Сжатие видеоизображений в системах сетевого видеонаблюдения
17.01.2005
Так как все большее количество систем видеонаблюдения включается в состав сетей, вопрос управления передачей цифровых изображений таких систем стал решающим для широкого внедрения сетевого видеонаблюдения.
К счастью, эта задача решаема, и решение состоит в правильном выборе алгоритма сжатия. Настоящая статья, в которой рассмотрены некоторые конкретные алгоритмы сжатия и их сравнительные характеристики, призвана помочь в выборе такого алгоритма. В современной промышленности видеонаблюдения применяется пять основных алгоритмов сжатия видеоизображений. Некоторые из них применяются чаще других. Так, протоколы MPEG, H.261 и H.263 предназначены для подвижных и видеоизображений, а протоколы JPEG, JPEG 2000 и Wavelet -- для неподвижных изображений.
Основные алгоритмы сжатия
JPEG , что означает Joint Photographic Experts Group (Объединенная группа экспертов в области фотографии) -- это комитет, отвечающий за разработку стандарта JPEG 2000 и его последующих версий. JPEG стал самым распространенным форматом сжатия, используемым в наше время. Как свидетельствует название, он был разработан для сжатия одиночных неподвижных изображений. Поэтому видеоизображения он обрабатывает так же, как и неподвижные изображения. Этот алгоритм позволяет осуществлять как очень высокие степени сжатия, которым характерно низкое качество изображения, так и несколько более низкие степени сжатия, обеспечивающие хорошее качество. Если в изображении появляются артефакты, т. наз. распад изображения на квадраты, это явно указывает на завышенную степень сжатия (см. пример на рисунках 1, 2).
Рисунок 1. Исходное изображение Рисунок 2. То же изображение, подвергнутое слишком сильному сжатию
Под высокой степенью сжатия подразумевается уменьшение объемов файлов изображений. Это достигается благодаря сокращению объема и количества типов сохраняемых данных, что приводит к неизбежному изменению качества изображения. Кроме того, сжатие в формате JPEG достигается путем применения ряда сложных технологий, в т.ч. квантования, т.е. устранения избыточности информации, которая существует в любом цифровом изображении. Эти методы не вносят заметных изменений в качество изображения. То есть, алгоритм довольно сложный.
Формат JPEG 2000 дополнен применением вейвлетов (wavelets), которые при повышенных степенях сжатия существенно ослабляют распад изображения на квадраты, заменяя его некоей общей неопределенностью, которая не так сильно раздражает глаз (см. ниже рисунок 3).
Рисунок 3: Изображение, сжатое в формате JPEG 2000 с применением вейвлетов.
Формат Motion JPEG, или M-JPEG, позволяет достигать повышенной степени сжатия. Он разработан специально для подвижных и видеоизображений. Фактически, формат M-JPEG рассматривает цифровой видеопоток как последовательность изображений JPEG. Этому стандарту характерны те же преимущества, что и для JPEG, поскольку он предусматривает использование той же технологии сжатия. Для сжатия данных в обоих стандартах используется практически прямые методы, что позволяет создавать для их реализации недорогие средства кодирования и декодирования. Такая особенность позволяет изготовлять недорогие сетевые телекамеры, цифровые видеорегистраторы и видеосерверы, реализующие эти стандарты. Существуют также средства, реализующие формат MJPEG 2000.
Аббревиатура MPEG означает Motion Picture Experts Group (Экспертная группа по вопросам движущегося изображения). Этот комитет был сформирован в конце 1980-х годов для разработки стандарта кодирования движущихся изображений и звука. С тех пор он разработал форматы MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4. Следующими поколениями стандарта будут MPEG-7 и MPEG-21.
• MPEG-1 -- первый общедоступный стандарт, выпущенный в 1993 г. В нем использовалась технология кодирования видеоизображений, разработанная для стандарта JPEG, но были также добавлены технологии эффективного кодирования видеосерий. В видеоизображение, сжатое с применением формата MPEG, входят только новые фрагменты видеосерии, а неизменные элементы изображения используются повторно. Это позволяет сократить объем данных, подвергаемых сжатию. Стандарт MPEG-1 используется для сохранения цифровых видеоизображений, например, на компакт-дисках. Он достигает не столько качества изображения, сколько степени сжатия. Многие считают, что он дает качество изображения видеомагнитофона, хотя на самом деле изображение цифровое.
• Стандарт MPEG-2 был принят в 1994 г. Он предназначен для высококачественной цифровой видеозаписи (DVD), цифрового телевидения высокой четкости (ТВЧ), интерактивных средств хранения, цифрового радиовещания (DBV) и кабельного телевидения (КТВ). Проект MPEG-2 был сосредоточен на распространении технологии кодирования MPEG-1 на изображения увеличенного формата и повышенного качества за счет понижения степени сжатия и повышения скорости передачи. Кроме того, стандарт предоставляет дополнительные средства улучшения качества изображения при неизменной скорости передачи. Это позволяет получать очень качественное видеоизображение по сравнению с другими технологиями сжатия. Частота смены кадров фиксированная и составляет 25 (PAL)/30 (NTSC) кадров в секунду, как и в формате MPEG-1.
• Стандарт MPEG-4 поддерживает даже меньшие пропускные способности, что позволяет использовать его в таких применениях, как мобильные телефоны и персональные информационные устройства (PDA). Тем не менее, он удовлетворяет требованиям к качеству изображения и практически не ограничивает пропускной способности приложений. Сейчас этот стандарт используется для сжатия фильмов. Кроме того, он используется в мобильных телефонах. Стандарты MPEG-2 и -4 используются с разными значениями форматов изображения, частоты смены кадров и пропускной способности.
Таблица 1. Сравнительная таблица, отображающая различия в формате изображений, частоте смены кадров и использовании пропускной способности разными версиями MPEG
MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4
Макс. скорость 1.86 Мбит/с 15 Мбит/с 15 Мбит/с
Ширина изображения (пикс.) 352 720 720
Высота изображения (пикс.) 288 576 576
Частота смены кадров 25 к/с 25 к/с 25 к/с
Разные алгоритмы сжатия имеют разные функции, а некоторые являются более гибкими, чем другие. Поэтому, прежде чем решать, какие устройства применять и с какими алгоритмами, следует оценить реальные требования, выдвигаемые конкретным применением.
Очень важно продумать, что должна регистрировать система. Нужны ли неподвижные изображения опознаваемых лиц и событий, либо подвижные изображения' Критична ли пропускная способность' Какую пропускную способность можно отвести в существующей сети под передачу видеоизображения' Мало будет пользы от изображения качества DVD в режиме реального времени, если передача видеоизображений по тревоге от сетевых телекамер до экрана компьютера начальника охраны будет длиться десять минут, но это изображение нельзя будет сохранить на выделенном носителе, не загрузив его снова через несколько часов.
Также имеет значение бюджет. Усложнение алгоритмов означает удорожание средств видеонаблюдения с их применением, что увеличит общую стоимость конкретного решения. Поэтому, какой бы ни была система, необходимо найти компромисс между качеством и объемом изображения, скоростью и четкостью, характеристиками и стоимостью. При выборе средств видеонаблюдения ключевую роль играет выбор алгоритма сжатия. Сам выбор следует тщательно мотивировать в любом задании на охранную систему видеонаблюдения.
Источник: Axis Communications
Просмотрено : 8 раз
Материал предоставлен :
Security News :: Газета международных новостей по техническим средствам и системам безопасности
Сайт : http://www.secnews.ru/
| Голосовать: |
Читательский рейтинг : (0 голосов) |
|
|
ПОРТАЛ
