H.261

الموسوعة الحرة

H.261 هو معيار ضغط فيديو تابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T) ، تم اعتماده لأول مرة في نوفمبر 1988. [ 1 ] [ 2 ] وهو أول معيار من عائلة معايير ترميز الفيديو H.26x في مجال مجموعة خبراء ترميز الفيديو التابعة لمجموعة دراسة ITU-T رقم 16 ( VCEG ، والتي كانت تُعرف آنذاك باسم مجموعة المتخصصين في ترميز الاتصالات المرئية). وكان أول معيار ترميز فيديو عمليًا.

صُمم معيار H.261 في الأصل للإرسال عبر خطوط ISDN التي تكون فيها معدلات نقل البيانات من مضاعفات 64  كيلوبت/ثانية. صُممت خوارزمية الترميز للعمل بمعدلات بت للفيديو تتراوح بين 40  كيلوبت/ثانية و2  ميجابت/ثانية. يدعم المعيار حجمين لإطارات الفيديو: CIF (352×288 سطوع و176×144 لون) وQCIF (176×144 لون و88×72 لون) باستخدام نظام أخذ عينات 4:2:0 . كما يتضمن المعيار ميزة متوافقة مع الإصدارات السابقة لإرسال صور ثابتة بدقة 704×576 سطوع و352×288 لون (أُضيفت هذه الميزة في مراجعة لاحقة عام 1993).

تاريخ

كان معيار H.120 أول معيار لترميز الفيديو الرقمي ، وقد وضعته لجنة الاتصالات والتقنية الدولية (التي تُعرف الآن باسم الاتحاد الدولي للاتصالات - تقييس الاتصالات) عام 1984. [ 3 ] لم يكن معيار H.120 عمليًا نظرًا لضعف أدائه. [ 3 ] اعتمد معيار H.120 على تعديل رمز النبض التفاضلي (DPCM)، الذي تميز بضغط غير فعال. خلال أواخر ثمانينيات القرن الماضي، بدأت عدة شركات بتجربة ضغط تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) الأكثر كفاءة لترميز الفيديو، حيث تلقت لجنة الاتصالات والتقنية الدولية 14 مقترحًا لتنسيقات ضغط الفيديو القائمة على DCT، مقابل مقترح واحد فقط قائم على ضغط التكميم المتجهي (VQ). ثم طُوّر معيار H.261 لاحقًا استنادًا إلى ضغط DCT. [ 4 ]

طُوِّر معيار H.261 من قِبَل مجموعة دراسة CCITT الخامسة عشرة، وهي مجموعة متخصصة في ترميز الاتصالات المرئية (والتي أصبحت لاحقًا جزءًا من مجموعة ITU-T SG16)، برئاسة ساكاي أوكوبو من شركة NTT . [ 5 ] ومنذ H.261، اعتُمدت تقنية ضغط DCT في جميع معايير ترميز الفيديو الرئيسية اللاحقة. [ 4 ]

على الرغم من أن معيار H.261 سبقه معيار H.120 عام 1984 (والذي خضع بدوره لمراجعة ذات أهمية تاريخية عام 1988) كمعيار لترميز الفيديو الرقمي، إلا أن H.261 كان أول معيار عملي حقيقي لترميز الفيديو الرقمي (من حيث دعم المنتج بكميات كبيرة). في الواقع، استندت جميع معايير ترميز الفيديو الدولية اللاحقة ( MPEG-1 الجزء 2 ، و H.262/MPEG-2 الجزء 2 ، و H.263 ، و MPEG-4 الجزء 2 ، و H.264/MPEG-4 الجزء 10 ، و HEVC ) بشكل وثيق إلى تصميم H.261. بالإضافة إلى ذلك، ظلت الأساليب التي استخدمتها لجنة تطوير H.261 لتطوير المعيار بشكل تعاوني هي العملية التشغيلية الأساسية لأعمال التقييس اللاحقة في هذا المجال. [ 5 ]

على الرغم من اعتماد معيار H.261 لأول مرة عام 1988، إلا أن النسخة الأولى كانت تفتقر إلى بعض العناصر الهامة اللازمة لجعلها مواصفة تشغيلية كاملة . وقد وُضعت أجزاء مختلفة منها تحت بند "قيد الدراسة". [ 2 ] ثم نُقّحت لاحقًا عام 1990 لإضافة الجوانب الضرورية المتبقية، [ 6 ] ثم نُقّحت مرة أخرى عام 1993. [ 7 ] أضافت نسخة 1993 الملحق د بعنوان "نقل الصور الثابتة"، والذي وفّر طريقة متوافقة مع الإصدارات السابقة لإرسال صور ثابتة بدقة إضاءة 704×576 ودقة لونية 352×288 باستخدام أخذ عينات فرعية متداخلة بنسبة 2:1 أفقيًا ورأسيًا لفصل الصورة إلى أربع صور فرعية تُرسل بالتتابع. [ 7 ]

تصميم H.261

تُسمى وحدة المعالجة الأساسية في التصميم " الكتلة الكبيرة" ، وكان معيار H.261 أول معيار ظهر فيه مفهوم الكتلة الكبيرة. تتكون كل كتلة كبيرة من مصفوفة 16×16 لعينات الإضاءة ومصفوفتين متناظرتين 8×8 لعينات اللون ، باستخدام أخذ عينات 4:2:0 وفضاء ألوان YCbCr . تستخدم خوارزمية الترميز مزيجًا من التنبؤ بين الصور مع تعويض الحركة وترميز التحويل المكاني مع التكميم القياسي والمسح المتعرج وترميز الإنتروبيا .

يقلل التنبؤ بين الصور من التكرار الزمني، حيث تُستخدم متجهات الحركة للتعويض عن الحركة. مع أن معيار H.261 يدعم متجهات الحركة ذات القيم الصحيحة فقط، إلا أنه يمكن تطبيق مرشح تمويه على إشارة التنبؤ، مما يخفف جزئيًا من نقص دقة متجه الحركة في العينات الجزئية. يقلل ترميز التحويل باستخدام تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) 8×8 من التكرار المكاني. وقد طُوّر تحويل جيب التمام المنفصل المستخدم على نطاق واسع في هذا الصدد بواسطة ن. أحمد ، وت. ناتاراجان، وك. ر. راو عام 1974. [ 8 ] ثم يُطبّق التكميم القياسي لتقريب معاملات التحويل إلى الدقة المناسبة التي يحددها مُعامل التحكم في حجم الخطوة، وتُمسح معاملات التحويل المُكمّمة بنمط متعرج وتُرمّز بالإنتروبيا (باستخدام رمز متغير الطول على مستوى التشغيل ) لإزالة التكرار الإحصائي.

لا يحدد معيار H.261 في الواقع سوى كيفية فك تشفير الفيديو. وقد تُرك لمصممي أجهزة التشفير حرية تصميم خوارزميات التشفير الخاصة بهم (مثل خوارزميات تقدير الحركة )، شريطة أن يكون خرجهم مقيدًا بشكل صحيح ليُمكن فك تشفيره بواسطة أي جهاز فك تشفير مصمم وفقًا للمعيار. كما تُترك لأجهزة التشفير حرية إجراء أي معالجة مسبقة ترغب بها على الفيديو المدخل، ويُسمح لأجهزة فك التشفير بإجراء أي معالجة لاحقة ترغب بها على الفيديو الذي تم فك تشفيره قبل عرضه. إحدى تقنيات المعالجة اللاحقة الفعالة التي أصبحت عنصرًا أساسيًا في أفضل الأنظمة القائمة على H.261 تُسمى ترشيح إزالة التشويش . يقلل هذا من ظهور التشوهات على شكل مربعات الناتجة عن تعويض الحركة القائم على المربعات وأجزاء التحويل المكاني في التصميم. في الواقع، ربما تكون تشوهات التشويش ظاهرة مألوفة لدى كل من شاهد فيديو رقميًا تقريبًا. أصبح ترشيح إزالة التشويش جزءًا لا يتجزأ من المعايير الأحدث H.264 و HEVC (على الرغم من أنه حتى عند استخدام هذه المعايير الأحدث، لا يزال من المسموح به إجراء معالجة لاحقة إضافية ويمكن أن يؤدي إلى تحسين الجودة المرئية إذا تم تنفيذها بشكل جيد).

أدت التحسينات التصميمية التي أُدخلت في جهود التقييس اللاحقة إلى تحسينات كبيرة في قدرة الضغط مقارنةً بتصميم H.261. ونتيجةً لذلك، أصبح H.261 متقادمًا إلى حد كبير، على الرغم من أنه لا يزال يُستخدم كنمط توافق مع الإصدارات السابقة في بعض أنظمة مؤتمرات الفيديو (مثل H.323 ) ولبعض أنواع فيديوهات الإنترنت. ومع ذلك، يبقى H.261 علامةً فارقةً في تاريخ تطوير ترميز الفيديو.

تطبيقات البرمجيات

تتضمن مكتبة libavcodec المرخصة بموجب رخصة LGPL مُشفِّرًا ومُفكِّكًا لترميز H.261. وهي مدعومة من قِبل مشغل الوسائط المجاني VLC ومشغل الوسائط المتعددة MPlayer ، بالإضافة إلى مشاريع فك التشفير ffdshow و FFmpeg .

أصحاب براءات الاختراع

ساهمت الشركات التالية ببراءات اختراع في تطوير تنسيق H.261: [ 9 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "(ورقة موقف نوكيا) اعتبارات بنية الويب وبرامج الترميز لخدمات الصوت والفيديو" (ملف PDF) . H.261، الذي تم التصديق عليه (في نسخته الأولى) في نوفمبر 1988.
  2. 1 2 الاتحاد الدولي للاتصالات - تقييس الاتصالات (1988). "H.261 : ترميز الفيديو للخدمات السمعية البصرية بمعدل 384 كيلوبت/ثانية - التوصية H.261 (11/88)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2010 . 
  3. 1 2 "تاريخ تنسيقات ملفات الفيديو - رسم بياني" . RealNetworks . 22 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2019 .
  4. 1 2 غانباري، محمد (2003). برامج الترميز القياسية: من ضغط الصور إلى ترميز الفيديو المتقدم . مؤسسة الهندسة والتكنولوجيا . ص 1-2 . ISBN  9780852967102.
  5. 1 2 S. Okubo, "منهجية النموذج المرجعي - أداة لإنشاء معايير ترميز الفيديو بشكل تعاوني"، وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات ، المجلد 83، العدد 2، فبراير 1995، الصفحات 139-150
  6. ↑ الاتحاد الدولي للاتصالات - تقييس الاتصالات (1990). "H.261 : ترميز الفيديو للخدمات السمعية البصرية بمعدل 64 كيلوبت/ثانية - التوصية H.261 (12/90)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2015 . 
  7. 1 2 الاتحاد الدولي للاتصالات - تقييس الاتصالات (1993). "H.261 : ترميز الفيديو للخدمات السمعية البصرية بمعدل 64 كيلوبت/ثانية - التوصية H.261 (03/93)" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 ديسمبر 2015 . 
  8. ↑ N. Ahmed, T. Natarajan and KR Rao, "Discrete Cosine Transform", IEEE Transactions on Computers , Jan. 1974, pp. 90-93; PDF file arserved 2011-11-25 at the Wayback Machine .
  9. ↑ "توصية الاتحاد الدولي للاتصالات - تقييس الاتصالات - براءات اختراع معلنة" . الاتحاد الدولي للاتصالات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يوليو 2019 .
  10. ↑ "بيان براءة الاختراع المسجل برقم H261-07" . الاتحاد الدولي للاتصالات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يوليو 2019 .