К кодекам сжатия информации видеорегистраторов не относится алгоритм

Обновлено: 13.05.2024

Видеокодеки: их много и все они разные. Решили раз и навсегда (хотя бы на ближайшие три года) разобраться какой из них лучше и почему?

К примеру вы купили новенький 4K-телевизор. Приготовились смотреть блокбастер в 4K HDR, а там сплошные блоки, артефакты и так далее. А выставляешь качество получше, видео начинает тормозить и долго подгружаться! Почему так?

Ответ простой — виноваты кодеки.

Поэтому сегодня поговорим от том какие бывают кодеки при видеостриминге. Узнаем, чем отличается h.264 от h.265? Узнаем, почему современные видеокодеки — самые лучшие предсказатели. Поговорим от том, что придет на смену AV1? И выясним как не ошибиться с выбором ТВ!

Если бы не было современных видеокодеков, то не было бы ни YouTube, ни стриминговых сервисов, ни zoom-конференций. А всё потому, что цифровое видео очень много весит. К примеру несжатый полуторачасовой фильм в формате 4K Ultra HD весил бы. Как думает сколько? Немногим больше, чем 3,22 терабайта! Это примерно по 36 гигабайт на 1 минуту видео.

3840 x 2160 точек x 8 (бит) x 3 (канала цвета) x 24 (кадра) x 5400 (сек) / 8 000 000 000 000 (биты в терабайты) = 3,22 TБ

Современные кодеки позволяют без заметной потери качества уменьшить размер файла до 5 гигабайт на всё видео. Это в почти в 645 раз меньше! Но как они это делают, и что значит без заметной потери качества?

Принцип работы

Все это основано на принципах работы архивов. Кстати, напишите, если хотите материал про основы сжатия информации.

Но сейчас сосредоточимся на вдиео. Грубо говоря, есть два типа сжатия которые применяются в видеокодеках. Что это всё такое?

Первое — это внутрикадровое сжатие. А второе — межкадровое сжатие.

Внутрикадровое сжатие позволяет оптимизировать размер каждого конкретного кадра. Для чего применяются различные методы борьбы с излишней информацией. По принципу — удаляем всё подряд, кожаные мешки всё равно не заметят! А мы действительно много чего не замечаем.

Цветовая субдискретизация

Например, человеческое зрение отлично различает перепады яркости, но так себе различает цвета. Это такая странная эволюционная фишка. Поэтому в кодеках активно используется метод цветовой субдискретизации. Это абсолютно гениальная штука.


Берём видео с тремя каналами цвета — RGB, и конвертируем его в видеоформат, в котором есть отдельный канал яркости — Y и два канала цвета Cb и Cr. И получаем формат YCbCr.

Кому интересно, вот такая математика за этим стоит.


Преобразование ITU-R BT.709

А дальше, так как у нас теперь цвета и яркость — это отдельные сущности, мы уменьшаем каналы цвета по разрешению в два раза и натягиваем на канал яркости. Готово! Разница почти не видна, а количество информации почти в два раза уменьшили.


Такой вариант субдискретизации обозначается тремя цифрами 4:2:0, что расшифровывается так: на 4 пикселя яркости приходится всего 1 цветной пиксель, в каждом канале цвета.


Именно в формате 4:2:0 стримят всё видео в интернете. Включая этот видос. Хотя в настройках камеры я поставил 4 4 2 — чтобы хотя бы цветокоррекцию можно было сделать.

Косинусы

Если вам это кажется сложным, то как насчет — второго варианта сжатия или например использования дискретного косинусного преобразования. Это вообще интересная штука.

Вот посмотрите на такую табличку с градиентами.


Оказывается, накладывая вот такие квадратики друг на друга с разной степенью прозрачности можно получить в принципе любое изображение.

Вот посмотрите как потихоньку вырисовывается буква А.

Поэтому если разбить кадр на мелкие блоки. Всё изображение можно представить в виде наложения косинусов друг на друга.


Всё это внутрикадровые методы сжатия, их довольно много и они ничем не отличаются от методов сжатия изображений, например также сжимается JPEG.

Все эти методы позволяют неплохо сжать изображение, оптимизировав размер в десятки раз. Что неплохо, но не идет ни в какое сравнение с видеокодеками, которые сжимают данные в сотни раз. И делают они это благодоря межкадровому сжатию. Что это такое?

Межкадровое сжатие

Как правило соседние кадры в видео мало чем отличаются друг от друга. Тогда зачем нам тогда кодировать каждый кадр отдельно?



А с учетом того, что мы и так уже разбили информацию на блоки, кодировать нам придется не весь кадр, а только изменившиеся блоки.


Всякие глитчи, когда изображение становится зеленым или фиолетовым, а поверх частично рисуется новый кадр, это как раз следствие межкадрового сжатия. Просто ключевой кадр во время стриминга был потерян.

Предсказания

И если вы уже сейчас думаете: WOW! Как круто люди придумали, то вы рано удивляетесь.

Больше всего сэкономить места кодекам помогают механизмы предсказаний.

Например, если человеку показать два кадра: в одном кадре объект находится слева, а в другом справа, и попросить его предположить, где бы находился объект в промежуточном состоянии. Человек легко это сможет сделать интуитивно.


Точно также в каждый кодек вшиты алгоритмы предсказаний. Просчитывая вектора движений, они предполагают каким могут быть промежуточные кадры. Но какой в этом смысл?



Если их предположение оказывается верным, то есть совпадает с реальным кадром который нужно сжать, то в этом случае можно вообще не использовать никакие данные из реально кадра, а использовать предположение.

А если что-то не совпало, то можно хранить просто разницу между реальным кадром и предполагаемым, в этом случае всё равно получится сохранить очень много байт. Более того при помощи предиктивных моделей, можно предугадывать не только соседние кадры, но и соседние блоки внутри кадра.

Например, если внутри блока у нас одни синие пиксели, мы можем предположить, что и соседний блок будет состоять из синих пикселей.



Естественно, чем лучше модель предсказания, тем эффективнее работает кодек. Поэтому именно в моделях анализа изображения и предсказания соревнуются современные кодеки.

А если вы также хороши как современные кодеки, вы должны были предсказать, что сейчас мы будем говорить о телевизоре от спонсора, сегодняшнего ролика — Haier.


У нас сегодня недорогой телевизор HAIER 43 SMART TV MX с диагональю 43 дюйма и разрешением Ultra HD. В телевизоре есть все базовые функции.

Он работает на Android TV 9-й версии со всеми преимуществами системы: можно обмазаться всеми стриминговыми сервисами и смотреть сериальчики в 4K HDR.

Благо Wi-Fi модуль поддерживает частоту 5 ГГц, поэтому стримится контент без задержек. Также можно истыкать телевизор флешками и жесткими дисками, для любителей надежного старого способа.

Здесь удобный пульт с голосовым управлением, который работает по Bluetooth 5.0, а также можно подружить другие аксессуары: наушники, клавиатуры, геймпады. В общем, раздолье. Да и вы сами знаете, что позволяет Android TV.

Но самое главное в этом телике — качество картинки. Тут установлена очень хорошая VA-матрица и Direct LED подсветка. Картинка выглядит отлично: глубокий черный, сочные цвета. Есть поддержка HDR10.

Плюс есть 4K-апскейлинг, поэтому Full HD-контент на этом телевизоре выглядит замечательно.

В общем, за дисплей пятёрка. Даже больше скажу, у Haier есть подобная модель с Full HD-разрешением по цене ниже. Так вот тут, картинка гораздо лучше, есть за что доплатить.

Звук тоже очень неплохой — колонки мощностью 16 Ватт, а также поддерживается фирменная технология объемного звука Simulated Surround Sound. Поэтому можно не тратиться на дополнительные саундбары.

Особенное удовольствие доставляет безрамочный дизайн, который впишется в любой интерьер и не будет отвлекать на себя внимание от контента (в любом кодеке).

В общем, HAIER 43 SMART TV MX -отличная покупка если вам нужен небольшой ТВ с хорошим изображением. Для онлайн контента здесь все есть, топ модель в своем сегменте!

Теперь мы представляем, как примерно работают работают кодеки, а значит сможем их сравнить.

Самый популярный и устаревший на текущий момент кодек — это всеми любимый H.264 или AVC (Advanced Video Coding), или MPEG-4 Part 10. Это всё одно и тоже.

Кодек существует с 2003 года и он по-прежнему популярен. В первую очередь, потому что он поддерживается всеми браузерами, операционными системами и процессорами.


Но при этом кодек безбожно устарел. И вот почему:

  • Максимальный размер блока только 16×16 пикселей. А это очень мало для 4K и 8K видео. Допустим, что у нас в кадре большое синее небо, которое можно бы было разбить на огромные блоки. Но AVC так не умеет, поэтому он тупо не эффективен для UHD-контента. Кино в 4K в этом кодеке будет весить 20 и больше гигов.
  • Нет поддержки HDR, а значит не сможет раскрыть потенциал современных дисплеев.
  • Кодек не умеет восстанавливать изображение из промежуточных кадров, поэтому видео часто распадается на блоки и плохо подходит для стриминга видеозвонков.
  • Кодек платный.

Поэтому на смену H.264 пришел его старший брат H.265 или High Efficiency Video Coding, то есть HEVC. Тот самый кодек, на который перешли в Apple в 2017 году. Поэтому все видео и даже фоточки на iPhone кодируются при помощи кодека HEVC.

Скажу сразу, кодек хорош. На текущий момент это такая золотая середина между скоростью кодирования, декодирования и эффективностью сжатия. Смотрите сами:

  • H.265 в 2 раза эффективнее сжимает видео, чем его предшественник. То есть файлы в том же качестве будут весить в 2 раза меньше.
  • Максимальный размер блока тут увеличен в 4 раза: 64×64 пикселя. При этом уровень анализа изображения сильно прокачали. Поэтому кодек очень эффективно сжимает 4K-видео.
  • Появилась функция произвольного доступа к изображению. В этом кодеке нет ключевых кадров и промежуточных, тут все кадры равны и каждый кадр может быть декодирован самостоятельно. Поэтому HEVC не распадается на блоки и отлично себя ведет во время стриминга. FeceTime обязан своей хорошей картинкой именно кодеку HEVC.
  • Тут сильно прокачали внутрикадровое прогнозирование. Теперь учитывается 33 направления движения вместо 9, в прошлом кодеки.
  • Ну и конечно, кодек поддерживается всеми современными процессорами.



Кодек сам по себе великолепный. Но есть у него проблема — неадекватная политика лицензионных отчислений. Он настолько дорогой, что он просто не прижился в интернете.

Из всех браузеров его поддерживает только Safari, несмотря на то что кодеку уже 9 лет.


Тем не менее, кодек очень приглянулся всем любителям торрентов, поэтому для телевизоров поддержка H.265 обязательна. Поэтому прежде чем купить телевизор внимательно посмотрите в инструкции, есть ли цифровой декодер H.265. В телевизоре Haier поддержка есть, мы специально проверили.


В интернете господствуют кодеки от Google — VP8 и VP9.

По эффективности VP8 примерно равен H.264, а VP9 примерно равен H.265, но все же немного ему уступает. Эффективность — не главное их преимущество, главное, что они бесплатные. Поэтому кодеки быстро получили подержку всех браузеров, а в прошлом году даже появилась поддержка на девайсах Apple.

Помните то, что на iOS девайсах наконец-то в YouTube появилось разрешение 4K — это как раз заслуга VP9. Потому как YouTube рендерит 4К именно в этом кодеке.


Но это всё не так важно, потому как VP9 уже устарел. А на смену ему приходит новый бесплатный кодек AV1, про который мы уже как-то рассказывали.

В AV1 уже стримит YouTube и Netflix, его уже поддерживают почти все браузеры кроме Safari, конечно. И постепенно появляются процессоры с аппаратным декодированием.



Короче, в светлом будущем AV1 сомневаться не приходится. Но чем он так хорош, помимо бесплатности?

  • Он примерно на 30% эффективнее HEVC, особенно он хорош на низких битрейтах.
  • Размер блока тут еще больше 128×128 пикселей, что делает кодек выбором номер один для 8K-видео.
  • В кодеке очень сильно прокачали предсказания. Например, кодек умеет предсказывать цвет по каналу яркости! Вы представляете? Кодек фактически умеет превращать ч/б кадры в цветные!
  • Ну и моё любимое. Умеет накладывать на видео кинематографичный, пленочный шум. Это вообще красота…






Но если вы думаете, что война кодеков закончена. Это не так!

В прошлом году был представлен наследник H.265, новый кодек H.266, который получил название VVC или Versatile Video Coding. Этот кодек эффективнее вообще всего что было раньше.


Он на 50% эффективнее и без того прекрасного HEVC и где-то на 20% эффективнее AV1. Какие у него есть фишки?

Во-первых, в названии кодека указано, что он универсальный и это действительно так.

Он одинаково хорошо работает с любым типом контента: кино, 360° видео, неподвижный контент, игры.

Он поддерживает переменную частоту кадров от нуля до 120 Гц! Это просто подарок для стримеров и тестировщиков видеокарт!

А также поддерживает переменное разрешение!

Кодек ещё лучше подходит для 8К, потому как блок тут увеличен до 256×256 пикселей.

А механизмы предсказаний в этом кодеке тренировали нейросети.

С лицензионными платежами тоже обещали разобраться, поэтому вполне возможно, что наследник HEVC станет супер популярным.


По крайней мере Apple скорее всего будет использовать именно этот кодек. Но подождать придется минимум года три.

H.265 (HEVC), в отличии от H.264 (AVC), становится наиболее часто используемым форматом для сжатия видео и записи контента 4K / 8K UHD, не говоря уже о видео HD / SD. Увеличение количества видео 4K и 8K бросает вызов текущему стандарту сжатия H.264, поскольку ему больше не удается кодировать видео Ultra HD с удовлетворительной скоростью передачи данных, чем контент HD.

Вследствие этого, стандарт сжатия видео HEVC следующего поколения получает преимущество над AVC благодаря лучшей эффективности сжатия. Это позволяет на 50% снизить скорость передачи и сократить объем занимаемого места, но обеспечивает такое же качество видео.

Этот пост показывает различия между двумя стандартами, основанные на размере файла, использовании полосы пропускания, скорости передачи данных, качестве и совместимости.

Что такое H.265 (HEVC)?

H.265 также называется высокоэффективным кодированием видео (HEVC). Данный формат в два раза более эффективен, чем H.264 при кодировании. Он вдвое снижает скорость передачи при том же уровне качества по сравнению со своим предшественником. Предназначен для дисплеев HDTV следующего поколения и систем захвата контента, которые имеют прогрессивную частоту кадров и разрешение, а также улучшенное качество изображения с точки зрения уровня шума, цветовых пространств и высокого динамического диапазона (HDR).

Что такое H.264 (AVC)?

H.264 или MPEG-4 AVC — это формат кодирования видео, который в настоящее время является одним из наиболее часто используемых для сжатия и доставки видеоконтента. AVC экономит битрейт на 50% и более по сравнению с его предшественником MPEG-2. Имеет более широкий спектр приложений, охватывающих все сжатое видео, начиная от потоковых приложений с низким битрейтом (YouTube, iTunes, Vimeo, Facebook, Instagram) для различных передач HDTV по наземному, кабельному и спутниковому телевидению. Он также широко используется для дисков Blu-ray, DVD, IP-сетей и приложений для цифрового кино с кодированием, практически без потерь.

Сравнение форматов сжатия видео

Эффективность сжатия

H.265 отличается от H.264 эффективностью сжатия. HEVC удваивает эффективность кодирования по сравнению со своим предшественником. Это означает, что кодек H.265 экономит около 50% битрейта при том же качестве кодирования — среднее уменьшение битов для H.265 составляет 64% при 4K UHD, 62% при 1080p, 56% при 720p и 52% при 480p. Таким образом, если загрузить фильм в H.265 и воспроизвести его на устройстве iPhone Android, то будет сохранено 50% памяти мобильного устройства. И качество фильма не пострадает!

H.265 vs H.264 сравнение форматов - эффективность сжатия

Сравнение форматов видео и эффективность сжатия

Полоса пропускания

H.265 превосходит H.264 и в отношении использования полосы пропускания. Поскольку алгоритм HEVC использует эффективное кодирование, он обещает приблизительно 40-50% уменьшения полосы пропускания передачи, необходимой для сжатия видео (в частности, формата 720p), с тем же качеством. Как правило, для потоковой передачи 4K H264 (AVC) требуется полоса пропускания 32 Мбит / с, а для передачи видео 4K HEVC — всего 15 Мбит / с. Таким образом, можно наслаждаться 4k видео без проблем даже при перегруженном сетевом соединении.

HEVC и AVC - экономия пропускной способности

H.264 и H.265 — полоса пропускания

Качество видео

Большая разница между рассматриваемыми кодеками заключается в качестве видео при одинаковой скорости передачи данных. В AVC границы областей блока, вероятно, будут искажены, потому что каждый макроблок является фиксированным, а данные независимы друг от друга. В то время как H.265 предлагает более четкие детали на гранях и сглаживает градиентные области с меньшим количеством артефактов.

Таким образом, H.265 лучше, чем H.264, когда речь идет о сжатии видео с лучшим качеством изображения.

H.265 (HEVC) и H.264 (AVC) - качество видео

Размер файла

Высокая степень сжатия также тесно связана с требованием цифрового хранения видеопотоков и передачи. Уменьшенная пропускная способность приводит к уменьшению размера файла. Тесты показывает, что видео, закодированное с помощью H.264, в 1-3 раза больше, чем H.265. Это выгодно для хранения информации на жестком диске (SSD / HDD) или устройствах с ограниченным пространством хранения, необходимого для размещения видеоданных. В этом отношении большое преимущество H.265 перед H.264.

HEVC и AVC - размер файла

H.265 vs H.264 сравнение форматов – размер файла

Совместимость форматов

Ничто не совершенно. Так же, как и HEVC. Все, сказанное выше, является преимуществом HEVC перед H264. Но есть и недостаток — плохая совместимость. В настоящее время новый формат далеко не так популярен, как H264. Современные устройства и платформы, поддерживающие кодек H264, составляют 99%. Поддержка кодека H265, может составлять около 30-40%.

Преимущества и недостатки

H.265 имеет много преимуществ перед H.264:

  • поддерживает до 8K UHDTV (разрешением, максимум 8192 × 4320),
  • скорость передачи данных составляет несколько ГБ / с,
  • размер файла вдвое меньше, и это с лучшим качеством!

H.265 имеет большое влияние на увеличение спроса и продажи экранов 4К, предлагая более высокое качество видео даже в сети с ограниченной пропускной способностью.

Но есть и обратная сторона. HEVC требует больше времени для кодирования по сравнению с AVC. Во-вторых, поскольку перспективный кодек, который сейчас широко не используется, просмотр видео H.265 не так прост. Поэтому преобразование H.265 в H.264 по-прежнему очень востребовано в наши дни.

Пишите в комментариях ниже какую информацию добавить или убрать для форматов сжатия видео — H.264 (AVC) vs H.265 (HEVC). Открыт для предложений по оформлению и наполнению страницы.

Кодек H.264

Одним из ключевых решений в проектировании современных систем видеонаблюдения, а также в их использовании является выбор кодеков для сжатия видеосигнала.

Этот программный элемент сегодня в большей степени определяет цену на оборудование систем видеонаблюдения (видеорегистраторы, видеосерверы, платы видеозахвата и IP камеры ).

Чтобы понять причину этому, необходимо хотя бы в общих чертах понимать, особенности работы кодеков H.264, MPEG-4 и MJPEG, а также вытекающие из этого преимущества и недостатки их использования.

MJPEG (Motion JPEG)

  • Данный кодек использует покадровую компрессию

Что это означает? Грубо говоря, данный принцип сжатия аналогичен тому, если бы вы собственноручно брали каждый кадр видео и сжимали его в формате JPEG с помощью, например, Microsoft Paint или Photoshop. Главным преимуществом данного кодека считается простота алгоритма сжатия, что не требует высокопроизводительного процессора. А вот недостатки этого продукта и стали причиной того, что применение его стремительно падает в системах видеонаблюдения. Итак, это в первую очередь – высокие требования к размерам дискового пространства для хранения информации. Кроме того, при реализации возможности удаленного доступа к видео данным посредством Интернет использование кодека MJPEG характеризуется не рациональным использованием пропускного канала связи, так как при сжатии отдельных кадров не учитываются изменения в последовательности кадров, что приводит к отправке лишней (одинаковой) информации. Таким образом, кодек MJPEG остается актуален для бюджетных вариантов систем видеонаблюдения, так как не предъявляет высоких требований к техническим характеристикам компьютеризированной части, однако для многофункциональных систем мониторинга и камер с большим разрешением его использование является не рациональным.

Современные видеорегистраторы: разрешение изображения, различные форматы сжатия видео

1. Разрешение изображения в видеонаблюдении.

2. Форматы сжатия в видеонаблюдении. Запись в mpeg4, m-jpeg и H.264. Преимущества и недостатки.

1. Разрешение изображения в видеонаблюдении.

CIF (Common Intermediate Format), также известный как FCIF (Full Common Intermediate Format) — это формат, используемый для стандартизации вертикального и горизонтального разрешения в пикселях в YCbCr-последовательностях в видеосигнале. В основном используется в системах видеонаблюдения, видеоконференцсвязи и в мобильном телевидении (DVB-H), впервые был предложен как стандарт для H.261. CIF был спроектирован для простого конвертирования между стандартами PAL и NTSC, с заявленным разрешением 352 x 288. В видеонаблюдении существует несколько разновидностей CIF:


как видно из диаграммы формат 4CIF соответствует телевизионной системе PAL и также имеет название D1. А формат CIF имеет в 4 раза меньшее разрешение изображения, чем D1 (TV PAL)

2. Форматы сжатия в видеонаблюдении. Запись в mpeg4, m-jpeg и H.264. Преимущества и недостатки.

На сегодняшний день цифровые видеорегистраторы (DVR) заняли весьма значительную нишу в построении систем видеонаблюдения, требования к которым относительно надежности, практичности и гибкости настроек с каждым днем возрастают.
В первую очередь интенсивное развитие DVR обязано возможности преобразования видеосигнала в цифровую форму, удобной для записи на жесткие диски, емкость которых с каждым днем стремительно увеличивается, достигая поистине впечатляющих значений. Так за несколько лет емкость одного жесткого дика возросла от 20 гигабайт до 2 терабайт, а возможность объединения нескольких винчестеров в один RAID массив позволяет создать огромный архив видеоданных.
Усовершенствование технологий сжатия видео привело практически к удвоению длительности хранимого видеоматериала на гигабайт памяти при аналогичном или лучшем качестве. Технология производства цифровых видеорегистраторов пережила не одну смену поколений – от первых аппаратных устройств с уникальными алгоритмами компрессии индустрия перешла уже к четвертому поколению цифровых видеорегистраторов, стандартизованных на уровне применяемых в них алгоритмов компрессии M-JPEG, MPEG-4 Part 2 SP (см. ниже) и H.264. Разработка формата MPEG (Moving Pictures Experts Group), который является стандартом ISO/IEC, открыла новые перспективы перед создателями DVR. Мультиплексирование и синхронизация данных, которая стала возможна при применении данного алгоритма позволила передавать потоки сжатого видео со звуком через сетевые каналы. Таким образом появилась возможность удаленного доступа, которая легла в основу многих охранных систем. Она позволила администраторам работать с видеоматериалами в удаленном режиме и предоставлять различные уровни прав доступа.
Благодаря уникальным особенностям компрессии H.264 последнее время как раз наметилась тенденция использования именно этого алгоритма сжатия во всех прогрессивных видеорегистраторах. На сегодняшний день формат H.264 является одним из самых ведущих и отвечающих современным требованиям алгоритмов компрессии. С применением h.264 практически решена одна из основных проблем видеонаблюдения – сохранение достаточно больших архивов записи с максимально возможной скоростью и качеством картинки. Описываемые в новом стандарте методы в целом не сильно отличаются от методов, используемых в стандарте MPEG-4 Part 2 SP. Тем не менее, новый стандарт включает в себя несколько достаточно перспективных решений. В совокупности технологии алгоритма компрессии H.264 позволяют получить довольно весомый прирост в эффективности – по сравнению с обычным MPEG-4 получаем улучшенное качество изображения с архивом в среднем на 30 % меньшего объема. Ниже представлены гистограммы, иллюстрирующие эффективность применения формата сжатия H.264.



Какими же свойствами должен обладать цифровой видеорегистратор с точки зрения построения надежной системы видеонаблюдения? Основываясь на требованиях, которые неоднократно предъявляются заказчиками, можно с уверенностью сказать, что помимо необходимости непрерывно архивировать видео синхронно со звуком, цифровой видеорегистратор должен обеспечивать передачу данных по сети в реальном времени, осуществлять управление поворотными устройствами, легко интегрироваться с оборудованием предыдущего поколения, а также быть эффективным с точки зрения затрат.
В качестве примера следует упомянуть имеющийся в продаже видеорегистратор с поддержкой h.264:

  • Алгоритм компрессии H.264;
  • просмотр в реальном времени до 16 камер, 400 к/с запись при разрешении CIF (352х288) и 100 для 4CIF (704х576);
  • 4 Аудио канала;
  • Поддержка 3 SATA жестких дисков до 2ТБ (каждый)
  • Съемный жесткий диск- Мышь и ИК-пульт в комплекте - Функция «Скрытый канал
  • функция Pentaplex: просмотр в реальном времени, запись, воспроизведение, дублирование
  • удаленный доступ;
  • Расширенное управление PTZ устройствами;
  • Нормально замкнутый или нормально разомкнутый 16 канальный вход тревоги
  • 4 канальный выход тревоги
  • Индивидуальная настройка видеопотока для локальной записи и трансляции по сети
  • Удаленная настройка по сети

Алгоритм сжатия Motion JPEG (M-JPEG) представляет собой формат записи потока отдельных кадров. При использовании алгоритма сжатия M-JPEG средний коэффициент сжатия видеосигнала составляет около 1:5, а скорость передачи видео с разрешением 720х576 пикселей – до 5 Мбит/с.

Алгоритм JPEG компрессии, изначально создавался для сжатия отдельных изображений и является алгоритмом покадровой компрессии.

Основной недостаток заключается в независимой обработке каждого изображения потока. При этом не учитывается, что основная информация уже присутствовала в предыдущем кадре. Результатом является довольно низкая способность сжимать потоковый видеосигнал и большой объем видеофайла. Однако как правило сохраняется высокое качество изображения.

MPEG4 использует технологию так называемого фрактального сжатия изображений. Фрактальное (контурно-основанное) сжатие подразумевает выделение из изображения контуров и текстур объектов.

Диапазон скоростей передачи данных, который поддерживает формат сжатия видео изображений MPEG 4, гораздо шире, чем в MPEG 1 и MPEG 2. MPEG 4 включает в себя методы прогрессивного и чересстрочного сканирования и поддерживает произвольные значения пространственного разрешения и скорости передачи данных в диапазоне от 5 кбит/с до 10 Мбит/с. В MPEG 4 усовершенствован алгоритм сжатия, качество и эффективность которого повышены при всех поддерживаемых значениях скорости передачи данных.

H.264 (MPEG-4 Part 10 AVC (Advanced Video Coding))

формат сжатия видеосигнала H.264 явился совместной разработкой двух международных организаций по стандартизации -- и ISO/IEC; этот формат также известен под названием MPEG-4 Part 10 AVC (Advanced Video Coding, продвинутая кодировка видеосигнала)

Кодер формата H.264 способен уменьшить размер файла, содержащего цифровое видео, более чем на 80% по сравнению с сигналом, сжатым по алгоритму формата Motion JPEG, при аналогичных показателях визуального качества. В сравнении с наиболее "ходовой" разновидностью формата MPEG-4 -- MPEG-4 Part 2 Simple Profile (SP) -- кодек H.264 обычно выигрывает 40-50% от объема видеофайлов. Данное преимущество может быть использовано, например для увеличения частоты кадров и разрешения изображения при сохранении текущего объема трафика или наоборот существенно снизить трафик при сохранении неизменными параметров и качества изображения.

ООО Система Сервис Санкт-Петербург,
ул. Заставкая д. 5/1, телефон (812) 642 27 11

Кодирование (сжатие) цифровой видеоинформации может показаться сложным для понимания вопросом, если вы не знаете, почему это важно, на что обращать внимание, и вообще, как это работает.

Почему сжатие видео имеет большое значение?

Использование цифрового способа видеосъёмки введено в 80-ых годах. Это была абсолютно несжатая, чистая видеоинформация, которая требовала огромных объемов памяти и ресурсов воспроизводящих систем для проигрывания и хранения файлов. Но даже сегодня, сжатие и кодирование – необходимое условие для записи любой видеоинформации, несмотря на колоссальный скачок в развитии цифровой электронной техники. В ином случае, загрузка, обработка, редактирование, воспроизведение и хранение видеофайлов превратится в испытание выносливости вашей нервной системы и возможностей вашего оборудования.

Как работает кодирование видео?
В процессе кодирования видеосигнала, поток видеоинформации непрерывно анализируется специальными программными средствами, и ненужные/неважные фрагменты данных попросту отсекаются, это помогает значительно уменьшить объем видеофайла.

Существует два вида сжатия видеоинформации: покадровое (внутрикадровое) и межкадровое кодирование.

Покадровое сжатие обрабатывает каждый кадр видеозаписи как отдельное неподвижное изображение, на подобии фотографии в jpeg-формате. Данная технология отличается хорошим качеством видео, однако уменьшение размера видеофайла незначительное из-за того, что сохраняются все кадры, даже если не происходит изменений в изображении на протяжении десятка, а то и сотни кадров. Иными словами, из ста одинаковых фотографий сохраняются все сто, а не одна.

Межкадровое сжатие работает по полярно противоположному принципу: при обработке сигнала, анализируется весь кадр, но сохраняются только ключевые изменения из кадра в кадр, как в мультипликации, когда нужно показать движение объекта, но фон заднего плана и окружающая объект обстановка одни и те же. Это позволяет существенно уменьшить размер видеофайла по сравнению с принципом внутрикадрового сжатия.

Качество видеоизображения после сжатия
Даже самые современные алгоритмы сжатия видеоинформации приводят к потере качества исходного сигнала. Но развитие программных продуктов и кодеков достигли того уровня, когда потеря качества практически не уловима и неотличима от оригинала среднестатистическим человеческим глазом, особенно непрофессиональным в области обработки цифрового видео.

Чтобы сохранить максимально возможное качество видеоизображения, при этом сэкономив на объеме видеофайла, нужно определить основные ключевые моменты: разрешение видео, размер файла, способ передачи и загрузки видеофайла, преобладание статичных или динамичных сцен, цветность, контрастность и тому подобные условия. Немаловажным фактором, влияющим на качество и размер полученного в итоге видеофайла, является выбор кодека и формата сжатия.

Кодеки
Видеофайл должен быть сжат и закодирован, а потом распакован и декодирован одним и тем же набором программных средств – кодеком, который включает в себя инструменты по обработке и воспроизведению файла. Иными словами, для просмотра какого-нибудь видеофайла вам нужно его раскодировать тем же кодеком, каким он был закодирован, например, видео, закодированное в кодеке MPEG-4 нужно декодировать тем же кодеком MPEG-4, в ином случае вы гарантированно получите проблемы с воспроизведением этого файла.

Стандарт сжатия M-JPEG (Motion JPEG)
Нелицензированный стандарт кодирования, созданный и широко используемый в 90-ых годах, который использует внутрикадровую технологию сжатия. Цифровой видеоряд, полученный с помощью данного кодека, представляет собой массив полновесных JPEG-изображений. Несмотря на то, что данный кодек позволяет использовать ряд понижающих объем файла инструментов, сегодня его используют крайне редко из-за невысокого качества получаемого изображения, а также за минимальную степень сжатия.

Стандарт сжатия MPEG-4
Лицензированный стандарт кодирования, использующий объектно-ориентированное (межкадровое) сжатие, то есть движение каждого объекта в кадре отслеживается отдельно и на основании этих движений фиксируется видеосигнал. Основной плюс данного кодека является широта настроек степени сжатия, которые можно подобрать под любую - низкую или высокую, скорость передачи данных. Данный формат является универсальным, он разработан для просмотра потового видео в реальном времени.

Стандарт сжатия H.264
Лицензированный стандарт копирования, который очень существенно уменьшает объем цифровой видеоинформации, при этом внося минимальные изменения в ее качество, особенно по сравнению с кодеками M-JPEG и MPEG-4. Данный кодек рассчитан на запись видеосигнала в течении продолжительного времени, так как требует небольших пропускных способностей сети и места на жестком диске. Кодек H.264 - является наилучшим инструментов при работе в системах видеонаблюдения, особенно при съемке с большой частотой кадров и высоким разрешением. Единственный момент, который присутствует в работе данного стандарта – он требует большей вычислительной мощности оборудования для распаковки и просмотра видеоинформации, по сравнению с M-JPEG и MPEG-4.

Какой стандарт применить?
В системе видеонаблюдения, сигнал от камеры поступает в видеорегистратор, где и происходит кодирование (сжатие) полученного видеосигнала. В зависимости от актуальности модели видеорегистратора, а также от ваших требований и происходит подбор необходимого видеокодека. Выбор между стандартами можно свести к тому, насколько часто вам необходимо скачивать и просматривать записанное видео.

В непрофессиональных системах видеонаблюдения, при простых аппаратных характеристиках оборудования, а также для формирования нескольких потоков видеосигнала (например, для передачи видео по сети или удаленном просмотре с помощью мобильного телефона), рекомендуется пользоваться кодеками M-JPEG и MPEG-4, так они совсем не требовательны к ресурсам системы.

Читайте также: