فرمت فشرده‌سازی یا کدک +H.265 proدر دوربین‌های مداربسته چیست؟

من ترجیح می‌دهم آنرا H.265 بنامم چون جذاب‌تر به نظر می‌آید اما نام کامل آن High Efficiency Video Coding یا به صورت مخفف HEVC به معنای فرمت فشرده‌سازی ویدئو با کارایی بالاست. این تکنولوژی یک جانشین جدید برای Advanced Video Coding یا AVC به معنای فشرده‌سازی ویدئو پیشرفته که به H.264 معروف است و یکی از رویه‌های فشرده‌سازی است که در Blu-ray مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌باشد.

ایده HEVC یا همان H.265 در واقع حفظ سطح کیفیت مانند AVC یا همان H.264 است اما با فشرده‌سازی بهتر، بنابراین دیتای کمتری برای ذخیره‌سازی وجود خواهد داشت. این عامل یکی از مهم‌ترین عوامل در استفاده از کیفیت ۴K/Ultra HD ، ۴KBlu-ray  و … است.

اما آیا این کافیست؟ و اصولا این کدک چگونه کار می‌کند؟

فشرده‌سازی (خوبی‌ها، بدی‌ها و کیفیت از دست رفته)

حجم اطلاعاتی که از یک دوربین حرفه‌ای HD دریافت می‌شود بسیار  زیاد است. هیچ راه رضایت‌بخشی برای انتقال این اطلاعات و دیتاها به سیستم‌های ذخیره‌سازی شما وجود ندارد. به جای این کار، ویدئو فشرده‌سازی می‌شود و حجم اطلاعات به یک مقدار قابل مدیریت تبدیل می‌شود.

راه‌های زیادی برای این کار وجود دارد. یکی از ساده‌ترین راه‌حل‌ها کاهش کیفیت ویدئوهاست. در بعضی موارد کاهش کیفیت ویدئو مشکلی ایجاد نمی‌کند. به کیفیت بیشتر ویدئوهای یوتیوب نگاه کنید. کیفیت پایینی دارند، موافقید؟اغلب اوقات این کیفیت بد به خاطر فشرده‌سازی ویدئو – چه قبل از آپلود و چه در طول آپلود است. فشرده‌سازی‌های سنگین ممکن است به لحاظ تکنیکی رزولوشن را حفظ نماید. اما تصویر پیکسل پیکسل به نظر برسد. مانند تصویر زیر محوتر، همراه با نویز بیشتر .

عکس

اما برای ویدئوها و تصاویر دوربین‌های امنیتی این کار اصلا مناسب نیست.

بنابراین انتخاب بعدی استفاده از فشرده‌سازی “بهتر” در مقابل فشرده‌سازی ” بیشتر” است. در این مورد، به جای فشرده‌سازی “بهتر” می‌توانید به فشرده‌سازی” هوشمند‌تر” نیز فکر کنید. در این نوع فشرده‌سازی، بدون قربانی‌کردن کیفیت به کم کردن حجم دیتا و یا حفظ کیفیت اصلی ویدئو اقدام می‌کنیم.

هرچند سال یکبار قدرت پردازش به اندازه کافی بهبود پیدا کرده است که اجازه دهد پردازشگرها از الگوریتم‌های فشرده‌سازی قویتری استفاده کنند و فشرده‌سازی بیشتر دیتا بدون کم کردن کیفیت تصویر انجام شود.

این تفاوت بین فشرده‌سازی” بیشتر” و ” بهتر” بسیار مهم است. در واقع این دو اصطلاح قابل به کارگیری به جای یکدگر نیستند. شما می‌توانید مقدار دیتای مورد نیاز برای یک سیگنال را با فشرده‌سازی کاهش بدهید و تصویر را به یک تصویر زشت ( فقط در حالت فشرده‌سازی ” بیشتر” ) تبدیل کنید یا از یک تکنیک فشرده‌سازی کارآمدتر (فشرده‌سازی “بهتر”) استفاده کنید.

اجازه دهید با یک مثال توضیح دهیم: فرض کنید شما یک سبد میوه دارید و نیاز داریدکه ۱۰۰ عدد سیب در درون آن قرار دهید. شما می‌توانید با فشرده‌سازی” بیشتر” این کار را انجام دهید که نتیجه آن داشتن سیب‌های له شده در حد سس است. یا فشرده‌سازی “بهتر” که در واقع پیدا کردن راهی برای جابه‌جایی و فیت کردن آنها در داخل سبد و در نتیجه حفظ شکل سیب است. در این حالت سعی می‌کنید فضاهای خالی را کاملا پر کنید.

  • فشرده‌سازی بیشتر: سیب‌های له شده
  • فشرده‌سازی بهتر: سیب بیشتر در همان فضا و حفظ شکل سیب

همان‌طور که در این مثال خوشمزه مشاهده کردید، فشرده‌سازی “بیشتر” راحت‌تر است اما فشرده‌سازی: بهتر” به تفکر و تکنولوژی بهتری نیاز دارد.

ورود H.265

هرچقدر حجم دیتا در HD بالاست، این مقدار در ۴K بسیار بیشتر است. درحالی‌که ما به ایده استتفاده از مزایای H.264 عادت می‌کردیم، گروه متخصصان تصاویر متحرک و بخش استانداردسازی ارتباطات اتحادیه بین‌المللی ارتباطاتITU-T ،با نگاه به آینده شروع به کار بر روی نسل بعدی فشرده‌سازی ویدئو کرده بودند.

برای جلوگیری از ایجاد هرج‌ومرج در پیشرفت‌های کوچک اما به تعداد زیاد، هر زمان که یک استاندارد جدید فشرده‌سازی معرفی می‌شود، باید یک تغییر قابل‌توجه باشد. قانون کلی این است که با هرجهش تکنولوژیک میزان حجم اشغال شده با حفظ کیفیت باید نصف نسل قبل‌تر از خود باشد (یا کیفیت بهتر در نرخ انتقال ثابت)

عکس

چطور این کار را انجام می‌دهد؟ به طور عمده با گسترش و بهبود نحوه‌کار AVC(و سایر تکنیک‌های فشرده‌سازی قبل از آن)

در مرحله اول: این تکنولوژی فریم‌های مختلف را با هم مقایسه می‌کند تا بررسی کند آیا تغییری در فریم‌ها رخ داده است یا خیر. در بیشتر صحنه‌های یک شو تلویزیونی یا فیلم، تعداد زیادی از فریم‌ها خیلی تغییر نمی‌کنند. به صحنه‌ای فکر کنید که در آن شخصی در حال صحبت کردن است. عمدتا سر در حال تکان خوردن است‌ و پس‌زمینه در بیشتر فریم‌ها تغییر نمی‌کند. در چنین حالتی، بیشتر پیکسل‌هایی که نمایانگر چهره فرد هستند تغییرات اساسی ندارند(در مقایسه با لب‌ها). بنابراین به جای فشرده‌سازی تمام پیکسل‌ها در تمام فریم‌ها، یک فریم اولیه فشرده‌سازی می‌شود و بعد از آن تنها پیکسل‌هایی که دچار تغییر می‌شوند فشرده‌سازی‌ می‌شوند(به عبارتی پیکسل‌هایی که تغییر نمی‌کنند ضبط نمی‌شوند و به جای آنها پیکسل‌های ثابت همان فریم اولیه که فشرده‌سازی شده بود مورد استفاده قرار می‌گیرد).

HEVC سپس اندازه منطقه‌ای را که برای این تغییرات مورد نظر است، گسترش می‌دهد ” بلوک‌های” بزرگ‌تر و کوچک‌تر اساسا کارایی بالاتری ارائه می‌دهند. آیا تا به حال پیش آمده زمانی که تصویری از صفحه مانیتور محو می‌شود، بلوک‌هایی بر روی آن ببینید؟ البته این بلوک‌ها هیچ ارتباطی به پیکسل ندارد. این بلوک‌ها به دلیل فشرده‌سازی ایجاد می‌شوند اما تاثیر منفی در کیفیت نهایی ندارند. این بلوک‌ها می‌توانند با استفاده از HEVC بزرگ‌تر، کوچک‌تر یا اشکال متفاوتی ایجاد شوند، نسبت به حالت‌های فشرده‌سازی دیگر. برای مثال بلوک‌های بزرگ‌تر کارآمدتر هستند.

عکس

سپس بقیه موارد بهبود پیدا می‌کنند مانند جبران حرکتMotion Compensation یا پیش‌بینی فضا Spatial prediction و… . همه این کارها توسط AVC یا حتی نسل‌های قبل‌تر از آن هم قابل انجام است اما به قدرت پردازش بیشتری نسبت به آنچه از لحاظ اقتصادی در آن زمان امکان‌پذیر بود نیاز دارد.

در طول فاز توسعه، الگوریتم فشرده‌سازی به صورت ابزاری برای مشخص‌شدن میزان کارایی آن مورد آزمایش قرار می‌گیرد. اما علاوه بر این به صورت انسانی نیز توسط کارشناسان حرفه‌ای متخصص در زمینه ویدئو که به مقایسه روشهای فشرده‌سازی و نتایج حاصل از آنها در یک تست به اصطلاح “کور” مورد سنجش قرار می‌گیرند. عنصر انسانی حیاتی است. فقط به این دلیل که کامپیوتر می‌گوید یک سطح از فشرده‌سازی بهتر از‌ دیگری است به این معنی نیست که بهتر از دیگری به نظر می‌آید.

ورود +H.265 و +H.265 pro

همان‌طور که در مقایسه تکنولوژی‌های فشرده‌سازی مختلف در ابتدای مقاله می‌توانید ببینید، میزان فشرده‌سازی همزمان با حفظ کیفیت از‌H.264 تا H.265 pro تغییرات بسیاری داشته است. +H.265 pro می‌تواند به صورت هوشمندانه‌ای نرخ انتقال بیت را بر اساس سناریوهای مختلف تنظیم نماید و می‌تواند عمل فشرده‌سازی فایل ویدئویی را همزمان با حفظ کیفیت انجام دهد. در مقایسه با‌H.265 ، H.265 pro می‌تواند به طور میانگین سایز فایل ویدئویی را تا ۵۰ درصد را کاهش دهد. و +H.265 pro به کاهش سایز فایل ویدئویی تا ۷۵ درصد و حتی بیشتر کمک می‌کند.

در تصویر زیر می‌توانید این موضوع را به وضوح ببینید.

عکس