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Apr
13

Standard di compressione video

Per il trasferimento d'immagini, vista la grossa mole di dati che compone i file audio/video è necessario ricorrere a strumenti di compressione.
Il vantaggio che si ottiene con questi strumenti è una riduzione dei dati da trasferire, ma per contro un'altra compressione comporta anche un alto degrado dell'immagine.

La compressione e la gestione della stessa è demandata alle telecamere digitali che, essendo dotate di una CPU, hanno la capacità di calcolo sufficiente per questa operazione.

Esiste una larga scelta di algoritmi di compressione:

M-JPEG

Il Motion JPEG o M-JPEG è forse il più usato tra gli algoritmi di compressione video. Le telecamere digitali effettuano acquisizioni di singoli fotogrammi e ne effettuano la compressione in formato JPEG. A compressione avvenuta la telecamera genera una trasmissione in flusso continuo di max. 30 immagini al secondo (30fps). Nel caso di una trasmissione superiore ai 16fps le immagini vengono percepite dall'occhio umano come un movimento fluido. Questo algoritmo di compressione prende il nome di Motion JPEG perché di fatto vengono trasmesse tante immagini complete con lo stesso livello di compressione/qualità in formato JPEG.

Uno dei vantaggi dello standard Motion JPEG risiede nel fatto che le varie immagini di una sequenza video possono avere la stessa qualità, che varia a seconda del livello di compressione scelto per la telecamera di rete o per il codificatore video. Maggiore è il livello di compressione, minore è la qualità delle immagini e la dimensione file. In alcune condizioni, ad esempio di scarsa illuminazione o quando una ripresa diventa complessa, le dimensioni del file immagine possono diventare piuttosto grandi e utilizzare una larghezza di banda e uno spazio di memorizzazione maggiori. Per impedire l'aumento della larghezza di banda e dello spazio di memorizzazione utilizzati, i prodotti con tecnologia video di rete Axis consentono all'utente di impostare un limite massimo di dimensione file per un fotogramma immagine.

Poiché non esistono legami tra i fotogrammi in formato Motion JPEG, il video Motion JPEG è "solido", nel senso che se durante la trasmissione si perde un fotogramma, il resto del video non verrà compromesso.

Il formato Motion JPEG è uno standard che non prevede l'acquisto di una licenza. È caratterizzato da un'ampia compatibilità ed è diffuso in applicazioni in cui sono necessari singoli fotogrammi di una sequenza video (ad esempio, per l'analisi) e in cui vengono utilizzate velocità di trasmissione ridotte, di solito 5 fotogrammi al secondo o meno. Lo standard Motion JPEG può essere utile anche per applicazioni che richiedono l'integrazione con sistemi che supportano solo Motion JPEG.

Lo svantaggio principale dello standard Motion JPEG è rappresentato dal fatto che non utilizza tecniche di compressione video per ridurre i dati, poiché consiste in una serie di immagini fisse e complete. Il risultato è una velocità di trasmissione in bit relativamente alta o un rapporto di compressione basso per la qualità offerta rispetto agli standard di compressione video MPEG-4 e H.264.

MPEG e MPEG-4

L'MPEG è molto usato nello streaming audio/video, a differenza del M-JPEG questo algoritmo si basa sul confronto fra le singole immagini acquisite dalle telecamere digitali trasmettendo una sola immagine completa e compressa e successivamente trasmettendo solo le differenze con l'immagine di riferimento.

Questo algoritmo di compressione porta ad avere una grossa riduzione dei dati da trasmettere. L'MPEG è stato ideato alla fine degli anni '80 e nel corso degli anni ha avuto migliorie passando da MPEG-1 a MPEG-2 ed attualmente a MPEG-4 che riesce a superare i limiti dei 25/30fps delle prime versioni mantenendo un bit rate relativamente basso.

Quando si parla di standard MPEG-4 in applicazioni di videosorveglianza, di solito si fa riferimento allo standard MPEG-4 Parte 2, noto anche come MPEG-4 Visual. Come tutti gli standard MPEG (Moving Picture Experts Group) è acquistabile con licenza, quindi gli utenti devono pagare una tariffa associata alla licenza per ciascuna stazione di monitoraggio. Lo standard MPEG-4 supporta applicazioni con larghezza di banda limitata e applicazioni che richiedono immagini di alta qualità, senza limiti di velocità di trasmissione e con larghezza di banda virtualmente illimitata.

H.264

L'H.264 fa parte di un nuova generazione di algoritmi di compressione in via di sviluppo il cui scopo è quello di ottenere elevata compressione dei dati mantenendo un'alta qualità delle immagini ed avendo inoltre un bit rate inferiore agli standard precedenti. Lo standard H.264, noto anche come MPEG-4 Parte 10/AVC, dove AVC è l'acronimo di Advanced Video Coding, è lo standard MPEG più recente per la codifica video. È sicuramente destinato a diventare lo standard video più diffuso in futuro. Un codificatore che supporta lo standard H.264 è infatti in grado di ridurre le dimensioni dei file video digitali di oltre l'80% rispetto al formato Motion JPEG e fino al 50% rispetto allo standard MPEG-4, senza compromessi in termini di qualità delle immagini. Ciò significa che per la gestione dei file video sono necessari meno spazio di memorizzazione e larghezza di banda, ovvero che è possibile ottenere immagini di qualità più elevata a parità di velocità di trasmissione in bit.

Lo standard H.264 è frutto del lavoro congiunto delle organizzazioni responsabili della definizione di standard per i settori delle telecomunicazioni (Video Coding Experts Group di ITU-T) e IT (Moving Picture Experts Group di ISO/IEC) ed è destinato ad avere una diffusione ancora più ampia rispetto agli standard precedenti. Nel settore della videosorveglianza, è altamente probabile che lo standard di compressione H.264 venga rapidamente adottato per applicazioni che richiedono risoluzioni e velocità di trasmissione elevate, ad esempio per la sorveglianza di autostrade, aeroporti e casinò, dove l'uso di 30/25 fotogrammi (NTSC/PAL) al secondo rappresenta la norma. Questi ultimi sono infatti gli ambiti in cui la riduzione della larghezza di banda e dello spazio di memorizzazione necessario può offrire i vantaggi più significativi.

Lo standard H.264 è destinato probabilmente anche ad accelerare la diffusione delle telecamere di rete con risoluzione megapixel poiché questa tecnologia di compressione ultra-efficiente è in grado di ridurre le dimensioni dei file grandi e la velocità di trasmissione in bit senza compromettere la qualità delle immagini. Il nuovo standard presenta tuttavia anche degli svantaggi. Benché offra vantaggi significativi in termini di larghezza di banda e spazio di memorizzazione, questo standard richiede l'implementazione di telecamere di rete e stazioni di monitoraggio ad alte prestazioni.

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