H.261 — это стандарт сжатия видео ITU-T , впервые ратифицированный в ноябре 1988 года. [1] [2] Это первый член семейства стандартов кодирования видео H.26x в сфере деятельности 16-й исследовательской комиссии ITU-T. Группа экспертов по кодированию видео ( VCEG , затем группа специалистов по кодированию для визуальной телефонии). Это был первый стандарт кодирования видео, который оказался полезен на практике.
H.261 изначально был разработан для передачи по линиям ISDN , скорость передачи данных по которым кратна 64 кбит/с. Алгоритм кодирования был разработан для работы со скоростью передачи видео от 40 кбит/с до 2 Мбит/с. Стандарт поддерживает два размера видеокадров: CIF (яркость 352×288 с цветностью 176×144) и QCIF (176×144 с цветностью 88×72) с использованием схемы дискретизации 4:2:0 . Он также имеет обратную совместимость для отправки неподвижных изображений с разрешением яркости 704 × 576 и разрешением цветности 352 × 288 (который был добавлен в более поздней версии в 1993 году).
Первым стандартом кодирования цифрового видео был H.120 , созданный CCITT (ныне ITU-T) в 1984 году. [3] H.120 нельзя было использовать на практике, поскольку его производительность была слишком низкой. [3] H.120 был основан на дифференциальной импульсно-кодовой модуляции (DPCM), которая имела неэффективное сжатие. В конце 1980-х годов ряд компаний начали экспериментировать с гораздо более эффективным сжатием DCT для кодирования видео: CCITT получил 14 предложений по форматам сжатия видео на основе DCT, в отличие от одного предложения, основанного на сжатии векторного квантования (VQ). . Впоследствии на основе сжатия DCT был разработан стандарт H.261. [4]
H.261 был разработан Группой специалистов XV исследовательской группы CCITT по кодированию для визуальной телефонии (которая позже стала частью ITU-T SG16) под председательством Сакаэ Окубо из NTT . [5] Начиная с H.261, сжатие DCT было принято всеми последующими основными стандартами кодирования видео. [4]
В то время как H.261 предшествовал в 1984 году H.120 (который также подвергся пересмотру в 1988 году, имеющему определенное историческое значение) в качестве стандарта кодирования цифрового видео, H.261 был первым по-настоящему практичным стандартом кодирования цифрового видео (с точки зрения поддержки продуктов). в значительных количествах). Фактически, все последующие международные стандарты кодирования видео ( MPEG-1 Part 2 , H.262/MPEG-2 Part 2 , H.263 , MPEG-4 Part 2 , H.264/MPEG-4 Part 10 и HEVC ) имеют был основан на дизайне H.261. Кроме того, методы, используемые комитетом по разработке H.261 для совместной разработки стандарта, остались основным рабочим процессом для последующей работы по стандартизации в этой области. [5]
Хотя H.261 был впервые утвержден в качестве стандарта в 1988 году, в первой версии отсутствовали некоторые важные элементы, необходимые для обеспечения полной совместимости . Различные его части были помечены как «В стадии изучения». [2] Позже в 1990 году оно было пересмотрено с добавлением остальных необходимых аспектов, [6] и затем снова пересмотрено в 1993 году. [7] В редакцию 1993 года добавлено Приложение D, озаглавленное «Передача неподвижного изображения», которое обеспечивало обратную совместимость. способ отправки неподвижных изображений с разрешением яркости 704×576 и разрешением цветности 352×288 с использованием смещенной субдискретизации 2:1 по горизонтали и вертикали для разделения изображения на четыре фрагмента изображения, которые отправляются последовательно. [7]
Базовый процессор конструкции называется макроблоком , и H.261 был первым стандартом, в котором появилась концепция макроблока. Каждый макроблок состоит из массива выборок яркости 16×16 и двух соответствующих массивов выборок цветности 8×8 с использованием выборки 4:2:0 и цветового пространства YCbCr . Алгоритм кодирования использует гибрид межкадрового предсказания с компенсацией движения и кодирования с пространственным преобразованием со скалярным квантованием , зигзагообразным сканированием и энтропийным кодированием .
Межкадровое предсказание уменьшает временную избыточность, используя векторы движения для компенсации движения. Хотя в H.261 поддерживаются только целочисленные векторы движения, к сигналу прогнозирования можно применить фильтр размытия, что частично смягчает недостаток точности вектора движения с дробной выборкой. Кодирование с преобразованием с использованием дискретного косинусного преобразования (DCT) 8×8 уменьшает пространственную избыточность. ДКП, широко используемое в этом отношении, было предложено Н. Ахмедом , Т. Натараджаном и К.Р. Рао в 1974 году . [8] Затем применяется скалярное квантование для округления коэффициентов преобразования до соответствующей точности, определяемой параметром управления размером шага: а квантованные коэффициенты преобразования подвергаются зигзагообразному сканированию и энтропийному кодированию (с использованием кода переменной длины «уровня выполнения » ) для устранения статистической избыточности.
Стандарт H.261 фактически определяет только способ декодирования видео. Разработчикам кодеров было предоставлено право разрабатывать свои собственные алгоритмы кодирования (например, свои собственные алгоритмы оценки движения ), при условии, что их выходные данные были должным образом ограничены, чтобы их можно было декодировать любым декодером, созданным в соответствии со стандартом. Кодировщикам также разрешено выполнять любую предварительную обработку своего входного видео, а декодерам разрешено выполнять любую постобработку своего декодированного видео перед отображением. Один из эффективных методов постобработки, который стал ключевым элементом лучших систем на базе H.261, называется фильтрацией деблокирования . Это уменьшает появление блочных артефактов, вызванных блочной компенсацией движения и пространственным преобразованием конструкции. Действительно, артефакты блокировки — вероятно, знакомое явление почти каждому, кто смотрел цифровое видео. С тех пор фильтрация деблокирования стала неотъемлемой частью более поздних стандартов H.264 и HEVC (хотя даже при использовании этих новых стандартов дополнительная постобработка по-прежнему разрешена и может улучшить качество изображения, если она выполняется правильно).
Усовершенствования конструкции, внесенные в ходе более поздних усилий по стандартизации, привели к значительным улучшениям возможностей сжатия по сравнению с конструкцией H.261. Это привело к тому, что H.261 по существу устарел, хотя он до сих пор используется в качестве режима обратной совместимости в некоторых системах видеоконференций (таких как H.323 ) и для некоторых типов интернет-видео. Однако H.261 остается важной исторической вехой в области развития кодирования видео.
libavcodec , лицензированный LGPL , включает в себя кодер и декодер H.261. Он поддерживается бесплатными медиаплеерами VLC и мультимедийными проигрывателями MPlayer , а также проектами декодеров ffdshow и FFmpeg .
Следующие компании внесли патенты на разработку формата H.261: [9]
H.261, который (в первой версии) был ратифицирован в ноябре 1988 года.