Широко распространенное представление о том, что в MPEG-4 есть волшебный кодировщик, который каким-то образом извлекает объекты с заднего плана, глубоко ошибочно. В MPEG-4 предусмотрена только возможность передачи потоковой информации, содержащей многослойное видеоизображение. Как получить такое многослойное видеоизображение еще предстоит придумать тем производителям, которые занимаются разработкой кодировщиков.
Сегментация значительно повышает качество изображения при заданной скорости передачи, но значительно усложняет воспроизведение и кодирование. Конечно, поддерживать сегментацию будут далеко не все кодеры, созданные на основе MPEG-4, но эта функция уже реализована в инструменте, выпущенным компанией ObjectVideo, который предназначен для работы при низких скоростях передачи данных.
Чтобы оценить значимость сегментации, давайте рассмотрим сюжет, в котором ведущий периодически уходит с заднего плана, а потом появляется на нем вновь. В такой ситуации в случае обычного кодека, изображение заднего плана необходимо передавать повторно. А устройства, созданные на основе MPEG-4, позволяют провести сегментацию задника от объектов на переднем плане и сохранить в памяти кодека информацию о том, что располагалось на этом месте ранее. В результате такой операции для воспроизведения заднего плана повторная пересылка данных не требуется.
Хотя в MPEG-4 и закреплен стандарт для декодера видеокодека, в области подготовки контента остался огромный простор для творчества. Темпы совершенствования компрессии в MPEG-4 не будут такими быстрыми, как в кодеках, разрабатываемых отдельными производителями, поскольку последние имеют право вносить изменения в технические спецификации для декодеров по своему усмотрению. Но можно ожидать, что, как в случае с MPEG-1 и MPEG-2, и здесь через несколько лет произойдут значительные изменения в лучшую сторону.
Производство кодеков на основе MPEG-4 значится в планах различных производителей.
Компания Sorenson Video уже разработала для кодека QuickTime бета-версию,
основанную на MPEG-4 (рис. 1). В нее заложены возможность кодирования в
реальном времени и все функции, необходимые для Web-вещания. Но так как, этот
новый кодек соответствует техническим требованиям первой версии стандарта
MPEG-4, он не обладает дополнительными возможностями, которые включены во
вторую версию (усовершенной системой коррекции ошибок и поддержкой
стереоскопического изображения) и не имеет функцию сегментации.
Аппетиты видеонаблюдения в отношении объемов хранения данных и пропускной способности сетей растут: никто не хочет упустить возможность воспользоваться большой частотой кадров и высоким разрешением. Отсюда и ожидания большей эффективности от методов сжатия видеосигнала. Кодер формата H.264 способен уменьшить размер файла, содержащего цифровое видео, более чем на 80% по сравнению с сигналом, сжатым по алгоритму формата Motion JPEG, при аналогичных показателях визуального качества. В сравнении с наиболее "ходовой" разновидностью формата MPEG-4 -- MPEG-4 Part 2 Simple Profile (SP) -- кодек H.264 обычно выигрывает 40-50 процентов от объема видеофайлов.
Сектор мегапиксельных камер растет, и до недавнего времени основным сдерживающим его рост фактором считались повышенные требования к объемам хранения данных, генерируемых камерами высокого разрешения. Использование кодека H.264 способно значительно ускорить процесс внедрения мегапиксельных камер.
По моему личному мнению, формат H.264 почти окончательно вытеснит MPEG-4 (Part 2) в течение буквально нескольких лет. А поставщики решений управления видеонаблюдением примутся встраивать поддержку нового формата уже в ближайшем будущем, равно как и все ведущие производители видеокамер.
Есть, однако, и факторы, сдерживающие восторг от новинки -- ведь, по сути, разработка находится еще в самом начале пути. Да, кодек позволяет снизить нагрузку на сети передачи данных и сэкономить на приобретении средств хранения видеоинформации. Но его использование возможно только в условиях применения высокопроизводительных камер. Новый алгоритм сжатия использует значительно более сложную математику, чем предыдущие стандарты -- скажем, процедура декодирования примерно вдвое превосходит аналогичную процедуру у MPEG-4 Part 2 SP по объемам вычислений -- соответственно этому растет и запрос к вычислительной мощности систем. При этом собственно стандартом H.264 стал относительно давно -- около пяти лет назад, и в некоторых отраслях -- исключая нашу с вами -- уже взят на вооружение. Скажем, он используется в новом поколении потребительских DVD-дисков высокого разрешения (формат Blu-ray).
H.264 является гибридным стандартом блочного кодирования видеоданных с использованием компенсации движения. Собственно компенсация основана на использовании векторов перемещения областей кадра для предсказания изменений в изображении. Поскольку для видеоизображений характерна высокая степень корреляции между двумя последовательными кадрами, возможно использовать это для кодирования не картинки целиком, а лишь векторов перемещения различных частей изображения; кодируется при этом предсказанная разница между текущим кадром и его областями, присутствующими на других кадрах (так называемых ссылочных) в смещенном относительно оригинального положения виде. Эта техника называется "промежуточное предсказание".
Существует два основных метода промежуточного предсказания -- основанное на одном ссылочном кадре (макроблоки типа P) и двунаправленное (макроблоки типа В), где используется комбинация двух ссылочных кадров. Чтобы обеспечить доступ к произвольным участкам видеоизображения и повысить степень защищенности от ошибок, стандартом также предусмотрено так называемое инфракодирование, при котором кодированные данные не зависят от характера и содержания каких-либо сторонних изображений, как это происходит в случае применения промежуточного предсказания.
Стандартом H.264 предусматривается разбиение изображения на макроблоки размером до 16х16 пикселов каждый. Макроблоки объединяются в группы -- одну или несколько -- обычно в порядке сканирования. Таким образом, отдельное изображение может быть закодировано как одна или несколько групп. Использование группирования макроблоков позволяет применять различные методы коррекции ошибок, различные типы кодирования макроблоков, а также такие инструменты, как раздельное кодирование полукадров (на правах групп) при чересстрочной развертке.
В цветных видеоизображениях кодирование яркостной составляющей происходит отдельно от цветовой; учитывая особенности человеческого зрения, при этом, как правило, используется поддискретизация цветового сигнала относительно яркостного. По большому счету, фундаментальных отличий нового формата от предыдущих стандартов кодирования видеосигнала (включая MPEG-4 Part 2) нет: все они так или иначе основаны на разбиении на блоки и являются гибридными.
Помимо улучшений, которым подверглись уже существующие средства кодирования, формат H.264 предусматривает и ряд новых инструментов. Наиболее важными из них являются встроенный адаптивный деблокирующий фильтр, позволяющий существенно снизить блокинг-искажения изображения, запись более чем двух ссылочных кадров для более точного предсказания, деление макроблоков на блоки меньшего размера (вплоть до 4х4 пиксела), предсказание в инфракодировании, а также применение целочисленного преобразования взамен применявшегося в более ранних стандартах дискретного косинусного преобразования (DCT).
В формат H.264 входит принципиальное решение сетевого интерфейса передачи видеоданных (network abstraction layer, NAL), который, будучи установлен поверх программного механизма кодирования видеосигнала (video coding layer, VCL), берет на себя функцию эффективного представления цифрового видео в формате, обеспечивающем легкую интеграцию с целым набором различных протоколов и механизмов передачи данных -- это весьма привлекательно для сетей, работающих на основе Интернет-протокола (IP).
Главный результат всех усовершенствований технологии кодирования, воплощенных в стандарте H.264, состоит в том, что новый формат действительно превосходит по своим характеристикам все предыдущие алгоритмы сжатия цифрового видеосигнала -- и потому на сегодняшний день может считаться высшим достижением в области кодирования цифрового видео. Итак, стоит ли Н.264 всей медиа-шумихи, развернутой вокруг него? Стандарты видеокомпрессии с приходом нового формата стали стремительно меняться -- и сегодня они уже способны сохранить либо даже снизить нагрузку на пропускную способность сетей передачи данных при переходе на видео высокого разрешения. И это является весьма ценным. Однако же, будем помнить, что все прелести новой технологии кодирования и хлынувших на рынок все более мощных мегапиксельных камер могут быть реализованы лишь при использовании крепкой управляющей платформы, на базе которой формируются решения видеонаблюдения.
5. Как выбрать
Прежде чем вы начнете подыскивать программы, обладающие теми или иными свойствами, следует основательно подумать о потребностях вашей системы. В ходе сравнения образцов программного обеспечения между собой стОит учесть ответы на следующий вопросы:
· Будет ли система использоваться для наблюдения в реальном времени, или лишь для свидетельствования в судебных целях по фактам инцидентов?
· Сколькими камерами предстоит управлять в настоящее время и в будущем?
· Какое количество пользователей должно иметь доступ к системе одновременно?
· Необходимо ли дублирование ресурсов системы?
· Должна ли система поддерживать доставшееся в наследство от аналоговой эпохи оборудование -- поворотные камеры, клавиатуры, матричные переключатели, цифровые видеорегистраторы и аналоговые видеомониторы?
· Каковы требования IT-отдела?
· Будут ли в систему интегрироваться подсистемы сторонних производителей, такие, как системы контроля доступа, автоматизации рабочего места контролера-кассира, управления банкоматами или видеоаналитики?
· Может ли в качестве первичного интерфейса доступа к живому и записанному видеоизображению быть использован веб-браузер?
· Требуется ли системе работа со звуком? Есть ли необходимость установки камер высокого разрешения (мегапиксельных)?
· Каков бюджет?
5.1 Стоимость
Большинство программных продуктов для видеонаблюдения лицензируются в зависимости от количество обслуживаемых ими камерных входов. Цена лицензии в пересчете на одну камеру варьируется от 250 до 1000 долларов, в среднем составляя 350. Системы меньшего масштаба с урезанной функциональностью и без возможности расширения могут предлагаться и по более низким ценам.
В конечном счете, лучшим для вас программным обеспечением для видеонаблюдения должен стать продукт, который наилучшим образом соответствует вашим нуждам и возможностям бюджета. Раз уж вам известно, как будет использоваться система видеонаблюдения на практике, выполните всю предварительную работу и задайте дилеру суровые вопросы о том, насколько предполагаемое к приобретению программное обеспечение сможет сочетаться с рабочей моделью вашего бизнеса и сможет ли оно быть интегрировано в уже имеющуюся у вас систему и IT-инфраструктуру, а также сочетаться с системами, камерами и видеосерверами других производителей.
Под термином "открытая архитектура" понимается определенная степень готовности системы к взаимодействию с сетевыми камерами и видеосерверами прочих производителей, а также с серверами и системами хранения данных промышленного образца, выпускаемыми такими компаниями, как Dell, HP и IBM. Система, построенная по принципу открытой архитектуры, позволяет внедрение отборных компонентов от широкого перечня производителей. А программное обеспечение для видеонаблюдения собирает всю систему в единое целое, объединяя различные IP-камеры и устройства кодирования аналогового видеосигнала.
Закрытые, или фирменные системы IP-видеонаблюдения предоставляют собой
законченные решения от какого-либо одного производителя. К примеру, системная
платформа Endura, выпускаемая компанией Pelco, обеспечивает и программные
средства управления видеопотоками, и видеосерверы, и средства хранения, и
серверы, сведенные в уникальную, совместимую лишь с самой собой систему. Такие
системы выгодны тем, что приобретаются и обслуживаются в одном и том же
сервисном центре, однако преимущества эти компенсируются невозможностью
подключать к системе какие-либо продукты сторонних производителей.
5.3 Просмотр живого видеоизображения
Системы, построенные для нужд оперативного видеонаблюдения -- к примеру, многие специализированные приложения для игорных заведений -- как правило, требуют высокоэффективного, с минимальной задержкой контроля поворотных камер и быстрого автоматического переключения видеопотоков, выводимых на монитор охраны в зависимости от зарегистрированных системой событий.
Управление поворотными камерами в большинстве систем IP-видеонаблюдения -- "палка о двух концах". Если все, что вам необходимо для управления пользовательским интерфейсом -- это мышь или джойстик, вы можете воспользоваться удаленным управлением по компьютерной сети. Недостатки этого метода: такое управление дает относительно большИе задержки, а движение при этом несколько ступенчато по сравнению с классическим клавишным способом управления поворотными устройствами камер охранного телевидения с помощью интерфейса RS-485.
Виртуальные матричные переключатели автоматически подают видеосигнал на нужные мониторы либо карманные компьютеры в зависимости от внешних либо внутренних событий, зарегистрированных системой. Под событиями понимаются обнаружение движения видеодетекторами, сигналы от подсистемы контроля доступа, датчики вторжения, пожарной сигнализации или информация с рабочего места кассира-контролера. Для того, чтобы поставить операторов в известность о происходящих событиях и привлечь их внимание к живому видеоизображению от нужного источника сигнала, система может использовать всплывающие окна, вывод титров и звуковую сигнализацию. В некоторых продуктах дополнительно предусмотрен и вывод всплывающих окон с закольцованной видеозаписью тревожного события.
Многие организации с обширной и неоднородной структурой -- такие, как
крупные школьные комплексы и студенческие городки -- используют эти возможности
для снижения численности работников, занятых в охране, точно адресуя тревожные
сигналы и значащие видеоматериалы удаленным охранникам по каналам беспроводной
связи. Именно по такому принципу реализована охрана одного из объектов
североамериканского департамента национальной безопасности, где программное
обеспечение Omnicast от компании Genetec обеспечивает удаленный мониторинг
12-ти объектов по беспроводной сети. На этом решении экономится более полумиллиона
долларов ежегодно за счет снижения трудозатрат.
5.4 Просмотр видеозаписей и свидетельские материалы
Магазины розничной торговли и банки больше склоняются к применению систем, ориентированных на запись-просмотр. Отдавая дань и видеонаблюдению в реальном времени, первично система зачастую "заточена" под возможность использования видеоматериалов в доказательных целях, что требует развитых инструментов поиска нужных видеофрагментов вкупе с интуитивным интерфейсом, позволяющим быстро экспортировать защищенное водяными знаками видеоизображение для целей расследования либо предоставления суду в качестве свидетельских показаний.