Основные термины

Компрессия видеопотока

Для сжатия видеопотока в многоканальных системах видеозаписи PHOBOS используется покадровое сжатие на базе wavelet-преобразования. В отличие от большинства других систем представленных на российском рынке в системах записи PHOBOS сжатие видеопотока реализовано аппаратно. Благодаря этим особенностям достигаются четыре основных преимущества:

• высокое качество изображения,
• высокая производительность,
• покадровый просмотр,
• масштабирование видеопотока.

Высокое качество изображения

Wavelet-сжатие является одним из самых современных на сегодняшний день алгоритмов видеообработки и существенно превосходит по своим характеристикам такие стандарты как JPEG и MJPEG. Это означает, что при том же размере кадра качество изображения полученного с помощью wavelet-сжатия выше, чем качество, полученное с помощью JPEG.

При полном разрешении (720х576) высококачественная запись получается при размере кадра 30 Кбайт, что соответствует потоку 750 KBps. При записи в разрешении 360х288 SVHS такое же качество изображения получается при размере кадра 10 Кбайт (поток 250 KBps).

Высокая производительность

При всех плюсах у алгоритма wavelet-компрессии есть один недостаток, который существенно затрудняет его использование в реальных приложениях - это большая вычислительная сложность. Например, на современном процессоре Pentium IV 2,4 ГГц в реальном времени можно сжать только 2 потока "живого" видео.

В многоканальных системах записи PHOBOS это ограничение снимается благодаря применению аппаратного сжатия на платах видеообработки PHOBOS V8, PHOBOS V12, PHOBOS V16. Система на базе этих плат обеспечивает запись 16 каналов "живого" полноцветного видеоизображения в полном разрешении (25fps @ 720x576). Такая производительность достигается на стандартных матерински платах (с чипсетом Intel 845) с процессором Pentium IV 1,8 ГГц и со стандартными IDE дисками. При этом загрузка процессора составляет 8-12%. Для систем c программным сжатием такая производительность труднодостижима. Причем ограничение связано как с производительностью процессора, так и с пропускной способностью шины PCI.

Технические подробности:

Пиковая пропускная способность шины PCI 32/33 составляет 132 MBps, а PCI 64/66 - 528 MBps. Для устойчивой работы системы необходим 30% запас по пропускной способности шины. Один канал несжатого цветного видеосигнала создает поток в 25 MBps, 16 каналов - 400 MBps. Таким образом, системы записи с программным сжатием видеопотока теоретически могут достичь вышеописанной производительности (16 каналов 25fps @ 720x576), но это возможно только на двухпроцессорных платформах с двумя независимыми шинами PCI 64/66 и с интегрированным SCSI контролером.

Покадровый просмотр

В последнее время становится популярным использование MPEG4 для архивирования видео данных. Однако этот алгоритм имеет существенный недостаток по сравнению с алгоритмами с покадровым сжатием в приложениях, связанных с безопасностью. В MPEG4 целиком сжимаются только опорные кадры (I-frames), а остальные кадры (P-frames и B-frames) вычисляются на основе опорных кадров и "векторов движения". За счет такой схемы достигается высокая степень сжатия видео потока, но возникают проблемы при просмотре отдельных кадров. Запись, которая выглядит как четкая и качественная при "живом" просмотре, оказывается смазанной и нечеткой при покадровом просмотре. Это связано с тем, что MPEG4 разрабатывался для мультимедийных приложений (в том числе сетевых), в которых изображение просматривается "вживую". При этом используется свойство инерционности человеческого зрения, когда последовательность "смазанных" кадров создает иллюзию четкого изображения. Однако такой подход не приемлем для охранного телевидения, требующего детального анализа быстро меняющихся сцен.

Масштабирование видео потока

Благодаря уникальным возможностям алгоритма wavelet в системе записи PHOBOS реализована возможность масштабирования видеопотока как по размеру отображаемого кадра, так и по частоте кадров.

Масштабирование по размеру кадра позволяет каждому клиентскому приложению просматривать запись или сквозной канал в желаемом разрешении, снижая, таким образом, объем передаваемых данных и, соответственно, нагрузку на сеть. Например, если запись записана в разрешении 720х576, оператор, работающий непосредственно на станции записи, может просматривать ее в таком же разрешении, другой оператор, работающий в локальной сети, может просматривать запись в разрешении 360х288, а пользователь, работающий в сети Интернет, - в разрешении 180х144. При этом дополнительная загрузка сервера на перемасштабирование потока составляет менее 1% на одного клиента, а уменьшение сетевого трафика может достигать 75%.

Если пропускная способность сети недостаточна для передачи всего потока, система автоматически настраивается на реальную пропускную способность сети, уменьшая скорость посылки кадров (прореживая поток кадров). Это возможно за счет того, что при покадровом сжатии каждый кадр не зависит от предыдущего и может быть безболезненно пропущен.

Для систем использующих другие алгоритмы сжатия, такие как JPEG или MPEG, для такого масштабирования потока необходимо сжимать отдельно видеопоток для каждого сетевого клиента, что существенно повышает загрузку центрального процессора и уменьшает масштабируемость системы.