کدک و دنیای پیرامون آن

کدک و دنیای پیرامون آن

انسان‌ها در تمام طول تاریخ میل شدیدی به کمال‌گرایی از خود نشان دادند، این تمایل در همه‌ی عرصه‌ها نمود داشته و هنوز هم پابرجاست چراکه ذات بشر کمال‌گرا است.

با اختراع دوربین، سینما و تلویزیون از همان ابتدا انسان‌ها در تلاش بودند تا تصاویری خلق کنند که با آنچه چشم آدمی در واقعیت می‌بیند تفاوت نداشته باشد، گرایش به این موضوع در طی سالیان دراز باعث پدیدآمدن تکنولوژی‌های انقلابی در صنعت فیلم‌برداری و پیرو آن در ساخت تجهیزات پخش ویدئویی گردید، تا جایی که امروز از سازندگان فیلم و سریال تا بینندگان حتی به تولید و تماشای محتوای ویدئویی با تفکیک‌پذیری  4K   هم قانع نشده پا را فراتر گذاشته و سراغ خلق محتوا با کیفیت‌های   6K   و حتی   8K   و بالاتر! رفته‌اند. از دوربین‌های کوچک و بزرگ تصویر و فیلم‌برداری، مدیاپلیرهای خانگی و پیشرفته، اندروید باکس، تا تلویزیون‌های بزرگ‌تر از  85  اینچ! پنداری هیچ‌کدام هنوز پاسخگوی کمال‌گرایی بی‌انتهای بشر دست‌کم در عرصه سرگرمی نیستند.

در طول چند سال اخیر و با گسترش دسترسی افراد به اینترنت بسیار پرسرعت، همچنین ظهور رسانه‌های پخش محتوای ویدئویی بر بستر اینترنت و باتوجه‌به خلق آثار ویدئویی با کیفیت بسیار بالا، نیازهای تولیدکنندگان و بینندگان دست خوش تغییرات عمیق و پیچیده‌ای گردید.

لزوم ابداع فناوری‌های جدید و پیشرفته‌ی مرتبط با رمزگذاری و پردازش داده‌ها، در راستای حفظ کیفیت محتوای ویدئویی تولید شده که ناخواسته باعث افزایش حجم داده‌های مربوطه گردیده است، از طرفی و خلق تکنیک‌های برتر در جهت فشرده‌سازی و رمزگشایی داده‌ها در جهت کاهش نیاز به فضای ذخیره‌سازی و ایجاد قابلیت ارسال محتوای ویدئویی از طریق اینترنت پهن باند از سوی دیگر، تولیدکنندگان سخت‌افزار، توسعه دهندگان نرم‌افزار و سرویس دهندگان پخش ویدئویی آنلاین را برآن داشت تا در راستای بهینه‌سازی و حتی ابداع فناوری‌های پیشرفته و پدیدآوردن الگوریتم‌های جدید پردازش و فشرده‌سازی داده‌های محتوای ویدئویی، متناسب با حال‌وروز فعلی این صنعت دست‌به‌کار شوند.

نیاز به تغییرات یاد شده، باعث پدیدآمدن کدک های جدید ویدئویی در راستای پردازش سریع‌تر ویدئوها در عین حفظ کیفیت و کاهش حجم فایل‌های مربوط به آن گردید.

و اما بعد،

کدک ها؟  Codec   ترکیب دو واژه   Code   و   Decode   به مفهوم رمزگذاری و رمزگشایی، به الگوریتم یا برنامه‌ای اشاره دارد که در ساختار داده‌های محتوای ویدئویی تغییر ایجاد می‌کند. این تغییرات المان‌های متفاوتی دارند، ولی در کلیت موضوع شامل فشرده‌سازی و تغییر در حجم داده‌های صدا و تصویر تشکیل‌دهنده یک محتوای ویدئویی است. چراکه فایل‌های مربوط به محتوای ویدئویی به‌صورت خام و فشرده‌سازی نشده، بسیار حجم بالایی داشته و چنانچه با استفاده از کدک ها رمزگذاری و فشرده نشوند در عمل انتقالشان از طریق اینترنت حتی با پهنای باند بسیار زیاد به‌سختی امکان‌پذیر است، این چالش امکان در اختیار قراردادن محتوا از طریق اینترنت به عموم بینندگان را غیرممکن می‌سازد.

دشواری و زمان‌گیر بودن انتقال با این شرایط، باعث پدیدآمدن کدک های گوناگون شده است، به‌گونه‌ای که داده‌های خام یک محتوای ویدئویی قبل از ارسال بر روی اینترنت از سمت سرویس‌دهنده پخش آنلاین با کمک کدک ها و استفاده از الگوریتم‌های بسیار پیچیده ریاضی رمزگذاری و فشرده می‌شود و پس رسیدن به سمت بیننده با استفاده از همان کدک رمزگشایی و قابل‌مشاهده می‌گردند. حذف این فرایند، انتقال و پخش محتوای ویدئویی را حداقل ده‌ها برابر زمان فعلی طولانی‌تر می‌کند، جدا از این، با پهنای باند اینترنتی که عموم افراد امروزه در اختیار دارند ناممکن و کلافه‌کننده می‌سازد.

این فرایند درست همان اتفاقی هست که وقتی شخصی با استفاده از دوربین گوشی هوشمند خود فیلم‌برداری می‌کند، داده‌های مربوطه با استفاده از یک کدک ویدئویی که به‌صورت پیش‌فرض یا توسط خود کاربر انتخاب شده است، رمزگذاری و فشرده می‌شود و سپس روی حافظه ذخیره می‌گردد.

در این حالت وقتی شخص این محتوا را از طریق یک پیام‌رسان یا با استفاده از شبکه‌های اجتماعی مانند واتس‌اپ برای شخص دیگری ارسال می‌کند، در سمت مقابل دقیقاً همان کدک اقدام به رمزگشایی داده‌های دریافتی مربوط به محتوای ویدئویی می‌کند تا قابل پخش بشود، چنانچه این فرایند توسط کدک ها انجام نشود در عمل انتقال محتوای ویدئویی غیرممکن خواهد بود.

از این رو بوده که تولیدکنندگان سخت‌افزار، توسعه دهندگان نرم‌افزار، سرویس دهندگان پخش آنلاین محتوای ویدئویی و در کل تمامی طرف‌های درگیر و تأثیرگذار در عرصه فناوری، ناچار به همکاری در پدیدآوردن کدک ها و توافق بر روی استفاده‌ی مشترک از آن‌ها شدند، چراکه عدم توافق در استفاده از کدک های یکسان باعث می‌شد کاربران با دستگاه‌های مختلف نتوانند محتوای ویدئویی را بین خودشان به اشتراک بگذارند. در این زمان بود که از میان کدک های بسیار زیاد ابداع شده، تنها تعداد مشخص و محدودی به‌صورت استاندارد جهانی مورد استفاده قرار گرفتند.

از نام‌آشنا ترین این کدک های استاندارد شده در طی ده‌های اخیر می‌توان از   MPEGI/II، ACC و MPEG-4   یادکرد و شاید بد نباشد خاطره بازی کنیم با کدک   MP3    که حدوداً  20  سال پیش توسط دانشمندان عرصه تکنولوژی دیجیتال   Fraunhofer   در آلمان به عاشقان موسیقی هدیه داده شد، کدکی که محتوای یک سی دی صوتی را به کم‌تر از یک‌دهم حجم اصلی آن فشرده‌سازی می‌کند، تحولی انقلابی در صنعت پخش و استفاده از موسیقی!

کدک ها ازنقطه‌نظر عملکرد بر روی ساختار داده‌های محتوای ویدئویی به دودسته   Lossless   و  Lossy   مشتق می‌شوند.

کدک های   Loosless   تمامی اطلاعات مربوط به داده‌های ویدئویی محتوای خام را در طول پروسه‌ی رمزگذاری حفظ می‌کنند، در نتیجه پس از رمزگشایی کیفیت محتوایی که مشاهده می‌شود مشابه تصاویر خام اصلی و با حفظ شاخص‌های کیفی اولیه خواهد بود، این تکنولوژی در صنعت ساخت و پخش محتوای چندرسانه‌ای بسیار کاربرد دارد. از جمله این کدک ها می‌توان از   H.265 Lossless   و   H.264 Lossless   یادکرد.

در آن سو کدک های   Lossy   وظیفه‌ی کاهش حجم فایل نهایی در راستای سهولت انتقال محتوای ویدئویی بر روی اینترنت و با توجه ویژه به کاهش مصرف پهنای باند و ترافیک اینترنت را برعهده دارند که ناگفته پیداست در پروسه‌ی فشرده‌سازی توسط این دست از کدک ها به‌ناچار برخی از داده‌های مربوط به تصاویر از بین خواهند رفت.

شاید مهم‌ترین نکته در نتیجه عملکرد یک کدک، کیفیت تصاویر بازسازی شده پس از رمزگشایی توسط آن کدک باشد، در اصل یک کدک ویدئویی کارآمد می‌بایست المان‌هایی نظیر حفظ کیفیت ویدئو تا حد ممکن در کنار فشرده‌سازی با سرعت بالا و سادگی در استفاده را در پروسه‌ی فشرده‌سازی خود لحاظ کند، از این رو همواره پدیدآورندگان و توسعه دهندگان کدک ها در تکاپو هستند تا با استفاده از پیچیده‌ترین فرمول‌های محاسباتی، الگوریتمی برای کدک هایشان به دست آورند که در عین حفظ کیفیت تصاویر و سرعت بالا در پروسه فشرده‌سازی، حجم فایل رمزگذاری شده را نیز تا حد ممکن کاهش دهد. معیار سنجش موفقیت یک کدک در این امتحان پیچیده و دشوار، نرخ بیت  -bitrate-   آن کدک می‌باشد. نرخ بیت همان تعداد صفر و یک یا بیت‌هایی می‌باشد که کدک برای ذخیره‌سازی داده‌های مربوط به هر یک ثانیه از ویدئو استفاده می‌کند. در نتیجه مقصود نهایی هر کدکی رسیدن به پایین‌ترین نرخ بیت ممکن در کنار داشتن بالاترین کیفیت تصاویر می‌باشد، البته با توجه به اینکه یک کدک به چه میزان از منابع سخت‌افزاری برای پردازش نیازمند است.

کمال‌گرایی آدمی به‌ویژه در تولید محتوای ویدئویی گویی پایان و حد و مرزی ندارد، صنعت فیلم و سریال که هر آیینه شاخه‌ای تنومند از هنر می‌باشد، هر روز مطالبه‌گری بیشتری از قبل دارد، دیر زمانی از استاندارد شدن کدک های   H.264   و   H.265   توسط   ISO   و   ITU   نمی‌گذرد که سرویس‌های استریم و پخش آنلاین ویدئویی رو به استفاده از محتوای ویدئوی با کیفیت   4K   و   8K   آوردند، تا این کدک ها در عمل کارایی لازم برای فشرده‌سازی مناسب در راستای انتقال محتوا بر بستر اینترنت را از دست بدهند، این چالش باعث شد تا نیاز به کدک هایی پیشرفته‌تر و به‌روز، بیش از پیش نمود پیدا کند تا جایی که متخصصین، دانشمندان و نهادهای بین‌المللی ناچار کمر همت بستند تا با تحقیق و توسعه، مطالعه و آزمایش در نهایت استانداردهای جدید و انقلابی برای این مقصود وضع کنند، پیدایش کدک هایی بی‌نظیر از جمله   LCEVC، EVC،VCC   و  صدالبته   AV1،

باری این داستان پایانی ندارد ...