Использование разрешения 4CIF для большей четкости снимков, получаемых с помощью камер системы видеонаблюдения
Формат, называемый разрешением 4CIF, достаточно распространен. Разрешение изображений является очень важным фактором, когда речь идет о совместимости с цифровыми видеомагнитофонами. Большинство процессоров не позволяет производить качественную запись с разрешением в реальном времени. Однако были разработаны и такие устройства, которые записывают в формате 4CIF во всех каналах в реальном времени. Это немаловажное достижение, поскольку большинство видеомагнитофонов производят запись с разрешением CIF со скоростью около 30 кадров в секунду.
Многие пользователи технологии цифровых видеокамер уже имеют представление о том, что такое разрешение. Разрешение, по сути, является показателем измеримого количества деталей изображения, что зачастую выражается в пикселях (в случае цифровых изображений). Правда, в данном случае использовать термин «разрешение» не совсем правильно. В промышленных инструкциях, опубликованных в Соединенных Штатах и Японии, указано, что термин «разрешение» не должен быть связан с характеристикой цифровых видеокамер, выражаемой в пикселях. Иногда на этикетке можно встретить выражение «количество записываемых пикселей». При этом согласно руководству Ассоциации производителей камер и устройств обработки изображений использовать такой термин предпочтительнее, нежели «разрешение». Пользователь должен знать это на всякий случай, хотя, возможно, никогда не будет иметь дело с системами охранного видеонаблюдения (CCTV), применительно к которым используется такое наименование.
С другой стороны, большинство пользователей, вероятно, не понимают значения отдельных аббревиатур. CIF означает Common Intermediate Format (единый промежуточный формат). В некоторых публикациях данный формат именуется как Full Common Intermediate Format (полный единый промежуточный формат), и к нему, соответственно, применяется сокращение FCIF. Сокращение CIF было введено для стандартизации вертикальной и горизонтальной пиксельных конфигураций в видеосигналах, передаваемых на устройства упорядоченного цифрового пространства YCbCr. Цель не заключалась в том, чтобы пользователь мог легко преобразовывать такие сигналы из формата NTSC в формат PAL, и наоборот. Система цветного телевидения PAL популярна во многих странах Европы, Африки и Азии. В Соединенных Штатах и Японии для потребителей более привычен формат NTSC.
Такие стандарты были впервые предложены в H.261. В документе определены движущие факторы, составляющие основу разрешения 4CIF. Документ был ратифицирован в ноябре 1988 г. и стал первым среди серии стандартов кодирования видео H.26×, разработанных группой экспертов по кодированию видео. Те, кто некоторое время работал с системами видеонаблюдения, возможно, припомнят, что H.261 – это первый набор стандартов кодирования видео, который имел реальное практическое применение.
Изначально была предусмотрена возможность передачи видеоданных по линиям ISDN. Такой способ передачи во многих современных устройства безопасности не применяется. При этом разрешение 4CIF по-прежнему является полезным количественным показателем. Алгоритм кодирования видео был выбран с тем расчетом, что скорость передачи данных составит от 40 кбит/с до 2 Мбит/с. Следует отметить, что скорость передачи данных с использованием технологии ISDN измеряется в числах, кратных 64 кбит/с.
Один из наиболее интересных аспектов кодирования по стандарту H.261 заключается в использовании такого приема, когда для передачи фотоснимков может использоваться обратная совместимость. Графические изображения, созданные с разрешением яркости 704 х 576, вполне приемлемы. В 1993 г. был введен стандарт, определяющий метод передачи изображений с разрешением насыщенности цвета 352 х 288. С технической точки зрения такие показатели не подпадают под стандартное определение разрешения 4CIF: разрешение 4CIF определяется как матрица 704 х 576. Такое обстоятельство, безусловно, может ввести в заблуждение некоторых пользователей.
Обычное разрешение Common Intermediate Format определяется как формат CIF 352 х 288 пикселей. Другие разрешения, установленные стандартом, выражаются как определенный количественный показатель по отношению к данному основному формату. Формат Sub Quarter CIF (SQCIF) определен как 128 х 96 пикселей. Разрешение видеокамер, в которых используется формат Quarter CIF (QCIF), должно составлять 176 х 144 пикселей. Формат SCIF измеряется как 256 х 192 пикселей, однако такое низкое разрешение в CCTV, как правило, не используется.
Таким образом, разрешение 4CIF значительно выше стандартного разрешения CIF, равного 352 х 288 пикселей, что обеспечивает возможность использования большего количества опций. Режим 16CIF соответствует четырехкратному увеличению разрешения 4CIF и составляет 1408 х 1152 пикселей. Разумеется, в большинстве случаев оборудование не предусматривает использование опций реального времени при таком высоком разрешении.
Многие эксперты в области CCTV-систем не уделяли должного внимания практической значимости такого технического анализа. Вероятно, их смущал тот факт, что использование программного обеспечения накладывает определенные ограничения. Существует алгоритм, который распространяется под лицензией LGPL и может использоваться в кодирующих и декодирующих устройствах стандарта H.261. В библиотеке libavcodec содержится множество других алгоритмов кодирования/декодирования, эффективно используемых многими инженерами-разработчиками систем видеонаблюдения, которые пытаются совместить различные типы аппаратного обеспечения. Кроме того, такая библиотека может использоваться для преобразования видео из старого формата в удобочитаемый формат. Данный конкретный алгоритм совместим с мультимедиа-плейером MPlayer, а также медиаплейером VLC, распространяемым бесплатно. Проекты FFmpeg и ffdshow также согласовываются со стандартом H.261. Если к любительским фотографиям разрешение 4CIF не применяется, возможно, стоит приобрести несколько таких компонентов программного обеспечения, которые способствуют достижению плавности работы CCTV-системы и помогают решить проблемы совместимости.
С учетом вышесказанного такие проблемы не возникают, если аппаратное обеспечение изначально закупается в полном комплекте. Некоторые устройства, производимые компанией Security Camera King, поддерживают разрешение 4CIF по умолчанию. Ошибки, связанные с совместимостью, возникают, как правило, в связи с тем, что устройства связи не предусматривают возможности совместного использования. Компания King дает гарантию своим потребителям. Видеокамеры и цифровые видеомагнитофоны, поддерживающие формат 4CIF, несомненно, будут функционировать надлежащим образом после соответствующего одобрения со стороны компании King.
Разрешение 4CIF иногда называют форматом 4SIF, что не совсем правильно и может создать путаницу. Формат Source Input Format (входной формат источника) (SIF) по своей сути идентичен формату CIF, но создан на основе формата MPEG-1 в противоположность документу, принятому Международным союзом электросвязи. Обычные форматы SIF на 525-строчных видеотерминалах стандарта NTSC характеризуются разрешением 352 х 240 пикселей. С 625-строчными дисплеями стандарта PAL дело обстоит немного иначе: данный формат практически невозможно отличить от разрешения CIF. Это значит, что 525-строчная версия формата 4SIF не аналогична формату 4CIF, а 625-строчная версия, по сути, аналогична. Стандарты SIF и 4SIF довольно распространены в сфере видеоконференцсвязи. Иногда CCTV-системы и терминалы видеоконференцсвязи объединяют в одну общую систему.
Такие функциональные возможности особенно полезны в тех случаях, когда пользователю необходимо быстро обменяться информацией, поэтому установщикам следует учесть представленные рекомендации. При этом те, кто работает со стандартными CCTV-системами, в дополнительных рекомендациях не нуждаются. В большинстве случаев необходимости объединять оборудование стандарта PAL и NTSC не возникает. В некоторых случаях проблема решается благодаря цифровым форматам, однако подключение камеры NTSC к монитору PAL и наоборот может привести к нежелательным последствиям.
У некоторых пользователей, вероятно, возникнут затруднения с настройками PAL и NTSC в обычных DVD-плейерах. Сразу же становится ясно, что неверная настройка может привести к непредвиденным результатам. Поскольку линии сканирования не совпадают, на видеодисплее зачастую начинает прокручиваться вверх экран с обратной стороны, что выглядит странно и может стать причиной повреждения видеотерминала.
Формат видео CD менее распространен среди пользователей по сравнению с форматом DVD, однако инженеры-разработчики систем видеонаблюдения, очевидно, его использовали. Важно отметить, что разработчики таких устройств выбирают формат SIF не случайно. Разрешение 4CIF напрямую несовместимо с форматом VCD. Для возможности их совместного использования программисты, по-видимому, прибегают к определенным уловкам. Однако в большинстве случаев пользователи систем видеонаблюдения не будут думать над тем, как преобразовать кодированное видео с разрешением 4CIF в формат VCD.
Формат SIF отображается на 525-строчных дисплеях с разрешением 352 х 240, а на 625-строчных дисплеях – с разрешением 352 х 288 пикселей, т. е. вертикальное разрешение видео стандарта NTSC уменьшается в два раза. Аналогичным образом в два раза уменьшается горизонтальное разрешение видео стандарта PAL. Точно так же формат отображения видеоизображения составляет около половины разрешения стандартной аналоговой видеокассеты. Разрешение видеокассет в оборудовании стандарта NTSC составляет, как правило, около 330 х 480 пикселей, а в устройствах стандарта PAL – около 330 х 576 пикселей. Данные рекомендации пригодятся в том случае, когда разрешение 4CIF пытаются использовать в несовместимых устройствах.
Для возможности объединения разрешения 4CIF с другими форматами необходимо более подробно ознакомиться со стандартом White Book CD, который задает современные форматы VCD и SVCD. Файловая система должна удовлетворять требованиям ISO 9660. Максимальная продолжительность составляет, как правило, около 74 минут, что делает возможным или невозможным применение данного формата в большинстве систем охранного видеонаблюдения. Несмотря на то что в основе формата SVCD лежит алгоритм сжатия видео MPEG-2, аудио- и видеосигналы сжимаются с использованием формата MPEG-1. Поскольку аудиосигналы передаются в виде двухканального потока, видеодиски White Book совместимы с записывающим стереооборудованием.
Большинство цифровых видеомагнитофонов записывают при максимальной частоте кадров в формате CIF. Для записи с разрешением 4CIF, как правило, частоту кадров снижают, при этом размер изображения становится буквально в четыре раза больше, что позволяет более детально разглядеть изображения такого рода. Необходимость в таких дополнительных деталях возникает довольно часто, особенно при наблюдении за большими территориями. Детали помогают составить изображения, которые в другом формате не видны. Существуют и другие ситуации, когда пользователя преимущественно интересует способ записи изображений. В таком случае учитывают частоту кадров. Для передачи видеопотока другому пользователю требуется довольно высокая частота кадров, благодаря чему поток воспринимается как одно целое. Частота кадров в потоке, безусловно, не всегда позволяет избежать прерывистости изображения, которое напрямую зависит от скорости передачи данных.
При снижении скорости передачи данных частота кадров, вероятно, не имеет большого значения, при этом пользователь вряд ли захочет увеличивать размер до полного разрешения 4CIF, что усугубит проблему из-за еще большего увеличения размера файла. В связи с этим оптимальным вариантом, вероятно, является подключение к оборудованию, напрямую не совместимому с разрешением 4CIF. В данном случае незаменимы цифровые видеомагнитофоны, поддерживающие разрешение 4CIF, которые производят загрузку данных и запись без снижения частоты кадров.
Те, кто использует разрешение 4CIF, периодически сталкиваются с оборудованием DCIF. Стандарт Double CIF был разработан в качестве компромиссного решения между разрешением CIF и 4CIF. Он должен был стать более сбалансированным в части вертикального и горизонтального разрешения дисплея, а также более совместимым с распространенным CCTV-оборудованием. Он способен отображать более 480 линий сканирования, вплоть до 560. Значение в пикселях ровно в два раза превышает значение в формате CIF и составляет 528 х 384. Отношение ширины кадра к высоте, равное 1:1,375, считается приближенным к стандарту 4:3 при отображении «квадратных» пикселей. Пиксели формата CIF в целом не совсем «квадратные»: отношение ширины кадра к высоте по умолчанию составляет около 1,222:1. Отношение 1,2:1 является одним из распространенных стандартов для 525-строчных дисплеев. Отсюда, вероятно, и возникают необычные количественные показатели.
Большинство современных телевизионных систем, а также компьютерных мониторов отображает «квадратные» пиксели, из-за чего могут возникнуть проблемы, поскольку оборудование с разрешением 4CIF сегодня применяется широко. В итоге некоторые устройства, использующие разрешение 4CIF, выводят немного растянутые изображения.
Во избежание указанной проблемы выполняется горизонтальное ремасштабирование растров с разрешением 4CIF примерно на 109% для достижения стандартного отношения ширины кадра к высоте 4:3. Стандартные дисплеи формата CIF, передающие видеопоток с разрешением 352 х 288 пикселей, в итоге отображают изображение в формате 384 х 288 «квадратных» пикселей. Следует отметить, что такое несоответствие отчасти можно объяснить тем, что стандарт H.261 задает те критерии, которые в настоящее время считаются устаревшими. Усилия в области стандартизации позднее были направлены на обновление дизайна и улучшение коэффициентов сжатия. Многие инженеры считают стандарт H.261 неактуальным, при этом во многих терминалах видеоконференцсвязи он по-прежнему используется, зачастую в режиме обратной совместимости. Для передачи определенных видеопотоков в сети интернет также используется данный формат. Полностью отойти от использования разрешения 4CIF в ближайшем будущем не планируется.
www.securitycameraking.com
|
