Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Таким образом, все стандарты JPEG, MPEG и семейство Н.26х используют DCT-преобразование в той или инойформе. Поэтому мы скажем о нем несколько слов.DCT-преобразование основано на преобразовании Фурье. Преобразование Фурье представляет собойочень хороший метод анализа сигналов в частотной области. Единственная проблема заключается в том,что оно всегда строится на предположении о периодичности и бесконечной протяженности сигналов вовременной области. В действительности это не так, и поэтому в 60-е годы было предложено альтернативное преобразование Фурье, так называемое быстрое преобразование Фурье (БПФ).
Дискретноекосинусное преобразование базируется на БПФ.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»248CCTV9. Цифровое видеонаблюдениеИтак, как работает дискретное косинусноепреобразование? Пространственная избыточность присутствует во всех видеофрагментахи в видеонаблюдении, и в вещательномтелевидении, и в других сферах. Если на изображении (в телевизионном поле) имеетсяобъект, то большинство его пикселов будутиметь достаточно сходные значения. В этом изаключается избыточность изображения, тоесть можно уменьшить количество информациидля каждого пиксела, дав среднее значение дляцелой области пикселов. Крупные объектыимеют низкие пространственные частоты, амелкие объекты — высокие пространственныечастоты. Цифровое видео способно передаватьвесь спектр пространственных частот, но послеанализа остаются только те частоты, которыенужно передать, поэтому при сжатии важнымшагом является анализ пространственныхчастот изображения.На рис.
9.26 показано, как работает двумерноеDCT-преобразование. Изображение разбивается наблоки 8x8 пикселов. DCT-преобразованиеконвертирует блок значений пикселовв набор коэффициентов косинусных функций с возрастающими частотами. Коэффициенты отражаютприсутствие тех или иных пространственных частот. На иллюстрации показаны блоки пикселов, которыеполучаются из каждого коэффициента. Верхний левый коэффициент представляет среднюю яркостьблока, и, таким образом, является средним арифметическим значением всех пикселов, его также называют DC-коэффициентом. Справа налево коэффициенты представляют увеличивающуюся горизонтальную пространственную частоту.
Сверху вниз коэффициенты представляют увеличивающуюся вертикальную пространственную частоту. Само по себе DCT-преобразование не производит никакого сжатияинформации, то есть не устраняет избыточность. На самом деле полная информация о коэффициентахзаймет больше места, чем информация об исходных пикселах.Рис. 9.26. Принципы дискретного косинусногопреобразованияDCT-преобразование конвертирует значения пикселов в удобную для обнаружения избыточности форму.
Поскольку не все пространственные частоты присутствуют одновременно, то в результатеDCT-преобразования на выходе мы получим набор коэффициентов, где будут присутствовать значимыекоэффициенты, но очень многие будут иметь значения, близкие к нулю или нуль. Если коэффициентравен нулю, то неважно, присутствует ли он или нет.
Если же мыотбрасываем коэффициент, близкий к нулю, то это равносильнодобавлению той же пространственной частоты к изображению, нопротивоположной фазы. Решение отбросить коэффициентосновывается на том, насколько визуально заметен будет этотнебольшой нежелательный сигнал, и определяется уровнемсжатия. Если коэффициент нельзя отбросить, то сжатие такжевозможно за счет уменьшения количества битов, используемыхдля его кодирования. Визуально это выглядит так, как будто визображении появилось немного шума. Типичным нежелательнымартефактом DCT-преобразования является блочность изображения при высоких уровнях сжатия.
Это связано с тем, чтоDCT-преобразование проводится на блоках 8x8 пикселов.Читателям следует знать, что Wavelet-сжатие отличается отРис. 9.27. Зигзагообразное сканироваJPEG-сжатия тем, что Wavelet-сжатие обрабатывает все изобрание при обратном DCT-преобразованиижение, а не блоки 8x8, поэтому артефакты сжатия проявляются«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV9. Цифровое видеонаблюдениеРис. 9.28. Увеличенный в два раза фрагментизображения при JPEG-сжатии в 100 раз249Рис.
9.29. Увеличенный в два раза фрагментизображения при Wavelet-сжатии в 100 разне в блочности изображения, а скорее как его затуманивание. Сжатия на основе DCT- и Wavelet-преобразований подразумевают потерю данных, поэтому они называются сжатием с потерями. Основнаязадача заключается в нахождении оптимального компромисса между высоким уровнем сжатия и качеством изображения без особо заметных потерь.Различные стандарты сжатия, используемые в системах видеонаблюденияВ системах видеонаблюдения используются различные стандарты сжатия изображения и видеоизображения. Возможно, здесь их больше, чем в любой другой индустрии. Например, в цифровой фотографиичаще всего используется сжатие JPEG, когда необходимо экономить пространство, доступное для хранения снимков.
В вещательном телевидении доминирует стандарт MPEG-2, тогда как в компьютернойиндустрии и в Интернете приобрел популярность MPEG-4.В разнообразной продукции систем видеонаблюдения используются почти все стандарты сжатия. Длятого чтобы правильно их понимать, необходимо разделить все стандарты на две основные категории, очем мы уже говорили ранее: сжатие, которое применяется к отдельным изображениям, назовем сжатием изображения и сжатие, применяемое к видеопотоку, назовем сжатием видеоизображения.
Стандарты, использующие сжатие изображения, работают с отдельными изображениями, тогда как стандарты, использующие сжатие видеоизображения, расценивают время как важную переменную при уменьшении избыточности видеопотока.Рис. 9.30. Временная шкала, показывающая периоды разработки различных стандартов сжатия исовместную работу ITU- T и ISO/IEChttp://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»2509. Цифровое видеонаблюдениеCCTVУ каждой из этих двух категорий сжатия есть свои преимущества, что зачастую очень затрудняет выборв пользу какой-либо из них.
Обычно в цифровых видеорегистраторах, которые записывают на жесткиедиски несколько телекамер в режиме мультиплексирования, применяется сжатие изображения. Некоторые производители используют два различных стандарта сжатия в одном устройстве. В этом случае длялокальной записи используется один стандарт сжатия, а для передачи по сети с низкой пропускной способностью — другой стандарт сжатия видеоизображения, который будет более эффективен для этихцелей. Поэтому необходимо знать и понимать все стандарты сжатия и каждый раз оцениватьдостоинства и недостатки всех стандартов по отношению к проектируемой системе наблюдения.Некоторые специалисты подразделяют стандарты сжатия на группы по принципу того, какая организация(ITU-T или ISO) предложила тот или иной стандарт Но существует и много самостоятельных разработокотдельных производителей, что не позволяет нам принять такое деление.
Более того, при разработкеновых стандартов рабочие группы ITU-T и ISO/ЕС работают совместно. В частности новый стандарт сжатияН.264, работа над которым была начата ITU-T, велась затем совместно с группой ISO/IEC JTC1.Следующие стандарты сжатия изображения являются наиболее распространенными в видеонаблюдении. Расположены в порядке появления.О JPEG — Широкораспространенный стандарт сжатия, который существует уже более 15 лет.Использует DCT-преобразование.
Используется многими программами, такими, как графическиередакторы и веб-броузеры.О M-JPEG — Это вариант сжатия JPEG и на самом деле не является стандартом. M-JPEG — сокращение от Motion JPEG, где каждое изображение является независимо сжатым телевизионным кадромили полем.О Wavelet — Очень популярное сжатие в видеонаблюдении. Отличается большей эффективностьюпри сжатии деталей, так как не делит все изображение на блоки 8x8 пикселов.О JPEG-2000 — Стандартизованный вариант Wavelet-сжатия.
Доступны дополнительные модулиJPEG-2000 для различных графических редакторов и веб-броузеров.О Motion JPEG-2000 — Принцип действия примерно такой же, как у M-JPEG, но в качестве основыиспользуется JPEG-2000.Так выглядит эволюция стандартов сжатия видеоизображения:О Н.261 — Стандарт для низкой скорости передачи данных, принятый в 1984 ITU для аудиовизуальных сервисов.О MPEG-1 -Стандарт ISO, созданный как модификация Н.261 для записи видео на компакт-диски принизкой скорости передачи данных (около 1.5 Мбит/с).О MPEG-2 — Разработан для вещательного телевидения. Использует низкий уровень сжатия дляпередачи, записи и воспроизведения видео высокого качества.
Сейчас используется в большинстве телестудий, на DVD-дисках, на кабельном телевидении, а также в кабельном телевидении имногими производителями цифровых видеорегистраторов.О Н.263 — Создавался как адаптация MPEG-2 для достижения более высоких уровней сжатия присохранении высокого качества изображения. Был принят как международный стандарт в 1996 годуи пересмотрен в 1998 году. Стандарты Н.263+ и Н.263++ представляют собой усовершенствованные версии Н.263.О MPEG-4 — Стандарт разрабатывался как объектно-ориентированное сжатие. Существует несколько версий.
Сжимает видео и аудио с широким выбором скорости передачи данных. Пригоден дляразличных областей применения, которые используют низкоскоростные каналы связи, от мобильной телефонии и Интернета до телевидения.О MPEG-7 — Новый стандарт, предназначенный для описания аудиовизуального содержимого.«ССTV Фокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
