Аналитическая записка по применению цифровых камер видеонаблюдения с алгоритмом компрессии Motion Wavelet

Типы камер

При построении распределенной системы видеонаблюдения в многоэтажных зданиях, на объектах, занимающих большую площадь, одной из основных задач является оптимизация расходов при инсталляции системы и дальнейшем сопровождении. Современные камеры, представленные на рынке, делятся на два основных типа:

• аналоговые камеры с композитным видеовыходом (CVBS), передающие видеосигнал в телевизионном формате PAL или NTSC;
• цифровые камеры с сетевым интерфейсом, передающие видеосигнал в цифровом формате с различным разрешением и частотой кадров.

Аналоговые видеокамеры отличает невысокая цена, но при монтаже многоканальных систем видеонаблюдения сложности вызывают высокая суммарная длина коаксиальных коммуникаций (для каждой камеры нужно вести отдельный кабель), интенсивные шумы окружающих электроприборов и затухание аналогового сигнала.

Цифровые камеры в среднем имеют более высокую стоимость, но инсталляция системы на их базе проще, что зачастую существенно влияет на общую смету проекта. Цифровые каналы позволяют передавать видеопотоки с множества камер одновременно, суммарная длина коммуникаций меньше, а сигнал, что очень важно, совершенно не подвержен аналоговой деградации.

Преимущества и недостатки

При очевидном преимуществе IP-камер в крупных инсталляциях нужно обращать внимание на архитектуру сетей, обеспечивающих передачу цифровых видеопотоков высокой интенсивности. Такие потоки возникают при организации единых центров мониторинга. Типичными форматами компрессии сегодня являются MJPEG и MPEG-4, а также многочисленные подвиды MPEG-4.

MJPEG характеризуется низким требованием к качеству цифровых каналов связи и отсутствием необходимости больших вычислительных ресурсов при распаковке видеопотоков на АРМ мониторинга. MPEG-4 не требует большой ширины канала связи, но требователен к стабильности его работы (отсутствие пиковых перегрузок в сети), а вычислительные ресурсы при распаковке требуются более существенные, нежели для MJPEG.

Альтернативой алгоритмам сжатия MJPEG и MPEG-4 сегодня является Motion Wavelet (далее по тексту MW-компрессия или MW). Основанный на Wavelet-разложении, этот алгоритм имеет следующие преимущества:

• MW обладает существенно более высокой степенью компрессии, чем MJPEG, за счет наличия межкадрового сжатия и высокоэффективной внутрикадровой компрессии – это позволяет снизить стоимость хранения данных;
• MW предъявляет более низкие требования к качеству и ширине каналов связи, чем MPEG-4, а также позволяет значительно снижать нагрузку на АРМ мониторинга за счет нересурсоемкого масштабирования цифровых видеопотоков по разрешению и частоте кадров.

Масштабирование видеопотоков

Особо нужно отметить функцию масштабирования (см. рис. 1). Она позволяет при наличии в сети выделенного «Видеошлюза» (модуль программного комплекса «Интеллект») производить следующие операции для каждого клиента в соответствии с его запросами:

• масштабировать изображение по разрешению;
• масштабировать изображение по частоте кадров.

Рис. 1. Масштабирование видеопотоков, сжатых по алгоритму Motion Wavelet, c помощью программного модуля «Видеошлюз»

Рис. 2. Возможный вариант архитектуры системы видеонаблюдения на объекте с использованием IP-камер с MW-компрессией и «Видеошлюза»

Типовое решение для многоканальной системы видеонаблюдения

Решение на базе IP-камер с MW-компрессией предъявляет более низкие требования к сетевой инфраструктуре и аппаратному обеспечению, чем решение, использующее MJPEG или MPEG-4, так как видеопотоки легко адаптируются под любые типы каналов связи и компьютеры высокой и низкой производительности.

Даже при необходимости передачи видеоданных по узкому каналу не требуется специальной обработки цифровых потоков: алгоритм MW устроен таким образом, что позволяет без распаковки масштабировать видеопоток по разрешению и частоте кадров.

На рис. 2 представлена типовая схема построение системы видеонаблюдения с использованием MW-компрессии.

Полезные материалы

Система безопасности «Интеллект» установлена в главном офисе крупнейшего мобильного оператора Германии — компании E-Plus. Она обеспечивает бесперебойное наблюдение за зданием, и особенно — за Информационно-аналитическим центром. В системе задействовано 28 мегапиксельных камер Brickom, 1 сервер и три удаленных клиента. Система поддерживает более четкое изображение с камер, в том числе периферийных зон, которые ранее сложно было передать детально; доступны более оперативная реакция системы на тревоги, удобная навигация и очень быстрый поиск в архиве.