Какой кодек лучше для видеонаблюдения

При выборе и настройке системы видеонаблюдения нужно учесть все технические параметры. Данные с видеозаписей необходимо будет хранить, перерабатывать. Затраты на хранение данных — важный пункт расходов при выборе системы видеонаблюдения. Современные кодеки имеют алгоритмы, способные сжимать сигнал. Эффективное сжатие видеопотока важно для функционирования профессиональных систем безопасности. Различают кодирование с потерей информации и без (архивирование). Поговорим о классификации и устройстве современных технологий.

Кодирование и декодирование файлов используется для уменьшения нагрузки на систему передачи данных. Проще говоря, кодек обеспечивает компрессию данных для дискового пространства. Название происходит от прямого целевого назначения технологии — кодирование, декодирование информации.

За последние годы наблюдается развитие моделей кодеков, улучшение функционала устройств. Первые подобные устройства были покадровыми, а современные могут похвастаться интеллектуальной реализацией. Качественное устройство выдаёт высокую степень и скорость компрессии. Мощная производительность сочетается с минимальными задержками.  Кодек не должен быть дорогим, иначе будет увеличивать стоимость всей системы видеонаблюдения.

Как работают кодеки и зачем они нужны: примеры современных технологий, описание их функционала

Алгоритмы сжатия позволяют анализировать видеопоток и удалять из кадров избыточную информацию. Использование кодеков дает возможность уменьшить размер файла, сэкономить, оптимизировать дисковое пространство.

Кодирование состоит из временного и пространственного сжатия, в которых статичные области кадра сохраняются в виде опорных точек. Изменения между соседними кадрами записываются в виде разностных данных.  Современные алгоритмы выявляют возможное движение объектов в сцене, используя различные методы компрессии для статических, динамических элементов картинки.

1. Можно предсказывать движения и отслеживать объекты, сохраняя только векторы их перемещения. Метод показал свою эффективность при съемке для сцен с движущимися объектами на статичном фоне. Кодек дает возможность создания блоков движения, указывая направление и скорость перемещения каждого блока относительно предыдущего кадра. Предсказание и корректирование неточностей в кадре происходит благодаря векторам движения. Алгоритм вычисляет разность между предсказанным и реальным положением, корректируя нужную информацию. Процесс обеспечивает точность воспроизведения движущихся объектов при декодировании видеопотока.

2. Применяется технология адаптивного квантования. Она регулирует степень сжатия видео в зависимости от происходящего в кадре и параметров качества. Благодаря алгоритмам происходит автоматическое определение количества деталей. Например, статичные или мало меняющиеся области фона сжимаются сильнее, а важные детали сохраняются с минимальными потерями качества.

При выборе параметров кодирования важно учитывать влияние на итоговый размер файла и качество видео. При постоянной записи эффективное сжатие особенно важно, так как влияет на количество занимаемого места на диске. Правильная настройка кодека поможет вам найти баланс между качеством изображения и сэкономить пространство на накопителях.

Разберем основные параметры, которые следует учесть при подборе кодека.

Жесткие диски в каталоге DSSL

Влияние битрейта на качество и размер файлов

Битрейт можно обозначить как показатель качества видеозаписи. Определение битрейта можно обозначить так: количество видеоданных, которые передаются за определенный промежуток времени. Битрейт видеозаписи в первую очередь влияет на размер и качество вашего видео. При выборе битрейта следует учитывать контролируемую зону сьемки и требуемое качество самой видеозаписи.

Битрейт можно разделить на постоянный и переменный.

• Постоянный обеспечивает предсказуемый размер файлов и стабильную нагрузку на сетевое соединение.

• Переменный дает оптимизацию качества благодаря выделению больших ресурсов сложным сценам.

Учтите, что если вы выбираете камеру для сьемки мест большого скопления людей, нужно отдавать предпочтение аппаратуре с более высоким битрейтом. Для наблюдения по периметру подойдут низкие значения этого параметра.

Можно подвести итог: переменный битрейт позволяет в полной мере использовать плюсы новых моделей кодеков.

Протоколы передачи видеоданных

От выбора протокола передачи видеоданных зависят эффективность использования полосы пропускания и качество видеопотока. Основные виды протоколов передачи данных:

1. RTSP. Аббревиатуру можно расшифровать как потоковый протокол реального времени, он используется в работе с мультимедийными данными. Можно ставить видео на паузу, менять скорость воспроизведения и перематывать. Применяется в системах архивного хранения.

2. ONVIF. Облегчает интегрирование и совместимость оборудования разных производителей между собой. Говоря проще, оборудование легко установить в различные системы видеонаблюдения. Можно настраивать параметры сжатия, передачи данных.

3. WebRTC. Имеет популярность у веб-приложений. Отличается низкой задержкой и встроенной поддержкой адаптивного битрейта. Передача потоковых данных осуществляется в режиме реального времени. Особенность WebRTC заключается в том, что не нужно использовать центральный сервер. Участники подключаются напрямую через P2P-соединение. Поэтому не нужно устанавливать дополнительное ПО.

4. TCP. Этот протокол дает гарантию доставки данных до адресата. Но учтите, при плохом качестве соединения могут наблюдаться небольшие задержки в передаче данных. Протокол надежен и может регулировать потоки всей информации. Наличие алгоритмов переотправки поможет отправить данные повторно, если они по како-либо причине были утеряны.

5. RTP. Также используется для передачи аудио и видео в реальном времени. Обеспечивает передачу без задержек. Этот параметр особенно важен для систем оперативного мониторинга. Работает на прикладном уровне и разработан с возможностью расширения, что позволяет разработчикам внедрять обновленные технологии и функционал.

Сегодня для топовых моделей характерно применение P2P и облачных решений для удаленного доступа. Это позволяет установить прямое соединение без статического IP-адреса или сложной сетевой настройки.

Ознакомьтесь с преимуществами облачного сервиса TRASSIR Cloud!

Аппаратное и программное кодирование

В видеокамеры встроены специализированные чипы, предоставляющие аппаратное и программное кодирование. Благодаря им обеспечивается минимальное энергопотребление и производительность на необходимом уровне. Среди моделей чипов можно выделить: Intel Quick Sync, NVIDIA NVENC или AMD VCE. Они способны обрабатывать сразу несколько потоков с минимальной задержкой.

Теперь рассмотрим современные виды кодеков и расскажем об их функционале.

MJPEG: описание кодека

Этот формат кодирования относится к нелицензированным и был создан неофициально в середине 90-х годов. Автоматический режим кодирования позволяет очень быстро уменьшать размеры каждого кадра. Однако MJPEG является устаревшим и редко используется в современных моделях. Формат базируется на принципе покадровой обработки.

Простота и совместимость этого кодека сочетаются с широкой поддержкой на различных моделях устройств. Гарантированно работает на оборудовании любого поколения. При видеосъемке обеспечено высокое качество каждого отдельного кадра. При применении кодека MJPEG кодека средний коэффициент сжатия видеосигнала выходит порядка 1:5. Заметим, что кодирование между кадрами сьемки видеозаписи не присутствует, поэтому количество движения или изменение изображения со временем не оказывает влияния на потребление полосы пропускания.

В этом кодек не используется межкадровое сжатие. Такая технология позволяет облегчить навигацию и исключить ошибки. Но важно понимать, что MJPEG требует значительного объема дискового пространства. Это гораздо больше, чем установлено современными стандартами.

Также доступен для применения целого ряда понижающих объем файлов инструментов. Но сегодня он не востребован из-за низкого качества получаемой картинки.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодека MJPEG в каталоге DSSL

MPEG-4: описание кодека

Отличается более низкими требованиями к пропускной сети. Кодеку требуются мощные компрессоры, а восстановление кадра более сложное. Задержка при передаче отдельного сигнала также увеличивается. Сам формат можно разделить на ASP и AVC. Он обеспечивает достойный уровень качества по отношению к пропускной способности сети и требованиям к хранению. Из современных устройств данный кодек широко используется в камерах IP-видеонаблюдения, но сегодня уже заменяется более современными аналогами.

Сам кодек характеризуется использованием I-кадров, Р и В. Эта особенность его работы позволяет снизить потребление полосы пропускания по сравнению с отправкой полной информации изображения в каждом кадре. Отметим, что сжатие осуществляется практически без снижения качества картинки.

Камеры с поддержкой кодека MPEG-4 в каталоге DSSL

H.264 (MPEG-4 part 10): описание кодека

Относится к разновидности MPEG-4, сложнее обрабатывает группы кадров, а технология сжатия улучшена. Кодек обеспечивает более точную детализацию участков изображения. Формат способен сжимать видео до примерно половины размера несжатого файла с небольшой потерей качества. Снижены требования к каналам передачи данных и размеру архива. Сегодня этот стандарт довольно распространен, при этом он обеспечивает хорошее качество.

Н.264 поддерживается большинством устройств и программного обеспечения. Архив гораздо занимает гораздо меньше места, чем у кодека-предшественника, несмотря на схожие объем и качество самой картинки в исходном виде. Его можно смело назвать оптимальным вариантом для небольших систем видеонаблюдения.

Из плюсов можно выделить высокую эффективность при передаче некоторого количества видеопотоков с большим разрешением. Пожалуй, главный минус Н264 — большая нагрузка на вычислительное оборудование. Но в целом кодек считается неплохим вариантом для современных камер видеонаблюдения и частного использования. Теперь подробнее о работе.

Работа этого кодека включает принятие за основу первого кадра. Его характеризуют как опорный. Остальные 24 кадра проходят разбивку на макроблоки — квадраты с максимальным размером 16х16 пикселей. При отсутствии движения на видео и статичности объектов не нужно хранить одинаковые изображения в памяти своей видеокамеры наблюдения.

Таким образом, на принимающее устройство передаются фрагменты с фиксацией изменений. Частота опорных кадров зависит от периода обновления. Он устанавливается производителем по умолчанию.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодека Н.264 MJPEG в каталоге DSSL

Н.265: описание кодека

Со временем Н264 обновили до новой версии. Разработчики улучшили алгоритмы для более сильного сжатия объектов. Этот кодек функционирует при помощи сложной математической модели, поэтому он поддерживается ещё не всеми устройствами. Размер блока при сжатии видеозаписей достигает 64х64 Мп.

Кодек отличается использованием сильных и современных алгоритмов сжатия видеозаписей. При условии схожего визуального качества Н.265 дает возможность двухкратного уменьшения размера файла по сравнению со всеми его предшественниками. Экономия места на дисковом пространстве позволяет уменьшить битрейт.

Обеспечивает масштабируемое кодирование для передачи видео с различным качеством, а также временное масштабирование для адаптации к изменяющейся пропускной способности сети.

Ускоренный процесс вычисления данных помогает использовать и активно применять расширенный набор инструкций AVX/AVX2 для процессоров Intel/AMD. Более высокая точность обеспечивается 36 направлениями сьемки кадра вместо 8, используемых в аналогах кодека. При выборе этого кодека учтите необходимость мощного процессора для эффективной работы видеоаппаратуры.

Интересно, что сам функционал видеокамер с этим кодеком гарантирует адаптивную фильтрацию контуров для устранения артефактов сжатия и поддержку параллельной обработки для ускорения кодирования на многоядерных процессорах.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодека Н.265 MJPEG в каталоге DSSL

H265+: описание кодека

Технология была создана для эффективного сжатия видео- и аудиопотоков. В целом этот кодек можно смело назвать оптимальным для камер нового поколения. Разработка алгоритма дала возможность отделить движущийся объект от статичного фона. Таким образом, ключевые зоны кадра получают повышенную детализацию.  Кодек оптимизирован для работы с камерами ультравысокой пропускной способности.

Интересный факт: по техническому документу от компании Hisilicon, H.265+ способен снижать битрейт на 50%, если сравнивать с обычным сжатием видео H.265 в типичном сценарии IP-видеонаблюдения.

Кроме того, преимуществом работы с этим кодеком является встроенный механизм подавления фонового шума, кодирования с более точным предсказанием движений. Также можно управлять потоком долгосрочно.

Этот кодек поддерживает разрешение UHD 4K, обработку видеозаписей до 12 Мп. Прогрессивный кодек уже способен значительно уменьшать размер файла путем его сжатия. В скором времени технологии планируют повысить до поддержки разрешения UHD 8К. Теперь рассмотрим, чем отличается Н265+ от других моделей.

Отличия с другими моделями у Н265+ наиболее ощутимы при следующих условиях:

• фон стабилен либо в нем происходят минимальные изменения;

• движения во время сьемки кадров осуществляются нечасто;

• внимание сьемки сконцентрировано на действиях движущегося объекта;

• камера работает круглосуточно.

Обработка фона расходует меньше ресурсов, это дает ослабление нагрузки на процессор и другие элементы. Все это экономит дисковое пространство, что важно при выборе кодека для видеокамеры.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодека Н.265+ MJPEG в каталоге DSSL

Motion Wavelets: описание кодека

Этот кодек — новинка в техноиндустрии. Каждый кадр видео описывается всплесками и спадами цвета и яркости в определенной точке и в определенный момент времени. Файлы проходят декодирование и оценку с помощью программы PSNR Checker. При сжатии кадры образуют видеопоследовательность, что очень удобно.

При схожем качестве с аналогичными кодеками и более ранними моделями размер кадра получается меньше в 5-10 раз, в зависимости от фона, от наличия перемещающихся объектов и других факторов. Это одно из главных преимуществ, что дает возможность эффективно выполнить сжатие видеопотока. Позднее можно сохранять и просматривать получившиеся видеозаписи с камер наблюдения.

Оптимизация для различных сценариев использования

При выборе оборудования следует учитывать целевое назначение его использования.

Например, для розничных магазинов необходимо высокое качество изображения в зонах кассовых аппаратов для проведения детализированной фиксации финансовых операций. В общих торговых залах допустимо использование более агрессивного сжатия.

Банковские системы видеонаблюдения обязаны обеспечивать максимальное качество записи проведения операций. Важно строгое соблюдение правил длительности хранения архивов.

Комплексные решения TRASSIR для розничных магазинов и других объектов