Кодек H.264

Одним из открытых лицензированных стандартов, поддерживающих самые эффективные на данный момент технологии по сжатию видеоизображения, является H.264. Этим кодером обеспечивается снижение размера файлов с цифровым видео больше, чем на 80%, если брать для сравнения формат Motion JPEG и на 50%, если сравнивать с параметрами MPEG-4 Part 2. Благодаря этому обеспечивается значительное снижение уровня необходимой для хранения памяти и требований к передающей полосе пропускания. Кроме этого, становится возможным получить значительно лучшее качество видеоизображений, сохранив прежнюю скорость по передаче данных.

Утверждённый органами стандартизации в сфере телекоммуникаций и информации, для технологии H.264 прогнозируется наибольший уровень распространения в сравнении с предыдущими стандартами.

Многие электронные устройства, на подобии мобильных телефонов и цифровых видеоплееров, уже обладают поддержкой H.264, обладающим высоким уровнем популярности среди пользователей. Использование данного стандарта уже было начато провайдерами различных услуг, среди которых различные онлайн-хранилища с видеоматериалами и множество телекоммуникационных компаний.

Существует множество отраслей по охранному видеонаблюдению, где H.264, скорее всего, очень быстро займёт своё место в повседневном использовании, а именно в тех сферах, где используется высокая кадровая частота и высокое разрешение. К таким направлениям охранного видеонаблюдения относятся автомагистрали, аэропорты и казино, где стандартной частотой является 30/25 (NTSC/PAL) кадров за одну секунду. Высокая степень экономии достигается благодаря снижению накладываемых на ширину полосы пропускания ограничений и уменьшению необходимого пространства памяти для хранения информации.

Помимо всего прочего, планируется ускорение процесса перехода к мегапиксельным камерам, ведь H.264 обеспечивает высокоэффективное сжатие и снижение огромных размеров файлов со скоростью их передачи, без нанесения вреда качеству изображений. Но не стоит забывать и о существовании определённых требований. Не смотря на то, что новым стандартом обеспечивается экономия в отношении полосы сетевых пропускных каналов и объёмов пустого пространства на накопителях, в тоже время должны использоваться сетевые камеры и станции по наблюдению, имеющие довольны высокие технические характеристики.

Процесс разработки H.264.
Данный стандарт представляет собой результат совместной работы, совершаемой экспертами в области кодирования видео ITU-T и экспертами в отношении кинотехнических вопросов ISO/IEC (MPEG). Телекоммуникационные стандарты координируются ITU-T, поддержку которым обеспечивает Международный телекоммуникационный союз. Под аббревиатурой ISO подразумевается Международная организация стандартизации, а под IEC - Международная электротехническая комиссия, занимающаяся надзором в области всех электротехнических, электронных и сопутствующих им технологий. H.264 – это название, которое было выбрано сотрудниками ITU-T, а вот у представителей ISO/IEC данный стандарт был назван MPEG-4 Part 10/AVC, так как он является одним из новых элементов пакета MPEG-4. Например, в составе пакета MPEG-4 имеется и более ранний MPEG-4 Part 2, который нашёл своё применение среди видеокодеров и сетевых камер с базой IP-систем.

Достижение определённых целей стандартом H.264, который был разработан, чтобы исправить некоторые недостатки своих предшественников, обеспечивается при помощи:

- улучшений, приводящих к снижению скорости, с которой передаются данные, приблизительно на 50% и обеспечивающих такой уровень качества в неподвижном изображении, который можно сравнивать с множеством других видеостандартов;

- стойкости в отношении ошибок, позволяющей продолжать воспроизведение изображений, игнорируя наличие ошибок, возникающих во время передачи данных через различные сети;

- низкого уровня задержек и получения большего качества с использованием повышенного уровня задержки;

- упрощённой формы синтаксиса, позволяющей упрощать внедрение H.264;

- декодирования на базе точных совпадений, во время которого происходит определение точного количества числового расчета, осуществляемого кодерами и декодерам, что предотвращает накопление ошибок.

Технология H.264 имеет особую гибкость, благодаря которой появляется возможность решать различные задачи в отношении самых различных требований к скорости обмена данными. Например, развлекательное видео (множество телетрансляций, DVD, кабельное и спутниковое телевидение), где этот стандарт может работать на скорости от 1 до 10 Мбит/с, имея высокий уровень задержки. А вот телекоммуникационные услуги могут быть обеспечены скоростью передачи меньшей, чем 1 Мбит/с, оставляя уровень задержек низким.

Параметры эффективности H.264.
Основываясь на H.264, технология сжатия видеоизображений получает новый этап в своём развитии.

Данным стандартом была введена новая передовая схема с внутренним предсказанием во время кодирования I-кадров. Она способствует значительному сокращению размера (в битах) I-кадра во время сохранения в высоком качестве, используя успешное предсказание блоков пикселей в областях макроблоков самого кадра. Совершается это при помощи попыток поиска совпадающих пикселей между заранее закодированными пикселями, обеспечивающими ограничение новых пиксельных блоков 4х4 подготавливая к внутреннему кодированию. Учитывая то, что закодированные пиксельные значения используются повторно, происходит значительное сокращение размера битовых данных. Именно технология нового внутреннего предсказания является ключевым элементом в стандарте H.264, доказавшего свой высокий уровень эффективности. В качестве примера можно провести сравнение потока H.264 с использованием только I-кадров с потоком Motion JPEG, где их использование является стандартом. В результате видно явное преимущество H.264.

Данный стандарт характеризуется улучшенной поблочной компенсацией движения, которая применяется тогда, когда кодируются Р- и В- кадры. Велика роль H.264, когда необходимо найти совпадающие блоки (возможна даже субпиксельная точность) в части или множестве участков между одним или многими ссылочными кадрами. Была введена настройка размера и формы блоков, чем значительно улучшился процесс по поиску совпадений. В тех случаях, кода совпадающие блоки среди ссылочных кадров найти затруднительно, прибегают к использованию закодированных макроблоков. Поблочная компенсация движения, благодаря высокой степени гибкости, отличается особой эффективностью в области мест, где требуется видеонаблюдение за большим скоплением людей с сохранением требуемого качества изображения. Использование компенсации движения так и остаётся одним из наиболее востребованных элементов видеокодера, а разработка различных способов и уровней, способствующих её реализации кодером H.264, приводит к повышению эффективности сжатие видеоизображений.

Встроенный деблокирующий фильтр, относящийся к стандарту H.264, способствует уменьшению заметных на видеоизображении, имеющем высокую степень сжатия и относящемся к стандарту Motion JPEG или MPEG, типичных блоков.

Подведение итогов.
Создание Н.264 является огромным шагом в области развития технологий по сжатию видеоизображений. Данный стандарт управляет различными технологиями, повышающими эффективность сжатия, применяя более точные схемы внутренних предсказаний, и увеличивающими стойкость против ошибок. Произошло открытие новых возможностей в области разработки ведущих видеокодеров, позволяющих на порядок увеличивать качество изображения вместе с повышением частоты кадров и разрешения, сохранив при этом скорость обмена данными (в сравнении с предыдущими стандартами) или же сохранить качество изображения с уменьшением скорости, с которой передаются данные.

H.264 оказался первым совместным образцом, который был разработан Международным телекоммуникационным союзом, Международной организацией по стандартизации и Международной электротехнической комиссией в области типовых международных стандартов сжатия видеоизображений. Гибкость, используемая в работе H.264, способствовала его развитию в области DVD с высокой чёткостью (Blu-ray), видеотрансляций (включая теле-трансляции с высокой чёткостью), онлайн-хранилищ видеоматериала (к примеру, YouTube), третьего поколения мобильной телефонной связи, программ на подобии Flash, QuickTime и ОС MacOS X (устанавливаемой на компьютерах фирмы Apple) и игровых приставок, как PlayStation 3. В связи с тем, что обеспечивается поддержка многими промышленными отраслями и программными приложениями, удовлетворяющими потребительские и профессиональные потребности, стандарт H.264, как прогнозируется, в скором времени должен осуществить замену множества других, используемых в наше время стандартов и методов сжатия.

Получая более широкое распространение в сфере сетевых камер, видеокодеров и программного обеспечения, разработчики и интеграторы должны быть уверены в том, что данными продуктами и поставщиками обеспечивается полная поддержка этого нового стандарта. Сложившаяся ситуация говорит о том, что применение сетевого видеооборудования на базе стандартов H.264 и Motion JPEG является наиболее оптимальным выбором, обеспечивающим наибольшую универсальность и интеграцию.