Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.
 

Стандарты сжатия видеоизображения

Самыми распространенными в наши дни стандартами сжатия видеоизображения являются такие методы, как MPEG4 и MotionJPEG. Попробуем проанализировать преимущества и недостатки каждого из этих форматов и определить сферы их наиболее эффективного использования.

Представление видеоданных в сжатом виде играет огромную роль в работе цифрового оборудования. Видеоматериалы, отснятые телевизионными камерами, изначально имеют достаточно большой размер. По этой причине во время пересылки видео по локальным сетям могут возникнуть трудности, а то и вовсе недостаточные технические возможности системы могут сделать данный процесс невозможным. Например, популярный в цифровом ТВ формат CCIR-601 характеризуется трансляцией данных в необработанном виде размером сто шестьдесят пять мегабит за секунду, а это составляет практически десять гигабит за одну минуту или пятьсот девяносто четыре гигабита в час.

Для того, чтобы записать столько информации, вам будет необходим HDD объемом более четырнадцати терабит, что приравнивается к двадцати двум жестким дискам не так давно распространенного стандартного объема – восемьдесят гигабайт. Передача этих данных по коммутируемому соединению Dial-Up через простой 56-килобитный модем займет примерно восемь лет.

Чтобы ускорить передачу видеоинформации по локальным сетям или через Internet, а также обеспечить удобное ее хранение на дисках, цифровое видео обязательно сжимают. Главную роль в этом процессе играет метод сжатия. Очень важно вначале разобраться с необходимым форматом, который будет определять параметры полученной в результате обработки картинки.

Стандарты сжатия неподвижного изображения

Во время сжатия неподвижного (статического) изображения очень часто используют популярный формат «Joint Photographic Experts Group» (JPEG). Дословно это выражение переводится как «объединенная группа экспертов фотографии». После применения данного метода получается сжатое неподвижное изображение с высокой детализацией. Именно его предпочитают использовать в своей работе многие современные приложения. Такой способ сжатия идеально подходит и для просмотра изображений в Internet-браузерах.

В этом стандарте возможно применение компрессии разного уровня, который пользователь задает сам в зависимости от поставленной задачи и требований к результату. Каждый уровень имеет определенную плотность сжимания. Чем она больше, тем меньше размер получаемого файла, но при этом так же теряется качество картинки после декомпрессии. Вес JPEG-файла, помимо степени сжатия, зависит еще и от собственных параметров фотоизображения (цветовая насыщенность, плотность деталей и т.п.). Чем картинка ярче и насыщеннее, тем больше будет ее размер по сравнению с более бледным фото (при компрессии одного и того же уровня).

Компрессия при помощи стандарта JPEG подчинена следующим правилам:

• Размер фотоизображения определяет объем имеющейся в нем информации.
   
• Выбирая высокую степень компрессии, приготовьтесь к тому, что в конечном результате львиная доля информации будет утеряна. Потеря данных будет настолько высока, насколько высок установленный уровень сжатия.
   
• Повышенная детализация и плотность объектов на картинке ведут к увеличенному количеству информации при компрессии. Например, на фотография цветущего куста роз будет намного больше графической информации, чем на чистом листе. Этой же группой экспертов был создан более современный усовершенствованный стандарт сжатия фото JPEG2000. Данный метод с успехом используют тогда, когда необходимо получить изображение с максимально высокой детализацией (цифровая фотография, программы медицинского назначения). На низких уровнях компрессия ничем не отличается от обычного JPEG, но при более высокой степени сжатия в работу вступают более сложные и совершенные механизмы обработки данных, благодаря которым сохраняется высокое качество конечного результата. Несмотря на такие явные преимущества, новый формат не получил широкого распространения, как его классический предшественник. Он до сих пор не поддерживается многими приложениями и Internet-браузерами.

Способы компрессии видеоданных

Компрессию видеоданных производят чаще всего с использованием стандарта MotionJPEG. Видеоизображение раскладывается на ряд отдельных последовательных статических кадров в формате JPEG. Данный метод также широко применяется в системах видеонаблюдения с сетевой передачей полученных данных. Отснятый материал перекодируется прямо в видеокамере на аппаратном уровне. В зависимости от модели устройства обработка может осуществляться с различной скоростью. Затем разложенное на кадры видео отправляется в сеть. Чтобы воспринимать поток видеоданных как одно целое, глазу человека вполне достаточно в секунду передавать от шестнадцати кадров. Структуру MotionJPEG можно сравнить с кинематографической пленкой, на которой каждый последующий кадр дополняет предыдущий, и делает общее изображение более четким, в зависимости от установленного на камере или серверной станции уровня сжатия.

Стандарт видеокомпрессии H.263, наоборот, может передавать видеоданные только тогда, когда скорость такой передачи фиксирована. При движении объектов съемки их контуры начинают смазываться. Правда данный метод сжатия задумывался разработчиками для проведения видеоконференций, когда важно не качество видео, а его своевременное воспроизведение.

Читать продолжение статьи

Заместитель директора по развитию Андреев Кузьма.