Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Вполне закономерным будет вопрос о том, какая задержка кодированияMPEG и передачи по сети может считаться приемлемой. На самом деле это определяется скоростьюреакции человека. Например, считается, что при управлении автомобилем скорость реакции человекане более 200 мс. Если мы опираемся на эти данные, что 200 мс будут считаться вполне приемлемой напрактике задержкой.Еще один интересный побочный эффект от двухстороннего предсказания движения в макроблокахпроявляется в виде уменьшения шума из-за усреднения.На практике чаще всего MPEG-1 используется для хранения видео на компакт-дисках, но иногда этотстандарт находит применение в кабельном телевидении и в видеоконференциях. Впрочем, существуюти цифровые видеорегистраторы для видеонаблюдения, которые записывают видео в режиме реальноговремени и тоже используют MPEG-1. Их применяют в том случае, когда скорость записи важнее, чем высокое разрешение.
Большинство качественных цифровых видеорегистраторов, использующих MPEG-2,обратно совместимы с MPEG-1 и могут записывать и воспроизводить видеопоток стандарта MPEG-1.MPEG-2MPEG-2 представляет собой не следующее поколение MPEG-1, а скорее другой стандарт, нацеленныйна более высокое качество передачи и записи цифровых движущихся изображений и звука. Онбыл предложен группой MPEG в 1993 и получил, как и MPEG-1, престижную награду Emmy.Стандарт MPEG-2 определяет форматы кодирования для уплотнения цифрового видео высокогокачества, звука и других данных в подходящий для передачи или хранения формат.Так, MPEG-2, подобно MPEG-1, не ограничивает свои возможности только видео, но также работает с«ССTV Фокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV9.
Цифровое видеонаблюдение259аудиопотоками. Здесь опять следует подчеркнуть, что MPEG-2 является не схемой или техникойсжатия (как многие полагают), а скорее стандартизацией управления и обработки цифровых данныхсамым быстрым, оптимальным способом. Кодирование MPEG-2 может генерировать скорости передачиданных значительно выше 18 Мбит/с, хотя при применении MPEG-2 на практике в видеонаблюдении вывряд ли заметите особую разницу между аналоговым видеосигналом и тем же видеопотоком размером4 Мбит/с, сжатым MPEG-2.Стандарт MPEG-2 разрабатывалсядля широкого круга применения,поэтому он позволяет использовать видеопотоки различного размера, качества и разрешения.
ВMPEG-2 определено 4 профиля и 4уровня для обеспечения взаимодействия в разных сферах применения. В профиле указано цветовое разрешение и размер видеопотока. Уровни определяют минимальное и максимальное разрешение изображения, частоту дискретизации яркостного (Y) сигнала,количество видео- и аудиослоев,поддерживаемых в масштабируемых профилях и максимальнуюскорость передачи данных дляпрофиля.Представляя собой совместимоеРис. 9.41. Векторы движения используются для предсказаниясмещения объектов между I- и Р-кадрамирасширение, видеостандарт MPEG-2 основывается на MPEG-1, поддерживая видеоформаты чересстрочного разложения и некоторые другие дополнительные свойства.Формат MPEG-2 используется в вещательном телевидении сервисными службами, такими, как DBS(Direct Broadcast Satellite — спутник прямого вещания), CATV (CAble Television — кабельное телевидение)и, что наиболее важно, HDTV (цифровое телевидение высокой четкости).
Кроме того, формат DVD (который был стандартизирован в период между двумя изданиями этой книги) использует кодированиеMPEG-2 для видео- и аудиозаписей высокого качества. Благодаря сжатию MPEG-2 однослойный и односторонний цифровой видеодиск DVD имеет достаточно емкости, чтобы хранить два часа и 13 минутвидео высокого качества, объемного звука и субтитров.MPEG-2, как и MPEG-1, основывается на группах изображений, которые состоят из I-, Р- и В-кадров. 1-кадрявляется опорным с внутрикадровым кодированием (intracoded), то есть он может быть декодирован безобращения к данным других кадров.
Р-кадры для декодирования потребуют предшествующий l-кадр или Ркадр, В-кадры потребуют уже предшествующий и последующий кадр (l-кадр или Р-кадр). Поэтому Р-кадрыи В-кадры являются промежуточными кадрами с межкадровым кодированием (intercoded).Работа алгоритмов предсказания движения основывается на векторах движения. Для простоты представим, что в l-кадре имеется круг на белом фоне. В следующем Р-кадре имеется такой же круг, но уже смещенный в другую позицию. Предсказание движения означает, что должен быть вычислен вектор движения этого объекта, который описывает, каким образом двигается наш круг со своей позиции на l-кадре впозицию на Р-кадре.
Этот вектор движения является частью потока MPEG-2 и разделен на горизонтальную и вертикальную часть. Эти части могут быть как отрицательными, так и положительными. Положительное значение показывает, что движение происходит слева направо или соответственно сверху вниз.Отрицательное значение показывает, что движение происходит справа налево или снизу вверх. Впрочем, такая модель подразумевает, что разница между кадрами может быть выражена как простое перемещение пикселов. В потоке MPEG имеется матрица ошибок предсказания, которая позволяет болееточно восстанавливать движение.http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV.
Библия видеонаблюдения»2609. Цифровое видеонаблюдениеCCTVКогда только начинался переход к цифровым методам записи в видеонаблюдении (а это было совсемнедавно, всего 5-6 лет назад), лишь очень немногие разработчики цифровых видеорегистраторовиспользовали стандарт MPEG-2. Сейчас ситуация изменилась, и многие уже увидели преимуществакачественной цифровой записи видео и другие достоинства MPEG-2, с успехом нашедшие применениев видеонаблюдении — например, обратное воспроизведение архива, замедленное воспроизведениеархива в прямом и обратном направлении, высокоскоростное воспроизведение архива (скорость можетбыть увеличена вплоть до 1024-кратной) и даже детектирование движения.Очевидно, что MPEG-2 не предназначен для работы в режиме мультиплексированной записи, так как зависимость в потоке между кадрами нарушается, и выигрыш от межкадрового сжатия нивелируется.
Поэтомуцифровые видеорегистраторы со сжатием MPEG-2 обычно записывают видеопотоки от одной телекамерына жесткий диск, хотя существуют и модели, которые могут одновременно записывать и несколько (немультиплексированных) видеопотоков на один жесткий диск. Учитывая то, что видеопоток MPEG-2 хорошегокачества может достигать, например, 4 Мбит/с, несложно подсчитать, что при современном развитии технологии жестких дисков, один цифровой видеорегистратор сможет записывать всего лишь несколько такихвидеопотоков, особенно если мы хотим одновременно просматривать архив.Хотя сжатие MPEG-2 может быть реализовано программно с помощью достаточно производительныхпроцессоров, для видеонаблюдения всегда предпочтительнее выполнять сжатие аппаратно, что гарантирует кодирование (запись) всех кадров без потерь.
Декодирование (воспроизведение) может осуществляться с помощью программных декодеров, которых не так уж и много, поскольку MPEG-2 — этостандарт. Windows Media Player, Apple QuickTime, Real Audio — вот примеры программного обеспечения,которое способно воспроизводить видео MPEG-2. Некоторые цифровые видеорегистраторы, использующие MPEG-2, имеют возможность записи компакт-дисков или DVD с видео MPEG-2, такие диски затемможно просмотреть на бытовом DVD-проигрывателе.Многие производители цифровых видеорегистраторов высшего класса, помимо аппаратного сжатия изаписи, позволяют декодировать сжатое видео и выводить его на отдельный аналоговый монитор иодновременно программно со смещением во времени декодировать запись для просмотра или дляархивирования по сети.
Возможность одновременного выполнения всех этих операций иногда называюттриплексной функцией, но существуют и другие варианты: triplex, quad-plex или penta-plex. В последнемслучае имеется в виду, что одновременно могут выполняться до 5 операций: запись, воспроизведение,архивирование на внешние носители, воспроизведение записи по сети и архивирование по сети. Есливсе эти процессы осуществляются с применением одного жесткого диска (как это обычно и происходит),то он должен иметь соответствующую скорость передачи данных. По этой причине многие производители цифровых видеорегистраторов предпочитают выпускать не многоканальные, а одноканальныеустройства с записью MPEG-2.MPEG-2 пригоден для применения в различных областяхиндустрии безопасности, поскольку он позволяет получитьлучшее качество изображения, но чаще всего этот стандарт находит применение там,где требуется запись быстрыхдвижений, например, в казинои банках.
Особенно внимательно следует подходить киспользованию сжатия MPEG2 в тех случаях, когда требуется работать с поворотнымителекамерами по сети, так какприходится учитывать заРис. 9.42. В стандарте MPEG-2 используется такая же структура с держку кодирования и перегруппами изображений, как и в MPEG-1дачи видеосигнала, но, как«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV9. Цифровое видеонаблюдение261уже говорилось ранее, эту задержку можно сократить до приемлемых 200 мс и менее, манипулируяразмерами видеопотока и структурой группы изображений.Справедливости ради нужно отметить, что из-за больших размеров видеопотока MPEG-2 непригодендля удаленного просмотра и передачи данных по низкоскоростным каналам связи.
Многие производители в этом случае предлагают использовать дополнительный стандарт MPEG-4 (основным стандартомсжатия для записи остается MPEG-2), так как он более гибок и адаптирован для передачи по низкоскоростным каналам связи (128 кбит/с, 256 кбит/с и др.).MPEG-4MPEG-4 (ISO 14496) — это еще один стандарт групп MPEG, разработанный относительно недавно. Егопрактически еще не использовали, когда вышло первое издание этой книги. MPEG-4 представляет собойрезультат еще одного примера международного сотрудничества сотен исследователей и инженеров совсего мира. Работа над MPEG-4, который официально обозначается как ISO/IEC 14496, была окончательно завершена в октябре 1998 года, а международным стандартом MPEG-4 стал в 1999 году.Стандарт MPEG-4 был разработан для того, чтобы предоставить пользователям новый уровеньвзаимодействия с видеоинформацией.
Он обеспечивает технологии, позволяющие осуществлять доступ не к пикселам, а к объектам, просматривать их и манипулировать ими. Этот стандарт отличается большой устойчивостью к ошибкам и работой с несколькими диапазонамизначений скорости передачи данных. Сфера применения стандарта варьируется от цифрового телевидения, мультимедийных данных в мобильных коммуникациях, игр и до видеонаблюдения.Основное отличие MPEG-4 от предыдущих стандартов заключается в его объектно-ориентированной аудиовизуальной модели. В рамках этой модели в каждой сцене присутствуют объекты, которые имеют связи между собой во времени и пространстве, что дает ряд преимуществ. Стандарт MPEG-4 открываетпользователям новые возможности для создания, редактирования, доступа и потребления аудиовизуальнойинформации.
В основе технологии MPEG-4 лежит объектно-ориентированный подход, где сцена моделируется как состоящая из объектов, как естественных, так и синтезированных, с которыми пользователь можетвзаимодействовать. Работа с объектами (особенно с синтезированными) и интерактивность лежат в основеMPEG-4, но, к сожалению, в видеонаблюдении это не нашло применения.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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
