Cámaras de televisión con tecnología de compresión híbrida.
Las cámaras IP que utilizan un algoritmo de compresión híbrido que proporciona compresión de vídeo dentro y entre cuadros están conquistando cada vez más el mercado de videovigilancia en red.
Los algoritmos de compresión híbridos (streaming) incluyen algoritmos (códecs) del grupo MPEGX (MPEG1, MPEG2, MPEG4, etc.) y H.26X (H.261, H.263, H.264, etc.). Los algoritmos son fundamentalmente muy similares, ya que utilizan la transformada de coseno discreta (DCT) o modificaciones de la misma para eliminar la redundancia espacial. De hecho, los algoritmos tienen nombres diferentes debido a las patentes en dos organizaciones de estándares diferentes (grupos de expertos): ITU-T (Unión Internacional de Telecomunicaciones, estándares del grupo H.26X) e ISO/IEC (Organización Internacional de Normalización/Comisión Electrotécnica Internacional, grupo estándares MPEGX). Algunos de ellos, como MPEG4 parte 10 y H.264, son técnicamente completamente idénticos.
En este artículo no daré una descripción detallada de cada uno de los algoritmos y su implementación. Esta información ha sido publicada más de una vez en las páginas de diversas publicaciones.
El hecho fundamental es la mayor relación de compresión de la transmisión de vídeo utilizando códecs híbridos en comparación con la compresión intracuadro únicamente utilizando el algoritmo MJPEG. A diferencia de la compresión MJPEG intracuadro, los algoritmos híbridos se basan en la capacidad de predecir el movimiento de un objeto de un cuadro a otro y, como resultado, redistribuir la redundancia en el espacio.
La tabla muestra las relaciones de compresión promedio características de los algoritmos de compresión más populares. Como puede ver, la eficiencia de los métodos de compresión híbridos en comparación con MJPEG puede llegar a 6 veces.
Los algoritmos de compresión híbridos se han utilizado durante mucho tiempo en dispositivos de grabación digital: grabadoras de vídeo digitales (DVR), lo que se debe principalmente a la necesidad de utilizar de forma eficiente el espacio en disco para grabaciones a largo plazo. Un factor importante es la relativa simplicidad, así como el bajo costo de implementar la compresión híbrida en DVR.
Aquí es necesario comprender que la eficiencia de compresión de un códec en particular está directamente relacionada con la cantidad de cálculos realizados por el procesador que proporciona la compresión. Cuanto más eficiente sea el códec, más complejos serán los cálculos y más potente debe ser el procesador que realice estos cálculos. Puede utilizar los recursos de un único procesador DVR para realizar cálculos MPEG en múltiples señales de vídeo.
Sin embargo, cada cámara IP, a diferencia de un DVR como fuente de imagen independiente, requiere el uso de un procesador de compresión de datos potente y costoso. Esto es especialmente cierto para las cámaras IP con matrices de megapíxeles, donde el volumen de datos es varias veces mayor que el volumen de datos de matrices de resolución analógica. Fue el lanzamiento de nuevos procesadores y la reducción de costes lo que estimuló la producción de cámaras IP con tecnología de compresión híbrida. No debemos olvidar que decodificar (representación analógica), por ejemplo, un flujo de vídeo MPEG4, requiere una computadora (estación de trabajo) más potente que decodificar un flujo MJPEG con características similares (resolución/velocidad de fotogramas).
Así, la principal ventaja de las cámaras IP con tecnología de compresión híbrida es el uso eficiente del ancho de banda de la red de transmisión, ya que la cantidad de datos transmitidos por la cámara es fundamentalmente menor que la de las cámaras IP con el códec MJPEG. Así, con el inicio del uso de algoritmos de compresión híbridos en las cámaras IP, surgió una oportunidad real para crear grandes sistemas de videovigilancia en red con cientos de cámaras.
Otro aspecto importante de la baja carga de la red es la mayor flexibilidad de usar cámaras IP en una variedad de entornos de red, especialmente los de baja velocidad. Estamos hablando de la posibilidad de transmitir un mayor número de fotogramas, es decir, proporcionar más información sobre el objeto de observación. Esto significa que en un canal de transmisión de datos, donde una cámara IP con el códec MJPEG proporciona transmisión de cuadros de imágenes individuales, una cámara IP con un algoritmo de compresión híbrido le permitirá recibir video en tiempo real.
El algoritmo de compresión híbrido más común para cámaras IP actualmente es MPEG4. Una gran cantidad de procesadores que proporcionaban los cálculos necesarios y su costo relativamente bajo permitieron a los fabricantes abandonar finalmente la codificación MJPEG como códec de perfil. Actualmente MJPEG se utiliza como códec adicional. El flujo MJPEG está presente en las cámaras IP como alternativa. El hecho es que MPEG4 es un algoritmo propietario, es decir, hay muchos perfiles MPEG4 registrados de diferentes fabricantes, y todos tienen diferencias menores y no son compatibles con ningún software o herramienta de reproducción universal. Esto significa que para trabajar con la transmisión MPEG4, el fabricante de software de terceros debe utilizar un códec propietario. A su vez, MJPEG, al ser un método de compresión cuadro por cuadro con compresión intracuadro utilizando el algoritmo JPEG, está muy extendido y es abierto.
Para ser justos, vale la pena señalar que MJPEG todavía se usa para la compresión de imágenes en cámaras IP de megapíxeles, donde la cantidad de cálculos requeridos es tan grande que requiere el uso de coprocesadores adicionales y, en consecuencia, un aumento en el costo del cámara.
Desafortunadamente, con el desarrollo de nuevos algoritmos de compresión aún más eficientes, el problema de la implementación técnica de la compresión y su costo se vuelve más grave. Así, la aparición del estándar H.264 (MPEG4, parte 10), especialmente relevante para comprimir secuencias de vídeo de megapíxeles, va acompañada de una cierta escasez de procesadores potentes y económicos. Como resultado, varios fabricantes están intentando implementar este algoritmo en la misma base de hardware que se utilizó para los perfiles MPEG4 anteriores. El resultado es la ausencia de una diferencia fundamental (tasa de bits, número de fotogramas) entre los dos algoritmos.
Sin embargo, esto es cuestión de tiempo y en un futuro próximo el desarrollo de las cámaras IP estará marcado por la transición a H.264 como el algoritmo híbrido de compresión de flujo de vídeo más eficaz para vídeo en red.