CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Рекомендация Н.320 предназначена в первую очередь для систем видеоконференции и видеофонов и оптимизирована для передачи данных по сети ISDN. При скорости передачи 128 кбит/с (два В-канала ISDN) можно достичь неплохого качества изображения при очень хорошей скорости обновления кадров. Поскольку допустимая скорость передачи данных для этого стандарта лежит в диапазоне от 64 до 1920 кбит/с, то Н.320 можно использовать в коммуникационных сетях (локальных и глобальных) с различной пропускной способностью. Обратите внимание, что стандарт Н.320 был разработан для двустороннего общения между людьми и поэтому не имеет задержки в передаче данных, которая наблюдается в стандартах MPEG-1 и MPEG-2.

При двустороннем общении очень важно, чтобы отставание оставалось ниже 100–200 миллисекунд, иначе общение будет затруднено. Малое время задержки в передаче данных очень важно и в видеонаблюдении, особенно в тех случаях, когда необходимо удаленно управлять телекамерами. Поэтому некоторые производители цифровых видеорегистраторов используют при управлении телекамерами один из стандартов Н.320, тогда как в общем случае применяют другой стандарт сжатия. Н.320 также поддерживает возможность выбора приоритета качества изображения или скорости обновления.

Рекомендация Н.320 описывает не только кодирование изображения, но стандартизирует и другие компоненты коммуникационной системы. Большим преимуществом этого стандарта является высокая совместимость. Так, например, видеофон ISDN от одного производителя может обмениваться информацией системой видеоконференции ISDN от другого производителя или видеопередатчиком ISDN, если все они поддерживают стандарт Н.320.

Н.261

Н.261 является одним из самых старых стандартов сжатия и именно его некоторые производители цифровых видеорегистраторов воплотили в своей продукции в те времена, когда появились первые DVR.

Н.261 — это стандарт видеокомпрессии из семейства стандартов Н.320, которые разработаны для видеоконференций. На момент появления стандарта Н.261 (начало 1980-х) не было сети Интернет, а самым быстрым способом передачи цифровой информации были линии ISDN. Поэтому вышедший в то время стандарт был оптимизирован для сжатия видеоизображения таким образом, чтобы его можно было передавать в диапазоне скоростей ISDN от 64 кбит/с до 1.5 Мбит/с. Так же, как стандарты MPEG, Н.261 определяет форматы как для хранения, так и для передачи сжатого видео. Более того, поскольку скорость передачи данных по линиям ISDN увеличивается с интервалом 64 кбит/с, то стандарт Н.261 позволяет настраивать уровень сжатия ступенчато, то есть постепенно увеличивая требуемую пропускную способность по 64 кбит/с.

Н.261 обычно работает с изображением формата CIF (352x288 пикселов для PAL и 352x240 пикселов для NTSC), который появился вместе с Н.261. Четверть этого разрешения также используется под именем QCIF (176x144 пиксела). Хотя стандарт Н.261 и предусматривает более высокое разрешение 704x576 пикселов, большинство цифровых видеорегистраторов со сжатием Н.261 используют формат CIF, сравнимый по качеству с VHS, как это было в случае и с MPEG-1. Хотя на экране компьютера можно увеличить передаваемое изображение, разрешение от этого не возрастет, и будут отчетливо видны блоки и пикселы изображения.

Стандарт Н.261 нашел самое широкое применение в рамках семейства стандартов Н.261 для систем видеоконференции. Сжатие Н.261 не особенно эффективно для более качественного видео в видеонаблюдении, но было очень удобно для удаленного доступа по низкоскоростным каналам связи. Говоря об этом в прошедшем времени, я хочу подчеркнуть, что при работе на низкоскоростных каналах связи Н.261 значительно проигрывает MPEG-4.

Н.263

Н.263 появился в 1996 году и стал дальнейшим развитием стандарта Н.261. Н.263 был специально оптимизирован для передачи изображения по очень низкоскоростным линиям связи со скоростью ниже 64 кбит/с в рамках семейства стандартов Н.320, например, для передачи по модему и телефонным линиям. Н.263 является альтернативой стандарту Н.261. При передаче изображений в сети GSM (9600 бит/с) и аналоговым телефонным линиям использование стандарта Н.263 позволяет несколько улучшить качество изображения и скорость обновления. На более высокоскоростных линиях связи качество будет сопоставимо с Н.261. Поскольку в стандарте Н.263 применен более эффективный алгоритм сжатия, то он позволяет добиться более высокого качества, чем у Н.261, на линиях связи с различной пропускной способностью, в том числе и ISDN. Н.263 позволяет передавать изображение с очень низкой скоростью передачи данных, как у модемов, скорость которых была в пределах 15–20 кбит/с. Первоначально планировалось с введением нового стандарта Н.263 сделать возможными видеоконференции по обычным телефонным линиям. Хотя для этой цели мог подойти формат QCIF, для того чтобы гарантировать работу на низкоскоростных линиях, решено было добавить еще один формат, который называется Sub-QCIF (SQCIF). Но кроме этого, были добавлены форматы высокого разрешения, чтобы воспользоваться преимуществами новых коммуникационных технологий и высокоскоростных линий связи. SQCIF предусматривает очень низкое разрешение (128x96 пикселов). Два других новых формата высокого разрешения (704x576 и 1408x1152) являются дополнительными, так как оборудование Н.263 должно поддерживать в обязательном порядке только форматы SQCIF, QCIF и CIF.

Н.264

Н.264 — это один из самых многообещающих стандартов в череде новых разработок. Он разрабатывался совместно группой Video Coding Experts Group (VCEG) из ITU-T и группой MPEG из ISO. Это историческое объединение известно как JVT (Joint Video Team). Сам стандарт идентичен ISO MPEG-4 part 10, который также известен как стандарт AVC для улучшенного кодирования видео (Advanced Video Coding). В черновом варианте стандарт Н.264 был готов к маю 2003 года, и в нем были реализованы технологии и особенности, взятые из Н.263 и MPEG-4.

Рис. 9.43. Н.264 использует сложные алгоритмы предсказания в макроблоках

Н.264 — это название относится к серии Н.26х видеостандартов ITU-T, тогда как AVC относится к серии MPEG-стандартов ISO. Поэтому новый стандарт иногда называют H.264/AVC или AVC/H.264, чтобы подчеркнуть общность его корней. Название Н.261_тоже взято из истории ITU-T, но оно встречается нечасто, хотя изредка и используется.

Основной целью проекта Н.264 была разработка стандарта, который можно было бы быстро внедрить, используя низкие скорости передачи данных, что, в свою очередь, снизило бы требования, предъявляемые к декодирующему оборудованию и линиям связи. Н.264 содержит несколько новых технологий, которые позволяют сжимать видео более эффективно, чем это делали используемые ранее стандарты. Например, в Н.264 для компрессии без потерь синтаксических элементов видеопотока используется схема статистического кодирования потока САВАС (Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding). Также в стандарте Н.264 используется адаптивный фильтр для уменьшения артефактов блочности (Adaptive Deblocking Filter), который применяется на стадии кодирования и декодирования видео, то есть фильтрация производится для каждого кадра еще до того, как он будет использован для кодирования или декодирования последующих кадров. Этот фильтр позволяет уменьшить присутствие блочных артефактов, характерных для алгоритмов сжатия, использующих дискретное косинусное преобразование. В предыдущих стандартах при оценке компенсации движения использовался только предшествовавший кадр, но Н.264 позволяет для этой цели использовать кадры, находящиеся сколь угодно далеко от обрабатываемого кадра. Для большинства сцен это дает достаточно скромное улучшение в качестве и небольшое уменьшение видеопотока, но в некоторых случаях, например, при быстрых периодических вспышках и мерцании это позволяет значительно уменьшить размер видеопотока. Эти идеи, а также и многие другие привели к тому, что Н.264 значительно более эффективен, чем MPEG-4 ASP. Н.264 обычно работает более эффективно, чем MPEG-2, при меньшем размере видеопотока. Различные тесты и сравнения показали, что стандарт Н.264, по крайней мере, в 2–3 раза более эффективен, по сравнению с MPEG-2 при том же качестве изображения.

Рис. 9.44. Уже начали появляться диски HD DVD емкостью 30 Гбайт

Кроме того, совместная группа JVT заканчивает работы над дополнениями к стандарту, которые получили название FRExt (Fidelity Range Extensions). Эти дополнения позволят стандарту увеличить точность кодирования за счет поддержки 10- и 12-битного кодирования и увеличения цветового разрешения с использованием форматов оцифровки, известных как YUV 4:2:2 и YUV 4:4:4.

Н.264 уже широко используется в сфере видеоконференций, он был предварительно принят как обязательный стандарт для будущих спецификаций DVD, которые также известны как HD-DVD и разрабатываются DVD Forum.