H.264 kompression - nøglen til megapixel

Megapixel kameraer er med deres imponerede billedkvalitet det naturlige valg til flere og flere overvågningsopgaver. Da et megapixel kamera kan erstatte helt op til 12 traditionelle kameraer i PAL-opløsning, er der også en fornuftig økonomi i vælge megapixel kameraer. Den høje billedkvalitet medfører dog også, at store informationsmængder skal håndteres både i kamera og netværksoptager. Derfor er der i dag to afgørende faktorer ved anvendelse af megapixel kameraer: Båndbredde til at transmittere videoen og harddisk-plads til at lagre videoen. Direkte fra kameraets billedsensor fylder live-video fra et 3 megapixel kamera meget mere end, der vil kunne transmitteres på et 100Mbps FastEthernet. Derfor er løsningen naturligvis at komprimere videoen, så den ikke fylder så meget. Denne kompression kan dog gøres mere eller mindre effektivt.

Hvilke standarder findes der

JPEG er en meget anvendt standard for kompression af still-billeder. Sætter man JPEG billeder lige efter hinanden, bliver det til MJPEG videosekvens. JPEG foretager en kodning af billedet, så datamængden kan reduceres med begrænset indflydelse på billedkvaliteten. Specialiserede video-kompressionsalgoritmer som MPEG-4 udnytter egenskaberne ved video til at opnå større kompression med begrænset indflydelse på billedkvaliteten. Normal MPEG-4 (part 2/ASP) er eksempelvis baseret på, at der kun sendes et fuldt billede med et bestemt interval. Herimellem sendes kun ændringerne siden sidste billede, hvormed en stor datareduktion kan opnås. H.264 er den seneste standard indenfor video-komprimering, også kaldes MPEG-4 part 10, og den anvendes allerede bl.a. på Blue-Ray video-diske og til DVB (Digital Video Broadcast). H.264 anvender meget avancerede matematiske algoritmer til at kode videoen, bl.a. ved at identificere og estimere bevægelser i selve billedet, hvorved video i selv meget høj kvalitet kan komprimeres yderst effektivt. For alle kompressionsformer gælder, at der kan skrues op og ned på, hvor hårdt der komprimeres, men jo mere effektiv kompressionsalgoritmen er des bedre billedkvalitet opnås med den til rådighed værende båndbredde.

Fordele ved H.264

Med H.264 kan der opnås en båndbredde reduktion på op til 25 gange i forhold til MJPEG. Eksempelvis kan et 3 megapixel kamera med 20 billeder pr. sekund. komprimeres ned til 3 Mbps. svarende til omkring 30GB pr. dag afhængigt af forholdene. Denne båndbredde modsvarer nogenlunde live-video fra et ”standard opløsning” 0,4Mpix JPEG-kamera. Dermed er en af megapixel IP-kameraernes største udfordringer fjernet. Ønskes bedre billedkvalitet, kan der blot skrues ned for, hvor hårdt der komprimeres. Hvis et MJPEG og et H.264 kamera, som beslaglægger samme båndbredde, sammenlignes, vil H.264 kameraet give den bedste ”billedkvalitet for båndbredden”. En god måde at illustrere dette er ved at sætte et 1,3 megapixel MJPEG kamera ved siden af et 3 megapixel H.264 kamera. Selvom førstnævnte beslaglægger mere båndbredde, vil H.264 kameraet give det skarpeste billede med bedste muligheder for identifikation af objekter og personer. Kravet til båndbredde på netværket er ikke et problem i et mindre lokal-netværk, men så snart man f.eks. fra hovedkvarteret ønsker at se videoen fra en fjern filial bliver det afgørende. Integration af overvågningen fra flere lokationer er jo netop et af argumenterne for at vælge en netværksbaseret overvågningsløsning. Selvom harddiske løbende bliver større og billigere, så har de ikke kunne følge med udviklingen i netværkskameraer. Derfor er kravet til lagringsplads ofte den begrænsende faktor i lidt større systemer. Hvis videoen skal gemmes i længere tid, kan udgiften til pålidelig og evt. redundant, lagringskapacitet for et 3 megapixel MJPEG kamera vise sig at udgøre en større omkostning end prisen for selve kameraet! H.264 kompressionen i selve kameraet kræver meget stor regnekraft, men den ekstra belastning på optageserveren er moderat, bl.a. fordi datamængden, den skal behandle og gemme, er væsentligt mindre end for MJPEG. Dermed behøver man ikke gå på kompromis med hverken opløsning eller billedhastighed – H.264 kompressionen bliver faktisk endnu mere effektiv ved højere billedhastighed.