Видеокомпрессия

Формат MPEG-4 изначально создавался для передачи видео по низкоскоростным каналам  и не предназначался для хранения видео. Качество изображения по MPEG-4 безусловно хуже MPEG-2, но немного лучше MPEG-1. Компрессия/декомпрессия в MPEG-4 требует значительных затрат процессорного времени и просмотр, а тем более создание видео в формате MPEG-4 на компьютере с процессором ниже Celeron II 700 весьма затруднителен. В основном MPEG-4 используется для рекомпрессии в него оригинальных MPEG-2 фильмов, записанных на DVD дисках. MPEG-4 позволяет записать на обычном CD диске часовой фильм. Сохранять же в этом формате собственные фильмы нет никакого смысла по двум основным причинам:

• Качество намного хуже оригинала.
• Отсутствует стандарт записи MPEG-4 на диск, аналогичный DVD стандарту.

Виды кодеров MPEG, поддерживающих работу с DV форматом:

• TMPEnc Encoder - программа, популярная даже не столько собственно кодировщиком MPEG, сколько инструментами для мультиплексирования, демультиплексирования и склеивания/нарезки MPEG файлов.
• Main Concept MPEG Encoder - неплохой кодер, встроенные в популярные видеоредакторы Adobe Premiere, Ulead MSP и Vegas Video.
• Canopus ProCoder - пожалуй, лучший кодировщик DV материалов.

Преимущества  и недостатки форматов Motion-JPEG, MPEG-2, MPEG-4

Благодаря простоте, стандарт Motion-JPEG широко используется во многих системах и зачастую является удачным выбором для решения задач видеонаблюдения. При его использовании задержка между получением и кодированием изображения в камере, передачей его по сети, декодированием и отображении на экране монитора незначительна. Другими словами, из-за своей простоты, Motion-JPEG обеспечивает минимальное время задержки между реальным событием и его цифровым отображением, что позволяет оперативно обрабатывать изображение, например используя детектор движения, и отслеживать движущиеся объекты. При использовании формата Motion-JPEG возможна передача изображения с любым разрешением, начиная от самого минимального QVGA для мобильного телефона, до разрешения в несколько мегапикселов. Он гарантирует качество изображения не зависимо от его сложности и количества/размера движущихся объектов, предлагая пользователю выбрать наиболее оптимальные параметры, подходящие для его системы – высокое качество изображения (низкое сжатие) или более низкое качество (высокое сжатие) и меньшие размеры файла, позволяющие снизить нагрузку на сеть и уменьшить размеры дискового пространства, необходимые для хранения видео информации. Скорость передачи кадров может быть установлена принудительно и подстраивается автоматически под имеющуюся полосу пропускания без потери качества изображения.  
Однако при компрессии Motion-JPEG не используются алгоритмы видео сжатия, это производит к относительно большим объемам данных, передающихся по сети. В этом отношении, форматы MPEG имеют преимущество по сравнению с M-JPEG, т.к. по сети за единицу времени передается меньший объем информации (более низкий bit-rate). Если существуют ограничения по полосе пропускания, если видео должно записываться с большой скоростью и есть ограничения по размеру дискового пространства – выбор MPEG сжатия может оказаться единственно возможным. Он обеспечивает относительно высокое качество изображения при более низкой нагрузке на транспортную магистраль (требуется меньшая полоса пропускания), по сравнению с Motion-JPEG в 2.5 – 7 раз. Однако это достигается за счет более сложных алгоритмов кодирования/декодирования, требующих большего времени на обработку видео, что приводит к значительным задержкам (до 3-4 секунд) между реальным событием и отображением его на экране. 
Следует иметь в виду, что стандарты MPEG-2 и MPEG-4 является лицензируемыми. При  их использовании необходимо приобретать лицензии на их использование. Для российского рынка это в теории.

Избыточность  ТВ изображений

  В изображении различают такие основные виды избыточности: 
- статистическая избыточность; 
- корреляционная избыточность; 
- структурная избыточность; 
- комбинаторная избыточность; 
- семантическая избыточность; 
- физиологичная избыточность.

 
Первый вид избыточности связан с тем, что какие-нибудь величины, полученные из изображения не являются случайными. Соседние отсчеты часто имеют подобные значения яркости, в чем проявляется важное свойство их пространственной корреляции. Если соответствующим образом использовать это свойство, то можно значительно уменьшить число бит для представления изображения в цифровой форме.

 
Можно выделить три типа статистической избыточности: 
– пространственная, или корреляция между соседними пикселями; 
– спектральная или корреляция между соседними частотными полосами; 
– временная, или корреляция между соседними кадрами (для видео).

 
Пространственная избыточность устраняется  путем применения к изображениям непосредственных методов сжатия. Эффективность  непосредственных методов сжатия невелика,  поэтому устранению подлежит главным  образом спектральная избыточность, которая выявляется на этапе преобразования. 
Физиологичная избыточность связана с той частью информации, которая не воспринимается глазом человека. Сокращение физиологичной избыточности в значительной степени сокращает и статистическую избыточность и наоборот. 
Необходимо отметить и так называемую афинную избыточность, на которой базируются фрактальные методы сжатия изображений.

Заключение

В большинстве  приложений используется формат сжатия Motion-JPEG, позволяющий найти компромисс между качеством и скоростью передачи видео изображения. MPEG позволяет экономить дисковое пространство и менее требователен к размеру полосы пропускания, но предъявляет повышенные требования к ресурсам рабочей станции, обрабатывающей видео поток. В случаях, когда нужно только записывать или просматривать видео, MPEG - идеальный выбор, но если необходимо анализировать изображение предпочтение стоит отдать Motion-JPEG. 
В видео оборудовании компании Axis реализованы несколько стандартов сжатия. В сетевых видеокамер и видеосерверов реализованы Motion-JPEG и MPEG-4, так же в линейке Axis присутствуют IP камера и видеосервер передающие поток в формате MPEG-2, обеспечивающий видео DVD качества. Большинство видео продуктов Axis, как профессиональных, так и начального уровня, одновременно поддерживают два формата – Motion-JPEG и MPEG-4. Это позволяет оптимизировать систему, в которой применяются камеры Axis по полосе пропускания и качеству изображения – запись может производиться в формате Motion-JPEG с высоким качеством и необходимой скоростью, от 1 до 25 кадров в секунду, а просмотр в MPEG-4, который в режиме multicast  может транслировать видео неограниченному числу пользователей. 

Список использованной литературы:

1.Кривошеев М.И.  Основы телевизионных измерений.- 1989.

2.Т.Охаян. Цифровой  нелинейный монтаж.М «Мир»,2001.

3. К.Э.Разлогов. , Новые аудиовизуальные технологии, 2005.

4.В.Е. Джакония, А.А.Гоголь,Я.В. Друзин и др. Телевидение: Учебник для вузов// Под ред.В.Е. Джаконии.М.:Радио и связь,2002,2004.