Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии

Как уже было сказано выше, количество пикселов по вертикали в ТВ-кадре PAL будет 576, тогда как для NTSC это будет 480, что соответствует количеству активных строк в этих телевизионных стандартах. Необходимо напомнить читателям, что аналоговые телекамеры в видеонаблюдении генерируют видеосигнал с чересстрочной разверткой (50 полей в секунду или 29.97 полей в секунду). Кадр при чересстрочной развертке состоит из двух телевизионных полей, смещенных во времени относительно друг друга (на 1/50 секунды для PAL и 1/29.97 секунды для NTSC). Поэтому в оцифрованном видеофрагменте с движущимися объектами может проявляться эффект чересстрочной «гребенки» при записи полными кадрами. Это нормальный телевизионный эффект, возникающий как следствие чересстрочной развертки. Это даже не ошибка оцифровки, как иногда считают. При этом возникает ощущение, что движущиеся объекты размываются в направлении движения, и, чем быстрее движется объект, тем сильнее будет заметен этот эффект.

Существуют специальные алгоритмы обработки цифрового изображения, которые позволяют минимизировать или полностью исключить этот эффект. Это называется деинтерлейсингом ( de-interlacing ). Такая функция присутствует в различных графических редакторах, таких, как Photoshop или Photopaint , но ее имеют и некоторые цифровые видеорегистраторы.

Рис. 9.15. Полный кадр, записанный цифровым видеорегистратором с использованием Wavelet-сжатия

Рис. 9.16. Полный кадр, записанный цифровым видеорегистратором с использованием сжатия MPEG-2

При записи в полнокадровом режиме, в отличие от записи полями, вертикальное разрешение повышается в два раза, что делает края объектов более плавными и позволяет видеть больше деталей (см. примеры на иллюстрациях). Когда запись ведется кадрами, но телевизионные поля записываются и обрабатываются раздельно, то при отображении такого фрагмента на экран выводятся поочередно четные и нечетные поля, что вызывает ощущение «прыгающего» вверх и вниз изображения, так как четные и нечетные поля смещены относительно друг друга по вертикали на одну строку. На самом деле это вполне естественный эффект, обусловленный чересстрочной разверткой, а не ошибка при воспроизведении, как иногда считают. (Такой режим отображения производители зачастую пытаются выдать за собственную уникальную разработку. Будьте внимательны, на российском рынке он фигурирует под разными названиями (режим «казино», ускоренная запись, запись 50 к/с и т. д. Прим. ред.) , но никаких особых преимуществ не предоставляет и никакой дополнительной информации, помимо той, что содержалась в видеосигнале, тоже не дает. При желании его можно получить самостоятельно, имея в наличии программу для обработки и редактирования видео.) Отметим, что раздельная запись и обработка четных и нечетных телевизионных полей приводит к значительному увеличению размера архива.

Рис. 9.17. Разница между телевизионным полем (слева) и полным кадром (справа)

Возможно, читатели уже задаются вопросом, как можно нормально отображать оцифрованное видео, записанное полями (720x288 для PAL или 720x240 для NTSC), на экране или при экспорте изображения.

Ответ прост. Это достигается дублированием каждой строки. (Это не всегда так, потому что существует несколько алгоритмов интерполяции недостающих строк. Эти алгоритмы отличаются визуальным качеством и ресурсоемкостью. Впрочем, нужно помнить, что никакая интерполяция не сможет повысить реальную детализацию изображения и дать нам новую информацию. Прим. ред.) Такой способ приводит еще к одному заметному эффекту, который выражается в появлении зубчатых границ на изображении.

Глаз человека более чувствителен к разрешению по горизонтали, чем в вертикальном направлении, и, вероятно, поэтому большинство производителей цифровых видеорегистраторов предпочитают запись полями. Впрочем, в некоторых случаях вертикальное разрешение для нас оказывается важным, и тогда следует вести запись полными кадрами. А в некоторых цифровых видеорегистраторах возможна только запись полями, что ограничивает нас в выборе.

Рис. 9.18. Изображение, на котором зафиксирован реальный похититель, экспортированное в формате BMP, (слева) и детализация полного кадра (вверху) и формата CIF(внизу).

Вышеописанный эффект чересстрочной «гребенки» проявляется в основном при использовании сжатия изображения JPEG или Wavelet, то есть без межкадрового сжатия когда телевизионные поля обрабатываются как отдельные статичные изображения.

Однако, если применяется сжатие видеоизображения, то есть присутствует межкадровое сжатие, (например, семейство MPEG и Н.26х), то эффект чересстрочной «гребенки» частично компенсируется в процессе вычисления векторов предсказания движения и будет не так сильно заметен.

Все наши рассуждения до сих пор были применимы к так называемому полнокадровому разрешению. Но существуют стандарты сжатия изображения, которые используют в 4 раза меньшее количество пикселов (то есть 352x288 или 352x240 пикселов), чем содержится в полном кадре. Такой формат кадра обычно называется CIF (Общий формат обмена видеоданными, Common Interchange Format ) и, как правило, используется стандартами сжатия MPEG-1 и Н.261. Это делается для того, чтобы уменьшить поток данных до приемлемого для видеоконференций уровня, который сопоставим по качеству изображения с VHS. Когда речь идет о разрешении систем видеонаблюдения, использующих сжатие MPEG-1, Н.261 с форматом кадра CIF, все вышеприведенные вычисления будут применимы и в этом случае, но их нужно будет разделить пополам. Таким образом, эквивалентным аналоговым разрешением для формата CIF будет примерно 220 ТВ-линий. Формат CIF содержит в четыре раза меньше пикселов, чем полный кадр в рекомендации ITU-601 (в два раза меньше пикселов по вертикали и по горизонтали). Для многих областей применения качества CIF будет вполне достаточно, а скорость обновления кадров при записи и передаче возрастает. Это будет особенно полезно при организации видеоконференций, для которых изначально и создавался этот формат. Разрешение формата CIF до сжатия сопоставимо с разрешением аналогового видео VHS (240 ТВ-линий). Это необходимо учитывать при проектировании систем видеонаблюдения, где требуется распознавание лица и автомобильных номеров. Иногда формат полного кадра ITU-601 называют 4CIF, подчеркивая, что количество пикселов здесь в четыре раза больше, чем в формате CIF. Также существует и формат QCIF ( Quarter CIF ), в котором содержится в четыре раза меньше пикселов, чем в формате CIF (то есть 176x144 пиксела).