Телекамеры с гибридной технологией компрессии.
IP-камеры, использующие гибридный алгоритм компрессии, обеспечивающий внутрикадровое и межкадровое сжатие видеоряда, все активнее завоевывают рынок сетевого видео наблюдения.
К гибридным (потоковым) алгоритмам компрессии относятся алгоритмы (кодеки) группы MPEGX (MPEG1, MPEG2, MPEG4 и др.) и H.26X (H.261, H.263, H.264 и др.). Алгоритмы по фундаментальным положениям очень схожи, так как используют дискретное косинусное преобразование (DCT) или его модификации для устранения пространственной избыточности. Фактически алгоритмы имеют различное название в связи с патентованием в двух различных организациях по стандартизации (экспертных группах) – ITU-T (Международный союз электросвязи, стандарты группы H.26X) и ISO/IEC (Международная организация по стандартизации/Международная электротехническая комиссия, стандарты группы MPEGX). Некоторые из них, например MPEG4 part 10 и H.264, технически полностью идентичны.
В данной статье я не буду давать подробное описание каждого из алгоритмов и его реализации. Эта информация не раз публиковалась на страницах различных изданий.
Принципиальным фактом является более высокий коэффициент сжатия потокового видео гибридными кодеками по сравнению только с внутрикадровым сжатием по алгоритму МJPEG. В отличие от внутрикадрового сжатия MJPEG, гибридные алгоритмы построены на способности прогнозирования движения объекта от кадра к кадру и, как следствие, перераспределения избыточности в пространстве.
В таблице представлены усредненные коэффициенты сжатия, характерные наиболее популярным алгоритмам компрессии. Как видно, эффективность гибридных методов сжатия по сравнению с MJPEG может достигать 6 раз.
Гибридные алгоритмы сжатия давно применяются в устройствах цифровой записи – цифровых видеорегистраторах (DVR), что связано в первую очередь с необходимостью эффективного использования дискового пространства для продолжительной записи. Немаловажным фактором является и относительная простота, а также невысокая стоимость реализации гибридной компрессии в DVR.
Здесь необходимо понимать, что эффективность сжатия того или иного кодека напрямую связана с объемом вычислений, производимых процессором, обеспечивающим сжатие. Чем эффективней кодек, тем сложнее вычисления, и тем более мощным должен быть процессор, осуществляющий эти вычисления. Для вычислений по алгоритму MPEG для нескольких видеосигналов можно использовать ресурсы одного процессора DVR.
Однако для каждой IP-камеры, в отличие от DVR как отдельного источника изображения, необходимо использовать мощный и дорогостоящий процессор сжатия данных. Это особенно актуально для IP-камер с мегапиксельными матрицами, где объем данных в несколько раз превосходит объем данных матриц аналогового разрешения. Именно выпуск новых и снижение стоимости процессоров стимулировало производство IP-камер с гибридной технологией компрессии. Не нужно забывать, что и для декодирования (аналогового представления), например MPEG4 видеопотока, требуется более мощный компьютер (рабочая станция), чем для декодирования аналогичного по характеристикам (разрешение/скорость кадров) потока MJPEG.
Итак, главным преимуществом IP-камер с гибридной технологией компрессии является эффективность использования пропускной способности сети передачи, так как объем транслируемых камерой данных принципиально ниже, чем у IP-камер с кодеком MJPEG. Таким образом, с началом использования гибридных алгоритмов сжатия в IP-камерах появилась реальная возможность создания больших сетевых систем видеонаблюдения с числом камер, измеряющимся сотнями.
Немаловажна и другая сторона низкой загрузки сети – большая гибкость применения IP-камер в разнообразных сетевых средах, особенно низкоскоростных. Речь идет о возможности передачи большего числа кадров, т. е. обеспечения большей информативности об объекте наблюдения. Это значит, что на канале передачи данных, где IP-камера с кодеком MJPEG обеспечивает трансляцию отдельных кадров изображения, IP-камера с гибридным алгоритмом компрессии позволит получать потоковое видео.
Наиболее распространенным гибридным алгоритмом компрессии для IP-камер в настоящее время является MPEG4. Большое количество процессоров, обеспечивающих необходимые вычисления, и их относительно невысокая стоимость позволили производителям окончательно отказаться от кодирования в MJPEG как профильного кодека. В данный момент MJPEG используется как дополнительный кодек. Поток MJPEG присутствует в IP-камерах как альтернативный. Дело в том, что MPEG4 является проприетарным алгоритмом, т. е. существует множество зарегистрированных профилей MPEG4 различных производителей, и все они имеют незначительные отличия, не поддерживают какого-либо универсального программного обеспечения или средства для воспроизведения. Это значит, что для работы с потоком MPEG4 производитель стороннего программного обеспечения должен использовать запатентованный кодек. В свою очередь, MJPEG, представляя собой покадровый метод компрессии с внутрикадровым сжатием по алгоритму JPEG, является широкораспространенным и открытым.
Справедливости ради стоит отметить, что MJPEG пока применяется для компрессии изображения в мегапиксельных IP-камерах, где объем требуемых вычислений столь велик, что требует использования дополнительных сопроцессоров, а, следовательно, увеличения стоимости камеры.
К сожалению, с разработкой новых, еще более эффективных алгоритмов сжатия вопрос технической реализации компрессии и ее стоимости стоит наиболее остро. Так, появление стандарта H.264 (MPEG4, part 10), особенно актуального для компрессии видеопотока мегапиксельного разрешения, сопровождается определенным дефицитом мощных и недорогих процессоров. Как следствие, ряд производителей пытаются сделать реализацию данного алгоритма на той же аппаратной базе, что использовалась для более ранних профилей MPEG4. Результат – отсутствие принципиальной разницы (битрейт, количество кадров) между двумя алгоритмами.
Впрочем, это вопрос времени и в ближайшее время развитие IP-камер будет отмечено переходом на H.264 как на наиболее эффективный гибридный алгоритм компрессии видеопотока для сетевого видео.
Статьи по теме:
Видеонаблюдение
Советы домовладельцам по обеспечению безопасности
Три критических вопроса при выборе видеоаналитики для видеонаблюдения
FCC запрещает авторизацию оборудования для китайских телекоммуникаций и оборудования для видеонаблюдения, которое считается угрозой национальной безопасности
Перенос локального видеонаблюдения в облако
Hanwha Techwin переименовывается в Hanwha Vision
Перспективы использования цифровых систем передачи изображения по радиоканалу
Датчики нейроморфного зрения в смартфонах
Ambarella добавляет новую SoC с поддержкой искусственного интеллекта для камер безопасности
