ITU-T H 261 FRENCH-1993 Video Codec for Audiovisual Services at p x 64 kbits《p×64 kbit s视听业务的视频编解码器 非电话信号的线路传输 15号研究组 28pp》.pdf

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1、UNION INTERNATIONALE DES TLCOMMUNICATIONS5)4 4 ( SECTEUR DE LA NORMALISATION (03/93)DES TLCOMMUNICATIONSDE LUIT54),)3!4)/. $%3 ,).%3 0/52 ,!42!.3-)33)/. $%3 3).!58 !542%315% 4 , 0(/.)15%3#/$%# 6)$ / 0/52 3%26)#%3!5$)/6)35%,3 P KBIT S2ECOMMANDATION 5)4 4c0 ( (Antrieurement Recommandation du CCITT)AVA

2、NT-PROPOSLUIT-T (Secteur de la normalisation des tlcommunications) est un organe permanent de lUnion internationale destlcommunications (UIT). Il est charg de ltude des questions techniques, dexploitation et de tarification, et met cesujet des Recommandations en vue de la normalisation des tlcommuni

3、cations lchelle mondiale.La Confrence mondiale de normalisation des tlcommunications (CMNT), qui se runit tous les quatre ans, dtermineles thmes que les Commissions dtudes de lUIT-T doivent examiner et propos desquels elles doivent mettre desRecommandations.La Recommandation rvise UIT-T H.261, labor

4、e par la Commission dtudes XV (1988-1993) de lUIT-T, a tapprouve par la CMNT (Helsinki, 1-12 mars 1993)._NOTES1 Suite au processus de rforme entrepris au sein de lUnion internationale des tlcommunications (UIT), leCCITT nexiste plus depuis le 28 fvrier 1993. Il est remplac par le Secteur de la norma

5、lisation des tlcommunicationsde lUIT (UIT-T) cr le 1ermars 1993. De mme, le CCIR et lIFRB ont t remplacs par le Secteur desradiocommunications.Afin de ne pas retarder la publication de la prsente Recommandation, aucun changement na t apport aux mentionscontenant les sigles CCITT, CCIR et IFRB ou aux

6、 entits qui leur sont associes, comme Assemble plnire,Secrtariat, etc. Les futures ditions de la prsente Recommandation adopteront la terminologie approprie refltant lanouvelle structure de lUIT.2 Dans la prsente Recommandation, le terme Administration dsigne indiffremment une administration detlcom

7、munication ou une exploitation reconnue. UIT 1994Droits de reproduction rservs. Aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque formeque ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccordcrit de lUIT.Recomman

8、dation H.261 (03/93) iTABLE DES MATIRESRecommandation H.261 (03/93)Page1 Champ dapplication. 12 Brve spcification. 12.1 Entre et sortie vido 22.2 Sortie et entre numriques. 22.3 Frquence dchantillonnage. 22.4 Algorithme de codage de la source. 22.5 Dbit . 22.6 Symtrie de transmission 32.7 Traitement

9、 des erreurs 32.8 Exploitation multipoint. 33 Codeur de source 33.1 Format de la source. 33.2 Algorithme de codage de la source vido . 33.3 Contrle du dbit des donnes 63.4 Mise jour force . 64 Codeur de multiplexage vido 74.1 Structure des donnes . 74.2 Configuration du multiplex vido. 74.3 Configur

10、ations multipoint. 185 Codeur dmission 195.1 Dbit binaire . 195.2 Mise en mmoire des donnes vido 195.3 Retard de codage vido. 205.4 Correction derreur sans voie de retour pour le signal vido cod 20Annexe A Spcification de la prcision de la transforme inverse 21Annexe B Dcodeur fictif de rfrence 22An

11、nexe C Mthode de mesure du retard introduit par un codec 23Annexe D Transmission dimages fixes 24Recommandation H.261 (03/93) 1Recommandation H.261Recommandation H.261 (03/93)CODEC VIDO POUR SERVICES AUDIOVISUELS p 64 kbit/s(Genve, 1990; rvise Helsinki, 1993)Le CCITT,considrant(a) quil existe une fo

12、rte demande de la part de la clientle pour les services de visiophonie, de visioconfrence etdautres services audiovisuels;(b) que les circuits permettant de satisfaire cette demande peuvent tre assurs par transmission numrique enutilisant les dbits B et H0ou leurs multiples allant jusquau dbit prima

13、ire, ainsi que les dbits H11/H12;(c) quon peut disposer des services RNIS dans un certain nombre de pays qui fournissent un service detransmission commut aux dbits B, H0ou H11/H12;(d) que lexistence de hirarchies numriques diffrentes et de normes de tlvision diffrentes en diverses partiesdu monde, c

14、omplique les problmes de spcification de codage et de normes de transmission pour les communicationsinternationales;(e) quun certain nombre de services audiovisuels sont susceptibles dapparatre utilisant les accs de base et dbit primaire RNIS et quune certaine intercommunication devrait tre possible

15、 entre ces terminaux;(f) que le codec vido constitue un lment essentiel de linfrastructure des services audiovisuels qui permet cetteintercommunication dans le cadre de la Recommandation H.200;(g) que la Recommandation H.120 du service de visioconfrence utilisant le dbit numrique primaire detransmis

16、sion est la premire dune srie volutive de Recommandations,apprciantque des progrs ont t raliss dans la recherche et la mise au point de techniques de codage vido et de rduction dedbit binaire, qui conduiront lutilisation de dbits binaires plus faibles allant jusqu 64 kbit/s, de sorte quon peutconsid

17、rer la prsente Recommandation comme la deuxime de la srie volutive de Recommandations,et notantque lobjectif fondamental du CCITT est de recommander des solutions uniques en ce qui concerne les communicationsinternationales,recommandequen plus des codecs satisfaisant la Recommandation H.120, les cod

18、ecs ayant les caractristiques de traitement, detransmission et de codage de signaux dcrites ci-dessous, soient utiliss pour les communications de visioconfrenceinternationale.NOTES1 Des codecs de ce type conviennent galement pour certains services de tlvision lorsque la qualit de diffusionhabituelle

19、 ne simpose pas.2 Un quipement pour le transcodage assurant linterfonctionnement dans les deux sens avec les codecs dcrits dans laRecommandation H.120 est ltude.1 Champ dapplicationLa prsente Recommandation dcrit les mthodes de codage et de dcodage pour la composante image anime desservices audiovis

20、uels aux dbits de p 64 kbit/s, p tant un nombre entier allant de 1 30.2 Brve spcificationUn diagramme synoptique du codec est reprsent la Figure 1.2 Recommandation H.261 (03/93)T1502430-90/d01Gestion du codageCodeurde sourceMmoire tampondmissionCodeurdmissionMmoire tamponde rceptionA #ODEUR VIDOB $C

21、ODEUR VIDOTrain binairecodCommande externeSignalvidoDcodeurde sourceDcodeurde rceptionFIGURE 1/H.261Diagramme synoptique du codec vidoDcodeur demultiplexagevidoCodeur demultiplexagevidoFIGURE 1/H.261.D01 = 9 CM2.1 Entre et sortie vidoPour permettre llaboration dune Recommandation unique qui couvre l

22、utilisation des services audiovisuels dans etentre les rgions appliquant des normes de tlvision 625 et 525 lignes, le codeur de source travaille sur des imageschantillonnes selon un format intermdiaire commun (CIF) (common intermediate format). Les normes des signaux detlvision dentre et de sortie q

23、ui peuvent, par exemple, tre des signaux composites ou plusieurs composantes,analogiques ou numriques et les mthodes employes pour effectuer toute conversion ncessaire au et du format decodage de source, ne font pas lobjet de recommandations.2.2 Sortie et entre numriquesLe codeur vido fournit un tra

24、in binaire numrique autonome qui peut tre combin avec dautres signaux multiservice(tels, par exemple, que ceux dfinis dans la Recommandation H.221). Le dcodeur vido excute lopration inverse.2.3 Frquence dchantillonnageLes images sont chantillonnes suivant un multiple entier de la frquence de ligne v

25、ido. Ce rythme dhorlogedchantillonnage et le rythme dhorloge du rseau sont asynchrones.2.4 Algorithme de codage de la sourceOn adopte un algorithme hybride de prdiction interimage qui utilise la redondance temporelle et de codage partransforme du signal restant qui rduit la redondance spatiale. Le d

26、codeur est capable dutiliser la compensation demouvement, permettant lintroduction facultative de cette technique dans le codeur.2.5 DbitLa prsente Recommandation vise essentiellement lutilisation de dbits vido allant approximativement de 40 kbit/s 2 Mbit/s.Recommandation H.261 (03/93) 32.6 Symtrie

27、de transmissionOn peut se servir du codec pour une communication audiovisuelle bidirectionnelle ou unidirectionnelle.2.7 Traitement des erreursLe train de bits mis contient un code BCH (Bose, Chaudhuri Hocquengham) de correction derreur sans voie de retour(511,493) dont lemploi par le dcodeur est fa

28、cultatif.2.8 Exploitation multipointLes caractristiques ncessaires pour une exploitation multipoint avec commutation sont incluses.3 Codeur de source3.1 Format de la sourceLe codeur de source agit sur des images non entrelaces apparaissant 30 000/1001 (approximativement 29,97) fois parseconde. La to

29、lrance sur la frquence dimage est de 50 10- 6.Les images sont codes sous forme dune composante de luminance et de deux composantes de diffrence de couleur(Y, CBet CR). Ces composantes et les codes reprsentant leurs valeurs chantillonnes, sont ceux dfinis dans laRecommandation 601 du CCIR.Noir = 16Bl

30、anc = 235Diffrence de couleur nulle = 128Diffrence de couleur de crte = 16 et 240.Ces valeurs sont des valeurs nominales et lalgorithme de codage fonctionne avec des valeurs dentre allant de 1 254.Deux formats de balayage dimage sont spcifis.Dans le premier format (CIF), la structure dchantillonnage

31、 de luminance est de 352 pixels par ligne, 288 lignes parimage dans une disposition orthogonale. Lchantillonnage de chacune des deux composantes de diffrence de couleurest orthogonal 176 pixels par ligne et 144 lignes par image. Les chantillons de diffrence de couleur sont situs detelle faon que leu

32、rs limites de bloc concident avec les limites de bloc de luminance comme indiqu la Figure 2. Lasurface de limage couverte par ces pixels et lignes a un format de 4:3 et correspond la partie active du signal vidodentre conforme la norme vido locale.NOTE Le nombre de pixels par ligne est compatible av

33、ec lchantillonnage des parties actives des signaux de luminanceet de diffrences de couleur respectivement 6,75 et 3,375 MHz, pour des sources 525 ou 625 lignes. Il existe un rapport simpleentre ces frquences et celles qui figurent dans la Recommandation 601 du CCIR.Le second format vido quart de CIF

34、 (QCIF) (quarter-CIF) a un nombre de pixels et de lignes gal la moiti desvaleurs adoptes dans le premier format. Tous les codecs doivent pouvoir fonctionner au format QCIF; certains peuventaussi fonctionner au format CIF.Il devra tre possible de limiter la cadence maximale du codeur, en choisissant

35、0, 1, 2 ou 3 images ne pas transmettreentre les images transmises. La slection de cette cadence et du format CIF ou QCIF se fera par des moyens externes(par exemple, ceux de la Recommandation H.221).3.2 Algorithme de codage de la source vidoLe codeur de source est reprsent sous forme synoptique la F

36、igure 3. Les principaux lments sont la prdiction, latransformation de bloc et la quantification.Pour le codage de lerreur de prdiction (mode interimage ou INTER) ou de lentre vido (mode intra-image ouINTRA), limage est subdivise en blocs de 8 pixels 8 lignes qui sont classs en deux catgories: transm

37、ettre, nontransmis. De plus, quatre blocs de luminance et les deux blocs de diffrence de couleur qui leur correspondentspatialement sont combins en un macrobloc (voir la Figure 10).4 Recommandation H.261 (03/93)T1508180-92/d02Echantillon de luminanceEchantillon de chrominanceLimite de blocFIGURE 2/H

38、.261Positionnement des chantillons de luminanceet de chrominanceFIGURE 2/H.261.D02 = 10 CMLes critres de choix du mode et de transmission dun bloc ne font pas lobjet de recommandations et on peut les fairevarier en tant que paramtres dynamiques intervenant dans la stratgie doptimisation du codage. L

39、es blocs transmis sonttransforms et les coefficients rsultants sont quantifis, puis font lobjet dun codage longueur variable.3.2.1 PrdictionLa prdiction est en interimage et peut tre amliore par compensation de mouvement (voir 3.2.2) et par un filtre spatial(voir 3.2.3).3.2.2 Compensation de mouveme

40、ntLa compensation de mouvement (MC) (motion compensation) est facultative dans le codeur. Le dcodeur doit accepterun vecteur par macrobloc. Les composantes horizontale et verticale de ces vecteurs de mouvement sont des nombresentiers limits lintervalle 15. Le vecteur est utilis pour les quatre blocs

41、 de luminance du macrobloc considr. Levecteur de mouvement pour chacun des deux blocs de diffrence de couleur sobtient en divisant par deux les valeurs descomposantes du vecteur de macrobloc et en arrondissant par dfaut les amplitudes des valeurs entires.Une valeur positive de la composante horizont

42、ale ou verticale du vecteur de mouvement indique que la prdiction reposesur des pixels de limage prcdente situs respectivement droite ou au-dessous des pixels considrs.Les vecteurs de mouvement sont borns de telle sorte que tous les pixels auxquels ils font rfrence sont dans la zonedimage code.Recom

43、mandation H.261 (03/93) 5T1502441-90/d03CCTQQTFPptqzqvfEntrevidoVers lecodeur demultiplexagevidoTransformationQuantificateurMmoire dimage avec retard variable de compensation de mouvement Filtre de boucleGestion du codageFanion pour INTRA/INTERFanion de transmission ou non dun blocIndication du quan

44、tificateurIndex de quantification pour les coefficients de la transformeVecteur de mouvementFiltre activ ou non dans la boucleTQPFCCptqzqvf11FIGURE 3/H.261Codeur de sourceFIGURE 3/H.261.D03 = 16 CM3.2.3 Filtre de boucleLe traitement par prdiction peut tre modifi par un filtre spatial (FIL) bidimensi

45、onnel qui agit sur les pixels dun blocde 8 par 8.Ce filtre peut tre factoris en deux fonctions unidimensionnelles, lune horizontale, lautre verticale, non rcursives,avec des coefficients de 1/4, 1/2, 1/4 sauf aux limites de blocs, o lun des points sortirait du bloc considr (en ce cas,les coefficient

46、s du filtre unidimensionnel sont 0, 1, 0). La prcision arithmtique totale est conserve, avec arrondi desnombres entiers de 8 bits la sortie du filtre 2-D. Les valeurs dont la partie fractionnaire est gale un demi sontarrondies par excs.Le filtre est activ ou non pour les 6 blocs dun macrobloc en fon

47、ction de la nature du bloc (voir 4.2.3 sous MTYPE).6 Recommandation H.261 (03/93)3.2.4 TransformeLes blocs transmis sont dabord traits au moyen dune transforme en cosinus discrte 2 dimensions sparables(8 par 8). Les valeurs rsultant de la transformation inverse vont de 256 +255 aprs crtage permettant de lesreprsenter sur 9 bits. La fonction de transfert de la transformation inverse rpond lquation suivante:fxy CuCvFuv x u y vuv( ) = ( ) ( ) ( ) cos ( ) cos ( ) ,/1407072 1 16 2 1 16=+ppavec u, v, x, y = 0, 1, 2, . . ., 7o x, y sont les coordonnes spatiales du domaine des