درباره فرمت فشرده سازی و کدگذاری H 264 و H 265

هر موقع که فیلم یا سریالی را دانلود می‌کنید، به تماشای یک فیلم بلوری می‌نشینید و یا ویدئوهای اینترنتی را مشاهده می‌کنید، به احتمال زیاد ویدئویی که می‌بینید با استاندارد H.264 کدگذاری شده است.

به طور کلی تمام ویدئوهایی که با آن‌ها سروکار داریم، از قبل به نحوی فشرده شده‌اند تا برای مصارف معمول حجم معقولی داشته باشند. از ویدئوهای بدون افت کیفیت (Lossless) تنها در مصارف خاصی مانند ساخت فیلم در استودیو‌های فیلم‌سازی استفاده می‌شود. جالب است بدانید هر دقیقه از یک ویدئوی فشرده‌ نشده‌ی فول اچ‌دی، ۷ گیگابایت فضا اشغال خواهد کرد و بنابراین یک فیلم دو ساعته در صورتی که فشرده نشده باشد ۸۴۰ گیگابایت حجم خواهد داشت.

قبل از اینکه به معرفی استاندارد جدید و مقایسه‌ی آن با استاندارد قدیمی بپردازیم، بهتر است ابتدا ببینیم کدگذاری ویدئویی به چه معنا است و با اصطلاحات مربوط به استانداردهای فشرده‌سازی ویدئو بهتر آشنا شویم.

فرمت‌های کدگذاری ویدئو

فرمت‌های کدگذاری بر روی ویدئو (video coding format) که با نام «استانداردهای فشرده‌سازی ویدئویی» نیز شناخته می‌شوند، قالب‌هایی برای ارائه، ذخیره‌سازی و یا انتقال محتوای دیجیتال هستند. مثال‌هایی از فرمت‌های کدگذاری عبارتند از MPEG-2 Part 2, MPEG-4 Part 2, H.264 (MPEG-4 Part 10), HEVC, Theora, Dirac, RealVideo RV40, VP8, و VP9. باید به این نکته توجه داشت که این فرمت‌های کدگذاری تنها برای ویدئو هستند و فایل‌های صوتی را نمی‌توان به وسیله‌ی آن‌ها فشرده کرد.

ویدئویی که توسط یکی از این استاندارد‌ها کدگذاری شود، باید همراه با یک فایل صوتی که با استاندارد مربوط به خودش کدگذاری شده است، در یک «ظرف حمل محتوای دیجیتال» یا کانتِینر بسته‌بندی شود.

فشرده سازی H.264 چگونه کار می کند؟

برای فشرده سازی فایل ها، کدک به دنبال فایل ها یا فریم های غیر ضروری  می گردد و آنها را کاهش داده یا حذف می کند بدون آنکه تغییر چشمگیری در نسخه نهایی فایل ایجاد کند. این فرآیند به طور خودکار توسط سیستم دوربین مداربسته شما انجام می شود، اما اغلب این امکان برای شما وجود دارد که به طور دلخواه از هر کدام از روش های فشرده سازی استفاده کنید که شامل روش های فشرده سازی H.264 ،H.265+ ،H.265 , H264+ و… می باشند.

هدف اصلی کدک H.264 این است که استانداردی را ایجاد کند که قادر به ارائه تصویر با کیفیت خوب و با حجم پایین تری از استانداردهای قبلی باشد. فشرده سازی H.264 یک روش فشرده سازی بسیار کارآمد بوده و با جمع آوری گروه های کوچکی از فریم ها و ارزیابی آنها به صورت یک مجموعه، محتوای تکراری در هر فریم را از بین می برد. فشرده سازی H.264 تا 50 درصد کمتر از MPEG-4، برای انتقال تصاویر با کیفیت و با ویژگی های مشابه پهنای باند را اشغال می کند.

کاربردهای فشرده سازی H.264

فشرده سازی ویدئویی ابزار ارزشمندی است. علی الخصوص در زمانی که سیستم دوربین مداربسته شما با مشکل محدودیت پهنای باند و فضای ذخیره سازی ( هارد ) مواجه باشد. با فشرده سازی فایل های ویدئویی سیستم شما می تواند به راحتی فایل های فشرده شده را از طریق شبکه بدون هیچگونه تاخیری ارسال نماید. علاوه بر این فایل های فشرده شده بر روی هارد دیسک فضای کمتری اشغال می کنند، و این امکان فرآهم می گردد که تصاویر بیشتری را ذخیره کنید یا فایل ها را برای مدت زمان بیشتری نگه دارید.

 روش فشرده سازی H.265

با ارائه رزولوشن ۴K در دوربین های عکاسی، فیلمبرداری و سیستم های نظارت تصویری، موضوع فضای ذخیره سازی و همچنین پهنای باند برای انتقال این تصاویر به معضل اصلی کمپانی های سازنده تبدیل شده است.

این معضل بیش از همه در سیستم های دوربین مداربسته نمود پیدا کرده، بطوری که با ورود دوربین های تحت شبکه ۵, ۸ و ۱۲ مگاپیکسل به بازار، تامین پهنای باند و همچنین فضای ذخیره سازی مورد نیاز، هزینه های زیادی را به کاربران تحمیل نموده است.

درحال حاضر فرمت فشرده ساز HEVC یا همان H265, به فرشته نجات تولیدکنندگان و کاربران این سیستم ها تبدیل شده و کمپانی های معتبر دنیا محصولات جدید خود را در نمایشگاه IFSEC 2015 لندن ، با پشتیبانی از این فرمت عرضه نموده اند.

H.265 مخفف High Efficiency Video Coding ورژن ۲۶۵ و به معنی کدگذاری ویدیویی پربازده (HEVC) می باشد. H.265 یکی از استانداردهای فشرده سازی تصاویر می باشد که اخیرا جایگزین نسل قبلی خود یعنی H.264 شده است.

این استاندارد نسبت به نسل قبلی خود دارای نرخ فشرده سازی تا ۲ برابر بیشتر در همان سطح کیفیت می باشد یا می تواند کیفیت تصویر را با همان نرخ بیت افزایش دهد. این استاندارد فشرده سازی از تصاویر تا رزولوشن ۸۱۹۲×۴۳۲۰ پشتیبانی می کند و به راحتی از دوربین های مداربسته ۴K و ۸K پشتیبانی می کند.

حجم داده ها و استانداردهای ذخیره سازی یکی از دغدغه های مهم شرکت ها در طراحی و ساخت دستگاه های ذخیره سازی تصاویر دوربین مداربسته می باشد. با استفاده از این استاندارد فشرده سازی می توان تصاویر را با نصف حجم فعلی استاندارد H.264 ذخیره کرد و تصاویر را با زمان بیشتر بر روی دیسک سخت ذخیره نمود.

فرمت H.265 و H.265+ به زودی جایگزین فرمت قبلی فشرده سازی خواهد شد و اکثر دوربین های مداربسته ، دستگاه های ذخیره سازی تصاویر مداربسته مانند دستگاه های DVR و NVR به این استاندارد جدید مجهز خواهند شد.

در حال حاضر کیفیت تصویر ارائه شده توسط دستگاه های ذخیره سازی تصاویر مداربسته با استاندارد H.265 نسبت به نسل قبلی خود یکسان می باشد اما حجم تصاویر آنها تا ۵۰ درصد نسبت به نسل قبلی افزایش پیدا کرده است و این کاهش حجم کمک زیادی را به فناوری تحت شبکه که حجم تصاویر به دلیل کیفیت بالا زیاد می باشد ، کرده است و ذخیره سازی و بازبینی تصاویر را آسانتر کرده است.

در حال حاضر برخی از تجهیزات نظارتی به این فناوری مجهز شده اند اما پیش بینی می شود به زودی دوربین مداربسته و تجهیزات ذخیره سازی شرکت های مختلف به این فناوری جدید مجهز شوند و زمان ذخیره سازی تصاویر مداربسته را افزایش دهند.

تفاوت H.264  و  H.265 چیست؟

نتیجه مقایسه فشرده ساز H265 را با کدک H264 را در تصویر زیر مشاهده می کنید.

همانگونه که ملاحظه می کنید، میزان فشرده سازی با H.265 در رزولوشن ۲ مگاپیکسل و نرخ ۳۰ فریم، حدود ۶۰ درصد بیشتر از H.264 است.این میزان در ۲ مگاپیکسلِ ۶۰ فریم و ۳ مگاپیکسلِ ۳۰ فریم به حدود ۳۵ درصد کاهش پیدا می کند. اما در رزولوشن های ۵ و ۸ مگاپیکسل مجددا شاهد قدرت نمایی H265 با حدود ۵۰ درصد فشرده سازی بیشتر، هستیم.

فشرده سازی H.265 با هدف کاهش دو برابری حجم تصاویر ویدئویی در مقایسه با روش قبلی (H.264) ایجاد شد. با وجود اینکه حجم تصاویر فشرده شده وابسته به میزان حرکت و نوع تصاویر ویدئویی است اما روش فشرده سازی H.265 عموما میتواند تصاویر را تا دو برابر فشرده کند. پس اشاره به دو نکته در اینجا حائز اهمیت است:

• روش H.265 میتواند نسبت به H.264 ویدئوها را تا دو برابر بیشتر فشرده کند
• در صورتی که فایل های خروجی با اندازه ثابت با هر دو روش فشرده شوند کیفیت تصویر در ویدئوی فشرده شده با H.265 به مراتب بالاتر خواهد بود.

جدول مقایسه روش های H.264 و H.265 با توجه به اندازه فایل ها

چه دستگاه های دوربین مداربسته از H265  و  H265+ استفاده می کنند؟

بعد از سال 2016 شرکت های مطرح تولید کننده با ارائه دوربین های HD و Full HD با مشکل پهنای باند و حجم بالای تصاویر مواجه شدند و برای رفع این معضل اقدام به طراحی و عرضه دستگاه های H265  و H265+ نمودند . دستگاه های ذخیره ساز داهوا , هایک ویژن , سامسونگ , پاناسونیک , بوش , مکسرون و . . . هم اکنون به این تکنولوژی تاثیر گذار مجهز شده اند.