H.264 وHEVC وAV1: لماذا يقرر الترميز ما الذي يُعرض

كل بضع سنوات تشحن صناعة الفيديو ترميزًا يُنتج الصورة نفسها بنحو نصف معدل بتات سابقه، ويتقاضى ثمن ذلك تعقيدًا في فك التشفير. وللتلفزيون المباشر لهذه المقايضة نتيجة محددة: مزوّدك يوفّر عرض النطاق، وأنت تكتشف ما إذا كان عتادك يستطيع الملاحقة.

الأجيال الثلاثة#

H.264، الذي جرى توحيده معياريًا في 2003، هو الترميز الشامل. كل جهاز صُنع في هذا القرن يفك تشفيره بالعتاد. وهو أيضًا الأقل كفاءة بين الثلاثة، فقناة H.264 بجودة معينة تستهلك أكبر قدر من عرض النطاق.

HEVC، الذي جرى توحيده معياريًا في 2013، هو الخيار الافتراضي الحالي لأي محتوى عالي الدقة. نحو نصف معدل بتات H.264 لجودة مقارِبة. ودعم العتاد له واسع على أي شيء من العقد الأخير، وهو ما تستخدمه أغلب قنوات IPTV بدقة 4K.

AV1، الذي نشره Alliance for Open Media في 2018، هو الأحدث، ومعه قصة الترخيص التي جعلته جذابًا للموزعين الكبار. نحو نصف HEVC مرة أخرى. فك تشفيره بالعتاد شائع على وحدات معالجة الرسوميات الحديثة وغائب عن كل ما هو أقدم.

codec    standardised   relative bitrate   hardware decode
H.264    2003           baseline           universal
HEVC     2013           about half         broad, last 10 years
AV1      2018           about half again   recent GPUs only

النمط يتكرر كل مرة: ضغط أفضل، وعمل أكثر في فك التشفير، ودعم عتادي أضيق حتى يلحق العالم بالركب. أي ترميز هو الأفضل ليس السؤال المثير أبدًا. أين يقع حدّ عتادك هو السؤال.

لماذا فاكّ التشفير العتادي مختلف في نوعه#

كل ما عدا ذلك يتبع من هنا، ومن السهل إغفاله لأن الاثنين يبدوان «تشغيل فيديو».

فاكّ التشفير العتادي دارة ذات وظيفة ثابتة على وحدة معالجة الرسوميات لديك تنفّذ ترميزًا واحدًا بعينه. وهو ليس نسخة سريعة من فاكّ التشفير البرمجي؛ بل شيء مختلف يصادف أنه ينتج الإخراج ذاته. يستهلك قدرًا لا يُذكر من المعالج، ويسحب طاقة قليلة، وإما أنه موجود لترميزك أو ليس موجودًا.

لا يوجد دعم جزئي. وحدة معالجة رسوميات بفاكّ تشفير AV1 تفك تشفير AV1 بدقة 4K بلا جهد. ووحدة بلا فاكّ لا تساهم في AV1 بشيء على الإطلاق، ويقع العمل على المعالج المركزي الذي يشغّل البرمجيات.

فك التشفير البرمجي يعمل. وهو أيضًا مكلف على النحو الذي تتوقعه تمامًا: أنوية كثيرة باستخدام عالٍ، وحاسوب محمول حار، ومراوح، وعلى جهاز بلا هامش، إطارات مُسقَطة.

لدينا الأرقام عن الحالة الجيدة، ولدينا لأننا أخطأنا في هذا بأنفسنا. مع تفعيل فك التشفير بالعتاد، اشتغل عنوان 4K HEVC Main10 بينما كانت محركات فك تشفير الفيديو في وحدة معالجة الرسوميات عند نحو 11 بالمئة. وكان المسار ذاته برمجيًا فقط حتى 2026-08-23. فاختيار فاكّ التشفير خيار لكل وسيطة يُطبَّق كل مرة يُفتح فيها شيء لا خاصية للمشغّل، وكان مسار شيفرة واحد للمحتوى عند الطلب يثبّته مطفأً بغض النظر عن الإعداد، لأشهر. الملف نفسه، والجهاز نفسه، والإعداد نفسه على الشاشة، والفرق الظاهر الوحيد مروحة تدور. وهذا هو السبب كله في أن فاكّ التشفير الخاطئ يمر دون أن يُلاحَظ: الصورة تُعرض في الحالتين. تغطي مقالة فك التشفير بالعتاد مقابل البرمجيات ذلك الحدّ بالتفصيل.

AV1، والانقسام الذي يخلقه#

أوضح حالة واقعية لكل هذا في تطبيقاتنا نحن.

يستطيع رأس سطح المكتب فك تشفير AV1 على وحدة معالجة الرسوميات حيث تدعمها الوحدة. ورأس وحدة التحكم لا يستطيع، على الإطلاق: بناء المشغّل الذي يرتبط به لا يحمل أي فاكّ تشفير عتادي لـ AV1. فقناة AV1 على وحدة التحكم ترتد إلى البرمجيات.

ولذلك الارتداد سقفه الخاص. خيوط إطارات فاكّ التشفير محدودة عند 3 هناك، لسبب مقيس: حين تُرك فاكّ التشفير يختار بنفسه انتقى 6، فأنتج مجمّع إخراج من 40 سطحًا عند 4K، نحو 500 MB من الذاكرة الملتزمة المرئية لوحدة معالجة الرسوميات مقابل نحو 1 GB قابل للاستخدام على وحدة التحكم. فك التشفير بالعتاد لا يمس تلك الخيوط أبدًا، فالسقف بلا كلفة على كل مسار يعمل. وهو يعضّ تحديدًا حيث يحطّ AV1.

ما يراه المشاهد: قناة تُعرض بسلاسة على جهاز Windows وتتلكأ أو تفشل على وحدة التحكم، بالحساب نفسه والشبكة نفسها والمصدر نفسه. ومقالة لماذا تعمل قناة على Windows ولا تعمل على Xbox هي النسخة التشخيصية.

كيف تعرف ما تستخدمه قناة#

أصعب مما ينبغي.

الفهرس لا يعرف. سجلّ القناة المباشرة لا يحمل حقلًا للترميز ولا حقلًا للحاوية ولا حقلًا للنقل، لأن لا سطر M3U ولا واجهة برمجة اللوحة يوفّر واحدًا. فلا مكان تأتي منه تلك المعلومة قبل أن تفتح البث.

لوحة معلومات البث ستخبرك حين يبدأ التشغيل، لكن اقرأها وأنت تعرف ما تفعله. البروتوكول يأتي من مخطط URI والحاوية من امتداد الملف في المسار، مع قيمة حرفية تعني غير متاح حين لا يحمل المسار امتدادًا. وهي تستنتج ذلك من عنوان URL بدل أن تسأل فاكّ التعدد، فالبوابة التي تقدّم HLS من مسار ينتهي بـ .ts تُوصَف بعنوانها لا بمحتواها.

حقل ترميز الفيديو هو الذي يجيب عن سؤال هذه المقالة. اقرأ ذاك.

شيئان ينسبهما الناس إلى الترميزات وليسا من الترميزات#

HDR ليس خاصية للترميز. هو يسافر مع HEVC وAV1 عمليًا لأنهما ما يستخدمه المحتوى الحديث عالي الدقة، لكن المطلوب سطح بعمق 10 بت وفضاء ألوان تقبله الشاشة. وفي حالتنا اقتضى ذلك سلسلة تبديل يملكها التطبيق، لأن عنصر تحكم الفيديو الأصلي يبني مخزنًا بعمق 8 بت ولا يقبل DXGI فضاء ألوان HDR10 عليه، فما كانت المفاوضة لتنتهي إلا إلى sRGB أيًّا كان البث.

معدل البتات ليس جودة. قناة مرمّزة بـ HEVC عند 8 Mbit/s وأخرى بـ H.264 عند 8 Mbit/s لا تبدوان متماثلتين، وقناة HEVC ليست أفضل تلقائيًا أيضًا: مرمّز سيء الإعداد يضيّع ميزة أي ترميز. ما يشتريه الترميز موقع أفضل على منحنى الجودة لكل بت. أما هل ينفق مزوّدك ذلك على عرض نطاق أقل أو على صورة أفضل فقراره هو، لا قرار الصيغة.

ملفات التعريف والمستويات، ولماذا «يدعم HEVC» ليست إجابة كاملة#

اسم الترميز يبدأ سؤال التوافق بدل أن ينهيه. كل معيار يعرّف ملفات تعريف، تقول أي أدوات ترميز مسموح بها، ومستويات، تحدّ الدقة ومعدل البتات.

عمق البت هو الأهم للتلفزيون المباشر. HEVC Main يتعامل مع فيديو بعمق 8 بت؛ وHEVC Main10 يتعامل مع 10 بت. قد يدعم فاكّ التشفير أحدهما دون الآخر، و10 بت هو ما يستخدمه محتوى HDR، لذا فإن «وحدة معالجة الرسوميات لديّ تدعم HEVC» و«وحدة معالجة الرسوميات لديّ تفك تشفير قناة HDR هذه» عبارتان مختلفتان.

عنوان 4K في جولة التحقق التي أجريناها نحن كان HEVC Main10 تحديدًا، وذلك ملف التعريف هو الحالة المثيرة تحديدًا لأنه حيث يتوقف كثير من العتاد الأقدم.

المستويات تقيّد المحور الآخر. فاكّ التشفير المصنَّف لمستوى يغطي 1080p60 لن يقبل بالضرورة 4K60 من الترميز نفسه. وهذا هو التفسير المعتاد لكون بث HD من مزوّد يُعرض بينما بث 4K من القناة ذاتها لا يُعرض، على عتاد «يدعم» الترميز بلا شك.

ما الذي يقرره المزوّد فعلًا#

الترميز الذي على شاشتك هو ناتج حساب تكلفة لدى شخص آخر.

المزوّد الذي يحمل مئات القنوات يدفع ثمن عرض النطاق على كل واحدة منها، باستمرار. ونقل قناة من H.264 إلى HEVC ينصّف تلك الفاتورة للصورة نفسها. ونقلها مرة أخرى إلى AV1 ينصّف ما تبقى.

ما يفعله بالوفر قرار منفصل، والخياران شائعان. بعضهم ينفقه على عرض النطاق ويشحن الصورة نفسها بأقل. وبعضهم ينفقه على الجودة ويشحن صورة أفضل بمعدل البتات نفسه. ولهذا لا تخبرك مقارنة مزوّدين بمعدل البتات وحده إلا بالقليل جدًا: 6 Mbit/s من HEVC حسن الإعداد قد تبدو أفضل من 12 Mbit/s من H.264 سيء الإعداد.

التكلفة تحطّ عليك عملًا في فك التشفير، وأشدّها على من يملك أقدم عتاد. ولهذا قد تبدأ قناة شاهدتها لسنة كاملة تتلكأ فجأة دون أن يتغير شيء من جهتك. المزوّد أعاد ترميزها.

وهذا يقلب التشخيص المعتاد. حين تتدهور قناة واحدة وكل ما عداها سليم، افحص ترميزها قبل شبكتك.

كيف يتفاعل هذا مع كشف الأعطال#

يصنّف كاشف التشغيل 9 أعطال متمايزة، وفاكّ التشفير الذي لا يلاحق ليس له صنفه الخاص. بل يظهر بوصفه واحدًا من الأصناف الموجودة، وهذا يستحق الفهم حتى لا يُقرأ التشخيص خطأ.

فك التشفير البرمجي الذي يتأخر يظهر صورةً متوقفة أو تجمدًا كليًا بينما تستمر البايتات في الوصول. الشبكة سليمة، وفاكّ التعدد سليم، والإطارات لا تصل إلى الشاشة بالسرعة الكافية. ومن مقعد الكاشف لا يمكن تمييز ذلك عن مصدر توقف عن إنتاج الإطارات، لأن العدادات تبدو متماثلة.

فيفعل الكاشف ما يفعله مع أي تجمد: ينتظر انتهاء نافذة الحكم، ويعلن، ويحاول الاستعادة. والاستعادة على قناة مقيدة بفك التشفير لا تفيد، لأن إعادة تشغيل البث لا تجعل فاكّ التشفير أسرع. فتحصل على قناة تُعرض لبضع ثوانٍ، وتتجمد، وتُعاد، وتتكرر.

تلك الحلقة هي البصمة. مشكلة البث تميل إلى أن تتعافى أو تفشل؛ ومشكلة فك التشفير تدور. حين ترى الدوران، افحص الترميز. تغطي إصلاح التخزين المؤقت والتلكؤ أصناف الأعطال، وتغطي تجمد الفيديو مع استمرار الصوت لماذا لا تُثير الصورة المتجمدة خطأً أبدًا.

الرافعة التي ليست اختيار ترميز#

أنت لا تتحكم في الترميز الذي يشحنه مزوّدك. لكنك تتحكم في مقدار ما تطلب من الجهاز فك تشفيره في وقت واحد.

العرض المتعدد أوضح حالة. المربعات محدودة عند 640 في 360 حين تكون مكتومة و1280 في 720 للمربع الذي يحمل الصوت، وذلك السقف هو ما يجعل شبكة من 9 مربعات ممكنة على عتاد عادي. تسع عمليات فك تشفير بدقة 640 في 360 أمر مختلف عن تسع عمليات بدقة 1080p كاملة المعدل، أيًّا كان الترميز. وينطبق المنطق نفسه على قناة واحدة: إن كان مزوّدك يقدّم نسخة أدنى، فاختيارها يقلل العمل بدل أن ينقله بين المعالج المركزي ووحدة معالجة الرسوميات.

ماذا تفعل بهذا#

إن فشلت قناة بعينها على جهاز وعملت على آخر، فافحص ترميز الفيديو لديها أولًا. يستغرق ذلك 30 ثانية ويحسم أغلب هذه الحالات.

إن كنت تشتري عتادًا لهذا الغرض، ففك تشفير AV1 بالعتاد هو ما ينبغي التحقق منه في ورقة المواصفات. أما H.264 وHEVC فمسألتان محسومتان على أي شيء حديث.

وإن كانت قناة بترميز AV1 وجهازك لا يستطيع فك تشفيرها بالعتاد، فاسأل مزوّدك عمّا إذا كانت القناة نفسها متاحة بـ HEVC. كثيرون يحملون الاثنين، وذلك علاج أسرع من أي إعداد.

وللتصنيف حين لا يُعرض البث إطلاقًا، تبدأ إصلاح التخزين المؤقت والتلكؤ بالفصل بين 9 أعطال متمايزة.