت (Lossless) تنها در مصارف خاصي مانند ساخت فيلم در استوديو‌هاي فيلم‌سازي استفاده مي‌شود. جالب است بدانيد هر دقيقه از يك ويدئوي فشرده‌ نشده‌ي فول اچ‌دي، ۷ گيگابايت فضا اشغال خواهد كرد و بنابراين يك فيلم دو ساعته در صورتي كه فشرده نشده باشد ۸۴۰ گيگابايت حجم خواهد داشت.

فرمت‌هاي كدگذاري بر روي ويدئو (video coding format) كه با نام «استانداردهاي فشرده‌سازي ويدئويي» نيز شناخته مي‌شوند، قالب‌هايي براي ارائه، ذخيره‌سازي و يا انتقال محتواي ديجيتال هستند. مثال‌هايي از فرمت‌هاي كدگذاري عبارتند از MPEG-2 Part 2, MPEG-4 Part 2, H.264 (MPEG-4 Part 10), HEVC, Theora, Dirac, RealVideo RV40, VP8, و VP9. بايد به اين نكته توجه داشت كه اين فرمت‌هاي كدگذاري تنها براي ويدئو هستند و فايل‌هاي صوتي را نمي‌توان به وسيله‌ي آن‌ها فشرده كرد. ويدئويي كه توسط يكي از اين استاندارد‌ها كدگذاري شود، بايد همراه با يك فايل صوتي كه با استاندارد مربوط به خودش كدگذاري شده است، در يك «ظرف حمل محتواي ديجيتال» يا كانتِينر بسته‌بندي شود. در ادامه راجع به كانتينرها بيشتر توضيح خواهيم داد.

پس اين ميان تكليف پسوند فايل‌ها، مانند پسوند معروف mkv چه مي‌شود؟

يكي از اشتباهات رايج ديگر، اشتباه گرفتن «ظروف حمل محتواي ديجيتال» با استانداردهاي كدگذاري و يا كدك‌هاي ويدئويي است. حتماً تا به حال تعريف و تمجيد از «فرمت mkv» و كيفيت برتر آن نسبت به ديگر «فرمت‌ها و يا كدك‌هاي ويدئويي» را شنيده‌ايد. حال آنكه چنين جملاتي از پايه غلط هستند. يك ظرف حمل محتواي ديجيتال (digital container format)، تنها قالبي براي در بر گرفتن ويدئو، صدا، منو، زيرنويس و موارد اينچنيني است. از جمله ظروف حمل محتواي ديجيتال مي‌توان به نمونه‌هاي زير اشاره كرد:

(mkv) Matroska، (flv) Flash Video، (avi) AVI، (mov) QuickTime File Format، (mp4) MPEG-4 ، (wmv) Windows Media Video، (3gp) 3GPP و (vob) Vob

اين ظروف يا كانتينرها، تنها مي‌توانند اطلاعات محدودي درباره‌ي اينكه ويدئو و صداي موجود در فايل به چه فرمتي ممكن است باشند به ما ارائه دهند. براي مثال ظرف flv تنها قادر به نگهداري از چند نوع فرمت‌ كدگذاري مانند H.264 است. همچنين فرمت‌هاي صوتي كه اين ظرف از آن‌ها همراهي مي‌كند نيز انگشت‌شمار هستند.

به طور كلي، نرخ بيت يا بيت رِيت (Bit rate) يكي از مهمترين عوامل تعيين‌كننده‌ي كيفيت فايل‌هاي صوتي و تصويري است. حجم فايل‌هاي ويدئويي با واحد بيت بر ثانيه بيان مي‌شود. نرخ بيت مي‌تواند در طول ويدئو ثابت (Constant BitRate) يا متغير (Variable BitRate) باشد. حتماً از قبل مي‌دانيد كه هر بايت از ۸ بيت تشكيل شده است؛ پس ويدئويي كه هر ثانيه از آن ۱ مگابايت فضا اشغال كند، بيت ريتي برابر با ۸ مگابيت بر ثانيه (8 mbps) خواهد داشت. براي مثال نرخ بيت ويدئوهاي بلو-ري برابر با 20 mbps، DVD استاندارد برابر با 6 mbps و ويدئوهاي 720p يوتيوب برابر با 2.5 mbps است. همانطور كه متوجه شده‌ايد، نرخ بيت يا به بيان بهتر «حجم فايل ويدئو» تنها عامل تعيين‌كننده‌ي كيفيت آن نيست؛ چرا كه به صورت تجربي مي‌دانيم ويدئوهاي HD يوتيوب كيفيت بهتري نسبت به DVD دارند.

در واقع تمام هنر استانداردهاي كدگذاري ويدئويي هم در اين است كه در يك نرخ بيت خاص، كيفيت بهتري ارائه كنند. به همين دليل هنگام مقايسه‌ي كيفيت دو فرمت كدگذاري، آن‌ها را در بيت رِيت برابر با هم مقايسه مي‌كنند.

حالا كه با اصطلاحات مقدماتي ممباحثه فشرده‌سازي ويدئو آشنا شديم، بهتر است به موضوع اصلي بازگرديم؛ استاندارد جديد H.265.

از جمله دلايل موفقيت و محبوبيت استاندارد پيشين (H.264) در سال‌هاي اخير مي‌توان به كيفيت بالاي آن در نرخ بيت پايين و همراهي گسترده‌ي دستگاه‌هاي پخش از آن اشاره كرد؛ بطوري كه تقريباً تمامي دستگاه‌هايي كه ظرف ۵ تا ده سال گذشته ساخته شده‌اند قادرند فايل‌هاي ويدئويي كه با اين استاندارد كدگذاري شده‌ باشند را پخش كنند. اين استاندارد همچنين بسيار منعطف است و علاوه بر استفاده در ويدئوهاي با نرخ بيت پايين، در ويدئوهاي با كيفيت و داراي نرخ بيت بالا مانند بلو-ري هم استفاده مي‌شود.

در حالي كه استاندارد H.264 همچنان كارايي بسيار خوبي از خود نشان مي‌دهد، استاندارد جديدي آمده است تا مرزهاي كارآمدي و بهينه بودن كدگذاري ويدئويي را بار ديگر جابجا كند. اين استاندارد كه اولين بار در سال ۲۰۱۳ معرفي شد، HEVC يا «كدگذاري ويدئويي پربازده» (High Efficiency Video Coding) نام دارد و ازآنجايي كه آمده است تا جانشين شايسته‌اي براي H.264 باشد، با نام H.265 نيز شناخته مي‌شود. (در اين متن براي جلوگيري از بروز اشتباه، هنگام اشاره به استاندارد جديد از HEVC استفاده خواهيم كرد.)

برتري اصلي HEVC نسبت به H.264 در اين است كه در كيفيت‌هاي يكسان، نرخ فشرده‌سازي دوبرابري ارائه مي‌كند. اين يعني ويدئويي كه با استفاده از HEVC فشرده شود، حجمي برابر با نصف ويدئوي مشابهي كه با استفاده از استاندارد H.264 فشرده شده است اشغال خواهد كرد و اين در حالي است كه كيفيت هر دو ويدئو تقريباً يكسان خواهد بود.

HEVC بسياري از ويژگي‌هاي خود را از H.264 وام گرفته است؛ براي مثال در هر دو اين استانداردها از تكنيكي با نام «پيش‌بيني جبراني حركت» (motion compensated prediction) براي پيدا كردن نواحي زائد در يك فريم استفاده مي‌شود. منظور از نواحي زائد، قسمت‌هايي از تصوير است كه در چندين فريم تغييري نمي‌كنند و مي‌توان به جاي تكرار آن‌ها در هر فريم و اختصاص حجم اضافه به اين قسمت‌ها، تنها يك نسخه از آن‌ها را نگه داشته و در فريم‌هاي مختلف از همان يك نسخه استفاده كرد. در استاندارد H.264 اندازه‌ي اين قسمت‌ها به قطعات مربعي شكل ۱۶ در ۱۶ پيكسل محدود مي‌شد؛ اما با افزايش اين اندازه به ۶۴ در ۶۴ پيكسل در استاندارد HEVC، مقدار فشرده‌سازي ويدئو افزايش چشمگيري خواهد داشت.

ديگر بهبودهاي HEVC نسبت به استاندارد قبلي كه اجازه‌ي فشرده‌سازي بيش از پيش را به آن مي‌دهند عبارتند از تقسيم‌بندي بلوك‌ها با سايز متغيير (ariable-block-size segmentation)، فيلتر‌هاي جبران حركت (motion compensation filters)، فيلترينگ تطبيقي آفست (adaptive offset filtering) و پيش‌بيني برداري حركتِ بهبود يافته (motion vector prediction).

اگر دوست داريد با جزئيات متخصص هر كدام از عبارات بالا آشنا شويد، مي‌توانيد به اين صفحه از وبسايت گروه x265 كه مسئوليت توسعه‌ي استاندارد جديد را بر عهده دارند مراجعه كنيد.

در اينجا به ليستي از سخت‌افزارهايي كه قسمت خاصي براي كدگشايي از HEVC در آنها در انديشه متخصصين گرفته شده است اشاره مي‌كنيم:

• پردازنده‌هاي نسل ۶ «اسكاي‌ليك» اينتل و يا مدل‌هاي جديدتر
• APUهاي نسل ۶ «كاريزو» AMD و يا مدل‌هاي جديدتر
• كارت‌هاي گرافيك سري «فيجي» AMD (Radeon R9 Fury/Fury X/Nano) و يا مدل‌هاي جديدتر
• كارت‌هاي گرافيك سري GM206 (GeForce GTX 960/950) و يا مدل‌هاي جديدتر
• پردازنده‌هاي اسنپدراگون 805/615/410/208 كوالكام و يا مدل‌هاي جديدتر
• چيپ‌هاي انويديا تگرا X1 و يا مدل‌هاي جديدتر
• پردازنده‌ي اكسينوس 5 Octa 5430 سامسونگ يا مدل‌هاي جديدتر
• پردازنده‌ي A8 اپل يا مدل‌هاي جديدتر

همانطور كه ملاحظه مي‌كنيد، اكثر سخت‌افزارهاي كامپيوترهاي دسكتاپ كه در سال ۲۰۱۵ معرفي شده‌اند و همينطور بيشتر سخت‌افزارهاي موبايل كه از اواخر سال ۲۰۱۴ عرضه شده‌اند از پخش سخت‌افزاري HEVC همراهي مي‌كنند. دليل اينكه توليدكنندگان تمركز خود را ابتدا بر روي همراهي از HEVC در پردازنده‌هاي موبايلي معطوف كرده‌اند، قدرت كمتر اين پردازنده‌ها نسبت به نمونه‌هاي مشابه دسكتاپ است. پردازنده‌هاي دسكتاپ حتي اگر به صورت سخت‌افزاري هم از HEVC همراهي نكنند، با توجه به قدرت بالاي خود مي‌توانند ناكارآمدي ناشي از كدگشايي را به روش نرم‌افزاري را جبران كنند.

همراهي سخت‌افزاري از HEVC براي تلفن‌هاي هوشمند و تبلت‌ها بسيار مهم است؛ چرا كه آن‌ها به آساني نمي‌توانند فقط توسط نرم‌افزار HEVC را پخش كنند. همانطور كه در قسمت پايين سمت راست تصوير زير مي‌بينيد، كوالكام در پوستر معرفي اسنپدراگون 810 به قابليت همراهي از HEVC اشاره كرده است.

 اگر كامپيوتر يا لپ‌تاپ شما به صورت سخت‌افزاري از HEVC همراهي نمي‌كند، به معناي عدم توانايي شما در پخش فايل‌هاي ويدئويي نيست. حتي كامپيوترهايي با سخت‌افزار سال ۲۰۱۱ و پردازنده‌ي سلرون (Celeron) اينتل هم قادر به پخش فايل‌هاي HEVC هستند. در صورت كلي اگر كامپيوتر شما «خيلي قديمي» نباشد، در پخش ويدئوهاي استاندارد جديد به اشكالي بر نخواهيد خورد.

چيزي كه بيشتر بايد نگرانش باشيد، همراهي نكردن دستگاه‌هاي پخش و تلويزيون‌ها (منظور پخش از طريق حافظه‌ي جانبي توسط خود تلويزيون است) از استاندارد جديد است. اشكال چنين دستگاه‌هايي اغلب پردازنده‌ي ضعيف، عدم وجود نرم‌افزار مناسب براي كدگشايي به صورت نرم‌افزاري يا تركيبي از اين دو دليل است.

ليست دستگاه‌هايي كه از HEVC همراهي نمي‌كنند:

• كروم كست گوگل (نسل يك و دو)
• اپل TV (هرچند بنا به برخي گزارش‌ها با استفاده از اپليكيشن VLC بر روي نسل چهار اين دستگاه امكان پخش HEVC وجود دارد)
• ركو (Roku) نسل سه به قبل
• فاير TV آمازون (مدل ۲۰۱۴)
• تمامي محصولات تلويزيوني وسترن ديجيتال
• تمامي كنسول‌هاي پلي‌استيشن
• ايكس‌باكس ۳۶۰

ليست دستگاه‌هايي كه از HEVC همراهي مي‌كنند:

• Roku 4
• فاير TV آمازون (مدل ۲۰۱۵)
• ايكس‌باكس وان

ليست بالا شايد كامل نباشد، اما نشان مي‌دهد كه تعداد دستگاه‌هايي كه از HEVC همراهي مي‌كنند انگشت شمار هستند. ايكس‌باكس وان تنها كنسولي است كه قادر به پخش ويدئوي HEVC است؛ كه البته آن هم با يك آپديت و به صورت نرم‌افزاري در اختيار دارندگان اين كنسول قرار گرفته است.

در حالي كه HEVC مزاياي فراواني دارد، در حال حاضر تنها كامپيوترها، تلفن‌هاي هوشمند بالارده و طيف كمي از پخش‌كننده‌ها و كنسول‌ها قادر به پخش آن هستند و اين يكي از معايب استاندارد جديد نسبت به استاندارد قديمي به شمار مي‌رود.

از سخت‌افزار كه بگذريم، هر نرم‌افزاري نيز قادر به پخش فايل هاي كدگذاري شده به روش HEVC نست. ويندوز ۱۰ به صورت پيش‌فرض قادر به پخش فايل‌هاي HEVC از طريق اپليكيشن Films & TV و يا نرم‌افزار Windows Media Player است. همچنين در نسخه‌هاي قديمي‌تر ويندوز نيز مي‌توانيد از نرم‌افزارهاي VLC و يا MPC-HC (مديا پلير كلاسيك) براي پخش اين فايل‌ها استفاده كنيد.

اگر از Mac OS X يا iOS استفاده مي‌كنيد، VLC بهترين انتخاب براي شما است. در اندرويد نيز اگر سخت‌افزار دستگاه شما به نسبت قوي است، مي‌توان از MX Player براي پخش HEVC به صورت نرم‌افزاري استفاده كرد.

در قسمت‌هاي بعد به مقايسه‌ي عملكرد HEVC هنگام پخش در مقايسه با H.264، چگونگي تبديل فايل‌ها توسط استاندارد جديد و مقايسه‌ي كيفيت ويدئوهايي كه توسط اين دو استاندارد فشرده شده‌اند خواهيم پرداخت.

اين مقاله ادامه دارد...