CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии читать книгу онлайн
Это 2-е издание популярной за рубежом и в России книги Владо Дамьяновски — всемирно известного эксперта в области видеонаблюдения и охранного телевидения, в которой обобщено около десяти лет теоретических исследований и более двадцати лет практического опыта. Книга ориентирована на довольно широкую читательскую аудиторию — менеджеров по системам безопасности, инсталляторов и интеграторов оборудования, консультантов, разработчиков и конечных пользователей. Кроме того, книга будет по достоинству оценена теми, кто собирается заняться системами видеонаблюдения и охранным телевидением.
Внимание! Книга может содержать контент только для совершеннолетних. Для несовершеннолетних чтение данного контента СТРОГО ЗАПРЕЩЕНО! Если в книге присутствует наличие пропаганды ЛГБТ и другого, запрещенного контента - просьба написать на почту [email protected] для удаления материала
Вейвлет-анализ хорошо подходит для аппроксимации данных с резкими границами. Процедура вейвлет-анализа заключается в подборе функции-прототипа элементарной волны, называемой анализирующей или порождающей волной. Временной анализ выполняется в укороченной высокочастотной версии функции-прототипа, в то время как частотный анализ производится в ее расширенной низкочастотной версии. Поскольку оригинальный сигнал или функция могут быть представлены в виде разложения по вейвлет-функциям (с применением коэффициентов в линейной комбинации с вейвлет-функциями), то операции с данными могут выполняться посредством использования всего лишь соответствующих вейвлет-коэффициентов.
Одна интересная особенность аппаратной реализации вейвлет-сжатия позволяет выбрать «область интереса» или «зону повышенной детализации» («Area of Interest» или «Quality Box»). Эта область может быть сжата с лучшим качеством и соответственно более высокой детализацией интересующих нас объектов по сравнению с остальным изображением, а ее использование позволяет значительно уменьшить размер файла сжатого изображения.
Рис. 9.37. Современные аппаратные реализации вейвлет-компресии позволяют выделить «область интереса» или «зону повышенной детализации»
JPEG-2000
JPEG-2000 (ISO 15444) представляет собой стандартизированную в общих чертах версию вейвлет-сжатия, которая была разработана группой JPEG. Когда в 90-х годах появилась аппаратная реализация вейвлет-сжатия от Analog Devices еще не существовало общего стандарта. Эксперты из группы JPEG быстро оценили преимущества вейвлет-сжатия и приступили к работе над новым стандартом сжатия. Завершение работы над новым стандартом было намечено на 2000 год — отсюда и идет название JPEG-2000.
С появлением единого стандарта JPEG-2000 стало возможно широкое применение вейвлет-сжатия при полной совместимости между различными продуктами и программами разных производителей. Появилось большое количество дополнительных программных модулей и аппаратных реализаций, что позволяет переносить изображения, сжатые этим стандартом, между различными платформами. Сейчас можно найти в Интернете дополнительные модули для Adobe Photoshop и веб-броузеров, реализующие поддержку JPEG-2000. Некоторые графические редакторы, такие, как Corel Photo Paint и JASC Paint Shop Pro уже имеют встроенную поддержку JPEG-2000. Именно для этого и проводится стандартизация, что позволяет нам работать с одним стандартным форматом файла в самых разных программах. Многие производители уже выпустили свои аппаратные реализации стандарта JPEG-2000, и эти кодеки доступны для видеонаблюдения.
Кроме того, стандарт JPEG-2000 предусматривает использование встраиваемой информации об авторе или источнике изображения. Для нас это полезно тем, что таким образом можно устанавливать подлинность изображения в видеонаблюдении. Существуют и варианты JPEG-2000, один из которых применим к видеоизображению и называется Motion JPEG-2000.
Рис. 9.38. Новый кодек ADV202 от Analog Devices использует JPEG-2000 и имеет большие перспективы для применения в охранном телевидении и телевидении высокой четкости.
Motion JPEG-2000
Motion JPEG-2000 это новый стандарт сжатия. Хотя он пока еще не используется в видеонаблюдении, но он очень перспективен, поэтому мы его упоминаем здесь. Благодаря масштабируемости вейвлет-сжатия Motion JPEG-2000 позволяет из одного видеопотока быстро получать видеопотоки разного разрешения. Эта особенность удачно используется в тех случаях, когда видеопоток с высоким разрешением используется для записи, а для удаленного просмотра используется видеопоток меньшего разрешения. Поскольку Motion JPEG-2000 является стандартом сжатия изображения, то все сжатые кадры (поля) независимы, что упрощает произвольный доступ к ним. Кроме того, это упрощает точно датирование кадров, что важно для видеонаблюдения и использования кадров в качестве доказательства в суде. Сжатие изображения происходит в режиме реального времени без задержки, что также упрощает процедуру хранения и передачи по сети видеопотоков.
MPEG-1
MPEG-1 (ISO 11172) — один из первых стандартов сжатия, предложенный группой MPEG (Motion Pictures Experts Group — экспертная группа по вопросам движущегося изображения ISO) вскоре после появления Н.261. MPEG-1 принадлежит к категории стандартов сжатия видеоизображения. Он работает с непрерывным оцифрованным видеосигналом и включает два звуковых канала. Визуальное качество при типичных уровнях сжатия (как на дисках VCD, например) сопоставимо с качеством записи аналогового видеомагнитофона VHS. Для сжатия звука сейчас используется популярный формат МРЗ.
MPEG-1 работает с последовательностью изображений формата CIF (352x288 для PAL; 352x240 для NTSC). Цветовая информация представлена половиной этого разрешения (176x144 или 176x120). Для MPEG-1 типичный видеопоток будет от 1 Мбит/с до 3 Мбит/с. Во время появления стандарта MPEG-1 у большинства проигрывателей компакт-дисков скорость передачи данных достигала примерно 1.5 Мбит/с, а основным применением нового стандарта сжатия была запись видео на компакт-диски. На компакт-диске объемом 700 Мбайт можно хранить до 1 часа видео, по этой причине для записи фильмов в формате VCD требовалось обычно два диска.
Рис. 9.39. Крайне упрощенное представление того, каким образом из опорного кадра вычисляются промежуточные
MPEG сам по себе определяет не алгоритмы сжатия (хотя и основан на DCT-преобразовании), а сжатие именно видеопотока, то есть организацию цифровых данных для записи, воспроизведения и передачи. Алгоритмы сжатия выбираются уже разработчиками, и качество сжатия будет сильно зависеть от выбранных алгоритмов.
Основная идея, которая лежит в основе сжатия видеоизображения, заключается в предсказании движения от кадра к кадру во временном направлении, после чего используется DCT-преобразование для выявления избыточности в пространственных направлениях. DCT-преобразование осуществляется на блоках 8x8, а предсказание движения осуществляется в яркостном канале (Y) на блоках 16x16. Другими словами блок 16x16 пикселов в текущем кадре кодируется с учетом такого же блока в предыдущем и последующем кадре. Например, в режиме обратного предсказания движения кадры, которые идут позже по времени, обрабатываются раньше, чтобы установить межкадровую зависимость.
Далее коэффициенты DCT-преобразования (самих видеоданных или разницы блоков) подвергаются квантованию. Вероятно, многие коэффициенты будут нулями.
Квантование может изменяться для каждого макроблока (макроблока 16x16 для Y и соответственно 8x8 для U и для V).
Рис. 9.40. Взаимосвязь кадров в группе изображений с 9 кадрами
Ко всем полученным в результате данным, которые включают коэффициенты DCT-преобразования, векторы движения, параметры квантования и другую информацию.
Существует три типа кадров в стандарте MPEG-1 (тоже самое и в MPEG-2): l-кадры (intra frames, кадры с внутренним кодированием), Р-кадры (predicted frames, кадры с предсказанным кодированием) и В-кадры (bidirectional frames, кадры, при кодировании которых используется предсказание, сформированное на основе предшествующего и последующего кадра).
