MPEG4CCTV -- специальный алгоритм видеосжатия для охранного видеонаблюдения

Компания Geutebrueck представляет на российском рынке свою передовую разработку -- алгоритм сжатия видеоизображения MPEG4CCTV. Он предназначен специально для систем охранного видеонаблюдения и при использовании в них обеспечивает оптимальные характеристики производительности. Алгоритм MPEG4CCTV реализован в виде кодека реального времени в видеопроцессоре GeViScope.

В алгоритме MPEG4CCTV преодолены те недостатки алгоритма MPEG, которые затрудняют его использование в охранном видеонаблюдении, но не существенны для его применения в потребительской телевизионной и компьютерной технике. В сферах массового потребления MPEG используется в основном для передачи и воспроизведения сжатых видеофильмов. Движущиеся изображения любого рода -- в Интернете, на дисках DVD, в цифровом ТВ или в кодерах цифровых видеокамер -- сжимаются по алгоритму MPEG. При этом большое время работы процессора, необходимое для генерации высококачественных и сильно сжатых видеоизображений, не является препятствием для использования этого алгоритма. Не имеют значения также временные задержки или резкие переходы кадров при обратной перемотке или при воспроизведении стоп-кадров. Важно лишь, что обеспечивается высокая степень сжатия видеоданных, необходимая для быстрой передачи и воспроизведения видеоизображения.

Охранное видеонаблюдение предъявляет к процедуре сжатия иные требования. Это сжатие видеоданных в режиме реального времени, высокое качество и достоверность их передачи с максимально возможной степенью сжатия при низкой полосе пропускания видеоканалов, минимизация расходов на средства хранения видеоизображения, а также малая задержка при передаче реального изображения и оптимальные возможности для воспроизведения видеозаписей. Именно алгоритм MPEG4CCTV обеспечивает процесс сжатия видеоизображения, отвечающий этим требованиям.

Для каждого медийного канала (видео+аудио) видеопроцессора GeViScope, в котором реализован алгоритм MPEG4CCTV, формат изображения для непрерывной или для управляемой событиями видеозаписи можно задать отдельно (Г -- по горизонтали, В -- по вертикали):

• 704 (Г) x 288 (В) пикселей (полукадр, 2CIF),
• 352 (Г) x 288 (В) пикселей (CIF),
• 176 (Г) x 144 (В) пикселей (QCIF)
• 704 (Г) x 576 (В) пикселей (полный кадр, 4CIF) на заказ

Меньшему формату соответствует пропорционально меньший размер файла сжатого видеоизображения.

В видеопроцессоре GeViScope ведется двухпоточная обработка видеоданных (режим DCS -- Dual Channel Streaming). Запись видеоданных и их отображение через сетевую коммутирующую структуру выполняются параллельно. Полный кадр, получаемый с телекамеры, состоит из двух полукадров. Один полукадр GeViScope записывает, а второй -- передает в сеть. Такое разделение обеспечивает видеозапись в режиме реального времени со скоростью до 25 полукадров в секунду и параллельную передачу видеоданных в сеть со скоростью до 25 полукадров в секунду на канал (сетевая коммутирующая структура). Время задержки при передаче видеоданных, сжатых по алгоритму MPEG4CCTV, очень мало и составляет < 150 мс для защищенной от помех сети, что сравнимо с соответствующим параметром алгоритма M-JPEG.

Скорость передачи кадров видеоданных может регулироваться отдельно для непрерывной и управляемой событиями видеозаписи. Диапазон этой регулировки -- от скорости отображения реальных данных (25 полукадров в секунду) до пониженной, например, 1 кадр за 10 секунд.

MPEG4CCTV использует два способа сжатия: дискретное косинусное преобразование (Discret cosinus transformation, DCT) с последующим квантованием для сжатия отдельных полукадров и дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (Difference pulse code modulation -- DPCM) для компенсации отклонений в изображении. Степень сжатия видеоданных устанавливается в диапазоне от 1 до 100% -- в соответствии с требуемомым качеством изображения. Чем она выше, тем больше сокращается объем видеоданных в изображении, т.е. тем сильнее размывается изображение. При этом в видеозаписи после эталонных полукадров изображений (I-фреймов) следуют полукадры отклонений, в которых записываются только измененные видеоданные изображения.

Поскольку в случае возможной опасности или тревоги видеоизображение должно передаваться без задержки и содержать полную детальную информацию о движении, MPEG4CCTV выполняет сжатие при переменной скорости передачи битов видеоданных. Это означает, что установленная степень сжатия задает постоянное качество видеоизображения (Constant Picture Quality, CPQ), независимо от движения в кадрах. Появление кадров, в которых присутствует больше движения, вызывает повышение скорости передачи битов видеоданных по сравнению со статичными кадрами.

MPEG4CCTV генерирует в качестве полукадров отклонений исключительно B-фреймы -- полукадры отклонений с учетом предыдущих и последующих P-фреймов (полукадров отклонений, полученных с учетом всех предыдущих P-фреймов) и I-фреймов (эталонных полукадров), ненаправленно ориентированные на предыдущие I-фреймы. Это гарантирует не только логическую обработки полукадров без задержек даже при видеозаписи на пониженной скорости, но и малое время задержки при воспроизведении видеоданных в различных режимах.

MPEG4CCTV позволяет динамически управлять длиной групп полукадров изображений, при этом при значительных изменениях в изображении камеры автоматически генерируется новый I-фрейм, а при незначительных движениях -- более длинные полукадры отклонений (B-фреймы, с учетом предыдущего I-фрейма).

В итоге MPEG4CCTV обеспечивает высокие характеристики производительности именно охранных видеосистем.

Компания:  Geutebrueck