К кодекам сжатия информации видеорегистраторов не относится алгоритм

Обновлено: 09.01.2025

Доброго дня. В ближайших планах создание видеонаблюдения на базе ПО Trassir и IP видеокамер (16 шт).

Судя по описаниям кодек h264 подходит для видеоархива лучше прочих. И предварительно на 40 дней архива должно хватить 12Tb.

Прошу поделиться опытом, у кого он есть :).

Никто не заставляет использовать темпоральное сжатие. Можно настроить кодировщик так, чтобы каждый кадр был I-фреймом, даже тогда h.264 бьет MJPG. Или же каждый второй кадр — половина кадров будет по-вашему годиться для суда, а вторая половина послужит для увеличения плавности воспроизведения.

Да на никаком, одно дело аппаратная поддержка воспроизведения, а другое дело кодирования.
Купите компов несколько с i7 под это дело.
+надо знать насширение картинки, если оно хд то им будет очень тяжело.

А еще вспомним, что в системах видеонаблюдения нередко пишется аж 5 кадров в секунду. Ну и сцены обычно статичные дни напролет.

Аппаратная поддержка кодирования в h.264 есть и у интеловских процессоров — Quick Sync. Правда, настроек там мало.

По сути, gpu решения не сильно быстрее софтверного на x264. Отчасти от того, что требуется пересылать много информации между cpu и gpu. Около 700мбит/сек для сырых argb24 кадров.

К сожалению, обычные аппаратные средства (кодирование в процессорах intel или средствами видеокарты) вам не подойдут. Они в лучшем случае могут кодировать 4 потока одновременно, больше никак. Большинство же кодирует либо 1, либо 2 потока одновременно, либо же могут одновременно декодировать и кодировать, но не больше.

Какое у вас разрешение камер? Какой профиль/настройки хотите использовать у h264? Скажем, на Intel Core i5 можно кодировать около 10 320x240 baseline 24fps потоков.

А это, кстати, не проблема. Допустим, каждая из камер раз в час выкладывает файл с записью в любом виде. Этот файл подхватывается кодировщиком и ужимается в h.264 со скоростью 40х — 50х, т.е. на часовую запись с каждой камеры тратится минута-две максимум. Не проблема в течение часа обслужить все 16 камер.

Спасибо всем, кто откликнулся. Через пару недель будут и сами камеры.
Камеры не сильно навороченные, что-то в духе HIKVISION DS-2CD7153-E
На разрешениеи 1280x720 выдает 25fps, на практике хватит и 15.

Задачи у нас простые — видеонаблюдение за производственными площадями. h264 привлекает именно компактностью записи, так как глубину архива просят сделать побольше. У нас в судах пока не сталкивался с придирками к кодекам, правда и записи были с аналоговых камер.

Ну а раз поток кодирует камера, то все намного проще, главное дисковую подготовить, а здесь уже можно поизвращаться и с сетевым диском, который например сделать на ZFS, и скорость даст и надежность при полной бюджетности.

Затраты на хранение данных зачастую становятся основным пунктом расходов при создании системы видеонаблюдения. Впрочем, они были бы несравнимо больше, если бы в мире не существовало алгоритмов, способных сжимать видеосигнал. О том, насколько эффективны современные кодеки, и какие принципы лежат в основе их работы, мы и поговорим в сегодняшнем материале.

Для большей наглядности начнем с цифр. Пускай видеозапись будет вестись непрерывно, в разрешении Full HD (сейчас это уже необходимый минимум, во всяком случае, если вы хотите полноценно использовать функции видеоаналитики) и в режиме реального времени (то есть, с фреймрейтом 25 кадров в секунду). Предположим также, что выбранное нами оборудование поддерживает аппаратное кодирование H.265. В этом случае при разных настройках качества изображения (высоком, среднем и низком) мы получим примерно следующие результаты.

Кодек

Интенсивность движения в кадре

Использование дискового пространства за сутки, ГБ

H.265 (Высокое качество)

H.265 (Среднее качество)

H.265 (Низкое качество)

Но если бы сжатия видео не существовало в принципе, мы бы увидели совсем иные цифры. Попробуем разобраться, почему. Видеопоток представляет собой не что иное, как последовательность статичных картинок (кадров) в определенном разрешении. Технически каждый кадр является двумерным массивом, содержащим информацию об элементарных единицах (пикселях), формирующих изображение. В системе TrueColor для кодирования каждого пикселя требуется 3 байта. Таким образом, в приведенном примере мы бы получили битрейт:

1920×1080×25×3/1048576 = ~148 Мб/с

Учитывая, что в сутках 86400 секунд, цифры выходят поистине астрономические:

148×86400/1024=12487 ГБ

Итак, если бы мы записывали видео без сжатия в максимальном качестве при заданных условиях, то для хранения данных, полученных с одной единственной видеокамеры в течение суток нам бы потребовалось 12 терабайт дискового пространства. Но даже система безопасности квартиры или малого офиса предполагает наличие, как минимум, двух устройств видеофиксации, тогда как сам архив необходимо сохранять в течение нескольких недель или даже месяцев, если того требует законодательство. То есть, для обслуживания любого объекта, даже весьма скромных размеров, потребовался бы целый дата-центр!

А вот со снижением детализации все оказывается уже совсем не так однозначно. Технически квантование (то есть, разбиение диапазона сигнала на некоторое число уровней с последующим их приведением к заданным значениям) работает великолепно: используя данный метод, размер видео можно многократно уменьшить. Но так мы можем упустить важные детали (например, номер проезжающего вдалеке автомобиля или черты лица злоумышленника): они окажутся смазаны и такая запись будет для нас бесполезной. Как же поступить в этой ситуации? Ответ прост, как и все гениальное: стоит взять за точку отсчета динамические объекты, как все тут же становится на свои места. Этот принцип успешно используется со времен появления кодека H.264 и отлично себя зарекомендовал, открыв ряд дополнительных возможностей для сжатия данных.

Это было предсказуемо: разбираемся, как H.264 сжимает видео

Вернемся к таблице, с которой мы начали. Как видите, помимо таких параметров, как разрешение, фреймрейт и качество картинки решающим фактором, определяющим конечный размер видео, оказывается уровень динамичности снимаемой сцены. Это объясняется особенностями работы современных видеокодеков вообще, и H.264 в частности: используемый в нем механизм предсказания кадров позволяет дополнительно сжимать видео, при этом практически не жертвуя качеством картинки. Давайте посмотрим, как это работает.

Кодек H.264 использует несколько типов кадров:

I-кадры (от английского Intra-coded frames, их также принято называть опорными или ключевыми) — содержат информацию о статичных объектах, не меняющихся на протяжении длительного времени.
P-кадры (Predicted frames, предсказанные кадры, также именуемые разностными) — несут в себе данные об участках сцены, претерпевших изменения по сравнению с предыдущим кадром, а также ссылки на соответствующие I-кадры.
B-кадры (Bi-predicted frames, или двунаправленные предсказанные кадры) — в отличие от P-кадров, могут ссылаться на I-, P- и даже другие B-кадры, причем как на предыдущие, так и на последующие.

[НАЧАЛО СЪЕМКИ] I-P-P-P-P-P-P-P-P-P-P-P-P-P- .

Поскольку в процессе вычитания возможны ошибки, приводящие к появлению графических артефактов, то через какое-то количество кадров схема повторяется: вновь формируется опорный кадр, а вслед за ним — серия кадров с изменениями.

Независимая обработка статических и динамических объектов позволяет сэкономить дисковое пространство

Данный механизм носит название межкадрового сжатия. Предсказанные кадры формируются на основе анализа широкой выборки зафиксированных состояний сцены: алгоритм предвидит, куда будет двигаться тот или иной объект в поле зрения камеры, что позволяет существенно снизить объем записываемых данных при наблюдении за, например, проезжей частью.

Кодек формирует кадры, предсказывая, куда будет двигаться объект

В свою очередь, использование двунаправленных предсказанных кадров позволяет в несколько раз сократить время доступа к каждому кадру в потоке, поскольку для его получения будет достаточно распаковать только три кадра: B, содержащий ссылки, а также I и P, на которые он ссылается. В данном случае цепочку кадров можно изобразить следующим образом.

[НАЧАЛО СЪЕМКИ] I-B-P-B-P-B-P-B-P-B-P-B-P-B-P-B-P-…

Такой подход позволяет существенно повысить скорость быстрой перемотки с показом и упростить работу с видеоархивом.

В чем разница между H.264 и H.265?

В H.265 используются все те же принципы сжатия, что и в H.264: фоновое изображение сохраняется единожды, а затем фиксируются лишь изменения, источником которых являются движущиеся объекты, что позволяет значительно снизить требования не только к объему хранилища, но и к пропускной способности сети. Однако в H.265 многие алгоритмы и методы прогнозирования движения претерпели значительные качественные изменения.

Так, обновленная версия кодека стала использовать макроблоки дерева кодирования (Coding Tree Unit, CTU) переменного размера с разрешением до 64×64 пикселей, тогда как ранее максимальный размер такого блока составлял лишь 16×16 пикселей. Это позволило существенно повысить точность выделения динамических блоков, а также эффективность обработки кадров в разрешении 4K и выше.

Кроме того, H.265 обзавелся улучшенным deblocking filter — фильтром, отвечающим за сглаживание границ блоков, необходимым для устранения артефактов по линии их стыковки. Наконец, улучшенный алгоритм прогнозирования вектора движения (Motion Vector Predictor, MVP) помог заметно снизить объем видео за счет радикального повышения точности предсказаний при кодировании движущихся объектов, чего удалось достичь за счет увеличения количества отслеживаемых направлений: если ранее учитывалось лишь 8 векторов, то теперь — 36.

Помимо всего перечисленного выше, в H.265 была улучшена поддержка многопоточных вычислений: квадратные области, на которые разбивается каждый кадр при кодировании, теперь могут обрабатываться независимо одна от другой. Появилась и поддержка волновой параллельной обработки данных (Wavefront Parallelel Processing, WPP), что также способствует повышению производительности сжатия. При активации режима WPP обработка CTU осуществляется построчно, слева направо, однако кодирование каждой последующей строки может начаться еще до завершения предыдущей в том случае, если данных, полученных из ранее обработанных CTU, для этого достаточно. Кодирование различных строк CTU с временной задержкой со сдвигом, наряду с поддержкой расширенного набора инструкций AVX/AVX2 позволяет дополнительно повысить скорость обработки видеопотока в многоядерных и многопроцессорных системах.

Флэш-карты для видеонаблюдения: когда значение имеет не только размер

И вновь вернемся к табличке, с которой мы начали сегодняшний разговор. Давайте подсчитаем, сколько дискового пространства нам понадобится в том случае, если мы хотим хранить видеоархив за последние 30 дней при максимальном качестве видеозаписи:

138×30/1024 = 4

По нынешним меркам 4 терабайта для винчестера индустриального класса — практически ничто: современные жесткие диски для видеонаблюдения имеют емкость до 14 терабайт и могут похвастаться рабочим ресурсом до 360 ТБ в год при MTBF до 1.5 миллионов часов. Что же касается карт памяти, то здесь все оказывается не так однозначно.

В IP-камерах флэш-карты играют роль резервных хранилищ: данные на них постоянно перезаписываются, чтобы в случае потери связи с видеосервером недостающий фрагмент видеозаписи можно было восстановить из локальной копии. Такой подход позволяет существенно повысить отказоустойчивость всей системы безопасности, однако при этом сами карты памяти испытывают колоссальные нагрузки.

Напомним, что кодирование битов информации происходит путем изменения заряда в ячейках памяти за счет квантового туннелирования электронов сквозь слой диэлектрика, что вызывает постепенный износ диэлектрических слоев с последующей утечкой заряда. И чем чаще меняется заряд в конкретной ячейке, тем раньше она выйдет из строя. Выравнивание износа как раз направлено на то, чтобы каждая из доступных ячеек перезаписывалась примерно одинаковое количество раз и, таким образом, способствует увеличению срока службы карты памяти.

Нетрудно догадаться, что wear leveling перестает играть хоть сколько-нибудь значимую роль в том случае, если флэш-карта постоянно перезаписывается целиком: здесь на первый план уже выходит выносливость самих чипов. Наиболее объективным критерием оценки последней является максимальное количество циклов программирования/стирания (program/erase cycle), или, сокращенно, циклов P/E, которое способно выдержать флеш-память. Также достаточно точным и в данном случае наглядным (так как мы можем заранее рассчитать объемы перезаписи) показателем является коэффициент TBW (Terabytes Written). Если в технических характеристиках указан лишь один из перечисленных показателей, то вычислить другой не составит особого труда. Достаточно воспользоваться следующей формулой:

TBW = (Емкость × Количество циклов P/E)/1000

Так, например, TBW флеш-карты емкостью 128 гигабайт, ресурс которой составляет 200 P/E, будет равен: (128 × 200)/1000 = 25,6 TBW.

Давайте считать дальше. Выносливость карт памяти потребительского уровня составляет 100–300 P/E, и 300 — это в самом лучшем случае. Опираясь на эти цифры, мы можем с достаточно высокой точностью оценить срок их службы. Воспользуемся формулой и заполним новую таблицу для карты памяти емкостью 128 ГБ. Возьмем за ориентир максимальное качество картинки в Full HD, то есть в сутки камера будет записывать 138 ГБ видео, как мы выяснили ранее.

Видеорегистратор представляет собой электронное техническое средство, с помощью которого выполняется фиксация происходящих событий. Отображение информации осуществляется посредством видеокамер. Регистрирующее устройство может быть как комплектующим механизмом линии видеонаблюдения, так и самостоятельным прибором. Наибольшее применение видеорегистраторы получили в области обеспечения безопасности жизни водителя и транспортного средства. Видеорегистрирующее устройство имеет много типов и видов, каждый из которых отличается комплектацией и функциональными особенностями. Различные форматы записи видеорегистратора определяют качество информации и возможность ее воспроизведения на других устройствах.

При выборе видеорегистратора одним из определяющих параметров является формат записи информации и качество ее воспроизведения.

Специалисты рекомендуют внимательно изучать эти характеристики, а также по возможности ознакомиться с рейтинговыми списками самых покупаемых устройств и отзывами других пользователей. Существует множество видов форматов записи видеоинформации. Многие из них являются общими и могут воспроизводиться на любом мобильном устройстве (ПК, ноутбуке, планшете) при подключении регистратора. Эксперты не рекомендуют приобретать видеорегистрирующее оборудование, которое имеет собственный формат фиксации данных, поскольку могут возникнуть трудности при просмотре отснятого материала.

Какие существуют виды фиксирования сведений видеорегистратором?

Выбирая регистратор, рекомендуется обращать внимание на режим фиксирования данных. Выделяют два основных режима:

Сегодня производители предлагают гибридные модели, которые сочетают оба режима. Управление записывающим режимом может осуществляться вручную или автоматически. При наличии непрерывного режима видеозаписи, сведения записываются до тех пор, пока не закончится свободное место на накопителе (карте памяти). В случае недостатка памяти, сохранение прекращается и возобновляется только после очистки диска или съемного накопителя. В таком случае информацию можно не удалять, а вставить новый накопитель. Недостатком непрерывной фиксации является то, что в случае возникновения чрезвычайной ситуации на дороге, отображение событий может не осуществляться.

Циклическая запись характеризуется частичным отображением данных и их сохранением в виде нескольких отдельных файлов. Длительность одного цикла может составлять 3, 10 или 15 минут. При заполнении накопителя предыдущие файлы будут удаляться, а новые – сохраняться. Таким образом, сохранение сведений выполняется по кругу. Недостатком использования такого режима является то, что в перерыве между циклами записи фиксирование событий не выполняется. Наличие таких пауз может не зафиксировать нужную автолюбителю ситуацию.

Как определить качество записываемой информации видеорегистратором?

Качество записи сведений регистрирующим прибором определяется по двум параметрам:

Разрешению изображения;
Записывающей скорости.

Существуют несколько видов разрешения, которые использует регистратор для вывода видеоизображения: 176х288, 352х288, 704х576, 1280х720, 1920х1080 пикселей.

Чем выше разрешающая способность, тем лучше качество передаваемого видеоизображения. При определении скорости фиксации нужно учитывать тот фактор, что в многоканальном устройстве указывается общая максимальная скорость. Чтобы получить скорость одной видеокамеры, нужно общую величину разделить на количество каналов. Оптимальной записывающей скоростью является фиксация 25-30 кадров в секунду для одной видеокамеры.

Какие существуют параметры записи видеоинформации?

В видеорегистраторах используются в основном три параметра записи:

Каждый из перечисленных параметров имеет свои плюсы и минусы. Параметр MJPEG является одним из первых установленных форматов. Работает он по принципу сжатия видеоинформации по каждому кадру в отдельности. Устройства с таким параметром сжатия отличаются невысокой стоимостью, однако не пользуются большим спросом. Видеоизображения, записанные в виде MJPEG, занимают много места на накопителе, тем самым память быстро заполняется.

На видео – запись с видеорегистратора:

Более современным параметром является MPEG4. После сжатия видеофайл занимает примерно 1/10 часть от общего объема обработанной информации. Стоимость оборудования с таким записывающим форматом значительно выше, но устройство пользуется популярностью. В последнее время все указанные параметры вытеснил формат сжатия Н. 264, который применяется наиболее часто. В нем значительно повышен уровень цветности и четкости видеоизображения.

По сравнению с другими файлами, объем информации Н. 264 меньше в два раза. Такие устройства являются самыми дорогими.

Просмотреть материалы, записанные в режиме Н. 264, можно при помощи следующих компьютерных программ:

Media Player Classic HC;
Windows Media Player;
CyberLink PowerDVD;
Xilisoft Video Converter;
Elecard AVC HD Player и др.

Следует отметить, что видеорегистраторы могут выполнять фиксацию событий в форматах AVI и MOV.

Почему специалисты рекомендуют выбирать оборудование с режимом AVI?

Вышеперечисленные параметры записи отличаются друг от друга способами кодирования и сжатия информации. Используя кодек с наибольшей степенью сжатия, можно увеличить время записи происходящих событий. Согласно отзывам потребителей и заключениям специалистов, рекомендуется выбирать модели с параметром AVI. Преимуществами его использования являются:

Удобство работы с записанными данными и сохраненными видеофайлами;
Возможность копирования сведений на персональный компьютер или ноутбук, используя съемный накопитель;
Легкость просмотра и обработки изображений;
Воспроизведение записанных файлов автоматически;
Просматривая информацию на компьютере, можно получить более качественное, четкое и разборчивое изображение;
Возможность изменения масштаба изображения без потери качества и четкости.

Используя более современные форматы записи видеосигнала, пользователь может испытывать определенные трудности. Для обработки и просмотра сохраненных видеофайлов придется устанавливать дополнительные программные модули и изучать работу с ними.

На видео – тест видеорегистратора:

Как выбрать наиболее подходящий видеорегистрирующий прибор?

Помимо режима, формата и качества записи видеоизображения, пользователям стоит обращать внимание на ряд других параметров:

Главная задача видеорегистратора - запись ситуации на дороге в хорошем качестве, чтобы были видны все необходимые нюансы (дорожные знаки, светофор, номера автомобилей и т.д.). Соответственно, если картинка будет не качественной, регистратор не будет выполнять свою основную функцию. Рассмотрим основные разрешения, которые используются при записи видео.

Разрешение 720 и 1080

Одним из главных критериев при выборе современного видерегистратора является его способность записывать видео в формате высокой четкости, начиная с HD 720p (1280×720 точек/пикселей). На сегодняшний день самым популярным и оптимальным разрешением для записи видео считается формат 1080p: 1920х1080 с соотношением сторон 16:9. Его еще обозначают просто Full HD или FHD (Full High Definition). FHD разрешение считается золотой серединой между качественной картинкой и небольшим размером, как раз то, что нужно при записи видео на дороге. Данный формат поддерживается всеми современными телевизорами, смартфонами и планшетами. Просматривая видеоролики в разрешении Full HD и выше на большом экране телевизора, вы будете наслаждаться четкой картинкой за счет его высокой детализации. Соотношение сторон изображения в HD, Full HD и выше составляет 16:9 (широкоформатный стандарт видео на youtube, vimeo и многих других видеосервисах). Сейчас, каждый уважающий себя и покупателя производитель видеорегистраторов, старается улучшить изображение устройства за счет новых технологий. На программном уровне настраивается четкость изображения (шумоподавление), автоматическая подстройка яркости и контрастности картинки (WDR). Для стабилизации и сглаживания картинки при тряске автомобиля, используется встроенная цифровая стабилизация. Таким образом производитель старается упростить задачу пользователю, чтобы тот меньше тратил времени на подстройку видеорегистратора под конкретные дорожные, погодные условия и время суток.

2К (2048х1080) QHD (Quarter High Definition)

Если сравнивать 1080 с 2К, то второе разрешение имеет улучшенную детализацию за счет увеличенного количества точек в линии по ширине экрана. 2К используется намного реже из-за малого количества устройств у пользователей, поддерживающих данный формат. Если вы захотите посмотреть видео, записанное в 2К на экране, который поддерживает только 1080, разницы в качестве вы не увидите.

4К (3840×2160) UHD (Ultra HD)

Данное разрешение является максимально допустимым в настройках современных видеорегистраторов. Оно обладает супер четкой картинкой, но в то же время занимает очень много места на карте памяти. Вокруг данного формата очень много споров, нужен ли он для записи видео на дороге. Дело в том, что многие недобросовестные производители под видом 4К продают разрешение меньшего размера, которое программно растягивается с 2,5К или с других форматов с потерей качества. Процесс растягивания картинки с меньшего разрешения до большего называется интерполяция. Покупая видеорегистратор с возможностью записывать Ultra HD, желательно убедиться, что матрица видеорегистратора поддерживает запись честного 4К. Для этого необходимо узнать разрешение матрицы, а точнее сколько мегапикселей она имеет (в 1 мегапикселе 1 млн. пикселей). Если производитель указывает разрешение 3840×2160, мы умножаем первое значение на второе и получаем 8 мегапикселей. Соответственно, в характеристиках устройства должна быть указана матрица не менее 8 мегапикселей. Вы хотите записать свое увлекательное путешествие с максимально возможным качеством и потом посмотреть все это на большом экране телевизора с поддержкой 4К? Тогда вам нужен регистратор с 4К записью и возможностью поставить большой объем памяти (до 256 гигабайт).

Видеокодеки

В любом записывающем видео устройстве, для сокращения места на носителе, применяется один из алгоритмов сжатия видеопотока. В видеорегистраторах в основном используются три кодека для компрессии видео, MPEG-4, H.264 и H.265.

Читайте также: