• Наш адрес: 127253, г. Москва, Лианозовский проезд, д. 6
  • Почта: info@mip-sb.ru
  • Наш телефон: +7 (495) 760-97-34
Ваша корзина
Товаров в корзине: 0 штук.
На общyю сумму 0 рублей.
лентаНовостей

Стандарт сжатия Н.264

Стандарт сжатия Н.264

 

Технология сжатия видеоизображений H.264 — большой шаг вперед для систем Видеонаблюдения. Применение данного формата позволяет без потери качества изображения получать файлы на 80% меньшего объема, чем при использовании Motion JPEG, и на 50% — чем стандарта MPEG-4 Part 2. Для передачи и хранения таких файлов требуется меньше ресурсов сети и дискового пространства, что позволяет снизить стоимость систем и значительно повысить качество изображения при сохранении прежней скорости передачи битов. Благодаря таким великолепным показателям формат H.264 (известный также как MPEG-4 Part 10/AVC — улучшенная система кодирования видео) стал наиболее предпочтительным способом сжатия. Эта технология уже используется на новых мобильных телефонах, цифровых видеоплеерах, в системах профессионального видеонаблюдения и быстро завоевывает признание пользователей.

Основы сжатия видеоизображения: кодирование и декодирование .

Сжатие видеоизображения заключается в удалении избыточных видеоданных или сокращении их объема, благодаря этому файлы с оцифрованным видео удается эффективно передавать по сети и хранить. При сжатии к исходному видеоизображению применяется определенный алгоритм. Применение обратного алгоритма позволяет практически без потерь восстановить оригинальное видеоизображение. Такая пара алгоритмов называется кодеком. Результаты работы кодеков, построенных на одном и том же стандарте сжатия, могут различаться. Это связано с тем, что разработчик программы может по своему выбору реализовать тот или иной набор средств сжатия, предусмотренных стандартом. Это считается допустимым, поскольку итоговый файл имеет установленный стандартом формат и может быть декодирован. Поэтому, не разобравшись сначала в деталях той или иной реализации, невозможно оценить эффективность стандарта по сравнению с другими стандарта- ми и даже с другими его реализациями. При реализации декодера, напротив, обязательно должны быть реализованы все заявленные в стандарте средства. Это связано с тем, что стандарт четко устанавливает порядок восстановления каждого бита сжатого видеоизображения.

Понятие о кадрах.

 В зависимости от профиля H.264 (набора алгоритмических функций, предусмотренных стандартом для тех или иных случаев) кодер может работать с кадрами различных типов: I-, P- и B-кадрами.

 I-frames (key frames) — кадры, содержащие полное изображение.

 P-frames — кадры, содержащие в себе только изменения изображения по отношению к предыдущему кадру.

B-frames — двунаправленные кадры, содержащие в себе изменения как по отношению к предыдущему кадру, так и по отношению к последующему. Как правило, этим кадрам предоставляется более низкий поток, нежели I/P-кадрам. Они могут помочь, если требуемое качество видео не умещается в требуемый поток. Такие кадры вставляются между I/P-кадрами.

В сетевых камерах и видеокодерах используется базовый профиль H.264. Он предусматривает использование только I- и P-кадров и, следовательно, позволяет осуществлять сжатие с минимальной задержкой (затратами времени на сжатие, передачу, восстановление и отображение файла). Последнее очень важно для систем видеонаблюдения, особенно когда требуется управлять камерой в реальном времени.

Основные методы сжатия данных.

 Для сжатия видеоданных, как в рамках одного кадра, так и в пределах последовательности, состоящей из нескольких кадров, применяются различные методы. Сжатие в пределах кадра осуществляется обычно за счет удаления избыточной информации. При работе с несколькими кадрами могут применяться такие методы, как дифференциальное кодирование и поблочная компенсация движения. При дифференцированном кодировании изображение в кадре сравнивается с изображением в опорном кадре (пред- шествующий I- или P-кадр). При этом кодируются только те пикселы, цвет которых изменился. Следовательно, кодируется и передается меньшее количество пикселов. Однако, если сжимаемое изображение интенсивно меняется, дифференциальное кодирование не позволяет достичь значительного сжатия. Для таких случаев больше подходит поблочная компенсация движения. В основу этого метода положена знание о том, что большинство элементов изображения, составляющих очередной кадр, можно найти на предыдущем кадре, но на других местах. Поэтому кадр разбивается на несколько макроблоков — блоков пикселов. Блок за блоком новый кадр (например, P-кадр) сравнивается с опорным кадром. Если найден совпадающий блок, кодировщик сохраняет только информацию о том, где этот блок расположен на опорном кадре. Для того чтобы сохранить такой вектор перемещения, требуется меньше бит, чем на кодирование содержимого блока.

Повышение эффективности сжатия в H.264.

 В стандарте H.264 технология сжатия видеоизображения вышла на новый уровень: появилась более совершенная схема внутреннего предсказания, используемая для кодирования  I-кадров. Благодаря этой схеме количество битов, необходимых для хранения I-кадра, значительно снижается, а качество изображения остается неизменным. Получить такой результат удается за счет использования моноблоков меньше- го размера. Поиск совпадающих пикселов теперь осуществляется среди ранее закодированных пикселов, расположенных по краям нового макроблока. Значения этих пикселов используются повторно. В результате объем, который занимает изображение, значительно уменьшается. В H.264, кроме того, усовершенствован механизм поблочной компенсации движения, который используется для кодирования P- и B-кадров. Кодировщик H.264 может по своему выбору осуществлять поиск совпадающих блоков (с точностью до субпиксела) в произвольном количестве областей одного или нескольких опорных кадров. Размер и форма блока также могут меняться, если при этом совпадение получается более точным. Для построения областей кадра, в которых нет совпадающих блоков, используются моноблоки с внутренним кодированием. Столь гибкий подход к компенсации движения оправдывает себя, например, при наблюдении за людными местами, когда требуется обеспечить также и качество изображения. Для компенсации движения выделяется большая часть ресурсов, отведенных видеокодеру. Поэтому от того, каким образом и насколько полно реализован этот алгоритм, зависит эффективность сжатия видеоизображения кодировщиком H.264. При использовании H.264 удается также уменьшить количество артефактов блочности, характерных для Motion JPEG и других стандартов MPEG. Для этой цели в цикле кодирования используется внутренний фильтр деблокинга. В результате применения адаптивных алгоритмов удается сгладить края блоков и получить на выходе видеоизображение почти идеального качества.

H.264 набирает ход.

Специалисты в области телекоммуникаций и эксперты, занимающиеся информационными технологиями, ожидают, что H.264 постепенно вытеснит другие используемые сегодня стандарты сжатия видеоизображения. В системах видеонаблюдения H.264, уже использоваться, в первую очередь, для решения задач, требующих больших скоростей передачи данных и высокого разрешения, например, в системах наблюдения за автомагистралями, в аэропортах и казино, где 30 к/с является нормой. В таких системах применение новой технологии позволит снизить требования к ширине каналов и объемам дискового пространства и приведет к значительной экономии. Кроме того, H.264  способствует внедрению камер высокого разрешения. Благодаря этой технологии удается сократить характерные для работы с этими камерами огромные размеры файлов и трафика, сохранив при этом высокое качество изображения. Однако есть и отрицательные стороны. Хотя H.264 позволяет снизить стоимость передачи и хранения данных, для работы с ним требуются более сложные сетевые камеры и высокопроизводительные  станции наблюдения, где видеоизображение будет декодироваться и просматриваться. Все больше сетевых камер, видеокодеров и систем управления видеоинформацией поддерживает H.264. Поэтому имеет смысл выбирать именно такие устройства, способные работать с этим новым открытым стандартом сжатия видеоизображения. Другие стандарты, в том числе Motion JPEG, будут применяться в системах с низкими требованиями к частоте кадров, обычно ниже 4 к/с. Поэтому, в идеале, наибольшую гибкость может обеспечить применение устройств, поддерживающих как Motion JPEG, так и H.264.