H.264 và ứng dụng trong ngành an ninh giám sát

Đăng lúc: Thứ bảy - 21/06/2014 02:24 - Người đăng bài viết: admin
  •  
H.264 và ứng dụng trong ngành an ninh giám sát

H.264 và ứng dụng trong ngành an ninh giám sát

Xuất phát từ việc bùng nổ nhu cầu chia sẻ video độ nét cao, khả năng truyền qua internet nhanh (băng thông giảm) và đỡ tốn dung lượng lưu trữ. Nhu cầu về một chuẩn nén mới ra đời, và chúng ta gọi là chuẩn H.264
Xét về mặt kỹ thuật

Với chuẩn nén H264, mỗi hình ảnh được phân chia thành nhiều Block, mỗi block tương ứng với một số lượng nhất định các MacroBlock. Ví dụ một hình ảnh có độ phân giải QCIF (tương đương với số lượng điểm ảnh 176x144) sẽ được chia thành 99 MacroBlock với kích cỡ 16x16. Một sự phân đoạn các MacroBlock tương tự được sử dụng các kích cỡ ảnh khác. Thành phần chói của ảnh được lấy mẫu tương ứng với độ phân giải của ảnh đó, trong khi đó thành phần màu CR và CB được lấy mẫu với tần số thấp hơn theo 2 chiều ngang và dọc. Thêm vào đó mỗi hình ảnh có thể được phân thành số nguyên lần các lát mỏng (slice), việc này rất có giá trị cho việc tái đồng bộ trong trường hợp lỗi dữ liệu.

Mỗi hình ảnh thu được được xem như một ảnh I. Ảnh I là ảnh được mã hoá bởi việc áp dụng trực tiếp các phép biến đổi lên các MacroBlock khác nhau trong ảnh. Các ảnh I được mã hoá sẽ có kích cỡ lớn bởi nó được xây dựng từ một khối lượng lớn thông tin của bản thân ảnh hiện tại mà không sử dụng bất cứ thông tin nào từ miền thời gian trong quá trình xử lý mã hoá để tăng hiệu quả xử lý mã hoá bên trong trong H.264.
Cũng giống như các bộ lập giải mã khác, H.264 nén video bằng cách giảm bớt độ dư thừa cả về không gian và thời gian trong hình ảnh. Những dư thừa về mặt thời gian là những hình ảnh giống nhau lặp đi lặp lại từ khung (frame) này sang khung khác, ví dụ như phần phông nền không chuyển động của một chương trình đối thoại trên truyền hình. Dư thừa về không gian là những chi tiết giống nhau xuất hiện trong cùng một khung, ví dụ như nhiều điểm ảnh giống nhau tạo thành một bầu trời xanh. Hình 1 biểu diễn một cách sơ lược các bước mà bộ lập giải mã MPEG-4 phải tiến hành để nén không gian và thời gian.
Sơ đồ chuẩn nén
ác khối thường có chứa các điểm ảnh tương tự hoặc thậm chí giống hệt nhau. Trong nhiều trường hợp, các điểm ảnh thường không thay đổi mấy (nếu có). Như vậy có nghĩa là tần số thay đổi giá trị điểm ảnh trong khối này là rất thấp. Những khối như thế được gọi là khối có tần số không gian thấp. Bộ lập mã lợi dụng đặc điểm này bằng cách chuyển đổi các giá trị điểm ảnh của khối thành các thông tin tần số trong công đoạn biến đổi côsin rời rạc.

  • Biến đổi cosin rời rạc:

Công đoạn DCT biến đổi các giá trị điểm ảnh của khối thành một ma trận gồm các hệ số tần số ngang, dọc đặt trong không gian tần số. Khi khối ban đầu có tần số không gian thấp, DCT sẽ tập hợp phần lớn năng lượng tần số vào góc tần số thấp của mạng. Nhờ vậy, những hệ số tần số thấp ở góc đó sẽ có giá trị cao hơn.

Một số lượng lớn các hệ số khác còn lại trên ma trận đều là các hệ số có tần số cao, năng lượng thấp và có giá trị thấp. Hệ số DC và một vài hệ số tần số thấp sẽ hàm chứa phần lớn thông tin được mô tả trong khối ban đầu. Điều này có nghĩa là bộ lập mã có thể loại bỏ phần lớn hệ số tần số cao còn lại mà không làm giảm đáng kể chất lượng hình ảnh của khối.

Bộ lập mã chuẩn bị các hệ số cho công đoạn này bằng cách quét chéo mạng lưới theo đường zig-zag, bắt đầu từ hệ số DC và qua vị trí của các hệ số ngang dọc tăng dần. Do vậy nó tạo ra được một chuỗi hệ số được sắp xếp theo tần số.

  • Lượng tử hoá và mã hoá entropy:

Tại đây thao tác nén không gian mới thực sự diễn ra. Dựa trên một hệ số tỷ lệ (có thể điều chỉnh bởi bộ mã hoá), bộ lượng tử hoá sẽ cân đối tất cả các giá trị hệ số. Do phần lớn hệ số đi ra từ DCT đều mang năng lượng cao nhưng giá trị thấp nên bộ lượng tử hoá sẽ làm tròn chúng thành 0. Kết quả là một chuỗi các giá trị hệ số đã được lượng tử hoá bắt đầu bằng một số giá trị cao ở đầu chuỗi, theo sau là một hàng dài các hệ số đã được lượng tử hoá về 0. Bộ lập mã entropy có thể theo dõi số lượng các giá trị 0 liên tiếp trong một chuỗi mà không cần mã hoá chúng, nhờ vậy giảm bớt được khối lượng dữ liệu trong mỗi chuỗi.

Xét về tính ứng dụng

Với cách nén và truyền thông tin bằng chuẩn H.264 làm giảm đến 50% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu trữ so với cách nén thông thường hiện nay (chuẩn nén thông thường hiện nay đang được sử dụng rộng rãi là MPEG-4 Part 2) và giảm tới hơn 80% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu trữ so với nén bằng chuẩn Motion JPEG. Điều đó cho chúng ta thấy với cùng một hệ thống nếu chúng ta sử dụng chuẩn nén mới chúng ta có thời gian lưu trữ gấp đôi và băng thông mạng giảm đi một nửa, lợi ích mà chúng ta thấy ngay đó là chi phí cho lưu trữ dữ liệu video giảm một nửa so với dùng hệ thống có chuẩn nén thông thường. Ngoài ra việc truyền hình ảnh chiếm băng thông giảm một nửa, vì vậy chi phí dành cho thuê băng thông mạng cũng giảm đáng kể. Hoặc chúng ta có thể tăng chất lượng hình ảnh giám sát lên gấp đôi nhưng vẫn đảm bảo được băng thông và thời gian lưu trữ như trước đây. Đây là một lợi thế rất lớn, bởi với một hệ thống an ninh lớn, giải quyết vấn đề băng thông mạng và thời gian lưu trữ là rất phức tạp. Với chuẩn nén H.264 nó đã giải quyết được rất nhiều những khó khăn như vậy.
Với việc giảm được băng thông của chuẩn nén H.264 đã thúc đẩy cho dòng camera độ nét cao (hay còn gọi Camera Megapixel) có cơ hội phát triển mạnh mẽ. Với những hệ thống giám sát quan trọng cần hình ảnh rõ nét thì lựa chọn các camera độ nét cao và đầu ghi hỗ trợ chuẩn nén H.264 là hoàn toàn hợp lý.
Chuẩn nén H.264 được kỳ vọng là cơn gió mới, tạo thêm sinh khí để thúc đẩy sự phát triển của ngành an ninh giám sát phát triển mạnh mẽ hơn.

Và như vậy H.264 đã chiếm một vị trí đáng kể và tăng lên từng ngày trong ngành an ninh giám sát

Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 
Camera không dây chỉ 990k [X]