SecurityWorldMarket

13-01-2009

Midlertidige kompressionsteknikker - styrker og svagheder

På det seneste har der været en del diskussion om MPEG4, H.264 og andre midlertidige komprimerings formater. På grund af denne kontinuerlige diskussion i branchen, ville jeg bruge et øjeblik til at belyse styrkerne og svaghederne af de forskellige formater.

Midlertidige kompressions teknikker (MPEG4, H.263 og H.264), giver fordele frem for frame-by-frame kompressions teknikker (MJPEG, som vi bruger hos Iqeye), når der er en fast baggrund og ingen eller ikke ret meget bevægelse i billedet. I disse situationer kan de virkelig komprimere billeder (små fil størrelser) med meget lille tab af billede kvalitet. Midlertidig komprimering gør det også lettere at synkronisere audio og video.

Dog tilbyder midlertidig komprimering ingen, eller meget små fordele i forhold til "frame-by-frame" komprimering, når der er meget bevægelse i billedet, eller når baggrunden skifter (som med et mekanisk PTZ kamera).

For at forklare dette, lad os så først tale om de principper, som ligger til grund for de midlertidige kompressioner. MPEG-4 og lignende midlertidige teknikker fungerer ved brug af en "Indekserings frame" eller "I-Frame" og en eller flere "Reference frames" eller "R-Frames". Indekserings framen er i bund og grund det samme som en enkelt MJPEG frame, med de fleste karakteristika, som billede kvalitet og komprimering svarende overens. R-frames, på den anden side, måler kun de ændringer der er sket siden I-framen. Det betyder, at hvis der kun er lidt bevægelse i billedet, er R-frames relativt små i størrelse. Så hvis 30 frames af MJPEG totalt giver 3 megabytes i størrelse, svarer det til en MPEG-4 stream (hvis der er lidt eller ingen bevægelse) på måske kun 300 kilobytes, eller en tiende-del størrelse.

Dog, hvis hele billedet bevæger sig (som med et PTZ kamera, eller hvis der er meget bevægelse i et billede fra et fast kamera) så kan R-Frames have næsten, eller helt, samme størrelse som I-Framen. Derudover, kan midlertidig kompression skabe "rester" af tidligere R-Frames, især i billeder med meget bevægelse, indtil den næste I-Frame opdaterer billedet. Endelig er der ikke nær den samme fordel ved at reducere frame antallet (billeder pr. sekund) ved midlertidig kompression, som ved MJPEG. Dette skyldes at frame reduktionen ved midlertidig komprimering er R-Frames, hvilke allerede er meget små i størrelse, så udelukkelsen af nogle eller de fleste R-Frames, har ikke den store effekt i forhold til at reducere den totale båndbredde.

Nogle midlertidige komprimerings formater også upraktiske i dag ved opløsninger over D1, som f.eks. alle megapixel opløsninger. Dette skyldes at MPEG-4 er et mere CPU resource krævende komprimerings format. Selv et 1.3 megapixel kamera, har næsten fire gange antallet af pixels som et D1 opløsnings kamera, hvilket betyder at komprimerings processoren må arbejde 4 gange så hårdt for at opnå samme resultat. Ved endnu højere opløsninger, har eksisterende IP kameraer simpelthen ikke kræfterne til midlertidigt at komprimere disse streams. Selv hvis de kunne, ville de dekomprimerings cyklusser man ville behøve for midlertigt at afkode sådan et høj-opløsnings format, kræve et meget high-end grafik kort per kamera stream, for slet ikke at tale om adskillelige streams som bliver afkodede samtidig af en enkelt maskine eller server.

Folk antager ofte fejlagtigt at frame-by-frame teknikker er båndbredde slugere, men en kompetent netværks designer vil altid tage højde for "worst case" situationen og vil være nød til at overveje båndbredde belastningen ved meget bevægelse, både ved brug af midlertidig og frame-by-frame teknikker. Igen, hvis billedet har meget bevægelse, vil begge teknikker bruge nogenlunde samme båndbredde, hvilket vil sige at der ikke er nogen egentlig båndbredde fordel ved nogen af dem.

På dan anden side leverer frame-by-frame teknikken en konstant fil størrelse, hvilket gør det nemmere at beregne nødvendig båndbredde. Den leverer også en højere billede kvalitet, da den ikke lider af de samme "komprimerings tåger" eller "rester" som man finder ved midlertidig komprimering når der er bevægelse. Dette tillader frame-by-frame teknikker som MJPEG at levere meget højere kvalitet og konstante billeder selv når der er meget bevægelse eller når mekaniske PTZ kameraer bliver anvendt.

Endelig, en sidste ting omkring MPEG-4 standardisering. Mens der er en publiceret standard for MPEG-4 er denne stanard i virkeligheden aldrig benyttet 100 procent af tiden, så de fleste MPEG-4 formater er ikke ens. Firmaer som prøver at integrere med dem, er nød til at lave ekstra arbejde og i nogen tilfælde, betale en licens afgift. Siden MJPEG er en enkel, altid benyttet standard, har den vist sig at være let integrerbar i NVR'er og andre systemer.



Leverandører
Tilbage til toppen