HEVC/H.265 چيست و چه اهميتي در ويديوهاي 4K دارد

استفاده از تلوزيون‌هاي 4K روزبه‌روز در حال گسترش است و ويديوهاي 4K هرروز رواج بيشتري مي‌يابند؛ اما فضاي زيادي اشغال مي‌كنند و به همين علت دانلود و استريم الكترونيك آن‌ها با بالاترين كيفيت، كار دشواري است. خوشبختانه توسعه يك فناوري درحال تغيير اين وضعيت است. اين فناوري با نام كدگذاري ويديويي پربازده يا HEVC/H.265 شناخته مي‌شود.

البته اين فناوري هنوز آن‌طور كه بايد فراگير نشده؛ اما به‌تدريج در حال شناخته شدن است. امروزه بلوري‌هاي 4K UHD از فناوري HEVC استفاده مي‌كنند، نسخه 3.0 نرم‌افزار VLC امكان مشاهده ويديو با فرمت HEVC و 4K را روي كامپيوتر مهيا مي‌سازد و آيفون هم امكان ذخيره‌سازي ويديو با فرمت HEVC را فراهم كرده است تا فايل‌هاي ويديويي فضاي كمتري اشغال كنند. اما نحوه‌ عملكرد اين فناوري چگونه است و چرا تا اين حد در مورد ويديوهاي 4K اهميت دارد؟ 

استاندارد فعلي AVC/H.264

وقتي از طريق ديسك بلوري، يوتيوب يا آيتونز به تماشاي ويديويي مي‌پردازيد، اين ويديو مشابه نسخه‌ خامي نيست كه در اتاق تدوين تهيه شده است. براي اين كه حجم فايل‌ها متناسب با ديسك‌هاي بلوري باشد يا به اندازه كافي كوچك شود تا از طريق اينترنت قابل دانلود باشد؛ بايد ويديو را فشرده كرد‌. كدگذاري پيشرفته‌ ويديو يا AVC/H.264، در حال حاضر متداول‌ترين استاندارد فشرده‌سازي است و از طريق روش‌هاي مختلف، حجم فايل ويديو را كاهش مي‌دهد.

 AVC همچنين از روش فشرده‌سازي بين فريمي هم استفاده مي‌كند. الگوريتم فشرده‌سازي در اين روش، با مطالعه چندين فريم، به متحرك يا ثابت بودن بخش‌هاي مختلف فريم‌ها پي ‌مي‌برد. به‌عنوان مثالي ديگر، تصوير زير از فيلم كاپيتان آمريكا: جنگ داخلي را در انديشه متخصصين بگيريد. در اين تصوير پس‌زمينه تغيير چنداني نمي‌كند و تفاوت فريم‌ها در چهره و بدن آيرون‌من است. درنتيجه الگوريتم فشرده‌سازي، فريم را به ماكروبلاك‌هايي تقسيم مي‌كند و با توجه به اينكه اين بخش‌ها در ۱۰۰ فريم تغيير نمي‌كنند، به‌جاي ۱۰۰ بار ذخيره‌سازي كامل هر فريم، تنها بخش‌هاي ثابت آن را تكرار مي‌كند. اين شيوه حجم فايل را به شكل چشم‌گيري كاهش مي‌دهد.

 اين‌ها تنها دو مثال بسيار ساده براي توضيح شيوه عملكرد AVC/H.264 بودند. هدف اصلي فناوري AVC/H.264 كاهش حجم فايل‌ها بدون قرباني كردن كيفيت نهايي تصوير است. بايد توجه داشت كه هر فايل ويديويي با فشرده‌سازي بيش از حد، دچار كاهش كيفيت مي‌شود و هرچه الگوريتم‌هاي فشرده‌سازي هوشمندانه‌تر طراحي شده باشند؛ امكان فشرده‌سازي فايل‌ها تا جاي ممكن مقدور مي‌شود. 

فشرده‌سازي كارآمد ويديوها به وسيله HEVC/H.265

كدگذاري ويديويي پربازده كه با عنوان HEVC يا H.265 هم شناخته مي‌شود، الگوريتم‌هاي پيش از خود را تكامل بخشيده است. اين روش براي فشرده‌سازي كارآمد‌تر ويديوها، بسياري از شيوه‌هاي AVC/H.264 را به شكل بهينه‌تر استفاده مي‌كند. براي مثال هنگامي كه AVC در فريم‌هاي متعدد به دنبال تغييرات مي‌گردد، اين ماكروبلاك‌ها با شكل‌ها و اندازه‌ مختلف، حداكثر مي‌توانند تا سقف ۱۶ در ۱۶ پيكسل باشند؛ اما در HEVC اندازه‌ اين بخش‌ها تا ۶۴ در ۶۴ پيكسل افزايش يافته است. با اين شيوه الگوريتم تعداد بخش‌هاي كمتري را ذخيره مي‌سازد و اين باعث كاهش اندازه‌ ويديوي نهايي مي‌شود. براي توضيحات متخصص بيشتر در مورد اين شيوه‌ها مي‌توانيد به اين لينك مراجعه كنيد. 

توضيحات ارائه‌شده تنها بخشي از عملكرد HEVC را تشريح مي‌كنند؛ با بيان اين مقدمات اگر بخواهيم به نتيجه خروجي اين الگوريتم نگاهي داشته باشيم، بايد گفت كه HEVC قابليت كاهش حجم فايل‌ها تا دو برابر بيشتر از AVC و حفظ كيفيت 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 اشكال كمبود فضاي هارد‌ديسك متخصصان تا حدي حل شود. 

HEVC بدون رمزگشايي از طريق شتاب‌دهي سخت‌افزاري، كند است

با وجود اينكه HEVC از سال ۲۰۱۳ به‌عنوان يك استاندارد شناخته مي‌شود؛ اما هنوز همه‌ ويديوها از اين فناوري استفاده نمي‌كنند. الگوريتم‌هاي فشرده‌سازي پيچيدگي بالايي دارند و براي اجراي آن‌ها محاسبات بسيار زيادي بايد هنگام پخش ويديو به‌صورت بلادرنگ انجام شود. كامپيوترها عمدتا به دو روش قادر به رمزگشايي اين ويديوها هستند. روش نخست رمزگشايي نرم‌افزاري است كه در آن براي انجام محاسبات مورد نياز از پردازنده مركزي استفاده مي‌شود و دومين روش رمزگشايي سخت‌افزاري است كه وظيفه رمزگشايي در اين شيوه بر عهده كارت گرافيك يا تراشه‌ گرافيكي پردازنده مركزي است. قابل ذكر است كه كارت‌هاي گرافيك در اين زمينه بسيار كارآمدتر هستند؛ زيرا به‌صورت پيش‌فرض از كدك‌هاي لازم براي پخش ويديو همراهي مي‌كنند. 

اين موضوع براي دستگاه‌هاي مخصوص پخش ويديوي 4K مانند آنچه در Xbox One به كار رفته است اشكالي ايجاد نمي‌كند؛ زيرا همه‌ اين دستگاه‌ها با در انديشه متخصصين گرفتن استاندارد HEVC ساخته شده‌اند. اما زماني كه صحبت از پخش ويديوي HEVC در كامپيوتر مي‌شود موضوع كمي پيچيده‌تر است. زيرا كامپيوتر متخصص براي رمزگشايي سخت‌افزاري اين ويديوها، به يكي از سخت‌افزارهاي زير نياز دارد: 

علاوه بر اين‌ها، متخصصان براي پخش فايل‌هاي HEVC، به سيستم‌عامل و نرم‌افزار پخش‌كننده ويديويي نياز دارند تا نه‌تنها از پخش ويديوهاي HEVC ؛ بلكه از فناوري رمزگشايي سخت‌افزاري HEVC هم همراهي كند. بسياري از پخش‌كنندهاي ويديويي هنوز در حال افزودن قابليت همراهي از رمزگشايي سخت‌افزاري HEVC به نرم‌افزارهاي خود هستند و برخي از آن‌ها فقط با تراشه‌هاي خاصي از ليست بالا كار مي‌كنند. در زمان نگارش اين مقاله VLC 3.0 ،Kodi 17 و Plex Media Server 1.10 به شكل محدود و در برخي از تراشه‌هاي خاص از اين فناوري همراهي مي‌كنند. اگرچه ممكن است براي پخش درست اين ويديوها، متخصص مجبور به فعال‌سازي قابليت شتاب‌دهي سخت‌افزاري در پخش‌كننده مد انديشه متخصصين خود باشد.

همان‌طور كه امروز فرمت ويديويي AVC به شكل گسترده‌اي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، قطعا با گذشت زمان كامپيوترها و پخش‌كننده‌هاي بيشتري قادر به همراهي از فرمت ويديويي HEVC خواهند بود و بالاخره يك روز گستردگي HEVC به اندازه‌ AVC خواهد رسيد. اما متخصصان 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 كيفيت تصاوير صرف‌ انديشه متخصصين كنند.