H.261 бейне сығымдау стандарты

Кіріспе

H.261 бейне қысу стандарты — ITU-T бейне қысу стандарты, алғаш рет 1988 жылдың қараша айында бекітілген. Бұл ITU-T зерттеу тобының 16-шы тобындағы Видео кодтау сарапшылар тобының (VCEG, бұрын Визуалды телефонияны кодтау жөніндегі мамандар тобы) H.26x видео кодтау стандарттары отбасының алғашқы мүшесі. Бұл нақты қолданысқа жарамды болған алғашқы бейне кодтау стандарты болды. H.261 бастапқыда 64 кбит/с жылдамдықпен берілетін ISDN желілері арқылы беру үшін әзірленген. Кодтау алгоритмі 40 кбит/с және 2 Мбит/с арасындағы бейне бит жылдамдықтарымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Стандарт екі бейне кадр мөлшерін қолдайды: CIF (352×288 люма, 176×144 хромамен) және QCIF (176×144, 88×72 хромамен) 4:2:0 үлгілеу схемасын қолдана отырып. Сонымен қатар, 704×576 люма және 352×288 хрома ажыратымдылығы бар тұрақты суреттерді жіберуге арналған кері үйлесімді мүмкіндік бар (бұл мүмкіндік 1993 жылғы кейінгі түзетуде қосылған).

Тарих

Алғашқы цифрлық бейне кодтау стандарты 1984 жылы CCITT (қазір ITU T) ұйымымен құрылған H.120 болды. H.120 практикалық тұрғыдан қолданылған жоқ, себебі оның өнімділігі өте төмен еді. H.261 стандартын CCITT-нің XV зерттеу тобындағы Визуалды телефонияны кодтау жөніндегі мамандар тобы (кейін ITU T SG16 құрамына кірді) әзірледі, оған NTT компаниясының өкілі Сакаэ Окубо төрағалық етті. H.261 алғаш рет 1988 жылы стандарт ретінде бекітілгенімен, бастапқы нұсқасы толық өзара үйлесімділік спецификациясы болуы үшін қажетті бірқатар маңызды элементтерден құралмады. Оның көп бөлігі "Зерттеуде" деп белгіленді және 1993 жылы қайта қарастырылды. 1993 жылғы қайта қарау нәтижесінде "Тұрақты бейнелерді беру" деген тақырыптағы D қосымшасы қосылды, ол 704×576 люма ажыратымдылығы және 352×288 хрома ажыратымдылығы бар тұрақты бейнелерді жіберуге мүмкіндік берді. Бұл, суретті ретті түрде жіберілетін төрт субсуретке бөлу арқылы, көлденең және тік бағытта 2:1 арақатынамындағы шашыратылған субпиксельдік үлгілеуді пайдалану арқылы іске асырылды. Содан кейін, трансформация коэффициенттерін қадамдық өлшемді басқару параметрімен анықталатын тиісті дәлдікке дейін дөңгелектеу үшін масштабты кванттау қолданылды, ал квантталған трансформация коэффициенттері статистикалық артықшылықты жою мақсатында зигзаг тәртібімен сканерленіп, энтропиялық кодтауға (өзгермелі ұзындығы бар "жүргізу-деңгей" кодын қолдана отырып) ұшыратылды. H.261 стандарты тек бейнені қалай декодтау керектігін ғана анықтайды. Кодтаушы-дизайнерлер өздерінің кодтау алгоритмдерін (мысалы, қозғалыс бағалау алгоритмдерін) еркін жасауға құқылы болды, егер олардың шығысы стандартқа сәйкес жасалған кез келген декодермен декодтауға мүмкіндік беретіндей дұрыс шектелген болса. Кодтаушылар кіріс бейнесіне қалаған алдын ала өңдеуді жүргізуге, ал декодерлер декодталған бейнеге көрсету алдында қалағандай өңдеуді жасауға құқылы. H.261 негізіндегі ең тиімді жүйелердің маңызды бөлігін құраған тиімді өңдеуден кейінгі әдіс – деблокингтік сүзгілеу. Бұл, бейнеге қозғалыс компенсациясы мен кеңістіктік трансформацияның нәтижесінде пайда болатын блок тәрізді артефакттардың көрінуін азайтады. Шындығында, блокталған артефакттар цифрлық бейнені тамашалаған көптеген адамдарға таныс құбылыс. Деблокингтік сүзгілеу H.264 және HEVC стандарттарының ажырамас бөлігіне айналды (осы жаңа стандарттарды қолданғанда да қосымша өңдеуге рұқсат етіледі және жақсы орындалған жағдайда визуалды сапаны жақсарта алады). Кейінгі стандарттау жұмыстарында енгізілген дизайнның жетілдірілуі H.261 дизайнымен салыстырғанда қысу мүмкіндігін айтарлықтай арттырды. Бұл H.261 стандартын көбінесе ескіргенге айналдырды, бірақ ол әлі де кейбір бейнеконференция жүйелерінде (мысалы, H.323) және кейбір интернет-видео түрлерінде артқа қарай үйлесімділік режимі ретінде қолданылады. Дегенмен, H.261 видео кодтау саласындағы маңызды тарихи кезең болып саналады.

The first digital video coding standard was H.120, created by the CCITT (now ITU T) in 1984. H.120 was not usable in practice, as its performance was too poor. H.261 was developed by the CCITT Study Group XV Specialists Group on Coding for Visual Telephony (which later became part of ITU T SG16), chaired by Sakae Okubo of NTT. Although H.261 was first approved as a standard in 1988, the first version was missing some significant elements necessary to make it a complete interoperability specification. Various parts of it were marked as "Under Study". and was then revised again in 1993. The 1993 revision added an Annex D entitled "Still image transmission", which provided a backward compatible way to send still images with 704×576 luma resolution and 352×288 chroma resolution by using a staggered 2:1 subsampling horizontally and vertically to separate the picture into four sub pictures that were sent sequentially. Scalar quantization is then applied to round the transform coefficients to the appropriate precision determined by a step size control parameter, and the quantized transform coefficients are zig zag scanned and entropy coded (using a "run level" variable length code) to remove statistical redundancy. The H.261 standard actually only specifies how to decode the video. Encoder designers were left free to design their own encoding algorithms (such as their own motion estimation algorithms), as long as their output was constrained properly to allow it to be decoded by any decoder made according to the standard. Encoders are also left free to perform any pre processing they want to their input video, and decoders are allowed to perform any post processing they want to their decoded video prior to display. One effective post processing technique that became a key element of the best H.261 based systems is called deblocking filtering. This reduces the appearance of block shaped artifacts caused by the block based motion compensation and spatial transform parts of the design. Indeed, blocking artifacts are probably a familiar phenomenon to almost everyone who has watched digital video. Deblocking filtering has since become an integral part of the more recent standards H.264 and HEVC (although even when using these newer standards, additional post processing is still allowed and can enhance visual quality if performed well). Design refinements introduced in later standardization efforts have resulted in significant improvements in compression capability relative to the H.261 design. This has resulted in H.261 becoming essentially obsolete, although it is still used as a backward compatibility mode in some video conferencing systems (such as H.323) and for some types of internet video. However, H.261 remains a major historical milestone in the field of video coding development.

Бағдарламалық жасақтамаларды іске асыру

LGPL лицензиясымен таратылатын libavcodec кітапханасы H.261 кодегін және декодерін қамтиды. Ол тегін VLC медиа плеері мен MPlayer мультимедиа плеерлерінде, сондай-ақ ffdshow және FFmpeg декодерлік жобаларында қолдау көрсетіледі.