- специальный алгоритм сжатия видеоданных на базе алгоритма MPEG для охранных систем

MPEG - это алгоритм сжатия видеоданных, часто встречающийся в телевизионной и компьютерной технике для сфер массового потребления. Движущиеся изображения любого рода, будь то в Internet, на дисках DVD, в цифровом ТВ или в кодерах цифровых видеокамер, сжимаются по алгоритму MPEG. В сферах массового потребления он используется в основном для передачи и воспроизведения сжатых видеофильмов. При этом процессорное время, необходимое для генерации высококачественных и сильно сжатых видеоизображений, не так существенно. Не важны также временные задержки или резкие переходы кадров при обратной перемотке или при воспроизведении стоп-кадров. Важно только то, что алгоритм обеспечивает высокую степень сжатия видеоданных, необходимую для быстрой передачи и воспроизведения изображений.

Другое дело - охранные видеосистемы. Здесь в основном требуется сжатие видеоданных реального времени, высокое качество и достоверность их передачи с максимально возможной степенью сжатия при низкой полосе пропускания видеоканалов, минимизация расходов расходов на средства хранения видеоизображений, а также минимальные задержки при передаче реальных изображений и оптимальные возможности для воспроизведения видеозаписей. Существующие в настоящее время кодеки алгоритмов сжатия видеоданных не отвечают этим требованиям.

- Алгоритм разработан фирмой GEUTEBRUECK, реализован в виде кодека реального времени в видеопроцессоре GeViScope, обеспечивает оптимальные характеристики производительности применительно к охранным видеосистемам:

Форматы видеоизображений

Для каждого медийного канала (видео+аудио) GeViScope формат изображения для непрерывной или для управляемой событиями видеозаписи можно задать отдельно:

• 704 (Г) x 288 (В) пикселей (полукадр, 2CIF),
• 352 (Г) x 288 (В) пикселей (CIF),
• 176 (Г) x 144 (В) пикселей (QCIF),
• 704 (Г) x 576 (В) пикселей (полный кадр, 4CIF) на заказ
• Г - по горизонтали; В - по вертикали.

Меньшему формату соответствует пропорционально меньший размер файла сжатого видеоизображения.

2-поточная обработка видеоданных (режим DCS - Dual Channel Streaming)

Параллельно выполняется видеозапись и отображение видеоданных в через сетевую коммутирующую структуру.

Изображение камеры (полный кадр) состоит из двух полукадров. GeViScope записывает один полукадр, а второй полукадр передает в сеть. Такое разделение обеспечивает видеозапись в реальном времени со скоростью до 25 полукадров в секунду и параллельную передачу видеоданных в сеть со скоростью до 25 полукадров в секунду на канал (сетевая коммутирующая структура). Время задержки при передаче видеоданных, сжатых по алгоритму MPEG4CCTV, очень мало и составляет < 150 мс для защищенной от помех сети, что сравнимо с алгоритмом M-JPEG.

Изменение скорости передачи кадров видеоданных

Скорость передачи кадров видеоданных может регулироваться отдельно для непрерывной и управляемой событиями видеозаписи. Диапазон регулировки: от скорости отображения реальных данных (25 полукадров в секунду) до пониженной, например, 1 кадр за 10 секунд.

Степень сжатия видеоданных

использует два способа сжатия: DCT (Discret cosinus transformation - дискретное косинусное преобразование) с последующим квантованием для сжатия отдельных полукадров и DPCM (Difference pulse code modulation - дифференциальная импульсно кодовая модуляция) для компенсации отклонений в изображении. Степень сжатия видеоданных (уровень качества) устанавливается от 1 (100%) и далее, определяя качество сжатого изображения. Чем выше степень сжатия, тем больше сокращается объем видеоданных в изображении, т.е. тем сильнее размывается изображение. Степень сжатия устанавливается соответственно требуемому качеству изображения. При этом после эталонных полукадров изображений (I-фреймов) в видеозаписях следуют полукадры отклонений, в которых записываются только измененные видеоданные изображения.

Переменная скорость передачи битов видеоданных

Именно качество изображений является основой всего в охранных видеосистемах. Не смотря на высокую степень сжатия и необходимость экономии памяти накопителей для хранения видеоданных, в случае возможной опасности или тревоги видеоизображения должны передаваться без задержки и содержать полную детальную информацию о движении.

выполняет сжатие при переменной скорости передачи битов видеоданных. Это значит, что установленная степень сжатия задает постоянное качество видеоизображений (CPQ - Constant Picture Quality) независимо от движений в кадрах. Больше движений в кадрах вызывают повышение скорости передачи битов видеоданных по сравнению со статичными кадрами. Для определения потребности в памяти накопителей для хранения видеоданных необходимо определить среднее значение, которое учитывало бы время записи кадров с интенсивным движением, а также кадров с незначительным движением.

Ненаправленные полукадры отклонений (B-фреймы)

Стандартные кодеки MPEG4 (ASP) генерируют фиксированные последовательности групп полукадров изображений (GOP = Group of Pictures), состоящих из эталонного полукадра и полукадров отклонений: I-фреймы (эталонные полукадры), P-фреймы (полукадры отклонений с учетом всех предыдущих P-фреймов и один I-фрейм) и B-фреймы (полукадры отклонений с учетом предыдущих и последующих P-фреймов и I-фреймов).

генерирует в качестве полукадров отклонений исключительно B-фреймы, не направленно ориентированные на предыдущие I-фреймы. Это гарантирует не только логическую обработки полукадров без задержек даже при видеозаписи на пониженной скорости, но и малое время задержки при при воспроизведении видеоданных в различных режимах: стоп-кадр, перемотка назад, перемотка вперед и поиск изображений.

Изменение длины групп полукадров и управление структурой изображений

Длина для групп полукадров изображений, например, последовательности в формате MPEG для дисков DVD, стандартизирована и составляет максимум 15 полукадров. Такая произвольная структура группы при имеет ряд недостатков при использовании в системах охранного ТВ и видеонаблюдений. При интенсивных движениях в кадрах изображений камеры размер полукадров отклонений увеличивается до тех пор, пока по плану не будет сгенерирован очередной I-фрейм. При незначительных движениях в кадрах изображений камеры согласно структуре группы генерируются множество I-фреймов (эталонных полукадров), хотя в этом нет необходимости, и при этом значительно увеличивается потребность в памяти накопителей для хранения видеоданных.

позволяет динамически управлять длиной групп полукадров изображений, при этом при значительных изменениях в изображении камеры автоматически генерируется новый I-фрейм, а при незначительных движениях - более длинные полукадры отклонений (B-фреймы, с учетом предыдущего I-фрейма).

В итоге:

обеспечивает характеристики производительности как раз применительно к охранным видеосистемам. При сжатии видеоданных достигается среднее сокращение объема данных на 50% по сравнению с алгоритмом M-JPEG при сохранении того же качества изображения. С помощью динамического управления длиной групп полукадров изображений может быть достигнуто более существенное уменьшение объемов видеоданных в зависимости от интенсивности движений в кадрах изображений с камеры.

Функция экспорта MPEG-файлов в GeViScope создает файлы видеоданных, совместимые с форматами MPEG2 и MPEG4, которые могут воспроизводиться со скоростью оригинала с использованием стандартных средств и декодеров.

Источник: http://geutebrueck.ru/