การเข้ารหัสวิดีโอ H.264 คืออะไร? ตัวแปลงสัญญาณ H.264 ทำงานอย่างไร?

เทคโนโลยีวิดีโอมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงสองทศวรรษที่ผ่านมา ก่อนหน้านี้ วิดีโอสร้างขึ้นจากภาพนิ่งจำนวนมาก และใช้ไฟล์ขนาดใหญ่มากในการแปลงเป็นดิจิทัล แต่ปัจจุบัน การเข้ารหัสวิดีโอได้นำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยี – การบีบอัดไฟล์เหล่านี้ให้ใช้พื้นที่น้อยลง นอกจากนี้ยังสามารถสตรีมวิดีโอผ่านอินเทอร์เน็ตได้ทั้งแบบเรียลไทม์และแบบตามความต้องการ

หนึ่งในเทคโนโลยีการเข้ารหัสที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ H.264 (AVC – Advanced Video Coding) ซึ่งสามารถแก้ไขปัญหาด้านคุณภาพเกี่ยวกับการออกอากาศวิดีโอได้มากมาย ในบทความนี้ เราจะมาเรียนรู้ว่าการเข้ารหัสวิดีโอ H.264 คืออะไร ทำงานอย่างไร และมีข้อดีอย่างไรบ้างโดยละเอียด

H.264/AVC คืออะไร?

H.264 หรือที่เรียกว่า Advanced Video Coding (AVC) หรือ MPEG-4 Part 10 เป็นเทคโนโลยีการบีบอัดวิดีโอที่พัฒนาร่วมกันโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ในชื่อ H.264) และองค์การมาตรฐานสากล/กลุ่มผู้เชี่ยวชาญด้านภาพยนตร์ของคณะกรรมาธิการไฟฟ้าสากล (ในชื่อ MPEG-4 Part 10, Advanced Video Coding หรือ AVC)

ปัจจุบัน โคเดก H.264 เป็นที่นิยมใช้มากที่สุดในการสตรีมวิดีโอ โคเดกนี้เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการบีบอัดวิดีโอ ซึ่งช่วยให้ผู้สร้างสามารถบันทึก บีบอัด และเผยแพร่วิดีโอออนไลน์ของตนได้ มันให้คุณภาพวิดีโอที่ดีในอัตราบิตที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับมาตรฐานก่อนหน้า ดังนั้นจึงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในการออกอากาศทางเคเบิลทีวีและแผ่นบลูเรย์

H.264 เป็นตัวแปลงสัญญาณวิดีโอที่มักถูกสร้างขึ้นในรูปแบบคอนเทนเนอร์ MPEG-4 ซึ่งใช้ส่วนขยาย .MP4 รวมถึง QuickTime (.MOV), Flash (.F4V), 3GP สำหรับโทรศัพท์มือถือ (.3GP) และ MPEG transport stream (.ts) บางครั้ง วิดีโอ H.264 จะถูกเข้ารหัสพร้อมกับเสียงที่บีบอัดด้วยตัวแปลงสัญญาณ Advanced Audio Coding (AAC) ซึ่งเป็นมาตรฐาน ISO/IEC (MPEG4 Part 3)

H.264/AVC ทำงานอย่างไร?

ตัวเข้ารหัสวิดีโอ H.264 ทำกระบวนการทำนาย การแปลง และการเข้ารหัสเพื่อสร้างบิตสตรีม H.264 ที่บีบอัดแล้ว โดยใช้มาตรฐานแบบบล็อกที่มีการแข่งขันด้านการเคลื่อนไหวเพื่อประมวลผลเฟรมของเนื้อหาวิดีโอ ผลลัพธ์ที่ได้จะเป็นมาโครบล็อกซึ่งประกอบด้วยบล็อกขนาดใหญ่สุดถึง 16×16 พิกเซล

ตัวถอดรหัสวิดีโอ H.264 ทำงานหลายขั้นตอน เช่น การถอดรหัส การแปลงผกผัน และการสร้างใหม่ เพื่อสร้างลำดับวิดีโอที่ถอดรหัสแล้ว โดยจะรับบิตสตรีม H.264 ที่บีบอัดแล้ว ถอดรหัสแต่ละองค์ประกอบทางไวยากรณ์ และดึงข้อมูลต่างๆ เช่น สัมประสิทธิ์การแปลงแบบควอนไทซ์ ข้อมูลการทำนาย เป็นต้น จากนั้น ข้อมูลนี้จะถูกนำไปใช้ในการย้อนกลับกระบวนการเข้ารหัสและสร้างลำดับภาพวิดีโอขึ้นใหม่ กระบวนการเข้ารหัสและถอดรหัสวิดีโอ H.264 แสดงไว้ด้านล่าง

ข้อดีของ H.264

1.การใช้งานแบนด์วิดท์ต่ำลงและการตรวจสอบความละเอียดสูงขึ้น – ให้การส่งสัญญาณวิดีโอแบบเต็มรูปแบบคุณภาพสูงด้วยความต้องการแบนด์วิดท์ที่ต่ำกว่าและเวลาแฝงที่ต่ำกว่ามาตรฐานวิดีโอแบบดั้งเดิมเช่นเดียวกับ MPEG-2, H.264 ใช้ตัวแปลงสัญญาณที่มีประสิทธิภาพซึ่งให้ภาพคุณภาพสูงและใช้แบนด์วิดท์น้อยที่สุด

2.H.264 มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำกว่ารูปแบบอื่นๆ – มีอัตราการส่งข้อมูลต่ำกว่าวิดีโอ Motion JPEG ถึง 80% คาดการณ์ว่าการประหยัดอัตราการส่งข้อมูลอาจสูงถึง 50% หรือมากกว่านั้นเมื่อเทียบกับ MPEG-2 ตัวอย่างเช่น H.264 สามารถให้คุณภาพของภาพที่ดีกว่าที่อัตราการส่งข้อมูลที่บีบอัดเท่ากัน โดยใช้อัตราการส่งข้อมูลที่ต่ำกว่า แต่ให้คุณภาพของภาพเท่าเดิม

3.ลดความต้องการพื้นที่จัดเก็บวิดีโอ – ช่วยลดขนาดไฟล์วิดีโอดิจิทัลลง 50% และใช้พื้นที่จัดเก็บวิดีโอน้อยกว่ามาตรฐานอื่นๆ ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการส่งวิดีโอผ่าน IP ได้อย่างง่ายดาย

4.คุณภาพวิดีโอที่น่าทึ่ง – นำเสนอเนื้อหาวิดีโอที่คมชัดและมีคุณภาพสูงด้วยอัตราข้อมูลเพียง ¼ ซึ่งเล็กกว่ารูปแบบวิดีโออื่นๆ ถึงครึ่งหนึ่ง

5.มีประสิทธิภาพมากกว่า – มีประสิทธิภาพมากกว่าถึงสองเท่า และขนาดไฟล์เล็กกว่าโคเด็ก MPEG-2 ถึง 3 เท่า ทำให้รูปแบบการบีบอัดนี้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น โคเด็กนี้ส่งผลให้แบนด์วิดท์ในการส่งข้อมูลวิดีโอต่ำลง

6.เหมาะสำหรับวิดีโอสโลว์โมชั่น – มีประสิทธิภาพสูงมากสำหรับตัวแปลงสัญญาณวิดีโอที่มีการเคลื่อนไหวต่ำโดยใช้กล้องเมกะพิกเซล