تنسيق فيديو AV1 (.av1 / .ivf): شرح الترميز الجيل التالي الخالي من الرسوم

مع سيطرة البث بدقة 4K و 8K و HDR على وسائط الويب الحديثة، تجاوزت متطلبات النطاق الترددي معايير الضغط القديمة مثل H.264 (AVC) والترميزات التي تتطلب حقوق ملكية مثل H.265 (HEVC). AOMedia Video 1 (AV1)—عادةً ما تُخزن كتيارات بت خام مع امتداد .av1 أو .ivf (Indeo Video Framework)—هي معيار ضغط فيديو مفتوح وخالٍ من حقوق الملكية صُمم خصيصًا لتسليم الفيديو عبر الإنترنت، مؤتمرات الفيديو، والبث عالي الكفاءة.

تم تطويره بواسطة Alliance for Open Media (AOMedia)—اتحاد يضم Google و Netflix و Amazon و Apple و Microsoft و Meta و Intel و Mozilla وغيرهم—يقدم AV1 ضغط بيانات متقدم دون رسوم ترخيص أو عدم يقين بشأن البراءات.

1. ما هو ملف فيديو AV1 / IVF؟

يحتوي ملف AV1 على تيارات بت فيديو أساسية مشفرة بخوارزمية ضغط AOMedia Video 1. في شكلها الخام، يمكن أن يستخدم تدفق AV1 الأساسي امتداد .av1، لكنه غالبًا ما يُعبأ في تنسيق الحاوية الخفيف IVF (.ivf). IVF هو تنسيق إطارات بسيط يُستخدم على نطاق واسع من قبل أدوات المصدر المفتوح لنقل إطارات الفيديو الخام غير المدمجة جنبًا إلى جنب مع رؤوس حجم الإطار الأساسية، قاعدة الزمن، ومعدل الإطارات.

لتسليم الفيديو وتشغيله للمستخدم النهائي، عادةً ما يتم دمج فيديو AV1 في صيغ حاويات قياسية مثل:

• MP4 (.mp4) عبر ربط تنسيق ملف الوسائط الأساسي ISO (ISOBMFF)
• Matroska (.mkv)
• WebM (.webm) لبث الفيديو داخل المتصفح باستخدام HTML5

يوفر AV1 تقريبًا كفاءة ضغط أعلى بنسبة 30٪ مقارنةً بـ HEVC (H.265) و VP9، وحتى توفير بنسبة 50٪ أو أكثر مقارنةً بـ H.264 (AVC) مع جودة بصرية ذاتية متطابقة.

2. الخصائص الرئيسية لـ AV1 (.av1 / .ivf)

المزايا الاستراتيجية الأساسية:

1. عدم وجود رسوم ملكية: يمكن لمزودي البث ومزودي المتصفحات توزيع فيديو عالي الدقة دون رسوم معقدة لمجمع براءات الاختراع.
2. أداء ويب متفوق: يقلل بشكل كبير من استهلاك بيانات الجوال وتخزين الفيديو المؤقت للمنصات مثل يوتيوب ونتفليكس.
3. توليد حبيبات الفيلم: يولد الحبيبات أثناء التشغيل بدلاً من ترميز بتات الحبيبات الضوضائية، مما يوفر عرض نطاق كبير للمحتوى السينمائي.

3. الميزات التقنية المتعمقة لـ AV1

يقوم AV1 بتحسين بنية الترميز الفيديو الهجينة القائمة على الكتل الكلاسيكية مع تحسينات خوارزمية حديثة:

أ. تقسيم الكتل المرن (الكتل الفائقة حتى $128 \times 128$)

• يقدم AV1 $128 \times 128$ كتل فائقة (موسعة من $64 \times 64$ في VP9).
• يدعم التقسيم المتكرر باستخدام شجرة تقسيم ذات 10 فروع (بما في ذلك التقسيمات الأفقية/العمودية، وتقسيمات مستطيلة بنسبة عرض إلى ارتفاع 1:4 و 4:1، وتقسيمات على شكل T).
• يتيح للمُرمّز تعديل حدود الكتل بدقة لتتناسب مع الحواف الدقيقة، والتدرجات السلسة، والحركة المتقطعة.

ب. أوضاع التنبؤ الداخلي الغنية

• يحتوي على 56 زاوية تنبؤ داخلية اتجاهية لنمذجة اتجاهات الحواف بدقة ميكروية.
• متنبئات السلاسة وPaeth: تعيد بناء التدرجات الناعمة والسطوع السطحي المعقد دون ظهور آثار التدرج.
• اللون من السطوع (CFL): يتنبأ بقنوات اللون الكرومينية مباشرةً من عينات السطوع المعاد بناؤها، مما يقلل من تكرار اللون.

ج. التنبؤ البيني المتقدم وتعويض الحركة

• تعويض الحركة المشوهة (النمذجة المتجانسة): يُنمذج بدقة الحركة غير الانتقالية مثل التحريك الأفقي، دوران الكاميرا، التكبير، وتشويه المنظور باستخدام تحويلات متجانسة ذات 6 معاملات.
• تعويض الحركة للكتل المتداخلة (OBMC): يُنعّم متجهات الحركة عبر حدود الكتل المتجاورة لإزالة آثار التجزئة.
• أنماط التنبؤ المركبة: يدمج إطارين مرجعيين مميزين باستخدام أقنعة على شكل إسفين ومرجحة بالفرق.

د. خط أنابيب المعالجة اللاحقة داخل الحلقة المتقدمة

للحفاظ على جودة الإطارات النقية عند معدلات البت المنخفضة، يطبق AV1 نظام ترشيح حلقي من أربع مراحل:

1. مرشح إزالة التكتل: ينعم الفواصل الشبكية عبر تقسيمات الكتل.
2. مرشح تحسين الاتجاه المقيد (CDEF): يحلل أنماط البكسل الاتجاهية لتوضيح الحواف وكبح تشوهات الرنين.
3. مرشح استعادة الحلقة (LR): يستخدم مرشحات واينر والاستعادة ذاتية التوجيه لاستعادة تفاصيل النسيج عالية التردد التي فقدت أثناء التكميم.
4. توليف حبيبات الفيلم: يزيل الحبيبات التناظرية الضوضائية قبل الضغط ويُرشد المُفكك لإعادة توليد معلمات الحبيبة المطابقة محليًا أثناء التشغيل.

4. كيفية إنشاء وترميز ملفات AV1 / IVF

يمكن إنشاء ملفات AV1 باستخدام مشفرات مفتوحة المصدر مثل SVT-AV1 (تقنية الفيديو القابلة للتوسع لـ AV1، تم تطويرها بالتعاون بين إنتل وAOMedia)، libaom، أو rav1e، وغالبًا ما تُدار عبر FFmpeg.

الطريقة 1: الترميز باستخدام FFmpeg و SVT-AV1 (الأسرع وجاهز للإنتاج)

لتشفير ملف فيديو إلى حاوية .mp4 مضغوطة بـ AV1:

ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -c:a libopus -b:a 128k output_av1.mp4

الطريقة 2: إنشاء تدفق بت AV1 الخام أو حاوية IVF

لإنشاء تدفق مستقل بصيغة .ivf أو .av1 للاختبار أو سلاسل أدوات البث:

# Export to IVF raw container
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -an output.ivf

# Export to raw AV1 bitstream
ffmpeg -i input.mp4 -c:v libsvtav1 -preset 6 -crf 28 -an -f av1 output.av1

معلمات الترميز الرئيسية:

• --preset (0 إلى 12): الإعداد المسبق 4–6 يقدم التوازن المثالي بين كفاءة الضغط العالية وسرعة الترميز.
• -crf (عامل المعدل الثابت، 0 إلى 63): القيم بين 24 و 32 هي المعيار للويب وتوزيع الدقة العالية.

5. كيفية فتح وتشغيل ملفات الفيديو AV1 / IVF

يتم دمج AV1 عالميًا في المتصفحات الويب الرئيسية، مجموعات الوسائط، وأنظمة التشغيل:

1. متصفحات الويب (تشغيل أصلي)

المتصفحات الويب الحديثة تقوم بفك تشفير فيديو AV1 أصليًا باستخدام تسريع الأجهزة:

• Google Chrome، Microsoft Edge، Mozilla Firefox، Brave، و Apple Safari (على الأجهزة المدعومة).
• ما عليك سوى سحب وإفلات ملف output_av1.mp4 أو output_av1.webm مباشرةً إلى علامة تبويب المتصفح.

2. مشغل VLC (متعدد المنصات)

1. حمّل أحدث نسخة من VLC Media Player (Windows، macOS، Linux، Android، iOS).
2. افتح VLC، انتقل إلى Media > Open File…، واختر ملفك .av1 أو .ivf أو .webm أو .mp4.
3. يستخدم VLC مكتبة فك الترميز المدمجة dav1d لتشغيل عالي السرعة عبر البرمجيات ومعجلًا بالأجهزة.

3. مشغل MPV

MPV يتضمن دعمًا مدمجًا لـ dav1d ومفككات الأجهزة:

mpv output.ivf
# or
mpv output_av1.mp4

4. مشغل Windows Media / تطبيق الأفلام والتلفاز

• يمكن لمستخدمي Windows 10 و11 تنزيل AV1 Video Extension المجانية مباشرةً من Microsoft Store لتمكين تشغيل AV1 الأصلي في تطبيقات الوسائط الافتراضية في Windows.

6. مقارنة AV1 مقابل HEVC (H.265) مقابل AVC (H.264)

7. الأسئلة المتكررة (FAQ)

**Q1: ما هو الاختلاف الرئيسي بين ملف .av1 وملف .ivf؟ A1: ملف .av1 يحتوي على تدفقات فيديو أولية بصيغة AV1 غير معالجة، بينما ملف .ivf هو حاوية تأطير بسيطة تغلف إطارات AV1 غير المعالجة ببيانات توقيت ودقة.

**Q2: هل AV1 مجاني تمامًا للاستخدام دون رسوم ترخيص؟ A2: نعم، AV1 هو برنامج ترميز مفتوح المصدر وخالٍ من الرسوم، تم إنشاؤه بواسطة تحالف الوسائط المفتوحة لإلغاء رسوم تراخيص البراءات للمطورين والموزعين.

**Q3: ما هو أفضل برنامج ترميز لتشفير فيديو AV1 بكفاءة اليوم؟ A3: SVT-AV1 هو برنامج الترميز المفتوح المصدر القياسي في الصناعة، يقدم أداءً سريعًا متعدد الخيوط وكفاءة ضغط بمستوى الإنتاج.

**Q4: هل يمكن للهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر الحديثة تشغيل فيديوهات AV1 باستخدام التسريع العتادي؟ A4: نعم، وحدات معالجة الرسومات والشرائح المدمجة الحديثة من إنتل، AMD، NVIDIA، Apple، Qualcomm، وMediaTek تتضمن سيليكونًا مخصصًا لفك تشفير AV1 بتسريع عتادي.

**Q5: ما هي صيغ الحاويات القياسية التي تُستخدم عادةً لحمل تدفقات فيديو AV1؟ A5: عادةً ما يتم حزم تدفقات الفيديو AV1 داخل ملفات حاوية MP4 (.mp4)، WebM (.webm)، وMatroska (.mkv).

8. الملخص

AOMedia Video 1 (AV1) يمثل تحولًا محوريًا في توصيل الفيديو الرقمي الحديث. من خلال توحيد قادة الصناعة خلف بنية ضغط مفتوحة، خالية من العوائد، وفعّالة للغاية، يزيل AV1 عوائق الترخيص بينما يقدم جودة فيديو فائقة عند نطاقات تردّد أقل عبر مليارات الأجهزة المتصلة حول العالم.

المراجع

• ترميز الفيديو المتعدد الاستخدامات (VVC): معيار ضغط الفيديو للجيل التالي