Product request
You are looking for a solution:
Select an option, and we will develop the best offer
for you
ما فائدة ترميز الفيديو
تُستخدم برامج الترميز في تصوير محتوى الفيديو وتحريره وبثِّه وتشغيله. ولولا هذه التقنية، لبات من المستحيل إرسال المحتوى إلى المشتركين وعقد اجتماعات الفيديو. والغرض من الترميز هو تقليل حجم ملف الفيديو. لذا تعال لنتعمق في التفاصيل ونرى كيفية عمله وسر الأهمية الكبيرة لضغط الفيديو.
لماذا يجب ضغط الفيديو
تشغَل مقاطع الفيديو مساحة أكبر بكثير من الصور والموسيقى، لأنها قد تشمل أيضًا مقطعًا صوتيًا (أو أكثر من مقطع أحيانًا) ومقطع فيديو وترجمات. وبالإضافة إلى كل ذلك، تحتوي البيانات الوصفية للفيديو على معلومات الخدمة وبيانات مزامنة الصوت مع الصورة.
يتكون مقطع الفيديو من إطارات، وكل إطار يتكون وحدات بكسل، وكل بكسل به ثلاث وحدات بكسل فرعية: حمراء وخضراء وزرقاء. حجم لون البكسل الفرعي 8 بت (1 بايت)، ولترميز البكسل في واحد من 16 مليون لون نحتاج إلى 3 بايت. ويتكوَّن الإطار العادي الواحد الذي دقته FullHD من أكثر من 2 مليون بكسل، أي أن الفيلم بأكمله في تلك الحالة سيشغَل مئات الجيجابايت.
مقطع فيديو مدته 90 دقيقة بدقة FullHD ومعدل 24 إطارًا في الثانية يحتاج إلى مساحة 750 جيجابايت بلا أي صوت على الإطلاق.
المصدر: Infomir.store
بل وسنحتاج إلى مساحة أكبر لتخزين مقطع فيديو ذي دقة عالية أو معدل إطارات مرتفع دون ضغط: مثل 4K (4096×2160) أو 8K (7680×4320). وبالتالي لا يصلُح مقطع بهذا الحجم للبث.
وهنا يأتي دور ضغط الفيديو الذي يهدف إلى تحسين كفاءة التخزين والبث عبر الشبكات العادية. ولهذا طرق متنوعة: مثل الخوارزميات الرياضية، والتنبؤ، واقتطاع البيانات الزائدة عن الحاجة، وتقريب القيم المطلقة، ومعالجة الألوان حسب القناة.
يُشار إلى الضغط أحيانًا باسم الترميز، أما العملية العكسية فتُسمى فك تشفير الفيديو أو فك الضغط.
ما هي برامج ترميز الفيديو
الترميز (Codecs) هو أدوات تضم أجهزة وبرامج لتشفير الفيديو، ومصطلح Codec مُشتق من الكلمتين الإنجليزيتين COder/DECoder، بمعنى "أداة التشفير وفك التشفير".
بعد الترميز دون فقدان البيانات، يمكن استعادة البيانات الأصلية بالكامل. لكن ذلك يأتي على حساب معدل الضغط. ويُستخدم هذا النوع من الضغط في تصوير الفيديو والمعالجة اللاحقة.
أما الضغط مع فقد البيانات فهو النوع الذي يُستخدم عند بث محتوى الفيديو إلى أجهزة العملاء: مثل أجهزة التلفزيون، ومشغلات الوسائط، وأجهزة الكمبيوتر، والهواتف الذكية. وكلما كان الضغط أقوى، قلَّت جودة الفيديو وصغُر حجم الملف.
تقطع برامج الترميز البيانات الزائدة على مستويين: داخل الإطار، وعلى مستوى تَتابُع الإطارات.
الضغط داخل الإطار
عند الضغط داخل الإطار، تُعالِج برامج الترميز كل إطار على حدة، في أسلوب أقرب إلى ضغط الصور ذات صيغة JPEG، إذ تعمل الخوارزمية على تقسيم الإطار إلى مكونات الإضاءة واللون، وتقليل مستوى التفاصيل، وتمييز المناطق المتشابهة. وتكون النتيجة ملفًا أصغر كثيرًا، بأقل قدر من فقدان الجودة.
أسلوب برامج الترميز في ضغط البيانات يشبه تحليل الأرقام في الرياضيات: فبدلًا من كتابة 20 صفرًا، يكفي كتابة عدد هذه الأصفار.
الضغط بين الإطارات
في كثير من الأحيان، تبدو الإطارات المتتالية متطابقة تقريبًا، لذا لا داعي إلى الحفاظ على بياناتها كاملةً، وبالتالي تعمل برامج الترميز على إزالة جميع المعلومات المُكرَّرة من الصورة، ولا تترك إلا المناطق المختلفة. وتعمل خوارزميات تعويض الحركة بطريقة مماثلة.
تعتمد طريقة الفرق بين الإطارات على المقارنة بين الإطارات، فلا يضم الملف الناتج إلا الفرق بين الإطارات. أما تقنية تعويض الحركة فتقوم على التنبؤ: فالإطارات المرجعية وحدها هي التي تُخزَّن كاملةً، ويعمل البرنامج على توقُّع الإطارات الواقعة بينها.
ولمعرفة كيف يبدو ضغط ما بين الإطارات، ما عليك سوى إيقاف أي فيديو في أثناء مشهد مليء بالحركة. فإذا لم تُوقفه عند إطار مرجعي، ستلاحظ أن المناطق التي بها أجسام متحركة تبدو ضبابية. والفكرة هي أن العين البشرية لا تستطيع أن تلاحظ ذلك عند تشغيل الفيديو بسرعته العادية.
تاريخ برامج ترميز الفيديو
بدأ تاريخ الضغط الرقمي للفيديو في عام 1988 بإصدار ترميز H.261، والذي اعتمد على تقنية تعويض الحركة، والاستعانة بالإطارات المرجعية السابقة، وضغط الألوان، وترتيب عينات مصفوفات 8×8.
وفي عام 1993، تصدَّر المشهد ترميز MPEG1 الذي اعتمدت تقنيته على الإطارات المرجعية السابقة والتالية للتنبؤ، وكانت تدعم الفيديو ذا دقة HD. صُمِّم معيار MPEG1 للفيديو ذي دقة 352×240، لكنه يدعم دقة تصل إلى 4095×4095 بكسل. ونظرًا لأن MPEG1 لم يدعم إلا المسح التدريجي، فسرعان ما حلَّ محله معيار ترميز أحدث.
فبعد ثلاث سنوات، ظهر واحد من أشهر برامج ترميز الفيديو: معيار MPEG2 الذي استُخدِم في التلفزيون الرقمي والـ DVD. أتاحت تلك التقنية إمكانات جديدة لتشفير الصوت: إذ دعمت ضغط الملفات التي بها ما يصل إلى 6 مسارات صوتية. وحافظ معيار MPEG2 على جودة الفيديو العالية، لكنه لم يقدم الكثير فيما يتعلق بتقنية الضغط لأنه مُصمَّم للأجهزة منخفضة الأداء. كما أنه ما يزال يُستخدَم في البث المباشر وفي قنوات البث الأرضي والفضائي.
وفي عام 1998، خرج معيار MPEG4 للنور، وبفضله بات من الممكن تخزين فيلم مدته 90 دقيقة على قرص CD عادي. تولَّى هذا المعيار معالجة الكائنات ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد في الإطارات، ودَعَم إدارة الحقوق الرقمية (DRM)، وكذلك الصوت والترجمات. ومع ذلك، لم يكن MPEG4 مناسبًا لبث الفيديو بدقة FullHD.
حتى جاء عام 2003، حين بدأ عصر H.264، والذي تستطيع تقنيته أن تضغط الفيديو بكفاءة تبلغ ضِعفي كفاءة MPEG4، فيتيح بث الفيديو بدقة FullHD عبر القنوات الشبكية ذات سرعة 5 ميجابت/الثانية. ورغم أنه يظل من بين معايير الترميز الأكثر شيوعًا في الوقت الحاضر، فإنه ليس بالكفاءة اللازمة فيما يتعلق بضغط الفيديو ذي دقة 4K من أجل بثه، خاصةً عبر شبكات المحمول.
في عام 2020، بلغ متوسط سرعات نقل البيانات 33.7 ميجابت/الثانية على شبكات المحمول، و76.94 ميجابت/الثانية على الشبكات السلكية، وهي سرعات لا تكفي لتشغيل الفيديو بدقة 4K H.264.
المصدر مؤشر: Speedtest Global Index
معايير الترميز المستقبلية
في عام 2012، طوَّر الفريق التعاوني المُشترَك المعني بتشفير الفيديو (Joint Collaborative Team on Video Encoding) معيار ترميز HEVC (H.265)، وهي تقنية قامت على أساس معيار H.264، لكنها قدمت ضغطًا أقوى بمرتين مع الحفاظ على جودة الفيديو نفسها.
وإلى جانب اعتماد معيار HEVC على تقنيات H.264، فإنه يضيف شيئًا جديدًا إلى الساحة: مثل تقنية المعالجة المتوازية التي تتيح معالجة مناطق متعددة من الإطار في وقت واحد.
العيب التقني الوحيد لمعيار H.265 هو كثافة استهلاكه للموارد: إذ يحتاج إلى طاقة معالَجة تزيد بـ 3-5 أضعافٍ على الطاقة التي يحتاج إليها H.264 لتشفير الفيديو وفك تشفيره. حتى الآن لم ينتشر استخدام معيار H.265 على نطاق واسع يضاهي H.264، لكنه يحظى بدعم العديد من أجهزة الاستقبال الرقمي وأجهزة التلفزيون الذكية والهواتف الذكية وغيرها من الأجهزة.
يعمل معيار HEVC على تسريع اعتماد دقة 4K، وربما تكون نسخته المطورة القادمة (Future Video Codec "FVC”) وسيلةً لبث الفيديو بدقة 8K. ويَعِد المطورون بأن الترميز الجديد ستكون كفاءته في ضغط الفيديو أكبر بنسبة 50%. وفي أكتوبر 2019، صدر معيار تجريبي دولي لمعيار H.266، وستتبعه أول أداة ترميز مادية بحلول يونيو 2021.
لولا برامج الترميز، لكان تخزين الفيديو وبثه مستحيلًا. إذ تتيح تقنيات الضغط الجديدة لكبار المشغلين وصغارهم أن يقدموا محتوى عالي الجودة دون الحاجة إلى تحديث البنية التحتية لشباكتهم باستمرار وبلا نهاية. وبفضل برامج الترميز، يمكن بث الفيديو عالي الدقة حتى عبر الاتصالات منخفضة السرعة نسبيًا: فالقنوات ذات سرعة 15 ميجابت/الثانية تكفي لمشاهدة الأفلام بدقة 4K على نتفليكس.
Recommended
تجهيز خدمات IPTV لمواكبة المستقبل مع RDK: المنصة المريحة لمُشغِّلي الخدمات
في كل عام، تصل تقنيات الاتصالات إلى مستوى جديد، فتقدم لمُشغِّلي الخدمات حلولًا وتطورات فعّالة في مجال التلفزيون. وفي هذا المقال سنركز على أحد هذه التطورات: تقنية RDK. وسنشرح الأسباب التي تجذب مئات مُشغِّلي الخدمات إلى أن يختاروا هذا الحل ويروا أنه ذو قيمة كبيرة لهم.
Ministra PRO: تحديثات شهر يوليو
لقد حان وقت الإجازة! إننا أيضًا نستعد لقضاء إجازة مريحة، ولذا، سيكون ملخص شهر يوليو قصيرًا. لقد قمنا بجمع كافة التحديثات الرئيسية لهذا العام حتى تتمكن من تصفحها أثناء الاسترخاء بجانب حمام السباحة.
كيفية إنشاء خدمة IPTV للمغتربين
عند إطلاق خدمة IPTV/OTT، يحاول مُشغِّلو الخدمات الوصول إلى الجمهور على أوسع نطاقٍ ممكن، لكنهم غالبًا يُغفِلون فئةً شديدة الخصوصية من العملاء المُحتمَلين يمكن استهدافها بسهولة: فئة العملاء المغتربين
