Стандарты сжатия изображения (кодеки)

Статьи - Статьи technology

Стандарты сжатия изображения являются наиболее распространенными в видеонаблюдении.

Расположены в порядке появления.

JPEG — Широкораспространенный стандарт сжатия, который существует уже более 15 лет. Использует DCT-преобразование. Используется многими программами, такими, как графические редакторы и веб броузеры.    

К недостаткам формата JPEG следует отнести то, что блочная структура данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ) при сильных степенях сжатия приводит к потере мелких цветных деталей и образованию характерных "артефактов" - иррегулярной структуре пикселей искаженного цвета и/или яркости  в областях с высокой пространственной частотой (например, контрастные границы изображения) или на областях с низкой пространственной частотой (плавные переходы изображения, например, чистое небо)

Несмотря на недостатки, JPEG получил очень широкое распространение из-за высокой степени сжатия, относительно существующих во время его появления альтернатив, что позволяет хранить менее объемный архив. В сфере видеонаблюдения стоит большая проблема именно с хранением информации, поэтому возможность сжатия является немаловажным качество на который обращают внимание при использовании в технологии это можно проследить на примере всех кодеков используемых в системах видеонаблюдения        

M-JPEG — Это вариант сжатия JPEG и на самом деле не является стандартом. M-JPEG — сокращение от Motion JPEG, где каждое изображение является независимо сжатым телевизионным кадром или полем.

Недостатками MJPEG являются более низкий коэффициент сжатия по сравнению с потоковыми методами сжатия, например MPEG4  и блочная структура  данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ) унаследованная от JPEG  по сравнению, например , с методом Wavelet .

Основным преимуществом для интеграции в видеонаблюдение технологии  Motion JPEG является простота реализации, что делает MJPEG подходящим для реализации в устройствах с малыми вычислительными ресурсами.

К плюсам надо отнести быстрый нелинейный видеомонтаж  — если какой-либо кадр берётся целиком (без изменений) из одного MJPEG-источника, его можно записать в выходной MJPEG-поток как есть, без декодировки-сжатия.

MJPEG даёт относительно  качественные стоп-кадры, что и позволяет его использовать, в системах видеонаблюдения (возможность выяснить номер проехавшего автомобиля).

Wavelet — Очень популярное сжатие в видеонаблюдении. Отличается большей эффективностью при сжатии деталей, так как алгоритм сжатия wavelet представляет изображение как наборы реальных коэффициентов, и в отличае  от традиционного сжатия JPEG не делит все изображение на блоки 8x8 пикселов

Преимущество метода wavelet состоит в том, что, в отличие от JPEG, алгоритм wavelet анализирует целое изображение. Особенностью wavelet так же является возможность получать лучшую степень сжатия чем JPEG, поддерживая хорошее качество.

JPEG-2000 — Стандартизованный вариант Wavelet-сжатия. Доступны дополнительные модули JPEG-2000 для различных графических редакторов и веб-броузеров.

Motion JPEG-2000 — Принцип действия примерно такой же, как у M-JPEG, но в качестве основы используется JPEG-2000.

Н.261 — Стандарт для низкой скорости передачи данных, принятый в 1984 ITU для аудиовизуальных сервисов.

MPEG-1 -Стандарт ISO, созданный как модификация Н.261 для записи видео на компакт-диски при низкой скорости передачи данных (около 1.5 Мбит/с).

MPEG-2 — Разработан для вещательного телевидения. Использует низкий уровень сжатия для передачи, записи и воспроизведения видео высокого качества. Сейчас используется в большинстве телестудий, на DVD-дисках, на кабельном телевидении, а также в кабельном телевидении и многими производителями цифровых видеорегистраторов.

Н.263 — Создавался как адаптация MPEG-2 для достижения более высоких уровней сжатия при сохранении высокого качества изображения. Был принят как международный стандарт в 1996 году и пересмотрен в 1998 году. Стандарты Н.263+ и Н.263++ представляют собой усовершенствованные версии Н.263.

MPEG4 — Стандарт разрабатывался как объектно-ориентированное сжатие. Существует несколько версий. Сжимает видео и аудио с широким выбором скорости передачи данных. Пригоден для различных областей применения, которые используют низкоскоростные каналы связи, от мобильной телефонии и Интернета до телевидения.

MPEG-7 — Новый стандарт, предназначенный для описания аудиовизуального содержимого.

MPEG-21 — Новый стандарт, описывающий общую структуру взаимодействия всех объектов MPEG и пользователей.

Н.264 — Самый новый стандарт сжатия, который базируется на Н.263 и MPEG4 (AVC), который предлагает широкий выбор качества, включая более эффективное сжатие для форматов телевидения высокой четкости (заявлено о втрое большей эффективности по сравнению с MPEG-2).