يعتبر H.264 الترميز الأكثر استخداما على هذا الكوكب نتيجة لانتشار الأقراص الضوئية، والبث، وتدفق أسواق الفيديو. ومع ذلك، فإن العديد من استخدامات H.264 تخضع لحقوق الملكية الفكرية، وهو الأمر الذي ينبغي وضعه في الاعتبار قبل استخدامها. والعوامل الأخرى التي يجب وضعها في الاعتبار تتضمن الجودة النسبية مقابل غيرها من التقنيات المتاحة مثل WebM التابعة لجوجل، فضلاً عن توافرها للعامة من أجل قدرات فك التشفير على المنصات والأجهزة المستهدفة. وتتناول هذه المقالة H.264 والتقنيات المنافسة لها من خلال النقاط السابقة.
مواصفات H.264
تُعد H.264 هي تقنية لضغط الفيديو، أو ترميز طُوّر بشكل مشترك من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات (باسم H.264) والمنظمة الدولية للمعايير/اللجنة الدولية الكهروتقنية مجموعة خبراء الصور المتحركة (باسم MPEG-4 الجزء 10، وترميز الفيديو المتقدم، أو AVC). وبالتالي، فإن شروط H.264 و AVC تعني الشيء نفسه وقابلة للتبادل.
وكترميز للفيديو، يمكن إدراج H.264 في صيغ حاويات متعددة، وكثيراً ما يُنتج في صيغة MPEG-4، والتي تستخدم امتداد .MP4، وكذلك QuickTime (.MOV)، وفلاش (.F4V)، و 3GP للهواتف النقالة (.3GP)، وتيار البث MPEG (.ts). وفي معظم الوقت، ولكن ليس دائماً، تُرمز فيديوهات H.264 مع الصوت المضغوط AAC (ترميز الصوت المتقدم)، والذي يعتبر الصيغة المعيارية لـ ISO/IEC (MPEG4 الجزء 3).
مكونات العمل الأساسية
كترميز يستند للمعايير، فقد طُبق H.264 من قبل بائعين متعددين، وكل إصدار يوفر مستويات مختلفة من الجودة والتكوين. وأكثر ترميزات H.264 المستخدمة على نطاق واسع حالياً تشمل ترميز أبل، والذي يستخدم في Apple Compressor و QuickTime Pro، وبرنامج MainConcept المُرخص من قبل أدوبي، ومايكروسوفت، وروزت، وسورنسون ميديا من أجل منتجات الترميز الخاصة بهم، و ترميز x264 مكتبة برمجيات حرة تستخدم في معظم أجهزة التشفير التجريبية، ومن قبل العديد من بائعي المحتوى المُقدم للمستخدمين من أجل إنشاء أنظمة ترميز H.264 عالية المستوى.
ومن بين هؤلاء الثلاثة، يُنتج ترميز أبل أقل جودة بفارق كبير. وعلى العكس من ذلك، فإن x264 يتفوق بفارق طفيف من حيث الجودة على MainConcept، على الرغم من أن الفرق قد لا يكون ملحوظاً في معايير الترميز المُستخدمة من قبل معظم منتجي الميديا.
ملامح ومستويات H.264
على مستوى عال، هناك بعض التماثل في عوامل الضغط المتاحة لكل ترميز. على سبيل المثال، كل ترميزات H.264 تستخدم توصيفات مختلفة لترميز الفيديو. للتوضيح، هناك تقنيات ترميز متعددة وخوارزميات متاحة في H.264 لضغط الملف. والمُفاضلة الأساسية لمعظمها هو تعزيز الجودة ولكن التسلسل الزمني الأكثر تعقيداً هو الذي يصعب فك ترميزه.
وتحدد الملامح أي من تلك التقنيات والخوارزميات يمكن استخدامها لإنشاء التسلسل الزمني، وتشكيل نقطة التقاء مريحة لمُصنعي الأجهزة ومُنتجي أفلام الفيديو. على سبيل المثال، الملمح الأساسي، والذي يعتبر أبسط ملمح يستخدم في الغالب من قبل الأجهزة منخفضة الطاقة، لا يسمح باستخدام إطارات B أو ترميز CABAC. ولا تزال الجودة جيدة، ولكنها ليست عالية مثل التيارات المنتجة باستخدام الملامح الرئيسية أو العالية التي تضم كلا التقنيتين.
ومع ذلك، لأن تلك التقنيات لم تُستخدم، فإن متطلبات فك تشفير التيار الأساسي تكون بسيطة، لذلك فإن الأجهزة منخفضة الطاقة مثل الآيبود يمكنه تشغيل هذا الفيديو. وقد حددت وثائق الآيبود أن هذه الأجهزة يمكنها فقط تشغيل فيديوهات H.264 المُشفرة بواسطة الملمح الأساسي، لذلك فإن منتجي الفيديو يسعون لإنتاج محتوى يمكن تشغيله على الآيبود باستخدام الملمح الأساسي.
وتقوم مستويات H.264 بتحديد أقصى معدل بيانات ودقة الفيديو التي يمكن للجهاز تشغيلها. على سبيل المثال، تشير مواصفات الآيباد 2 أن الجهاز يمكنه تشغيل الفيديوهات المشفرة باستخدام الملمح الرئيسي، المستوى 3.1. وهذا يعني أن الحد الأقصى لدقة الفيديو هو 1080 * 720 بمعدل 30 لقطة في الثانية وبمعدل بيانات أقصى 14 ميجا بايت في الثانية. وتمتلك موسوعة ويكيبيديا جدول يوضح تفاصيل كل مستوى من H.264.
بشكل عام، تعتبر الملامح والمستويات هي العنصر الأكثر أهمية عند إنتاج الأجهزة لأن الفيديو المُشفر باستخدام الملمح الخاطئ، أو الذي يتجاوز المعايير المحددة للمستوى، لن يعمل على تلك الأجهزة. وعلى النقيض من ذلك، عند إنتاج الفيديوهات للحواسب، فإن برامج التشغيل تتيح تشغيل فيديوهات H.264، سواء كانت QuickTime، أو فلاش، أو Silverlight، أو HTML5 فيمكنها تشغيل الفيديو المُنتج بأكثر الملامح تقدماً والمدعوم بأكثر أدوات الترميز تدفقاً (الملمح العالي)، بتكوينات تتجاوز دقة 1080 بكسل وما فوقها.
عند إنتاج الفيديوهات من أجل التشغيل العام على الحواسب، فمن المهم مراعاة القيود العملية بشأن تسليمها إلى المُشاهد المستهدف، وقدرات تشغيل الحاسب المستهدف. على الرغم من أن مُشغل الفلاش يمكنه من الناحية الفنية تشغيل الفيديوهات بدقة 1080 بكسل والمشفرة بسرعة 15 ميجا بايت في الثانية على أجهزة النتبوك منخفضة الطاقة، إلا أن هناك القليل من الوصلات التي يمكنها توصيل معدل البيانات هذا في الوقت الحقيقي، كما أن تكاليف التسليم قد تكون باهظة، ومعدل اللقطات المُنتج من قبل وحدة المعالجة المركزية منخفضة الطاقة لن يكون مُرضي للمشاهدين.
المعايير الأخرى لترميز H.264
فيما وراء الملامح والمستويات، هناك تفاوت كبير في معايير ترميز H.264 المتاحة للمنتجين من أجل الترميز بصيغة H.264. على سبيل المثال، الشكل رقم 1 هو واجهة ضغط H.264 من برنامج Adobe Media Encoder. كما ترون، يمكن اختيار الملمح والمستوى، ولكن لا يوجد أي معايير أخرى لترميز H.264.
الشكل 1
ومن الناحية الأخرى لسلسلة التعقيد نجد الشكل 2، والذي يُظهر اثنين من الشاشات الأربع لخيارات الترميز المتاحة مع x264Encoder، وهو برنامج ترميز QuickTime يعتمد على سرعة x264. كما ترون، بغض النظر عن أنها ذات جودة عالية، فإن واحدة من الأسباب التي تجعل x264 تحظى بشعبية بين مستخدمي برامج الترميز والمواقع كبيرة الحجم المختصة بالمحتوى المُقدم للمستخدمين هو أنه يوفر مجموعة متنوعة من معايير ترميز H.264 والتي تسمح بالتطوير المكثف.
الشكل 2
وبشكل عام، على الرغم من أن H.264 هو ترميز معياري، إلا أن هناك القليل من التماثل في جودة المُخرجات من مختلف برامج الترميز، أو أدوات التحكم المُستخدمة لتشفير الملفات بصيغة H.264 من أجل التدفق والتوزيع.
حقوق ملكية H.264
هناك عدد من الشركات تدعي امتلاكها لحقوق براءات اختراع الملكية الفكرية التي ساهمت في تطوير H.264، وكل هذه الشركات أعضاء في مجموعة براءات الاختراع المُنظمة من قبل شركة MPEG LA. وضمن مجموعة براءات الاختراع، تُطبق عدد من حقوق الملكية المختلفة على الفئات المختلفة من المنتجات كما هو مُبين في الشكل 3.
الشكل 3
على اليسار تجد المنتجات التي تُباع أو توزع متضمنة ترميز أو فك شفرة AVC، بينما على اليمين تجد فئات متنوعة تتضمن الفيديوهات المُشفرة بصيغة H.264. باختصار، على الجانب الأيسر من الرسم البياني، تبدأ حقوق الملكية بعد بيع أول 100.000 وحدة كل عام، وتجاوز 3.5 مليون دولار في العام 2005 – 2006، و 4.25 مليون دولار في العام 2007 – 2008، و 5 مليون دولار في العام 2009 – 2010، و 6.5 مليون دولار في الفترة ما بين 2011 – 2015.
بالنسبة لفئات المحتوى الموجودة على اليمين، هناك حقوق ملكية على خدمات الاشتراك، وهذا يُقاس بعدد المشتركين، ولكنها تبدأ فقط بعد تخطي 100.000 مشترك. كما يوجد أيضاً رسوم لمحتوى "Title-by-Title" تُباع للمشاهدين (الدفع لكل مشاهدة)، ولكنها تُطبق فقط على المحتوى التي تكون مدته أطول من 12 دقيقة.
وإذا استمرينا ناحية اليمين في اتجاه عقارب الساعة، فلا يوجد حقوق ملكية لفيديوهات H.264 الموجودة مجاناً عبر الإنترنت، على الرغم من فرض رسوم نظير استخدامها على القنوات المجانية التي تستخدم ترميز H.264 من أجل أسواق البث التي تتجاوز 99.999 تليفزيون منزلي. ومن المثير للاهتمام، فقد اختلفت سياسية مجموعة براءات اختراع H.264 بشكل كبير حول الفيديوهات المجانية المتاحة عبر الإنترنت على مر الزمن. ففي البداية، لم يكن هناك حقوق ملكية حتى 1 يناير 2011، وهي السياسة التي أثنت العديد من مستخدمي المحتوى العالي المحتملين من تبني H.264. ثم في فبراير 2010، أعلنت شركة MPEG-LA أن حقوق الملكية سوف تتأجل حتى 31 ديسمبر 2015. وأخيراً، في أغسطس 2010، مددت شركة MPEGLA ترخيص الملكية المجاني "إلى الأبد"، فاتحة الطريق لبعض النقاد للقول بأن هذا هو رد فعل تجاه ترميز جوجل VP8 مفتوح المصدر والذي استحوذت عليه من شركة On2. وبغض النظر عن السبب، فإن تلك الفيديوهات الموزعة على الإنترنت بشكل مجاني عبر ترميز H.264، لن تضطر لدفع رسوم ترخيص لشركة MPEG LA.
دعم وتبني H.264
إن ترميز H.264 هو واحد من ثلاثة برامج ترميز متاحة لترميز المحتوى لأقراص البلو راي، وهو الأمر السائد في في مؤتمرات الفيديو، ويستخدم على نطاق واسع في البث التليفزيوني، بما في ذلك الأقمار الصناعية والمحطات التليفزيونية. وفي سوق تدفق البيانات، هُيأ H.264 لأول مرة من قبل أبل مع برنامج QuickTime 7 عام 2005، كما كُشف أيضاً عن فيديوهات H.264 في الآيبود في نفس العام. وفي عام 2007، أدرجت أدوبي دعم H.264 في الفلاش، كما أعلنت مايكروسوفت عن دعم H.264 في برنامج Silverlight عام 2008.
ويُدعم H.264 حالياً من قبل جميع أجهزة الأندرويد، وفي الويندوز فون 7، ومعظم هواتف البلاك بيري، ونظام HP webOS.
وفيما يتعلق بدعم المتصفحات، فإن تشغيل فيديوهات H.264 مدرج حالياً في متصفح سفاري التابع لأبل، ومايكروسوفت إنترنت إكسبلورر الإصدار التاسع عن طريق تبويب HTML5، فضلاً عن إصدارات جوجل كروم (على الأقل) 11.0.696.16 beta. ومع ذلك، ففي 11 يناير 2011، أعلنت جوجل أنها ستقوم بإزالة دعم H.264 من متصفح جوجل كروم في "الأشهر القليلة القادمة". ولم تقم موزيلا أو أوبرا بإدراج H.264 في متصفحاتهما، بداعي التكاليف والقيود المفروضة على استخدام صيغة "موجودة ضمن براءات الاختراع".
ومع ذلك، فقد أطلقت مايكروسوفت مكونات إضافية متعددة تسمح بتشغيل H.264 ضمن الفايرفوكس والكروم باستخدام تبويب الفيديو في HTML5، ورغم ذلك فإن هذه المكونات الإضافية تعمل فقط على ويندوز 7 وفقاً لما صرحت به مايكروسوفت.
ومع الإصدار 10.1، فقد تمكن مُشغل الفلاش من تسريع تشغيل H.264 داخل الفلاش على كلاً من منصات الويندوز والماكنتوش على حد سواء، كما قام الإصدار 5 من متصفح سفاري بتسريع تشغيل H.264 على كلا المنصتين. ومع الإصدار 3، تمكن برنامج Silverlight أيضاً من تسريع فيديوهات H.264 على كلا المنصتين، كما يشمل متصفح إنترنت إكسبلورر 9 على خاصية التسريع كذلك.
وعلى جانب المحتوى، بدأ يوتيوب وفيميو في دعم H.264 بقوة عن طريق تبويب HTML5 في أوائل 2010. وفي أواخر 2010، قامت عدد من الشبكات التليفزيونية بما في ذلك CBS، و CNN، و PBS، و TNT، و ABC، و BBC بترميز بعض الفيديوهات الموزعة على الإنترنت باستخدام H.264. وبشكل عملي، فإن كل الفيديوهات المُنتجة للآيتونز تُرمز أيضاً بصيغة H.264.
الجودة النسبية لترميز H.264
فيما يتعلق بجودة الفيديو، يقوم H.264 عموما بإنتاج جودة أعلى من VP6 التابع لشركة On2 و VC1 التابع لمايكروسوفت. وفيما يتعلق بترميز WebM، فهناك بعض الخلاف. على سبيل المثال، في مقارنتها السنوية للترميز، وجدت جامعة موسكو الحكومية أنه عند ترميز الأفلام، أظهر VP8 (الفيديو المشفر بصيغة WebM) جودة أقل بحوالي 20 إلى 30% في المتوسط. وفي تقييم سابق لمطور x264 "جايسون غاريث جلاسر"، استنتج أن VP8 من حيث المواصفات يجب أن يكون أفضل قليلاً من الملمح الأساسي لترميز H.264 و VC-1. ولكنه ليس قريب من التنافس مع الملمح الرئيسي أو العالي لترميز H.264.
وعلى النقيض من ذلك، توصلت شركة Streaming Media أن "فرق الجودة بين VP8 و H.264 لن يكون ذو معنى في معظم معدلات تدفق البيانات ذات الصلة".
لماذا يُعد ترميز H.264 مهم بالنسبة لك
إن اختيار الترميز هو واحد من القرارات الهامة التي تواجه مُنتجي بيانات وسائل الإعلام. ومن أجل اتخاذ القرار الصحيح، ينبغي على المُنتجين معرفة خصائص وتكاليف أي تقنية يختارونها. والآن، فإن H.264 هو الترميز الوحيد الذي يمكن أن يصل إلى 98% من الحواسب الأساسية (عن طريق الفلاش)، وهو الترميز السائد والمستخدم في الآيتونز ويمكنه العمل على جميع الهواتف المحمولة من كبرى العلامات التجارية. إنه الترميز الأعلى جودة والمتاح حالياً، وعلى الرغم من وجود بعض الرسوم المفروضة على استخدامه، إلا أنه لن يكون هناك رسوم أبداً على التوزيع المجاني للفيديوهات عبر الإنترنت.
مصدر المقالة تأليف جان أوزر، ترجمة محمد مصباح