Здравствуйте, уважаемые хаброчане! Сегодня я расскажу вам о том, как совмещаются две, казалось бы, несовместимые технологии: технология вейвлет-преобразования изображений и технология компенсации движения. Конечно, сразу возникает вопрос, зачем это нужно? На него несложно ответить. Крупным недостатком всех систем сжатия видео на основе вейвлетов является межкадровая избыточность, благодаря которой видео «распухает» порой в полтора раза. Этот недостаток существенен и для простых преобразований, и для коммерциализированного MJPEG-2000, который звали предвестником новой эры вейвлет-видео и вообще мессией цифрового мира. Итак, именно для избавления от межкадровой избыточности мы введем в схему компенсацию движения. Это позволит в разы сократить информационный поток в не очень насыщенных движением сценах, таких, как пустой по причине темного времени суток склад компьютеров, или дальний зал Лувра, до которого доходит далеко не каждый турист. Отвечу и на второй вопрос: почему вейвлет, а не ДКП? Вейвлет позволяет достигать значительно лучших результатов при высоких степенях сжатия видео. Говоря простым языком, человека куда проще узнать на кадре, обработанном при помощи вейвлетов.
Готовые решения предлагают нам нечто подобное, но не зря говорят – «хочешь, чтобы что-то было сделано хорошо – сделай это сам». На подавляющем большинстве видео серверов реализована система анализа межкадровой разницы. Как это работает? Из первого кадра вычитается кадр второй, и если процент расхождений достаточно мал – второй кадр не передается вовсе. Это удобно, если вы обозреваете комнату в десять квадратных метров, но если перед вами стометровые стеллажи склада, и где-то в дальнем углу злоумышленник в темном брючном костюме замыслил что-то не то – система может его и не воспринять. Счесть за помеху. И будет передавать на мониторы системы наблюдения тот же кадр снова и снова. Плюсом данного метода является его экономичность в плане канала передачи данных. Это существенно, если камера удалена от пункта наблюдения и изображение идет не через проводную сеть, а через Wi-Fi, WiMax, GPRS/HSDPA или RadioEthernet.
Однако, вернемся к нашим баранам. Для того чтобы реализовать компенсацию движения в видео, необходимо разбить изображение на блоки. Казалось бы, именно от этого и избавляет MJPEG-2000, и именно отсутствие блочного эффекта вменяют ему в основные плюсы. Эта проблема решается, если вместо предварительной обработки использовать пост-обработку кадра. Да, это замедлит процесс, но опытным путем выяснено, что даже мощности оказавшегося под рукой дремучего процессора от Analog Devices под громким названием ADSP-2183 хватает на 18 кадров в секунду на модном нынче разрешении 720p. Что же тогда говорить о процессорах современных, экономичных, холодных и быстрых? Аналогичная схема с каким-нибудь Qualcomm хоть и подорожает на пару десятков вечнозеленых единиц, но будет способна как на полноценные 720p, так и при некоторых доработках на 1080p. Итак, представляю вашему вниманию схему:
Рассмотрим подробнее элементную базу устройства. В качестве основного кодека взят ADV212, крайне удачная модель производства Analog Devices, способная работать как с проприетарным вейвлетом, так и с открытым форматом MJPEG-2000, для работы с которым, собственно, и была создана схема. Кодек показывает отличные результаты и сообщает о том, что готов сжать изображение до 400 раз. На собственном опыте уверяю, что даже 300 – уже не то, что надо. 250 – вот наша цифра. Остальные запчасти были приняты на вооружение исключительно потому, что других под рукой не было. Это наши звезды вечера: декодер-оцифровщик SAA7111 от Philips, занимающийся усилением НЧ-сигналов и контролем уровней яркости и цветности, и уже упоминавшийся ранее в статье старичок ADSP-2183, служащий одновременно и компенсатором движения, и анализатором однородности, и математическим сопроцессором.
Итого, что мы получили: за сумму в районе 120 долларов вместе с расходами на корпус и выводы, но без расходов на сборку, мы получаем рабочий одноканальный кодек, который дешевле своих конкурентов на добрую сотню американской валюты, в случае Китая, а то и на три, в случае модного бренда.
Готовые решения предлагают нам нечто подобное, но не зря говорят – «хочешь, чтобы что-то было сделано хорошо – сделай это сам». На подавляющем большинстве видео серверов реализована система анализа межкадровой разницы. Как это работает? Из первого кадра вычитается кадр второй, и если процент расхождений достаточно мал – второй кадр не передается вовсе. Это удобно, если вы обозреваете комнату в десять квадратных метров, но если перед вами стометровые стеллажи склада, и где-то в дальнем углу злоумышленник в темном брючном костюме замыслил что-то не то – система может его и не воспринять. Счесть за помеху. И будет передавать на мониторы системы наблюдения тот же кадр снова и снова. Плюсом данного метода является его экономичность в плане канала передачи данных. Это существенно, если камера удалена от пункта наблюдения и изображение идет не через проводную сеть, а через Wi-Fi, WiMax, GPRS/HSDPA или RadioEthernet.
Однако, вернемся к нашим баранам. Для того чтобы реализовать компенсацию движения в видео, необходимо разбить изображение на блоки. Казалось бы, именно от этого и избавляет MJPEG-2000, и именно отсутствие блочного эффекта вменяют ему в основные плюсы. Эта проблема решается, если вместо предварительной обработки использовать пост-обработку кадра. Да, это замедлит процесс, но опытным путем выяснено, что даже мощности оказавшегося под рукой дремучего процессора от Analog Devices под громким названием ADSP-2183 хватает на 18 кадров в секунду на модном нынче разрешении 720p. Что же тогда говорить о процессорах современных, экономичных, холодных и быстрых? Аналогичная схема с каким-нибудь Qualcomm хоть и подорожает на пару десятков вечнозеленых единиц, но будет способна как на полноценные 720p, так и при некоторых доработках на 1080p. Итак, представляю вашему вниманию схему:
Рассмотрим подробнее элементную базу устройства. В качестве основного кодека взят ADV212, крайне удачная модель производства Analog Devices, способная работать как с проприетарным вейвлетом, так и с открытым форматом MJPEG-2000, для работы с которым, собственно, и была создана схема. Кодек показывает отличные результаты и сообщает о том, что готов сжать изображение до 400 раз. На собственном опыте уверяю, что даже 300 – уже не то, что надо. 250 – вот наша цифра. Остальные запчасти были приняты на вооружение исключительно потому, что других под рукой не было. Это наши звезды вечера: декодер-оцифровщик SAA7111 от Philips, занимающийся усилением НЧ-сигналов и контролем уровней яркости и цветности, и уже упоминавшийся ранее в статье старичок ADSP-2183, служащий одновременно и компенсатором движения, и анализатором однородности, и математическим сопроцессором.
Итого, что мы получили: за сумму в районе 120 долларов вместе с расходами на корпус и выводы, но без расходов на сборку, мы получаем рабочий одноканальный кодек, который дешевле своих конкурентов на добрую сотню американской валюты, в случае Китая, а то и на три, в случае модного бренда.
