Алгоритмы сжатия видеосигнала в системах видеонаблюдения

Алгоритмы сжатия видеосигнала в системах видеонаблюдения

Многие из алгоритмов компрессии в своём развитии пришли к тому, чтобы удовлетворять специфические прикладные нужды. Международный телекоммуникационный союз (nternational Telecommunications Union, TU) и Международная организация по стандартизации (nternational Organization for Standards, SO) разработали ряд технологий компрессии, отвечающих и даже превосходящих сегодняшние потребности в системах видеонаблюдения и аудио-, видео-, контроля, а также требования обозримого будущего охранного ТВ. Вот их перечень: 

1) MPEG-2;

2) MPEG-4;

3) JPEG;

4) M-JPEG;

5) JPEG-2000;

6) Вейвлет-компрессия;

7) Н63;

8) Н64;

9) компрессия SMCT.

Частота кадров видеосигнала

Частота кадров видеосигнала, передаваемого на пульт системы видеонаблюдения и контроля, определяется прежде всего активностью в сцене и требованиями к разрешению изображения. Если движение в кадре малоинтенсивное или медленное, для получения адекватной информации со сцены можно обойтись меньшими частотами кадров, чем это требуется телевизионным стандартом — например, 5 кадров в секунду. А это существенно снижает требования к пропускной способности канала передачи данных.

Алгоритм Объединённой группы экспертов-фотографов JPEG

Старейшим и наиболее развитым алгоритмом сжатия изображений является JPEG, обычно применяемый к отдельным кадрам. В этом алгоритме изображение разделяется на блоки 8x8 пикселов, каждому из блоков присваивается значение (+) либо (-) и собственный код.

Программное обеспечение

Программное обеспечение, осуществляющее преобразование DCT, исследует блоки и их размеры, определяя, какие блоки могут являться избыточными и могут быть исключены из изображения. Оставив в кадре лишь самые необходимые из блоков, количество которых определяется принятым коэффициентом сжатия сигнала, ПО осуществляет передачу данных. Коэффициент компрессии обычно не должен превышать 10. На базе алгоритмов JPEG создан ряд новых методов компрессии, которые обеспечивают более высокие степени сжатия изображений.

Алгоритм JPEG для видеоизображений

Средний размер кадра в видеопотоке M-JPEG составляет примерно 16 кбит, что соответствует 480 кбит/с при 30 кадрах в секунду. Технология сжатия M-JPEG создает видеопоследовательность (поток) из набора отдельных кадров, сжатых компрессией JPEG. Этот вид компрессии использует некоторые ограничения человеческого зрения — в частности, то, что небольшие изменения цвета менее заметны, чем небольшие изменения яркости. При весьма небольших потерях в качестве изображение может быть сжато до пропорции 20.

Алгоритмы по видеоизображениям: MPEG-2, MPEG-4, MPEG-4

Алгоритмы Объединённой экспертной группы по видеоизображениям: MPEG-2, MPEG-4, MPEG-4 isual Стандарт MPEG-Стандарт компрессии MPEG-2 — дальнейшее развитие стандарта MPEG-1, нацеленное прежде всего на телевещание с битрейтами от 4 до 9 Мбит/с. Качество изображения, сжатого по этому стандарту, весьма высоко, а требования к пропускной способности — невелики.

Стандарт MPEG-2 может применяться для обработки изображений телевидения высокой четкости HDT. Он принят Федеральной комиссией электросвязи в качестве стандарта цифрового телевещания, а также в качестве стандарта сжатия видеосигнала для записи на диски DD. Сжатие сигнала стандарта TSC компрессией MPEG-2 поддерживает не только чересстрочное сканирование, но и прогрессивное — несмотря на то, что последнее редко используется в охранном видеонаблюдении.

При сжатии по стандартам MPEG-2 и MPEG-4 формируются три типа кадров Р и В, собираемых в фиксированные по длине и структуре группы GOP (Group of Pictures). Основной принцип данной технологии состоит в сопоставлении этих групп между собой. Первый кадр каждой группы относится к типу ntra) — такие кадры являются опорными для всех последующих кадров группы. За ним следуют кадры типа Р (Predictive) — предсказуемые кадры, несущие информацию лишь об изменениях, которым подверглось изображение с момента предыдущего опорного кадра, либо кадры типа В (bi-directional) — двунаправленные, в которых содержится только информация об отличиях изображения от соседних 1-й Р-кадров. В-кадры в качестве опорных не используются. Типичная длина группы GOP составляет 12 или 16 кадров. Средства просмотра изображений, транслируемых по сети, реконструируют видеопоследовательность на базе -кадров с учетом изменений, отражаемых в Ви Р-кадрах. Более подробно структура кода MPEG описана в соответствующих стандартах. При помощи этого вида компрессии достижимы степени сжатия до 60:1-100.

Стандарт MPEG-4

Стандарт MPEG-4 был введён в действие в 1998 году и стал, по сути, первым реальным стандартом сжатия в области мультимедиа и сетевых приложений, поскольку он обеспечил весьма низкие величины битрейтов, объединил в себе видео и звук, и при этом поддавался интерактивному управлению. MPEG-4 также основан на группировке -, Ри В-кадров в GO, однако, кроме этого, здесь применяется и объектно-ориентированная компрессия, в которой отдельные объекты (группы пикселов) в пределах кадра отслеживаются и сжимаются совместно. Этот метод позволяет задавать коэффициент сжатия в весьма широких пределах — от 20:1 до 300: Изначально стандарт MPEG-4 предназначен для потокового мультимедиа в Интернете, а также для видеотелефонии и вещательного ТВ. Стандарт MPEG-4 состоит из нескольких уровней, охватывающих часть общей спецификации стандарта и определяющих:

-Уровень 1 — синхронизацию и мультиплексирование видеои аудиоданных.

-Уровень 2 — кодек, сжимающий видеосигнал.

-Уровень 3 — адаптивный кодек для аудиоданных.

-Уровень 4 — набор процедур для проверки соответствия стандарту.

-Уровень 5 — программные средства демонстрации и описания прочих уровней стандарта.

-Уровень 6 — основы интеграции кодека в приложения мультимедиа.

-Уровень 10 — продвинутый видеокодек, также называемый Стандарт MPEG-4 isual

Добавить комментарий