نگاهی به نسل جدید و انواع کدک‌های ویدئویی

نگاهی به نسل جدید و انواع کدک‌های ویدئویی
بدون نظر, ۰۱/۰۹/۱۳۹۹, توسط , در موبایل
واحد خبر mobile.ir :

هم‌گام با ارتقای تصاویر ویدیویی از SD به ۴K ،Full HD ،HD و نهایتا ۸K، فناوری‌های مربوط به پردازش، کدگذاری و فشرده‌سازی ویدیوها نیز بایستی تکامل پیدا کند. بهبود کیفیت و رزولوشن تصاویر به طور طبیعی با افزایش حجم داده‌ها همراه است. در نتیجه برای انتقال آن‌ها از طریق اینترنت به پهنای باند بالاتر، برای نگه‌داری آن‌ها روی دستگاه‌های مختلف به فضای ذخیره‌سازی بیش‌تر و برای پخش آن‌ها به پردازنده‌های گرافیکی قدرتمندتر نیاز خواهد بود. به ویژه با رونق روز‌افزون سرویس‌های پخش آنلاین ویدیو و تلویزیون‌های اینترنتی، لازم است که الگوریتم‌های مربوط به پردازش و فشرده‌سازی ویدیوها به نحوی بهبود یابد.

بهبود مورد اشاره در این بخش در جهت قابلیت پردازش راحت‌تر و سریع‌تر ویدیوها بوده و در عین حال حجم فایل‌های مربوطه را تا حد امکان کاهش می‌دهد.

کُدِک چیست؟

قبل از این‌که به معرفی و بررسی کدک‌های جدید ویدیویی بپردازیم، شاید بهتر باشد که مفهوم کدک (codec) را برای آن دسته خوانندگان این مطلب که با آن آشنایی ندارند، تشریح نماییم. کلمه codec ترکیبی‌ از دو واژه “code” و “decode” بوده و به یک الگوریتم یا برنامه کامپیوتری اطلاق می‌شود که فایل‌های صوتی یا تصویری را دریافت نموده و تغییر می‌دهد. این تغییرات می‌تواند جنبه‌های مختلفی داشته باشد. اما به طور کلی، اغلب تغییرات انجام گرفته توسط کدک‌ها در راستای تغییر اندازه یا فشرده‌سازی فایل‌های صوتی و تصویری است. فایل‌های صوتی و تصویری در حالت خام بسیار حجیم بوده و بدون استفاده از کدک‌ها برای کدگذاری و فشرده‌سازی، انتقال این فایل‌ها روی بستر اینترنت بسیار دشوار و زمان‌بر خواهد بود. برای امکان‌پذیر ساختن اشتراک‌گذاری سریع و پخش آنلاین ویدیو، لازم است که فایل‌های مربوطه پیش از این‌که روی اینترنت ارسال شوند، به کمک الگوریتم‌هایی استاندارد، کدگذاری (encode) یا فشرده‌ گردیده و پس از انتقال به دستگاه کاربر، بر مبنای همان استاندارد یا کُدِک برای مشاهده، کدگشایی (decode) شوند. بدون طی شدن این فرآیند و در صورت استفاده نکردن از کدک‌ها، دانلود و پخش فایل‌های صوتی و ویدیویی می‌تواند ۳ تا ۵ برابر طولانی‌تر شده و به همین نسبت نیازمند پهنای باند بالاتر و فضای ذخیره‌سازی بیش‌تری باشد.

وقتی که شما با استفاده از دوربین گوشی هوشمند خود اقدام به فیلم‌برداری ‌می‌کنید، فایل مربوطه با استفاده از یک کدک ویدیویی – که از قبل توسط شما یا به صورت پیش‌فرض تعیین شده است – کدگذاری گردیده و روی حافظه ذخیره می‌شود. حال فرض کنید که این فایل را از طریق پست الکترونیکی، پیام‌رسان‌ها یا شبکه‌های اجتماعی برای یکی از دوستان خود ارسال می‌نمایید. او پس از دریافت فایل، برای مشاهده آن به یک نرم‌افزار پخش‌کننده فایل‌های ویدیویی نیز خواهد داشت که با پشتیبانی از آن کدک مشخص بتواند فایل مربوطه را کدگشایی و سپس پخش نماید. به همین دلیل اهمیت زیادی دارد که تولیدکنندگان و توسعه‌دهندگان اثرگذار در دنیای فناوری، روی پشتیبانی از یک یا چند کدک مشخص به توافق برسند تا کاربران برای انتقال فایل‌های خود میان دستگاه‌های مختلف دچار مشکل‌ نشوند. از جمله معروف‌ترین و مهم‌ترین کدک‌های صوتی و تصویری چند دهه اخیر می‌توان به MP3 و MPEG-2 ،AAC و MPEG-4 اشاره نمود. به عنوان نمونه، بیش از ۲۰ سال پیش کُدِک MP3 توانست با فراهم آوردن امکان فشرده‌سازی محتوای یک CD صوتی به کم‌تر از یک‌دهم سایز اصلی آن، تحولی در صنعت پخش و مصرف موسیقی ایجاد نماید.

آشنایی با انواع کدک‌ و معیارهای سنجش کارایی آن‌ها

به طور کلی کدک‌ها را می‌توان به دو دسته Lossless و Lossy تقسیم‌بندی نمود. نوع اول به کدک‌هایی اطلاق می‌شود که تمامی اطلاعات مربوط به تصویر محتوای اولیه را حفظ و نگهداری می‌نمایند. در چنین کدک‌هایی تصویر نهایی پس از کدگشایی دقیقا مشابه تصویر اصلی خواهد بود. کاربرد این نوع کدک‌ها بیش‌تر در صنعت و مشاغل مرتبط با محتوای چندرسانه‌ای است. از پرکاربردترین کدک‌های Lossless امروزی می‌توان به H.265 Lossless ،H.264 Lossless و Motion JPEG Lossless اشاره نمود. مزیت این نوع کدک‌ها در کیفیت بالا و دسترسی حرفه‌ای‌ها به تمامی اطلاعات تصویر برای انجام تغییرات و بهره‌گیری از محتوای آن‌ است. در نوع دوم کدک‌ها، با هدف کاهش اندازه فایل نهایی و افزایش سهولت جابجایی آن، برخی از اطلاعات تصویر در جریان عملیات فشرده‌سازی از دست می‌رود. کدک‌های Lossy به طول معمول برای ارائه محتوای چندرسانه‌ای به کاربر نهایی و انتقال آن‌ها روی بستر اینترنت به کار گرفته می‌شوند. اغلب کدک‌های مورد اشاره در این مطلب از همین نوع هستند.

یک معیار مهم و طبیعی برای هر کدک ویدیویی، کیفیت تصویر بازسازی شده توسط آن کدک است. این خصوصیت در کدک‌های Lossy که بخشی از اطلاعات تصویر را به ناچار از دست می‌دهند، اهمیت بسیار زیادی دارد. در کنار کیفیت، یک کدک ویدیویی خوب بایستی عملیات فشرده‌سازی را با سرعت، سهولت و قدرت هرچه بیش‌تر انجام دهد. توسعه‌دهندگان کدک‌ها همواره در تلاش هستند تا الگوریتمی را برای فشرده‌سازی تصویر طراحی نمایند که قادر باشد ضمن حفظ کیفیت مورد نظر، فایل کدگذاری شده را تا حد ممکن کوچک نموده و در عین حال عملیات کدگذاری و کدگشایی را با سرعت و سهولتی قابل قبول انجام دهد. مهم‌ترین معیار مرسوم برای سنجش کارایی کدک‌ها و الگوریتم‌های فشرده‌سازی تصویر، “نرخ‌بیت” یا “bitrate” است. نرخ‌بیت به تعداد صفر و یک‌ها یا بیت‌هایی گفته می‌شود که توسط کدک‌ ویدیویی برای نگهداری اطلاعات مربوط به هر ثانیه از ویدیو مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدف نهایی برای هر الگوریتم کدگذاری ویدیویی آن است که تا حد ممکن نرخ‌بیت را پایین و کیفیت تصویر را بالا نگاه دارد. هر کدکی که در راه رسیدن به این هدف بهتر عمل نموده و البته عملیات مربوطه را در زمانی مناسب، با نیاز به منابع پردازشی معقول انجام دهد، راهکاری کارآمدتر برای فشرده‌سازی و ارائه محتوای ویدیویی خواهد بود. در مورد معیار نرخ‌بیت بد نیست به این موضوع نیز اشاره کنیم که در صورت استفاده از یک کدک ویدیویی مشخص، به طور معمول نرخ‌بیت بالاتر به معنای کیفیت تصویر بهتر است.

نگاهی گذرا به وضعیت گذشته و حال کدک‌های ویدیویی

در چند دهه گذشته کدک‌های ویدیویی در ۲ مسیر اصلی و از طریق ۲ نهاد مرجع توسعه و تکامل یافته‌اند. سازمان بین‌المللی استاندارد (International Standard Organization) – که بیش‌تر با نام اختصاری آن یعنی ISO شناخته می‌شود – یکی از مهم‌ترین مراجع تعیین‌کننده در زمینه استانداردهای مرتبط با عکس‌برداری، کامپیوتر و تجهیزات الکترونیکی مصرف‌کننده است. این سازمان اولین استاندارد ویدیویی خود را با نام MPEG-1 در سال ۱۹۹۳ معرفی کرد. به همین ترتیب ISO کدک MPEG-2 را در سال ۱۹۹۴ و MPEG-4 را در سال ۱۹۹۹ به عنوان استاندارد مورد تایید خود برای کدک‌های ویدیویی منتشر نمود. دیگر مسیر تکامل کدک‌های ویدیویی از اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) می‌گذرد. نهادی که به عنوان آژانس اصلی سازمان ملل متحد در زمینه فناوری اطلاعات و ارتباطات، وظیفه معرفی استانداردهای بین‌المللی مربوط به ارتباطات تلفنی، رادیو و تلویزیون را بر عهده دارد. این آژانس اولین بار در سال ۱۹۸۴ میلادی از اولین استاندارد خود در زمینه کنفرانس‌های ویدیویی با نام H.120 پرده‌برداری نمود. دیگر استانداردهای این خانواده با کدهای H.262 ،H.261 و H.263 به ترتیب در سال‌های ۱۹۹۰، ۱۹۹۴ و ۱۹۹۵ معرفی گردیدند.

سرانجام از سال ۲۰۰۱ میلادی این دو مسیر متفاوت تکامل کدک‌ها و استانداردهای ویدیویی به یک‌دیگر پیوسته و تیمی متشکل از متخصصین مربوطه از هر دو نهاد ISO و ITU کار طراحی و توسعه استاندارد جدید کدک‌های ویدیویی را آغاز نمودند. نتیجه این همکاری، انتشار استانداردی جدید با عنوان Advanced Video Coding یا به اختصار AVC بود که اولین نسخه از آن در سال ۲۰۰۳ میلادی منتشر گردید. این استاندارد کدگذاری ویدیویی پیشرفته (AVC) تحت عنوان H.264 یا MPEG-4 Part 10 نیز در سطح دنیا شناخته می‌شود. از زمان معرفی اولیه استاندارد AVC تا کنون این استاندارد بارها بروزرسانی شده و ۲۶ نسخه از آن منتشر گردیده است. همچنین در این سال‌ها دامنه استفاده از آن روز به روز گسترش یافته، تا جایی که با به تسخیر در آوردن بسیاری از صنایع و بازارها همچون سرویس‌های استریمینگ و تلویزیون‌های اینترنتی، دوربین‌های دیجیتال، دستگاه‌های همراه و حتی شبکه‌های ماهواره‌ای، در حال حاضر پرکاربردترین استاندارد بین‌المللی در زمینه کدک‌های ویدیویی محسوب می‌شود. پس از آن نیز MPEG-2 را با وجود قدمت بالای آن می‌توان به عنوان دومین استاندارد مرسوم و پرکاربرد کنونی برشمرد.

یک دهه پس از معرفی AVC و به دنبال افزایش کیفیت تصاویر ویدیویی از HD به Full HD و ۴K، استانداردی جدید با نام High Efficiency Video Coding یا به اختصار HEVC در سال ۲۰۱۳ به طور مشترک از سوی سازمان‌های ISO، ITU و IEC منتشر گردید. این استاندارد کدگذاری ویدیویی که به H.265 و MPEG-H Part2 نیز شهرت دارد، قادر است تا نسبت به استاندارد قدیمی‌تر AVC ویدیوها را در یک سطح کیفی مشخص از ۲۵ تا ۵۰ درصد بهتر فشرده‌‌سازی نموده یا در یک نرخ‌بیت (bitrate) معین، ویدیویی با کیفیت به مراتب بهتری را ارائه کند. بدین معنی که به عنوان مثال چنانچه شما برای پخش آنلاین یک ویدیو با کیفیت ۴K و با استفاده از کدک H.264 به پهنای باند اینترنت ۳۲ مگابیت بر ثانیه نیاز داشته باشید، پخش همان ویدیو به کمک استاندارد H.265 یا HEVC تنها ۱۶ مگابیت بر ثانیه از پهنای باند اینترنت شما را اشغال می‌نماید.

مقایسه کیفیت تصویر کدک‌های H.264 و H.265 هنگام پخش آنلاین ویدیو با پهنای باند 1 مگابیت‌برثانیه

از نظر مفهومی و ساختاری HEVC شباهت زیادی به استاندارد AVC داشته و توسعه‌ای بر همان فناوری محسوب می‌شود. مبنای کار هر دو استاندارد، مقایسه بخش‌های مختلف درون یک فِرِیم‌ (frame) از ویدیو یا بین فریم‌های متوالی از آن، برای پیدا کردن نواحی مشابه و تکراری است. بدین ترتیب که با شناسایی این نوع نواحی، به جای نگهداری کل داده‌های مربوط به پیکسل‌های آن‌ها، تنها یک توصیف کوتاه برای هر ناحیه ذخیره می‌گردد. کدک HEVC با وجود خصوصیات فنی خوب و قدرت بالا در زمینه فشرده‌سازی ویدیو، از دو ایراد مهم رنج می‌برد. مهم‌ترین مشکل مربوط به این کدک، نیاز به صرف هزینه برای تهیه مجوز یا لایسنس بهره‌برداری از آن و همچنین پیچیدگی نسبی شرایط دریافت این مجوز است. دیگر نقطه ضعفی که این کدک نسبت به نسل پیش از خود دارد آن است که برای اجرای فرآیند کدگذاری ویدیوها، به زمان و منابع پردازشی به مراتب بیش‌تری نیاز دارد.

ظهور نسل جدید کدک‌های ویدیویی

H.264 و اغلب استانداردهای ویدیویی قدیمی‌تر ارائه شده توسط ISO و ITU به اقتضای زمان توسعه خود با دید پاسخگویی به نیازهای تلویزیون‌ و راهکارهای سنتی انتقال فایل‌های ویدیویی طراحی گردیده‌‌اند. در نتیجه هیچ‌یک از آن‌ها نمی‌توانستند استانداردی مناسب برای به‌کارگیری در سرویس‌های استریمینگ (streaming) یا همان پخش آنلاین ویدیو باشند. با ظهور و توسعه روزافزون این نوع سرویس‌ها و همچنین گسترش استفاده از ویدیوهایی با کیفیت ۴K و ۸K، نیاز به استانداردهایی جدید و کارآمد برای آینده این صنعت بدیهی به نظر می‌رسید. در همین راستا طی سال‌های گذشته گروه‌های مختلفی از متخصصین و نهادهای بین‌المللی به تحقیق و توسعه در این زمینه پرداخته و استانداردهای جدیدی را برای این منظور ارائه نموده‌اند. مهم‌ترین این استانداردها عبارتند از EVC ،H.266/VCC ،AV1 و LCEVC که در ادامه به معرفی اجمالی هر یک از آن‌ها خواهیم پرداخت.

AV1: یک کدک ویدیویی متن‌باز و رایگان

AV1 که اولین بار در سال ۲۰۱۸ منتشر گردید، یک کدک و فرمت فایل تصویری برای انتقال ویدیو روی اینترنت است. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این فناوری، متن‌باز بودن و امکان استفاده کاملا رایگان از آن است. بسیاری از فناوری‌هایی که امروزه به صورت گسترده برای فشرده‌سازی و استریم ویدیوها به کار رفته می‌شوند، رایگان نبوده و برای بهره‌برداری تجاری نیازمند خریداری مجوز یا لایسنس هستند. از کدک‌ قدیمی و پرکاربرد MPEG-2 گرفته تا فناوری‌های مختلف مبتنی بر استاندارد H.264/AVC و همچنین H.265/HEVC، همگی توسط شرکت‌ها و نهادهای مختلف ثبت اختراع شده و در نتیجه تولیدکنندگان تجهیزات الکترونیکی و توسعه‌دهندگان نرم‌افزارها برای استفاده از آن‌ها بایستی مجوزهای مربوطه را دریافت نمایند. دریافت این مجوزها در برخی موارد بدون پرداخت هزینه انجام گرفته و گاه با پرداخت مبالغی قابل توجه همراه است. به عنوان مثال، شرکت سامسونگ مالک بیش از ۴۰۰۰ ثبت اختراع (patent) مرتبط با استاندارد H.265 بوده و پاناسونیک نیز بیش از ۱۰۰۰ اختراع ثبت شده در زمینه فناوری‌های مبتنی بر استاندارد H.264 دارد.

کدک AV1 از ابتدا با این هدف طراحی شده است تا به صورت آزاد و رایگان در اختیار همه قرار داشته باشد. این کدک توسط نهادی به نام AOMedia یا “اتحاد برای رسانه آزاد” توسعه یافته است. نهادی غیرانتفاعی که با هدف توسعه فناوری‌های متن‌باز و رایگان در زمینه ارائه محتوای چندرسانه‌ای در سال ۲۰۱۵ توسط ابرشرکت‌هایی همچون آمازون، سیسکو، گوگل، اینتل، مایکروسافت، موزیلا و نت‌فلیکس تشکیل گردید. حمایت و مشارکت بازیگران بزرگ دنیای فناوری از این کدک می‌تواند به نوعی تضمین‌کننده موفقیت و آزاد ماندن آن باشد. اتفاقی که با توجه به پیچیدگی‌های مربوط به این فناوری، بدون اتکا به پشتوانه‌ عظیم پتنت‌ها و قدرت حقوقی این شرکت‌ها غیرممکن خواهد بود.

البته این کدک جدید برای کسب موفقیت و تثبیت جایگاه خود در دنیا، علاوه بر رایگان و متن‌باز بودن بایستی از نظر کارایی و کیفیت نیز برتری‌ قابل توجهی نسبت به فناوری‌های موجود داشته باشد. متخصصین AOMedia ادعا می‌کنند که AV1 نسبت به کدک‌های H.265/HEVC با ارائه کیفیت تصویر مشابه، حدود ۳۰ درصد از نظر فشرده‌سازی بهتر عمل می‌کند. بدین معنی که حجم داده‌های نگهداری شده برای یک ویدیوی ۴K به کمک کدک AV1 نزدیک به ۳۰ درصد از حجم فایل مربوط به همان ویدیو با کدک HEVC کم‌تر است. البته نتایج آزمایش‌های صورت گرفته توسط محققین دانشگاه واترلو حاکی از آن است که برای یک ویدیوی نمونه با کیفیت ۴K، کدک AV1 قادر بوده است تا با نرخ‌بیت ۹.۵ درصد پایین‌تر، کیفیت تصویری هم‌سطح با HEVC را ارائه نماید. وب‌سایت AndroidAuthority نیز یک ویدیو را با ۳ کدک HEVC ،AV1 و AVC فشرده‌سازی کرده و نتایج به دست آمده را در مقاله‌ای با همین مضمون منتشر نموده است. این آزمایش نشان می‌دهد که دو استاندارد AV1 و HEVC از نظر قدرت فشرده‌سازی و کیفیت تصاویر بازسازی شده اختلاف چشم‌گیری با هم ندارند.

یک کدک رایگان با قدرت فشرده‌سازی بالاتر نسبت به استاندارد H.265/HEVC – که متن‌باز و رایگان نیست – بسیار جذاب به نظر می‌رسد. اما همه چیز به اینجا ختم نمی‌شود. در کنار این مزایا، کدک AV1 از یک ایراد مهم رنج می‌برد. عملیات رمزگذاری (encoding) ویدیوها با این کدک نسبت به دیگر کدک‌های متداول فعلی همچون H.264 و H.265 کندتر انجام می‌شود. به طوری که زمان لازم برای کدگذاری نرم‌افزاری یک ویدیو با AV1 تقریبا ۲ برابر H.265/HEVC است. البته این مشکل ممکن است به مرور زمان و با توسعه ابزارهای کدگذاری بهینه‌تر، کم‌رنگ‌تر شده و حتی مرتفع گردد. به خصوص که هنوز ابزارهای کدگذاری مبتنی بر کدک AV1 برای استفاده توسط عموم به صورت نهایی و رسمی عرضه نگردیده‌‌اند. انتظار می‌رود که با گذشت زمان نرم‌افزارهای کارآمدتر و بهینه‌تری برای این کدک ارائه گردیده و با پشتیبانی از این کدک در سطح سخت‌افزار، سرعت عملیات کدگذاری به میزان قابل توجهی بهبود یابد.

در هر صورت به نظر می‌رسد که AV1 به خوبی مورد حمایت و استقبال شرکت‌های بزرگ فعال در زمینه پخش آنلاین ویدیو و ارائه محتوای چندرسانه‌ای قرار گرفته است. به عنوان مثال YouTube از سال جاری میلادی (۲۰۲۰) پخش ویدیو بر مبنای کدک AV1 را به صورت محدود آغاز نموده است. اپلیکیشن یوتیوب برای Android TV از نسخه ۲.۱۰.۱۳ که در اوایل سال ۲۰۲۰ منتشر شده است، امکان پخش ویدیوهای AV1 را دارد. شرکت Netflix هم از ۴ سال پیش با حمایت از این کدک اعلام نموده بود که انتظار دارد یکی از اولین بهره‌برداران AV1 باشد. این شرکت بالاخره در فوریه سال ۲۰۲۰ میلادی استفاده از کدک AV1 را برای پخش آنلاین برخی از ویدیوها روی سیستم‌عامل اندروید آغاز نمود. به کارگیری این کدک جدید توسط Netflix موجب ۲۰ درصد فشرده‌سازی بهتر و در نتیجه به همین میزان مصرف پهنای باند کم‌تر برای پخش آنلاین ویدیوهای این تلویزیون اینترنتی می‌گردد. همچنین شرکت فیسبوک به دنبال انتشار نتایج خوب حاصل از آزمایش‌های خود روی کدک AV1 و نرم‌افزار کدگذاری توسعه یافته توسط این شرکت، اعلام نموده است که به محض شروع پشتیبانی از این کدک ویدیویی توسط مرورگرهای اینترنتی، استفاده از آن را برای پخش آنلاین ویدیوها آغاز خواهد نمود. علاوه بر این، شرکت‌های بزرگ دیگری از جمله Twitch و iQIYI (یک سرویس استریمینگ محبوب چینی) نیز به صورت رسمی خبر از برنامه‌های خود برای استفاده از این کدک ویدیویی داده‌اند.

یکی از مهم‌ترین عوامل موثر بر موفقیت هر کدک ویدیویی، پشتیبانی نرم‌افزارهای پرکاربرد از آن است. به لطف حمایت اغلب شرکت‌های مهم دنیای فناوری از AV1، در حال حاضر این کدک توسط بسیاری از نرم‌افزارهای محبوب بین‌المللی پشتیبانی می‌شود. از مهم‌ترین و نام‌آشناترین این نرم‌افزارها می‌توان به PotPlayer ،Bitmovin ،MediaInfo ،GStreamer ،VLC media player ،Opera ،Microsoft Edge ،Google Chrome ،Mozilla Firefox و Google Duo اشاره نمود.

H.266/VVC: میراث‌دار کدک‌های سنتی خانواده H.26x و MPEG

استاندارد فشرده‌سازی ویدیویی VVC (Versatile Video Coding) که تحت نام‌های H.266 و MPEG-I Part3 نیز شناخته می‌شود، توسط تیم‌هایی از متخصصین نهادهای بین‌المللی ISO، IEC و ITU-T توسعه یافته است. استاندارد کدک VCC در واقع برای جایگزینی HEVC یا همان H.265 به عنوان یک استاندارد بین‌المللی برای کدک‌های ویدیویی در نظر گرفته شده است. اولین بار در اواخر سال ۲۰۱۷ میلادی فراخوان رسمی در ارتباط با ارائه پیشنهادات تخصصی برای این استاندارد داده شد. در سال ۲۰۱۸ پیشنهادات دریافتی ارزیابی گردیده و اولین پیش‌نویس این استاندارد تهیه گردید. تا این‌که سرانجام در ماه ژوئیه سال جاری میلادی (سال ۲۰۲۰) استاندارد نهایی تکمیل گردید.

مشخصات تعیین شده در استاندارد نهایی تاکید دارد که کدک‌های مبتنی بر این استاندارد بایستی بدون کاهش کیفیت تصویر، در فشرده‌سازی ویدیوها بین ۳۰ تا ۵۰ درصد نسبت به کدک‌های HEVC بهتر عمل کنند. یا به عبارت دیگر یک کدک VVC بایستی در یک کیفیت مشخص، ویدیوها را با حداقل ۳۰ درصد نرخ‌بیت پایین‌تر کدگذاری نماید. این خصوصیت در صورتی‌که به دقت محقق شود، تاثیر به‌سزایی بر کاهش اندازه فایل‌هایی ویدیویی و پهنای باند مورد نیاز برای انتقال آن‌ها خواهد داشت. به عنوان مثال، ذخیره‌سازی ۶۰ ثانیه ویدیوی ۴K روی یک گوشی‌ آیفون در حالت ۳۰ فریم‌برثانیه و با کدک HEVC، به حدود ۱۷۰ مگابایت فضا نیاز دارد. درحالی‌که از نظر تئوری همین ویدیو در صورت فشرده‌سازی به کمک یک کدک VVC تنها اندازه‌ای معادل ۱۱۹ مگابایت خواهد داشت. از دیگر مشخصات و نیازمندی‌های تعیین شده برای این استاندارد می‌توان به پشتیبانی از رزولوشن‌های ۴K تا ۱۶K، ویدیوهای ۳۶۰ درجه، SNR، عمق بیت تا ۱۶ بیت در هر جزء، HDR با بیش از ۱۶ stops و همچنین قابلیت پشتیبانی از فشرده‌سازی Lossless اشاره نمود. در صورت تحقق مطلوب تمام این موارد در کدک‌های نهایی، می‌توان این استاندارد را جانشینی برحق و میراث‌داری شایسته برای خانواده کدک‌های سنتی MPEG دانست.

از آن‌جا که به‌کارگیری VVC نیازمند پشتیبانی در سطح سخت‌افزار است، تا زمانی که دوربین‌ها و دیگر دستگاه‌های الکترونیکی مربوطه از آن پشتیبانی ننمایند، شاهد استفاده گسترده از آن در سطح بین‌المللی نخواهیم بود. یکی از نکات مبهم در مورد این استاندارد، وضعیت دریافت لایسنس و مجوز استفاده از آن برای کاربردهای تجاری‌ است. این در حالی‌ست که H.265/HEVC به عنوان نسل قبلی این خانواده استانداردها از شرایط پیچیده‌ای در خصوص مجوز بهره‌برداری و حق ثبت اختراع رنج می‌برد. وضعیتی که موجب گردید این استاندارد با وجود مشخصات فنی خوب، آن‌چنان که انتظار می‌رفت همه‌گیر نگردیده و از استقبال جامع تولیدکنندگان و توسعه‌دهندگان بهره‌مند نشود. در طراحی استاندارد VVC سعی شده است تا از مواجهه با این مشکل اجتناب گردد. حال بایستی صبر نمود و دید که آیا این تلاش‌ها در عمل به نتیجه خواهد رسید یا خیر. کدک‌ VVC قرار است تا انتهای سال ۲۰۲۰ به طور رسمی عرضه شود.

EVC: جایگزینی برای HEVC

کدک ویدیویی Essential Video Coding یا به اختصار EVC — که تحت نام MPEG-5 EVC نیز شناخته می‌شود – جایگزینی برای H.264/AVC و H.265/HEVC به شمار می‌رود. این کدک کارایی و خصوصیات فنی مشابهی با HEVC را ارائه می‌نماید. با این تفاوت که از نظر پیچیدگی‌های مربوط به امور لایسنس و حقوق ثبت اختراع، شرایط به مراتب بهتری دارد. کدک EVC در قالب ۲ پروفایل عرضه می‌شود. یک پروفایل پایه که رایگان بوده و یک پروفایل اصلی با ابزارهای پیشرفته که نیازمند تهیه مجوز (license) است. پروفایل پایه شامل فناوری‌های است که ذاتا رایگان بوده یا به دلیل قدمت بیش از ۲۰ سال، نیازی به تهیه مجوز ندارند. این پروفایل از نظر کارایی عملکردی مشابه کدک‌ AVC داشته اما از نظر قدرت فشرده‌سازی حدود ۳۰ درصد بهتر عمل می‌کند. درحالی‌که پروفایل اصلی را از نظر کارایی می‌توان در سطح HEVC رده‌بندی نمود. با این تفاوت که قادر است ویدیوها را با ۲۶ درصد نرخ‌بیت پایین‌تر فشرده‌سازی نماید. پروفایل اصلی از پروفایل پایه به طور کامل مجزا گردیده تا در صورت نیاز بتوان با غیرفعال کردن آن از مشکلات مربوط به تهیه مجوز اجتناب نمود. بدین ترتیب فرآیند تهیه مجوز بهره‌برداری یا اکتفا به پروفایل رایگان بسیار ساده و کم دردسر به نظر می‌رسد. البته هنوز مشخص نیست که تهیه پروفایل اصلی EVC چه‌قدر هزینه در پی خواهد داشت.

در سال ۲۰۱۹ میلادی طرح پیشنهادی ارائه شده از سوی شرکت‌های سامسونگ، هواوی و کوآلکام به عنوان مبنای استاندارد EVC برگزیده شد. پیش‌نویس نهایی این استاندارد نیز در آگوست ۲۰۲۰ منتشر گردید. مشخصات و نیازمندی‌های کدک‌های ویدیویی مبنی بر استاندارد EVC در این سند تعیین گردیده‌اند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به پشتیبانی از رزولوشن تصویر VGA تا ۴K و ۸K، طیف رنگی گسترده، HDR، عمق بیت تا سطح ۱۶ بیت در هر جزء، اسکن پیش‌رونده و همچنین پشتیبانی از نرخ فِرِیم ثابت و متغیر اشاره نمود. با توجه به این‌که EVC برای پیاده‌سازی نیازمند پشتیبانی در سطح سخت‌افزار است، آغاز استفاده گسترده و بین‌المللی از آن زمان‌بر بوده و وابستگی زیادی به حمایت تولیدکنندگان سخت‌افزار و شرکت‌های اثرگذار در دنیای فناوری دارد.

LCEVC: یک کُدِک مکمل و بهبوددهنده برای سرویس‌های پخش آنلاین

کدک LCEVC عضوی جدید از خانواده استانداردهای MPEG-5 محسوب می‌شود. این استاندارد با هدف بهبود کدگذاری ویدیویی برای سرویس‌های مرتبط با پخش آنلاین ویدیو مانند Twitch ،Youtube، شبکه‌های آنلاین خبری، تلویزیون‌های اینترنتی و شبکه‌های اجتماعی توسعه یافته است. نکته جالب در مورد LCEVC، رویکرد متفاوت آن در کدگذاری ویدیویی نسبت به دیگر کدک‌های ویدیویی مورد اشاره در این مطلب است. کاری که این کدک انجام می‌دهد آن است که یک کدک موجود مانند VVC،AVC ،HEVC یا EVC را گرفته و کارایی را بهبود می‌بخشد. بنابراین LCEVC به جای این‌که یک استاندارد جدید برای جایگزینی استانداردهای قبلی باشد، نقشی مکمل و بهبوددهنده را برای کدک‌های قدیمی، فعلی یا حتی آینده ایفا می‌کند.

تصویری از منطق عملکرد کدک LCEVC، روی وب‌سایت رسمی آن

کدک‌های سنتی تصاویر ویدیویی را در قالب یک استریم واحد، کدگذاری و کدگشایی می‌کنند. در صورتی که LCEVC از ساختاری مبتنی بر استریم‌های چندگانه بهره گرفته و با افزودن ۱ یا ۲ لایه بهبوددهنده به ویدیوی کدگذاری شده پایه، کارایی و کیفیت را ارتقاء می‌بخشد. اتفاقی که در عمل رخ می‌دهد بدین ترتیب است که یک ویدیوی پایه با رزولوشن پایین‌تر که توسط یکی از کدک‌های موجود و متداول کدگذاری شده است، دریافت شده و لایه‌های کدگذاری شده دیگری از اطلاعات باقیمانده در مورد تصویر به آن افزوده می‌شود. این رشته‌های تکمیلی، با اصلاح عناصر موجود در تصویر موجب بهبود کیفیت و ارتقای رزولوشن می‌شوند. این فرآیند به طور کامل در سطح نرم‌افزار انجام گردیده و این کدک نیازی به پشتیبانی در سطح سخت‌افزار ندارد. همین مساله موجب خواهد شد تا بهره‌گیری از آن با سرعت و سهولت بالاتری امکان‌پذیر بوده و این استاندارد شانس بیش‌تری برای موفقیت در دنیای فناوری و صنعت پخش آنلاین ویدیو داشته باشد. رویکرد ویژه LCEVC این امکان را فراهم خواهد آورد تا شرکت‌ها یک‌بار نسبت به توسعه و پیاده‌سازی کدک‌های سخت‌افزاری اقدام نموده و سپس با استفاده از کدک‌های بهبود دهنده نرم‌افزاری، آن‌ها را ارتقا دهند. روشی که بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر از رویکرد سنتی تعویض و جایگزینی تجهیزات سخت‌افزاری است. قابلیت LCEVC در استفاده از سخت‌افزارهای گرافیکی استاندارد، ماهیتی ساده و سبک‌وزن به آن می‌بخشد که اجازه می‌دهد تا این فناوری به شکلی آسان و موثر در سطح نرم‌افزار یا اپلیکیشن پیاده‌سازی شود.

بهره‌گیری از LCEVC در کنار کدک‌های موجود موجب افزایش جزئیات و شفافیت تصویر گردیده و در عین حال بار پردازشی، میزان حافظه مورد نیاز و زمان لازم برای انجام عملیات کدگذاری را کاهش می‌دهد. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که این کدک قادر است تا ضمن بهبود کیفیت تصویر، ویدیوها را تا ۴۰ درصد بیش‌تر فشرده‌سازی نموده و در شرایط یک‌سان، عملیات کدگذاری را ۲ تا ۴ برابر سریع‌تر انجام دهد. در نتیجه استفاده از LCEVC اجازه خواهد داد تا به عنوان مثال در جایی که پیش از این پخش آنلاین ویدیو با کیفیت HD یا Full HD امکان‌پذیر بود، بتوان کیفیت ویدیو را تا سطح ۴K ارتقا بخشید. برای کسب اطلاعات بیش‌تر در مورد نحوه عملکرد این کدک ویدیویی، پیشنهاد می‌کنیم به وب‌سایت رسمی آن مراجعه فرمایید.

اولین بار در ماه اکتبر سال ۲۰۱۸ گروه MPEG ضمن انتشار نیازمندی‌های فنی مربوطه به MPEG-5 Part 2 یا همان LCEVC، اقدام به اعلام فراخوان رسمی برای ارائه پیشنهادات در خصوص این استاندارد نمود. از جمله نیازمندی‌های اعلام شده برای این استاندارد می‌توان به پشتیبانی از رزولوشن VGA تا ۴K و ۸K، طیف رنگی گسترده، HDR، عمق بیت تا سطح ۱۶ بیت در هر جزء، اسکن پیش‌رونده و همچنین پشتیبانی از نرخ فِرِیم ثابت و متغیر اشاره نمود. پس از ارزیابی پیشنهادات دریافتی، فناوری شرکت V-Nova با نام Perseus Plus به عنوان مبنای LCEVC برگزیده شده و پیش‌نویس اولیه این استاندارد بر همان اساس در سال ۲۰۱۹ تنظیم گردید. سرانجام به تازگی و در اواخر ماه اکتبر ۲۰۲۰ این فناوری نهایی‌سازی شده و به صورت رسمی توسط نهاد ISO به عنوان استاندارد بین‌المللی MPEG-5 Part 2 LCEVC انتشار یافت. بهره‌گیری از این کدک نیازمند دریافت مجوز و پرداخت هزینه‌های مربوط به آن خواهد بود. ساختار مجوزدهی و هزینه‌های مربوط به آن هنوز به صورت رسمی اعلام نگردیده است. آقای Guido Meardi مدیر اجرایی و یکی از بنیان‌گذاران V-Nova طی گفتگویی با TVTechnology در این خصوص می‌گوید: «قصد ما این است که در اولین فرصت پس از انتشار نهایی استاندارد، هزینه‌‌های مربوط به مجوز بهره‌برداری از آن را اعلام نماییم.» اون همچنین می‌افزاید: «انتظار می‌رود که ساختار مجوزدهی (licensing) آن واضح، شفاف و دستیابی‌پذیر باشد تا امکان بهره‌برداری سریع و گسترده از آن توسط بازیگران بازار را فراهم نماید.»

برچسب ها :
mobile.ir

درباره آریا پارسا

چند ساله که برنامه نویسی می کنم. به دنیای دیجیتال و وب بسیار علاقه مندم و سعی می کنم هر روز در دیجی وبی مطالب مفیدی را برای شما دوستان ارسال کنم.

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *