+7(495) 989-98-13   +7(812) 992-48-22
Заказать звонок Заказать звонок

H.264: действительно ли это лучший алгоритм сжатия?
Обещан низкий битрейт и экономное использование дискового пространства, однако есть некоторые ограничения и сложность прогнозирования.

На выставке ITSEC 2007, где производителям впервые был представлен стандарт сжатия видео H.264, основным аргументом против него была требовательность к ресурсам процессора, необходимая для обеспечения высокой степени компрессии. Только три года спустя, компания Axis Communications в лице одного из управляющих – Фредерика Нильссона (Fredrik Nilsson) выразила  уверенность в том, что современный уровень технологий достаточен для использования H.264, и что этот стандарт сжатия будет часто применяться в обозримом будущем.
Рауль Калдрон (Raul Calderon) вице-президент по стратегическим отношениям компании Arecont Vision сказал больше: «Не только Фредерик и я так считаем, Стив Джобс (Steve Jobs) тоже придерживается этого мнения. Когда он представлял новую платформу iTunes, он объявил, что H.264 – это величайший стандарт сжатия в мире и его новая платформа будет работать именно с этим стандартом, так как он надежен. Он подходит как для потребительского рынка, так и для рынка систем безопасности».
Но не все игроки рынка уверены в грядущем повсеместном применении  стандарта H.264.
Рик Рэмси (Rick Ramsey), технический директор компании Avigilon, занимающейся продажей камер высокого разрешения, подтвердил, что «…это прямое развитие стандарта MPEG-4», но тут же добавил: «Гораздо сложнее сравнивать его с другими стандартами, отличными от MPEG-4, тут он выглядит менее выигрышно».
Как сказал вице-президент по маркетингу компании IQinVision Пол Боделл (Paul Bodell): «Яблоки к яблокам, высокий фреймрейт к высокому фреймрейту, если имеется ограничение по полосе пропускания канала, то формат H.264 обеспечит передачу большего числа кадров, чем Motion JPEG. Когда же дело касается качества изображения, то система, использующая кодек H.264 должна иметь крайне высокопроизводительную конфигурацию оборудования, чтобы приблизиться к  качеству Motion JPEG. Для камер видеонаблюдения это недостижимо».

«Яблоки к яблокам»
Прежде всего стоит провести  небольшой экскурс в технологии сжатия видео. Те, кто немного разбирается в вопросе, могут этот раздел пропустить.
Семейство стандартов сжатия, имеющее в своем названии аббревиатуру «JPEG» формирует последовательность отдельных фреймов JPEG и объединяет их в поток видео. При просмотре, содержимое отдельного кадра будет выглядеть как фотография. Этот тип сжатия уменьшает размер файла за счет снижения качества каждого отдельного кадра целиком. Кодирование  по алгоритму MPEG, к которому относится так же и H.264, позволяет добиться чудес сжатия за счет периодических ссылок на предшествующие кадры, причем последующие кадры содержат только изменившиеся участки изображения. Таким образом, H.264 позволяет исключить повторяющуюся информацию, делая файл компактнее.
Результат сжатия по алгоритму JPEG предоставляет стабильный поток видео. Установив частоту кадров и уровень качества изображения, можно прогнозировать битрейт потока и рассчитать емкость устройства хранения данных. При использовании H.264 можно установить частоту кадров и желательный  уровень качества изображения, но с изменением записываемого изображения будет изменяться битрейт потока. Это означает, что чем больше событий фиксируется, тем большая емкость дискового массива потребуется для записи.

«Яблоки к апельсинам»
Если углубиться в изучение H.264, можно понять, о чем говорил Боделл: существуют различные «профили» H.264, начиная от «ограниченного основного профиля» (Constrained Baseline), использующегося в приложениях видеоконференций и видео  на мобильных устройствах и заканчивая  «высоким профилем» (High Profile), использующемся в Blu-Ray-видео и для телевизионных трансляций. Производители систем видеонаблюдения используют всю линейку возможных профилей. 
Как сказал советник по безопасности компании - системного интегратора Ojo Technology Боб Куш (Bob Kusche): «H.264 как Библия, каждый представляет его себе по-своему».
По словам Боделла: «Мы используем то, что называется основным профилем (Main Profile). Некоторые компании используют базовый и ограниченный базовый профили, которые немного отличаются друг от друга. Нельзя говорить, что это все одно и то же, не учитывая при этом их маркетинговые особенности».
Даже принимая такое разделение разновидностей H.264, многие производители вводят свои нюансы, не входящие в общее понятие «стандарта». Например, в то время, когда многие считают, что H.264 единственно подходит для разрешения HD 1080p, компания Arecont Vision с ними категорически не согласна. Как сказал Рауль Калдрон: «На сегодняшний день мы имеем самый масштабируемый кодек H.264 в мире, и я могу это доказать. Мы производим не только 2-мегапиксельные, но и 10-мегапиксельные камеры с поддержкой H.264, и при этом не используем стандартные кодеки. Мы используем нашу интеллектуальную собственность – конвейерную линию обработки изображения, гораздо более быстродействующую, чем у кого-либо еще».
По словам Куша, работа с камерами от Arecont Vision имеет свои положительные и отрицательные стороны. Из плюсов - Ojo Technology выиграла тендер в Сан Хосе с помощью именно этих камер, «позволяющих значительно сэкономить объем систем хранения данных… Мы запросили на 100 000$ меньше остальных участников торгов, не использовавших H.264, и это было еще только на заре использования таких камер». Из минусов – так как эти модели были новинкой на рынке, «Milestone не был готов поддерживать камеры от Arecont, и это не была вина Milestone…  Они приложили все усилия к тому, чтобы интегрировать эти камеры, но они могли работать только под управлением собственного программного обеспечения».
Урок? Имея дело с H.264, как и с  любой другой новой технологией, необходимо изучить все подводные камни. «Нужно быть очень осторожным и убедиться, что видеорегистратор способен воспринимать данные от конкретных камер» - сказал Куш. Только потому, что в техническом описании видеорегистратора указано, что он поддерживает H.264, это вовсе не означает, что он способен обработать все потоки H.264. На сегодняшний день видеокамеры Arecont Vision способны интегрироваться в большое количество платформ, в том числе и в видеорегистраторы Milestone.

Применение
Выясняя, с какими устройствами регистрации какие камеры работают, давайте определимся, во всех ли случаях стоит использовать H.264? Многие согласятся, действительно, почему бы не использовать меньшую полосу пропускания и емкость диска? «Стандарт отлично подходит для рынка систем безопасности» - сказал Калдрон.
И системные интеграторы так же любят H.264.
«У меня никогда не возникало проблем с H.264» - сказал Шон Вудс (Sean Woods), глава отдела систем безопасности Valley Ag Software, - «он меня вполне устраивает».
Но есть и другие, которые считают, что несмотря на то, что стандарт H.264 имеет право на существование, все равно остаются приложения, для которых больше подходит семейство форматов JPEG.
По словам Дейва Тайнана (Dave Tynan) , H.264 гораздо менее гибок, чем  JPEG2000. Например, работая с очень большими файлами, например 16-мегапиксельными потоками от камер Avigilon,  JPEG2000 позволяет без проблем осуществить предпросмотр извлекаемых из устройства хранения кадров. Если нужно просмотреть участок в 2 мегапикселя из 16 мегапиксельной картинки,  то только этот участок и будет передаваться через сеть. С форматом H.264 вы получаете либо весь файл, либо ничего.
По словам Тайнана: «Вычислительная мощность рабочей станции, работающей с потоками H.264, с ростом разрешения должны быть значительно увеличены». Если представить систему с 15 пяти-мегапиксельными камерами, сжимающими видео по алгоритму H.264 и передающими его на сетевой видеорегистратор (NVR), то когда понадобится просмотреть сохраненное видео, «вам придется просматривать целиком пяти-мегапиксельные изображения». Не так уж и часто встречаютсчя рабочие станции, способные не декомпрессию 80 мегапикселей одновременно.
При использовании стандарта JPEG2000 потребуется передать только 1 мегапиксель информации, реально умещающийся на мониторе. Таким образом, клиентской машине будет проще обработать такое изображение, а нагрузка на сеть значительно снизится.
Стивен Грейн (Stephen Grein), директор , DVTel по корпоративному маркетингу, в случае ограничений по полосе пропускания, рекомендуется использовать стандарт на основе JPEG. Он сказал: «Я понимаю, что вы очень удивлены тем, что я не утверждаю, что формат H.264 менее требователен к ширине канала. Кроме того, при использовании  MJPEG возможно точно рассчитать, сколько мегабит в секунду требуется для каждой камеры».
Так же известно, что если не используется один из высоких профилей, то изображение H.264 не отличается хорошим качеством. «Наши системы отличаются качеством изображения», - сказал Боделл, - «Поэтому они далеко не самые дешевые. Хорошее качество – это то, что требуется нашим клиентам. Мы не считаем, что наших покупателей устроят системы на основе базового или ограниченного базового профилей. Поэтому мы отказались от их использования во всех моделях камер, кроме 1080р, и применяем основной профиль. Благодаря этому получается превосходное качество изображения, но требуется передача большого количества данных».
Как сказал Куш: «Очень важно использовать этот стандарт там, где он действительно нужен, например, в условиях малой пропускной способности каналов или ограниченного дискового пространства. Если необходимо осуществлять запись максимально долгое время, H.264 незаменим. Но изображение при этом будет более расплывчатым и не таким достоверным, как старый добрый MJPEG».

Использование полосы пропускания
Большинство споров вокруг H.264 заключается в определении экономии полосы пропускания канала связи и емкости дискового пространства. Да, это зависит от использованного профиля кодека и от качества передаваемого видео (возможно получить 90% сокращение емкости дискового массива, но это не означает, что качество изображения будет хорошим), но даже если все согласятся использовать основной или высокий профиль, не каждый увидит те же преимущества алгоритма.
Некоторые отзываются о возможности прогнозирования потребляемой потоком H.264 полосы пропускания: «Больше искусство, чем наука».
Боделл рассказывал, как директор одной из школ  устанавливал систему на основе H.264 во время летних каникул. Он был поражен качеством изображения IP-камер. Каникулы закончились и появились дети. Оказалось, что в единственное время, когда была необходимость наблюдении – во время перемен – доступная полоса пропускания сети забивалась настолько, что камеры не могли функционировать. После этого камеры переключили в режим постоянного битрейта. Это привело к тому, что во время уроков, когда в коридорах никого не было, изображения были превосходными, а на переменах, когда ученики переполняли коридоры, видео было либо очень расплывчатое, либо с низкой частотой кадров.
Другие на это отвечают, что это просто пример плохого проектирования и недостаточной для транспортировки видео пропускной способности сети, следовательно, не может быть серьезным аргументов против H.264.

Выводы
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что стандарт H.264, несмотря на новизну, по праву занимает свое место на рынке систем видеонаблюдения. Видео в этом формате действительно имеет меньший битрейт при том же качестве изображения, чем другие широко распространенные стандарты. Например, при построении системы видеонаблюдения на основе уже имеющейся локальной вычислительной сети, использование устройств с кодеком H.264 позволяет использовать большее количество камер, большее разрешение, добиться лучшего качества изображения, а так  же использовать систему хранения данных меньшего объема, чем при использовании других кодеков.
Однако проектирование систем на основе данного стандарта таит в себе некоторые нюансы, которые необходимо учитывать. Первый нюанс – в основе H.264 лежит мощный математический аппарат, требующий гораздо больших объемов вычислений, чем другие кодеки. Как следствие – устройства, обрабатывающие потоки H.264 должны обладать достаточно высокой производительностью. Второй нюанс – достаточно сложное прогнозирование битрейта потока H.264. Благодаря таким особенностям кодирования, как сохранение в последующем кадре только изменений предыдущего, объем передаваемых данных очень сильно зависит от снимаемого изображения и может сильно меняться. Тем не менее, несмотря на очевидные сложности, битрейт видео в этом формате поддается оценке. Следовательно,  грамотный инсталлятор способен правильно спроектировать сеть системы видеонаблюдения.
Так же требуется отметить, что конечного пользователя эти  нюансы не интересуют. В системе видеонаблюдения для него важно наилучшее  качество изображения  при наименьшей стоимости владения, а это как раз то, чего помогает добиться кодек H.264.

По матералам компании Arecont Vision