أنواع صور ضغط الفيديو

في مجال ضغط الفيديو ، تُضغط إطارات الفيديو باستخدام خوارزميات مختلفة ، لكل منها مزاياها وعيوبها، وتتمحور هذه المزايا والعيوب بشكل أساسي حول كمية البيانات المضغوطة . تُسمى هذه الخوارزميات المختلفة لإطارات الفيديو بأنواع الصور أو أنواع الإطارات . الأنواع الثلاثة الرئيسية للصور المستخدمة في خوارزميات الفيديو المختلفة هي I و P و B. ^{[ 1} ] وتختلف هذه الأنواع في الخصائص التالية ^:

• تُعد إطارات I الأقل قابلية للضغط ولكنها لا تتطلب إطارات فيديو أخرى لفك تشفيرها.
• يمكن لإطارات P استخدام البيانات من الإطارات السابقة لفك الضغط وهي أكثر قابلية للضغط من إطارات I.
• يمكن استخدام الإطارات B لكل من الإطارات السابقة واللاحقة كمرجع للبيانات للحصول على أعلى قدر من ضغط البيانات.

تُستخدم ثلاثة أنواع من الصور (أو الإطارات) في ضغط الفيديو : إطارات I و P و B.

الإطار الداخلي ( الصورة المشفرة داخليًا ) هو صورة مكتفية ذاتيًا، مثل ملف صورة JPG أو BMP .

تتيح الصورة المتوقعة ( P-frame ) التنبؤ بكل كتلة كبيرة من منطقة في أي إطار تم فك تشفيره مسبقًا والموجود في مخزن الإطارات المفككة. لا يحتاج المُشفِّر إلى إعادة إرسال المناطق التي لم تتغير إطلاقًا مقارنةً بإطار تم فك تشفيره مسبقًا، مما يوفر مساحة تخزين.

توفر تقنية الإطار B ( الصورة المتوقعة ثنائية الاتجاه) مساحة أكبر من خلال توليد تنبؤات أكثر دقة للكتل الكبيرة. ويتم ذلك عن طريق السماح بتوقع كل كتلة كبيرة من خلال دمج مناطق من كل إطار من إطارين تم فك تشفيرهما مسبقًا والموجودين في مخزن الإطارات المفككة، وعادةً ما يكون أحدهما الإطار الذي يسبقها في ترتيب العرض والآخر الذي يليها.

تُسمى إطارات P و B أيضًا بالإطارات البينية . ويُطلق على الترتيب الذي تُرتّب به إطارات I و P و B اسم مجموعة الصور .

على الرغم من أن مصطلحي "الإطار" و "الصورة" يُستخدمان غالبًا بشكل متبادل، إلا أن "الصورة" مفهوم أعمّ، إذ يمكن أن تكون الصورة إما إطارًا أو حقلًا . الإطار هو صورة كاملة، بينما الحقل هو مجموعة خطوط المسح ذات الأرقام الفردية أو الزوجية التي تُكوّن صورة جزئية. على سبيل المثال، تحتوي صورة HD 1080 على 1080 خطًا (صفًا) من البكسلات. يتكون الحقل الفردي من معلومات البكسلات للخطوط 1، 3، 5،  ...، 1079. أما الحقل الزوجي فيحتوي على معلومات البكسلات للخطوط 2، 4، 6،  ...، 1080. عند إرسال الفيديو بتنسيق المسح المتداخل ، تُرسل الحقول بالتتابع، بالتناوب بين حقول الخطوط الفردية وحقول الخطوط الزوجية، حيث يحمل كل حقل نصف المعلومات التي يحملها الإطار، ولكن يفصل بينهما زمنيًا كما في الإطارات المتسلسلة (أي أن حقل الخطوط الفردية يُمثل الفترة الزمنية بين حقل الخطوط الزوجية السابق والحقل الزوجي التالي).

الإطار المستخدم كمرجع للتنبؤ بإطارات أخرى يسمى إطار مرجعي.

يُطلق على الإطار المُشفّر كصورة ثابتة كاملة دون معلومات من إطارات أخرى اسم إطار I. أما الإطار الذي يستخدم التنبؤ من إطار مرجعي سابق واحد (أو إطار واحد للتنبؤ بكل منطقة) فيُسمى إطار P. بينما يستخدم إطار B التنبؤ من متوسط ​​(قد يكون مُرجّحًا) لإطارين مرجعيين، أحدهما سابق والآخر لاحق.

في معيار H.264/MPEG-4 AVC ، تم تقليص دقة أنواع التنبؤ إلى "مستوى الشريحة". الشريحة هي منطقة مكانية مميزة في الإطار يتم ترميزها بشكل منفصل عن أي منطقة أخرى في نفس الإطار. تحل شرائح I وP وB محل إطارات I وP وB.

عادةً ما يتم تقسيم الصور (الإطارات) إلى كتل كبيرة ، ويمكن تحديد أنواع التنبؤ الفردية على أساس الكتلة الكبيرة بدلاً من أن تكون متشابهة للصورة بأكملها، كما يلي:

• لا يمكن أن تحتوي الإطارات المضمنة (I-frames) إلا على وحدات ماكرو داخلية.
• يمكن أن تحتوي إطارات P على كل من الكتل الكبيرة الداخلية والكتل الكبيرة المتوقعة.
• يمكن أن تحتوي إطارات B على كتل ماكرو داخلية، ومتوقعة، ومتوقعة ثنائياً.

علاوة على ذلك، في معيار ترميز الفيديو H.264 ، يمكن تقسيم الإطار إلى تسلسلات من الكتل الكبيرة تُسمى شرائح ، وبدلاً من استخدام اختيارات أنواع الإطارات I وB وP، يمكن للمُشفِّر اختيار نمط التنبؤ بشكل منفصل لكل شريحة على حدة. كما يتضمن H.264 أنواعًا إضافية من الإطارات/الشرائح.

• إطارات/شرائح SI (التبديل I): تسهل التبديل بين التدفقات المشفرة؛ تحتوي على كتل SI-macroblocks (نوع خاص من الكتل الكبيرة المشفرة داخليًا).
• إطارات/شرائح SP (تبديل P): تسهل التبديل بين التدفقات المشفرة؛ تحتوي على كتل ماكرو P و/أو I
• تقدير الحركة متعدد الإطارات (حتى 16 إطارًا مرجعيًا أو 32 حقلًا مرجعيًا)

تعمل تقنية تقدير الحركة متعددة الإطارات على تحسين جودة الفيديو مع الحفاظ على نسبة الضغط نفسها. كما تُحسّن إطارات SI وSP (المُعرّفة للملف التعريفي الموسّع) من تصحيح الأخطاء . وعند استخدام هذه الإطارات مع مُفكّك تشفير ذكي، يُمكن استعادة بثّ أقراص DVD التالفة.

• تحتوي الإطارات المضمنة (I-frames) على صورة كاملة. يتم ترميزها دون الرجوع إلى أي إطار آخر باستثناء (أجزاء من) نفسها.
• قد يتم توليدها بواسطة جهاز التشفير لإنشاء نقطة وصول عشوائية (للسماح لجهاز فك التشفير ببدء فك التشفير بشكل صحيح من الصفر عند موقع الصورة هذا).
• قد يتم توليدها أيضًا عندما تمنع تفاصيل الصورة المميزة إنشاء إطارات P أو B فعالة.
• تتطلب عادةً عددًا أكبر من البتات للترميز مقارنةً بأنواع الإطارات الأخرى.

تُستخدم إطارات I غالبًا للوصول العشوائي، وتُستخدم كمرجع لفك تشفير الصور الأخرى. وتُعدّ فترات التحديث الداخلية التي تبلغ نصف ثانية شائعة في تطبيقات مثل البث التلفزيوني الرقمي وتخزين أقراص DVD . وقد تُستخدم فترات تحديث أطول في بعض البيئات. على سبيل المثال، في أنظمة مؤتمرات الفيديو، من الشائع إرسال إطارات I على فترات متباعدة جدًا.

• يتطلب فك تشفير صورة (صور) أخرى مسبقًا من أجل فك تشفيرها.
• قد تحتوي على بيانات الصور وإزاحات متجه الحركة ومجموعات من الاثنين.
• يمكن الرجوع إلى الصور السابقة في ترتيب فك التشفير.
• تستخدم التصميمات القياسية القديمة (مثل MPEG-2 ) صورة واحدة تم فك تشفيرها مسبقًا كمرجع أثناء فك التشفير، وتتطلب أن تسبق تلك الصورة أيضًا الصورة P في ترتيب العرض.
• يمكن لـ H.264 استخدام صور متعددة تم فك تشفيرها مسبقًا كمرجع أثناء عملية فك التشفير، ويمكن أن يكون لها أي علاقة ترتيب عرض تعسفية بالنسبة للصورة (الصور) المستخدمة للتنبؤ بها.
• تتطلب عادةً عددًا أقل من البتات للترميز مقارنةً بإطارات I.

• يتطلب عرض فك التشفير السابق للإطار (الإطارات) اللاحقة.
• قد تحتوي على بيانات صور و/أو إزاحات متجه الحركة. تسمح المعايير القديمة بمتجه تعويض حركة عالمي واحد فقط للإطار بأكمله أو متجه تعويض حركة واحد لكل وحدة ماكرو.
• تتضمن بعض أنماط التنبؤ التي تُنشئ تنبؤًا لمنطقة حركة (مثل كتلة كبيرة أو منطقة أصغر) عن طريق حساب متوسط ​​التنبؤات التي تم الحصول عليها باستخدام منطقتين مرجعيتين مختلفتين تم فك تشفيرهما مسبقًا. تسمح بعض المعايير بمتجهي تعويض حركة لكل كتلة كبيرة (التنبؤ الثنائي).
• في المعايير القديمة (مثل MPEG-2)، لا تُستخدم إطارات B كمرجع للتنبؤ بالصور الأخرى. ونتيجةً لذلك، يمكن استخدام ترميز بجودة أقل (يتطلب مساحة أقل) لهذه الإطارات، لأن فقدان التفاصيل لن يؤثر سلبًا على جودة التنبؤ بالصور اللاحقة.
• يخفف H.264 هذا القيد، ويسمح باستخدام إطارات B كمرجع لفك تشفير الإطارات الأخرى وفقًا لتقدير المُشفِّر.
• تستخدم المعايير القديمة (مثل MPEG-2) صورتين تم فك تشفيرهما مسبقًا كمرجع أثناء فك التشفير، وتتطلب إحدى هاتين الصورتين أن تسبق الإطار B في ترتيب العرض والأخرى أن تتبعه.
• يسمح H.264 بواحدة أو اثنتين أو أكثر من صورتين تم فك تشفيرهما مسبقًا كمرجع أثناء فك التشفير، ويمكن أن يكون له أي علاقة ترتيب عرض تعسفية بالنسبة للصورة (الصور) المستخدمة للتنبؤ.
• إن المرونة المتزايدة لاسترجاع المعلومات تعني أن إطارات B تتطلب عادةً عددًا أقل من البتات للترميز مقارنة بإطارات I أو P.

• مصطلح الإطار الرئيسي في الرسوم المتحركة
• ضغط الفيديو
• الإطار الداخلي
• الإطار البيني
• تطبيق مجموعة الصور لأنواع الإطارات
• داتاموش
• فيديو

• بث الفيديو باستخدام إطارات SP و SI