Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
Компенсация движения основана на блоках с соответствующей модификацией для границ объектов.
Размер блоков может быть 16x16 или 8x8 с половинным разрешением в пикселах. MPEG-4 также обеспечивает режим компенсации движения с наложением. Кодирование текстур объектов основано на DCT-преобразовании в блоках 8x8 с соответствующей модификацией для границ объектов. Для повышения эффективности кодирования также возможно предсказание коэффициентов. Статичные текстуры могут быть закодированы с использованием вейвлет-преобразования. Устойчивость к ошибкам обеспечивается за счет маркеров ресинхронизации, декомпозицией данных и другими методами. Масштабируемость обеспечивается как для пространственного, так и временного улучшения разрешения. MPEG-4 обеспечивает масштабируемость на уровне объектов с тем ограничением, что форма объекта должна быть прямоугольной. Для нас в видеонаблюдении это, возможно, самое полезное свойство, так как с ним связано масштабирование потоков для передачи по низкоскоростным каналам связи.
Стандарт MPEG-4 был оптимизирован для передачи данных в трех диапазонах скоростей: менее 64 кбит/с, 64 — 384 кбит/с и 384 кбит/с — 4 Мбит/с.
MPEG-4 предлагает набор инструментов и технологий, которые пригодны для различных областей применения как в существующих приложениях, так и в тех, которые появятся в будущем. Низкие скорости передачи данных и устойчивость к ошибкам позволяют использовать MPEG-4 для надежной передачи по низкоскоростным радиоканалам, что удобно для мобильных видеофонов, коммуникаций в космосе и, конечно, в видеонаблюдении. Для высоких скоростей передачи данных в MPEG-4 предусмотрены инструменты, которые упрощают передачу и хранение видео высокого качества, пригодного для телевизионных студий и других задач, требовательных к качеству видео. В процессе развития стандарта возникло несколько версий MPEG-4, которые поддерживают больше скоростей передачи данных, чем MPEG-2.
Основным применением стандарта MPEG-4 вне индустрии безопасности является размещение интерактивного видео в сети Интернет. Сейчас очень популярно программное обеспечение, которое позволяет поместить «живое» видео MPEG-4 на страницах сайта.
MPEG-4 может работать с чересстрочной и прогрессивной разверткой, хотя последняя редко используется в видеонаблюдении. Поддерживается формат оцифровки 4:2:0. Это означает, что количество отсчетов при оцифровке цветоразностных сигналов СЬ и Сr составляет половину от количества отсчетов яркостного сигнала как по горизонтали, так и по вертикали. Для каждой компоненты допускается квантование от 4 до 12 бит.
Также как и в MPEG-2, в стандарте MPEG-4 имеется несколько различных профилей (Simple Profile, Core Profile и Main Profile). Профили Simple Profile и Core Profile работают с видео формата QCIF и CIF со скоростью передачи данных 64 кбит/с, 128 кбит/с, 384 кбит/с и 2 Мбит/с. Профиль Main Profile может работать с разрешением CIF (352x288), полнокадровым разрешением, рекомендованным ITU-R 601 (720x576), и высоким разрешением HDTV (1920x1080). Поддерживаются скорости передачи данных 2 Мбит/с, 15 Мбит/с и 38.4 Мбит/с.
MPEG-4 разрабатывался не как монолитный стандарт, а скорее как набор инструментов, которые вместе с профилями обеспечивают решение конкретных задач. Хотя MPEG-4 представляет собой достаточно обширный стандарт, он имеет такую структуру, которая позволяет получать доступ к разным инструментам по мере необходимости. Каждый разработчик может выбрать из обширного стандарта MPEG-4 только тот инструментарий, который ему требуется, что с большой долей вероятности будет представлять очень незначительную часть стандарта.
Цифровые видеорегистраторы, работающие с MPEG-4 становятся все более популярными в видеонаблюдении, хотя они и используют разные профили MPEG-4 и, таким образом, отличаются по качеству изображения между собой.
MPEG-4 не заменяет, как считают некоторые, стандарт MPEG-2, но предлагает большую гибкость в работе на низкоскоростных каналах связи и позволяет передавать практически «живое» видео при скорости передачи 256 кбит/с. Некоторые производители включают MPEG-4 в свои цифровые видеорегистраторы для удаленного просмотра и управления, тогда как для локальной записи используются другие алгоритмы сжатия.
Ведутся разработки и новых стандартов в ITU-T и ISO. Последняя версия MPEG-4 и новый стандарт Н.264 позволят повысить уровень сжатия до такой степени, что фильмы с высоким разрешением (HDTV) можно будет записывать на DVD-диски высокой емкости.
MPEG-7
Хотя MPEG-7 и MPEG-21 (описан далее) не используются в видеонаблюдении, здесь необходимо их упомянуть, так как они представляют собой дальнейшее развитие концепции сжатия изображения, а не просто очередную модификацию алгоритмов сжатия. MPEG-1 и MPEG-2 обеспечивают удобный способ представления аудиовизуальной информации, и этими алгоритмами сжатия пользуются в вещательном телевидении, в видеонаблюдении и при видеомонтаже. MPEG-4 распространен еще более широко в различных сферах благодаря таким своим возможностям, как расширенный диапазон скоростей передачи, масштабируемость, устойчивость к ошибкам, гибкая интеграция объектов разных типов в рамках одной сцены и мощные методы добавления интерактивности в содержимое.
MPEG-7 определяет взаимодействующую структуру для способов описания содержимого, помимо традиционных метаданных. Описательные элементы MPEG-7 варьируются от цветов, форм и звуков до структурной информации высокого уровня о содержимом. MPEG-7 также имеет уникальный инструментарий для структурирования информации о содержимом.
MPEG-7 будет дополнять MPEG-4, а не заменит его. MPEG-4 определяет способ представления информации, a MPEG-7 определяет способ описания. MPEG-7 и MPEG-4 создают очень мощную связку, особенно когда используются объекты MPEG-4. С помощью MPEG-7 теперь стало возможным обмениваться информацией мультимедийного содержания, что позволяет легко найти именно то, что требовалось. Этот набор инструментов может оказаться особенно полезным в видеонаблюдении, где очень часто приходится иметь дело с архивами продолжительностью в несколько недель, а то и месяцев, записанных на жестких дисках. MPEG-7 поможет найти конкретные объекты, например, человека в красной рубашке или синюю машину, угнанную на улице.
MPEG-7, несомненно, найдет в будущем широкое применение в вещательном телевидении, видеонаблюдении и будет использоваться поисковыми серверами для нахождения различной мультимедийной информации. Поиск мультимедийной информации значительно упростится особенно в тех случаях, когда мы имеем дело с огромными объемами информации, записанной на жестких дисках большого объем.
Хотя сейчас в видеонаблюдении используются цифровые видеорегистраторы с функцией интеллектуального поиска, которые позволяют находить объекты в определенных зонах активности (неактивности), такой поиск с использованием MPEG-7 станет более мощным и гибким, что значительно повысит эффективность видеонаблюдения. Впрочем, это уже вопрос будущего.
MPEG-21
MPEG-21 — это еще один новый стандарт, который не используется в видеонаблюдении, но для полноты нашего описания мы немного расскажем и о нем. Задачей MPEG-21 является создание «полной картины» того, как различные Цифровые Элементы выстраиваются в инфраструктуру для доставки и использования мультимедийного содержания. Мир MPEG-21 состоит из Пользователей (Users), которые взаимодействуют с Цифровыми Элементами (Digital Items). Цифровым элементом может быть все, что угодно: от простой части мультимедийного содержания (одно изображение или звуковая дорожка) до целой коллекции видеозаписей. В качестве Пользователя MPEG-21 может выступать любое лицо (от производителей и продавцов до потребителя). Интересно, что все Пользователи «равны» в MPEG-21, так как у них у всех есть свои права и интересы в отношении Цифровых Элементов, а эти права и интересы необходимо выражать. Информация о распространении сама по себе представляет ценность, и конечный пользователь хотел бы иметь контроль над ее использованием. Серьезной движущей силой стандарта MPEG-21 является то, что цифровая революция дает пользователю возможность играть новую роль в цепочке производства и распространения мультимедийной информации.
Н.320
Стандарт Н.320 представляет собой рекомендацию ITU-T. Он состоит из серии других стандартов, каждый из которых отвечает за тот или иной аспект коммуникационной системы, то есть на самом деле является семейством стандартов. Например, стандарт Н.261 описывает кодирование видеоизображения, а Н.221 отвечает за мультиплексирование видеоинформации, аудиоинформации, данных и сервисной информации.
Рекомендация Н.320 предназначена в первую очередь для систем видеоконференции и видеофонов и оптимизирована для передачи данных по сети ISDN. При скорости передачи 128 кбит/с (два В-канала ISDN) можно достичь неплохого качества изображения при очень хорошей скорости обновления кадров. Поскольку допустимая скорость передачи данных для этого стандарта лежит в диапазоне от 64 до 1920 кбит/с, то Н.320 можно использовать в коммуникационных сетях (локальных и глобальных) с различной пропускной способностью. Обратите внимание, что стандарт Н.320 был разработан для двустороннего общения между людьми и поэтому не имеет задержки в передаче данных, которая наблюдается в стандартах MPEG-1 и MPEG-2.
