Преимущества и недостатки стандарта сжатия Н. 264

Последнее время для видеоконтроля в системах безопасности получил распространение новый стандарт сжатия сигнала Н.264. Существует мнение, что в скором времени этот стандарт может полностью заменить MPEG-4 и MJPEG. Для многих отраслей создание новой технологии и ее применение является большим шагом вперед.

 

 

Новый формат компрессии эффективнее, чем JPEG на 80% и чем MPEG-4 на 50%. Скорость передачи данных не меняется, но повышается качество изображения, и системные ресурсы используются оптимально эффективно. Стандарт Н.264 уже успешно применяется в смартфонах и другой технике. Организации, занимающиеся телекоммуникацией и хранением данных, уже взяли эту технологию на вооружение.

 

Этот стандарт официально относится к стандартам сжатия видео, так как является совместной разработкой организаций по стандартизации в области информационных технологий и телекоммуникации. Быстрая передача и эффективное хранение файлов с цифровой видеоинформацией осуществляется благодаря снижению количества избыточных данных. Сжатие информации и ее воспроизведение без потери качества происходит благодаря специальным алгоритмам кодирования и декодирования. Разработчики, чаще всего, внедряют различные средства сжатия, определенные стандартом, в связи с чем, кодеки, использующие один стандарт компрессии, могут давать различные результаты. В связи с этим, сравнение эффективности различных стандартов или вариантов применения одного и того же стандарта не может быть корректным. Стандарт предназначен для установки порядка восстановления информации, поэтому основной задачей декодера является применение всех средств определенных им.  

 

Кодировка может производиться для различных типов кадров (I, Р и В). I кадры применяются при случайной выборке и перемотке. Они кодируются вне зависимости от других изображений и без ссылок на них. При архивации Р-кадры используют ссылку на I или Р-кадр. Для кодировки I-кадров требуется больше битов, чем для Р-кадров. Из-за зависимости от ссылок на предшествующие кадры передача Р-кадров сопряжена с возможностью ошибок. В-кадры называют двунаправленными, так как они фиксируют изменения по отношению к последующим и предыдущим кадрам.

 

Для IP камер чаще всего используется только базовый профиль Н.264, который направлен на обработку Р и I-кадров. Такой подход позволяет производить сжатие с минимальной задержкой, что очень важно для видеонаблюдения, в особенности для контроля PTZ-камер.Для сжатия видеоинформации применяются различные техники. Система может обрабатывать как отдельные кадры, так и последовательности из нескольких. При обработке отдельного кадра просто удаляется излишняя информация, а в случае с последовательностью кадров применяется поблочная компенсация движения и дифференциальное кодирование.

 

 

Для дифференциального кодирования используется предыдущий I- или Р-кадр. Система сравнивает два изображения – предыдущего  кадра и настоящего. Кодировка происходит только для изменившихся пикселей. Таким образом, количество отправляемых данных соотносится с имениями в кадре. Малое количество отправляемых данных соответствует малым изменениям в кадре. Подобная методика не подходит для видеосъемки с активным изменением картинки. Методика поблочной компенсации движения, применяемая для таких видеозаписей, построена на принципе подбора совпадений блоков изображения в предыдущем и последующем кадре. Методика основана на закономерности, гласящей, что основная часть элементов последующего кадра уже содержится в предыдущем, но разница заключается в месте расположения этих элементов. Система разбивает кадр на определенное количество блоков, содержащих какое-то количество пикселей.  И затем  каждое последующее изображение формируется при помощи поиска совпадения блоков ключевого и последующего                                                                                кадров. При высоком проценте совпадений система кодирует исключительно информацию о месте расположения блока.

 

 

Технология сжатия видео Н.264 позволяет производить компрессию изображения, значительно снижая размер I-кадров, при сохранении высокого качества картинки. Система основана на поиске совпадений среди закодированных раньше пикселей. В результате значительно снижается размер файлов с видеоинформацией.  Улучшенное кодирование Р- и В-кадров при помощи Н.264 возможно в связи с применением поблочной компенсации нового уровня. Поиск совпадающих блоков и их выбор производится как внутри одного фрагмента, так и среди последовательности кадров. Специальные закодированные микроблоки применяются системой для участков, где отсутствует совпадение. При помощи специального фильтра технология Н.264 снижает количество видимых блоков (такая проблема распространена для видео сжатого при помощи JPEG и MPEG).

 

Специалисты утверждают, что со временем стандарт Н.264 вытеснит все остальные стандарты сжатия видеофайлов. Такой стандарт незаменим для применения в условиях быстрой смены кадров (более 30 кадров в секунду), к примеру, для съемки в аэропортах, игорных заведениях и на автомагистралях. Применение стандарта Н.264 требует установки IP камер и станций мониторинга с высокой производительностью.