فرمت ویدئویی AV1 (.av1 / .ivf): توضیح کدک نسل‌بعدی بدون حق امتیاز

همان‌طور که پخش 4K، 8K و HDR بر رسانه‌های وب مدرن تسلط پیدا کرده‌اند، تقاضاهای پهنای باند از استانداردهای فشرده‌سازی قدیمی مانند H.264 (AVC) و کدک‌های دارای حق امتیاز مانند H.265 (HEVC) فراتر رفته‌اند. AOMedia Video 1 (AV1)—که معمولاً به‌صورت بیت‌استریم‌های خام با پسوند .av1 یا .ivf (Indeo Video Framework) ذخیره می‌شود—استاندارد فشرده‌سازی ویدئویی باز و بدون حق امتیاز است که به‌طور خاص برای تحویل ویدئوی اینترنتی، ویدئو کنفرانس و پخش کارآمد طراحی شده است.

توسعه یافته توسط Alliance for Open Media (AOMedia)—کنسرسیومی شامل Google، Netflix، Amazon، Apple، Microsoft، Meta، Intel، Mozilla و دیگران—AV1 فشرده‌سازی داده‌های پیشرفته را بدون هزینه‌های مجوز یا عدم قطعیت پتنت ارائه می‌دهد.

1. فایل ویدئویی AV1 / IVF چیست؟

یک AV1 file شامل بیت‌استریم‌های ویدئویی ابتدایی است که با الگوریتم فشرده‌سازی AOMedia Video 1 رمزگذاری شده‌اند. در حالت خام، یک استریم ابتدایی AV1 می‌تواند از پسوند .av1 استفاده کند، اما اغلب به قالب سبک وزن IVF (.ivf) بسته‌بندی می‌شود. IVF یک قالب فریمینگ ساده است که به‌طور گسترده توسط ابزارهای منبع باز برای انتقال فریم‌های ویدئویی خام بدون دمکس همراه با هدرهای پایه‌ای اندازه فریم، زمان‌بیس و نرخ فریم استفاده می‌شود.

برای تحویل و پخش به کاربر نهایی، ویدئوی AV1 معمولاً به قالب‌های استاندارد کانتینر مانند زیر ترکیب می‌شود:

• MP4 (.mp4) از طریق پیوندهای ISO Base Media File Format (ISOBMFF)
• Matroska (.mkv)
• WebM (.webm) برای پخش ویدئوی در‑مرورگر HTML5

AV1 تقریباً ۳۰٪ کارایی فشرده‌سازی بالاتر نسبت به HEVC (H.265) و VP9 ارائه می‌دهد و تا ۵۰٪ یا بیشتر صرفه‌جویی نسبت به H.264 (AVC) با کیفیت بصری ذهنی یکسان دارد.

2. ویژگی‌های کلیدی AV1 (.av1 / .ivf)

مزایای استراتژیک اصلی:

1. بدون هزینه حق امتیاز: ارائه‌دهندگان پخش و فروشندگان مرورگر می‌توانند ویدئوی با وضوح بالا را بدون هزینه‌های پیچیده استخر پتنت توزیع کنند.
2. عملکرد برتر وب: به‌طور چشمگیری مصرف داده‌های موبایل و بافر ویدئو را برای پلتفرم‌هایی مانند یوتیوب و نتفلیکس کاهش می‌دهد.
3. سنتز دانه فیلم: دانه را در زمان پخش ترکیب می‌کند به‌جای این‌که بیت‌های دانه‌دار پر سر و صدا را رمزگذاری کند، که باعث صرفه‌جویی عظیم پهنای باند در محتوای سینمایی می‌شود.

3. ویژگی‌های فنی عمیق AV1

AV1 معماری کلاسیک کدگذاری ویدئوی ترکیبی مبتنی بر بلوک را با بهبودهای الگوریتمی مدرن بهینه می‌کند:

A. تقسیم‌بندی انعطاف‌پذیر بلوک (سوپربلاک‌ها تا $128 \times 128$)

• AV1 $128 \times 128$ سوپربلاک را معرفی می‌کند (از $64 \times 64$ در VP9 گسترش یافته).
• از تقسیم بازگشتی با درخت تقسیم ۱۰‑تایی پشتیبانی می‌کند (از جمله تقسیم‌های افقی/عمودی، تقسیم‌های مستطیلی با نسبت تصویر ۱:۴ و ۴:۱، و زیرتقسیم‌های به شکل T).
• به انکودر اجازه می‌دهد تا مرزهای بلوک را به‌دقت با لبه‌های ریز، گرادیان‌های نرم و حرکت‌های ناهموار سازگار کند.

B. حالت‌های پیش‌بینی داخلی غنی

• دارای 56 زاویه پیش‌بینی داخلی جهت‌دار برای مدل‌سازی جهت‌گیری لبه‌ها با میکرو‑دقت.
• پیش‌بینی‌کننده‌های Smooth و Paeth: گرادیان‌های نرم و لومن سطوح پیچیده را بدون آثار باندینگ بازسازی می‌کند.
• Chroma from Luma (CFL): کانال‌های رنگی کروماتینس را مستقیماً از نمونه‌های لومن بازسازی‌شده پیش‌بینی می‌کند و تکرار رنگ را به حداقل می‌رساند.

C. پیش‌بینی بین‌فریم پیشرفته و جبران حرکت

• جبران حرکت پیچیده (مدل‌سازی افین): حرکت‌های غیرترجمه‌ای مانند پانینگ، چرخش دوربین، زوم‌ها و اعوجاج پرسپکتیو را با تبدیل‌های افین شش‌پارامتری به‌دقت مدل‌سازی می‌کند.
• جبران حرکت بلوک‌های همپوشانی (OBMC): بردارهای حرکت را در مرزهای بلوک‌های مجاور صاف می‌کند تا آثار بلوکینگ را از بین ببرد.
• حالت‌های پیش‌بینی ترکیبی: دو فریم مرجع متمایز را با استفاده از ماسک‌های شکل‌دار شمعی و وزن‌دار بر اساس اختلاف ترکیب می‌کند.

D. خط لوله پردازش پس از حلقه پیشرفته

برای حفظ کیفیت تصویر بی‌نقص در بیت‌ریت‌های پایین، AV1 یک سیستم فیلتر حلقه‌ای چهار مرحله‌ای را اعمال می‌کند:

1. فیلتر حذف بلوک‌گذاری: خطوط شبکه را در سراسر تقسیمات بلوک‌ها صاف می‌کند.
2. فیلتر تقویت جهت‌دار محدود (CDEF): الگوهای پیکسل جهت‌دار را تجزیه و تحلیل می‌کند تا لبه‌ها را تیز کند و آثار حلقه‌دار (ringing) را سرکوب کند.
3. فیلتر بازسازی حلقه‌ای (LR): از فیلترهای وینر و بازسازی خودراهنما برای بازیابی جزئیات بافتی با فرکانس بالا که در طول کمینه‌سازی (quantization) از دست رفته‌اند، استفاده می‌کند.
4. سنتز دانه فیلم: دانه‌ی آنالوگ پر سر و صدا را قبل از فشرده‌سازی حذف می‌کند و به رمزگشاینده می‌گوید تا پارامترهای دانه‌ی مطابق را به‌صورت محلی در حین پخش دوباره سنتز کند.

4. نحوه ایجاد و رمزگذاری فایل‌های AV1 / IVF

فایل‌های AV1 می‌توانند با استفاده از رمزگذارهای متن‌باز مانند SVT-AV1 (فناوری ویدئوی مقیاس‌پذیر برای AV1، مشترکاً توسعه یافته توسط اینتل و AOMedia)، libaom یا rav1e، که معمولاً از طریق FFmpeg هدایت می‌شوند، ایجاد شوند.

روش 1: رمزگذاری با FFmpeg و SVT-AV1 (سریع‌ترین و آماده برای تولید)

برای رمزگذاری یک فایل ویدئویی به یک کانتینر .mp4 فشرده‌شده با AV1:

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

روش 2: تولید یک بیت‌استریم خام AV1 یا کانتینر IVF

برای تولید یک جریان مستقل .ivf یا .av1 برای تست یا زنجیره‌های ابزار استریمینگ:

# 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

پارامترهای کلیدی رمزگذاری:

• --preset (۰ تا ۱۲): پیش‌تنظیم 4–6 تعادل بهینه‌ای بین کارایی فشرده‌سازی بالا و سرعت رمزگذاری ارائه می‌دهد.
• -crf (عامل نرخ ثابت، ۰ تا ۶۳): مقادیر بین ۲۴ و ۳۲ برای توزیع وب و وضوح بالا استاندارد هستند.

5. نحوه باز کردن و پخش فایل‌های ویدئویی AV1 / IVF

AV1 به‌طور کلی در مرورگرهای وب اصلی، مجموعه‌های رسانه‌ای و سیستم‌عامل‌ها یکپارچه شده است:

1. مرورگرهای وب (پخش بومی)

مرورگرهای وب مدرن به‌صورت بومی ویدئوی AV1 را با شتاب‌دهی سخت‌افزاری رمزگشایی می‌کنند:

• گوگل کروم، مایکروسافت اج، موزیلا فایرفاکس، بریو و اپل سافاری (در دستگاه‌های پشتیبانی‌شده).
• به‌سادگی یک فایل output_av1.mp4 یا output_av1.webm را به‌صورت کشیدن و رها کردن مستقیماً در برگه مرورگر بکشید.

2. پخش‌کننده VLC (چندپلتفرمی)

1. آخرین نسخه VLC Media Player را دانلود کنید (Windows, macOS, Linux, Android, iOS).
2. VLC را باز کنید، به Media > Open File… بروید و فایل .av1، .ivf، .webm یا .mp4 خود را انتخاب کنید.
3. VLC از کتابخانهٔ رمزگشای داخلی dav1d خود برای پخش با سرعت بالا به‌صورت نرم‌افزاری و سخت‌افزاری استفاده می‌کند.

3. پخش‌کننده MPV

MPV پشتیبانی داخلی از dav1d و رمزگشای‌های سخت‌افزاری را شامل می‌شود:

mpv output.ivf
# or
mpv output_av1.mp4

4. Windows Media Player / برنامه فیلم‌ها و تلویزیون

• کاربران ویندوز ۱۰ و ۱۱ می‌توانند AV1 Video Extension رایگان را مستقیماً از Microsoft Store دانلود کنند تا پخش بومی AV1 در برنامه‌های پیش‌فرض رسانه‌ای ویندوز فعال شود.

6. مقایسه AV1 در مقابل HEVC (H.265) و AVC (H.264)

7. سؤالات متداول (FAQ)

**Q1: تفاوت اصلی بین یک فایل .av1 و یک فایل .ivf چیست؟ A1: یک فایل .av1 شامل جریان‌های ویدئویی اولیهٔ خام AV1 است، در حالی که یک فایل .ivf یک کانتینر چارچوب‌بندی حداقل است که فریم‌های خام AV1 را با متادیتای زمان‌بندی و وضوح می‌پیچاند.

**Q2: آیا AV1 به‌طور کامل و بدون هزینه‌های حق‌الامتیاز قابل استفاده است؟ A2: بله، AV1 یک کدک منبع باز و بدون حق‌الامتیاز است که توسط Alliance for Open Media ایجاد شده تا هزینه‌های حق‌الامتیاز پتنت را برای توسعه‌دهندگان و توزیع‌کنندگان حذف کند.

**Q3: کدام انکودر امروز برای رمزگذاری کارآمد ویدئوی AV1 بهترین است؟ A3: SVT-AV1 یک انکودر منبع باز استاندارد صنعتی است که عملکرد چندنخی سریع و کارایی فشرده‌سازی در سطح تولید را ارائه می‌دهد.

**Q4: آیا گوشی‌های هوشمند و کامپیوترهای مدرن می‌توانند ویدئوی AV1 را با استفاده از شتاب‌دهی سخت‌افزاری پخش کنند؟ A4: بله، GPU‌ها و SoC‌های مدرن از اینتل، AMD، NVIDIA، اپل، Qualcomm و MediaTek شامل سیلیکون اختصاصی برای رمزگشایی سخت‌افزاری AV1 هستند.

**Q5: کدام فرمت‌های استاندارد کانتینر معمولاً جریان‌های ویدئویی AV1 را در خود دارند؟ A5: جریان‌های ویدئویی AV1 معمولاً درون فایل‌های کانتینر MP4 (.mp4)، WebM (.webm) و Matroska (.mkv) بسته‌بندی می‌شوند.

8. خلاصه

ویدئوی AOMedia 1 (AV1) یک تحول اساسی در تحویل ویدئوی دیجیتال مدرن را نشان می‌دهد. با اتحاد رهبران صنعت پشت یک معماری فشرده‌سازی باز، بدون حق‌الامتیاز و فوق‌العاده کارآمد، AV1 موانع مجوزدهی را از بین می‌برد و در عین حال کیفیت ویدئوی برتر را با پهنای باند کمتر به میلیاردها دستگاه متصل در سراسر جهان ارائه می‌کند.

مراجع

• کدگذاری ویدئوی چندمنظوره (VVC): استاندارد فشرده‌سازی ویدئوی نسل بعدی