«Ум
ценится дорого, когда дешевеет сила».
Василий Ключевский
В сфере охранного видеонаблюдения опробовались
все существующие технологии сжатия.
Традиционный JPEG, перспективный
Wavelet, широко
распространённый MPEG2. Все они, закрепившись по
многочисленным приложениям, в этой области
достаточными не стали. А с тех пор, как передача
видеоданных по LAN/Internet сетям стала рутинным
условием работы системы видеонаблюдения, за
лидерство в сжатии видеоданных открылся новый виток
конкуренции.
Прогрессивные методы компрессии в области
безопасности должны обеспечить то качество картинки,
при котором возможно опознать человека, определить
номерные знаки и прочие детали. При этом скорость
записи и передачи изображения по LAN/Internet сетям
должна быть минимальной, чтобы не стать узким местом
для чувствительности системы наблюдения. Эти факторы
играют существенную роль в эффективности системы
безопасности как в текущий момент, так и при анализе
событий, ставших достоянием архива службы
безопасности.
Наиболее приспособлены к требованиям охранного
телевидения форматы сжатия семейства MPEG. Высокая
степень сжатия при необходимом качестве изображения
достигается с помощью таких MPEG-техник,
как:
·
устранение пространственной избыточности изображений
путем подавления мелких деталей сцены;
·
устранение части информации о цветности;
·
устранение временной избыточности видео (учитывается
только разностная информация);
·
увеличение информационной плотности результирующего
цифрового потока путем выбора компактного
математического кода для его описания.
Если
MPEG-1 и MPEG-2 сделали возможным интерактивное
видео на CD-ROM и цифровое телевидение, MPEG-4
специально создан для передачи видео по
низкоскоростным линиям связи. Многократно уменьшать
объем передаваемой информации в
MPEG-4 удаётся в том числе за счёт того, что
при перемещении объектов в кадре, передается
информация только о векторе этого движения, а
интеллектуальный декодер синтезирует и сам объект, и
его новое местоположение.
Сегодня крупные системы видеонаблюдения насчитывают
сотни камер и используют в большинстве случаев
высокоскоростные линии связи, для которых наиболее
приспособлен формат компрессии H.264 или "MPEG-4
Part 10" (MPEG-4 Часть 10, ISO 14496-10) или AVC
(Advanced Video Codec) (улучшенное кодирование видео).
Основное направление при разработке формата было
взято на сжатие громоздких файлов для передачи по
сети и загрузки видео на беспроводные устройства.
Необходимость разработки этой технологии сжатия
состояла и из-за увеличившихся вычислительных
ресурсов ПК и распространения видео высокого
разрешения (High Definition), которое нуждается в
более эффективных методах сжатия. Первая версия
стандарта H.264 была закончена четыре года назад, и
сегодня он заслужил высокие оценки в сфере охранного
видеонаблюдения.
По
сравнению с
MPEG4 стандарт H.264,
обеспечивает более качественное сжатие за счёт
применения более сложных схем статистического
кодирования потока, большей точности представления
векторов движения, предсказания движения в кадре. В
сложных для кодирования сценах с быстрым движением
обеспечиваются более плавные цветовые переходы, а
сжатие похожих цветов осуществляется с меньшим
битрейтом. Меньшее количество артефактов блочности
достигается благодаря расширенной функции фильтра
блочности. В отличие от MPEG2 и MPEG4, где
минимальные размеры макроблоков 16x16 и 8x8 пикселей
соответственно, H.264 использует блоки до 4x4
пикселей, причем размер блоков адаптивно изменяется
для каждого отдельного фрагмента. В сценах с
множеством деталей это дает лучшее качество.
Принципиальное отличие
алгоритма в том, что обработке подлежат только те
элементы изображения, которые изменились по
сравнению с аналогичными элементами предыдущего
кадра. В общей сложности сжатие данных происходит в
2-3 раза эффективнее, чем с помощью предшествующих
форматов семейства MPEG.
При том же объёме информации и качестве изображения
архив Н.264 в среднем на 30 % меньшего объема архива
MPEG-4. Исходя из опыта
работы с собственным оборудованием: архив «real
time», полученный с помощью технологии
H.264 от одной камеры за 1
час при разрешении 704\576 составит в среднем 50
Мбайт. Круглосуточная запись с 16 камер на дисковое
пространство 1 Терабайт позволит системе «писать» от
3-х месяцев до полугода в зависимости от
интенсивности движения в кадре и выбранного значения
к\сек.
Если
несколько лет назад важно было найти верный баланс
между параметрами видеозаписи, как то периодом
хранения данных и уровнем сжатия информации,
H.264 позволяет сделать
качественный скачок в представлении и хранении
данных. Формат прекрасно подходит как для низких
битрейтов (например, для мобильных телефонов), так и
для очень высоких (оптические носители HD-DVD и Blu-ray).
Новое, лучшее соотношение качества и битрейта
обеспечивает повышенное качество на одинаковых
битрейтах или меньший битрейт при сходном качестве.
На
первом этапе препятствием для оценки возможностей
технологии служило то обстоятельство, что
декодирование видео в реальном времени с более
высокой степенью сжатия и лучшим качеством
изображения происходит при нагрузке на процессор в
3-4 кратном размере, что подразумевает использование
более мощной аппаратной части. Сейчас можно говорить
о том, что требуемый для комфортной работы с Н.264
объём аппаратного ресурса по возможностям и
стоимости стал доступным для широкого круга
потребителей. Технология успешно используется как в
регистраторах под ключ (non-based
PC), так и в картах видеозахвата (PC-based).
Для
работы с видео высокого разрешения разработаны
системы аппаратного ускорения декодирования формата
H.264, что значительно снижает нагрузку на
центральный процессор. Но это уже отдельная тема.
Автор:
Технический специалист
«ACUMEN Int.Corp.»
Иван Подгорный.
