So sánh công nghệ nén hình ảnh

So sánh các chuẩn nén hiện có trong hệ thống camera giám sát.

25/04/2019 Bởi admin

Để so sánh các chuẩn nén trong hệ thống camera giám sát thì chúng ta cần phải xem hiện nay trong hệ thống camera giám sát có bao nhiêu loại chuẩn nén.
1. Chuẩn nén MJPEG là gì
– Chuẩn nén MJPEG là một trong những chuẩn video cũ nhất mà hiện nay vẫn sử dụng. Chuẩn MJPEG  hiện chỉ sử dụng trong các thiết bị rẻ tiền, chất lượng thấp.
– Chuẩn nén MJPEG không những chất lượng hình ảnh kém, tốn tài nguyên xử lý, cần nhiều dung lượng mà nó còn hay làm lỗi đường truyền.
2. Chuẩn nén MPEG-1 là gì
– Chuẩn nén MPEG-1 xuất hiện lần đầu tiên 1993, là chuẩn nén đầu tiên cho âm thanh và video. Mã hóa hình ảnh động và những âm thanh liên quan việc lưu trữ kỹ thuật số đa phương tiện lên đến 1,5 Mbit/s (ISO/IEC 11172). MPEG-1 thường được giới hạn trong khoảng 1,5 Mbit/s mặc dù về mặt kỹ thuật thì bit rate có thể cao hơn nhiều.
– MPEG-1 cơ bản được thiết kế để cho phép những hình ảnh chuyển động và âm thanh được mã hóa thành các bitrate của Đĩa CD. MPEG-1 được sử dụng trên Video CD và có thể dùng cho video chất lượng thấp trên DVD. MPEG-1 được dùng trong các dịch vụ truyền hình vệ tinh hoặc truyền hình cáp kỹ thuật số trước khi MPEG-2 trở nên phổ biến. Để đáp ứng yêu cầu bit thấp, MPEG-1 downsamples những hình ảnh, cũng như tần số ảnh chỉ còn 24 – 30 Hz, cho chất lượng ở mức trung bình. MPEG-1 bao gồm MPEG-1 Audio Layer III định dạng nén âm thanh phổ biến (MP3).
3. Chuẩn nén MPEG-2 là gì
– Chuẩn nén MPEG-2 là một chuẩn thông dụng, đã được sử dụng rộng rãi trong hơn một thập kỷ qua. Tuy nhiên, kích thước file lớn hơn so với những chuẩn mới xuất hiện gần đây gây khó khăn cho việc truyền dữ liệu.
Ví dụ như trong MPEG-2, nơi mà nội dung được tạo ra từ nhiều nguồn như video ảnh động, đồ họa, văn bản… và được tổ hợp thành chuỗi các khung hình phẳng, mỗi khung hình (bao gồm các đối tượng như người, đồ vật, âm thanh, nền khung hình…) được chia thành các phần tử ảnh pixels và xử lý đồng thời, giống như cảm nhận của con người thông qua các giác quan trong thực tế. Các pixels này được mã hóa như thể tất cả chúng đều là các phần tử ảnh video động. Tại phía thu của người dùng, quá trình giải mã diễn ra ngược với quá trình mã hóa một cách đơn giản. Vì vậy có thể xem MPEG-2 là một công cụ hiển thị tĩnh.
– Với chuẩn nén MPEG-2, chúng ta có thể bổ sung thêm các phần tử đồ họa và văn bản vào chương trình hiển thị cuối cùng (theo phương thức chồng lớp), nhưng không thể xóa bớt các đồ họa và văn bản có trong chương trình gốc.
Ví dụ nếu một nhà truyền thông truyền phát lại chương trình của một đơn vị sản xuất sự kiện, thì logo của nhà sản xuất chương trình này không thể loại bỏ trên chương trình phát lại.
4. Chuẩn nén MPEG-4 là gì?
– Chuẩn nén MPEG-4 được ra đời 1998 mã hóa của các đối tượng nghe nhìn theo tiêu chuẩn (ISO/IEC 14496). Chuẩn nén MPEG-4 sử dụng các công cụ mã hóa phức tạp để đạt được những yếu tố nén cao hơn chuẩn nén MPEG-2. Ngoài việc mã hóa video hiệu quả hơn, MPEG-4 tiến gần hơn tới các ứng dụng đồ họa máy tính. Với cơ cấu phức tạp hơn, bộ giải mã MPEG-4 hiệu quả trỏ thành bộ xử lý việc dựng hình 3 chiều và các kết cấu bề mặt.
– Chuẩn nén MPEG-4 trở thành một tiêu chuẩn cho nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ họa và Video tương tác hai chiều (Games, Video conference) và các ứng dụng Multimedia tương tác hai chiều (World Wide Web hoặc các ứng dụng nhằm phân phát dữ liệu Video như truyền hình cáp, Internet Video…). Nó đã góp phần giải quyết vấn đề về dung lượng cho các thiết bị lưu trữ, giải quyết vấn đề về băng thông của đường truyền tín hiệu Video hoặc kết hợp cả hai vấn đề trên. Với MPEG-4, các đối tượng khác nhau trong một khung hình có thể được mô tả, mã hóa và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau. Cũng nhờ xác định, tách và xử lý riêng các đối tượng nên người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng khỏi khuôn hình. Sự tổng hợp lại thành khung hình hoàn chỉnh chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối tượng này.
– Chuẩn nén MPEG-4 Nó cũng hỗ trợ MPEG-J, một chương trình giải pháp đầy đủ để tạo ra các ứng dụng tương tác tùy chỉnh đa phương tiện (Ứng dụng Java với môi trường Java API) và nhiều tính năng khác.
– Một số tiêu chuẩn video mới hiệu quả cao hơn MPEG-4 đáng chú ý như là:
+ MPEG-4 Part 2 (Simple and Advanced Simple Profile)
+ MPEG-4 AVC (MPEG-4 Part 10 hoặc H.264). MPEG-4 AVC có thể sử dụng trên HD DVD và Đĩa Blu-ray, cùng với VC-1 and MPEG-2.

5. Chuẩn nén H.264 là gì?
– Chuẩn nén H.264 với tên gọi đầy đủ là MPEG-4 Part 10 AVC (Advance Video Coding – Mã hóa video cấp cao) thường được viết tắt như MPEG-4 AVC/H.264 là một định dạng nén triển vọng nâng cao hiệu quả nén hình cao hơn các định dạng nén thông thường như MPEG-4 hoặc MPEG-2.
– H.264 là chuẩn nén mở được công bố chính thức vào năm 2003, ở thời gian này H.264 thành chuẩn nén tiêu chuẩn của ngành công nghệ an ninh giám sát bằng hình ảnh. Đồng thời sử dụng những thuật toán nén và phương thức truyền hình ảnh mới phức tạp, phương pháp nén và truyền hình ảnh mà chuẩn H.264 sử dụng đã làm giảm đáng kể dữ liệu và băng thông truyền đi của video.
– Với cách nén và truyền thông tin bằng chuẩn H.264 làm giảm đến 50% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu trữ so với cách nén thông thường như MPEG-4 Part 2 và giảm tới hơn 80% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu trữ so với nén bằng chuẩn Motion JPEG. Với việc giảm được băng thông của chuẩn nén H.264 đã thúc đẩy cho dòng camera giám sát độ nét cao (hay còn gọi Camera Megapixel) có cơ hội phát triển mạnh mẽ. Với những hệ thống giám sát quan trọng cần hình ảnh rõ nét thì lựa chọn các camera độ nét cao và đầu ghi hỗ trợ chuẩn nén H.264 là hoàn toàn hợp lý.

6. Chuẩn nén H.264+ là gì?
– Chuẩn nén H.264+ Phát triển dựa trên nền tản của chuẩn H.264, chuẩn H.264+ mang nhiều ưu điểm hơn, với mục đích chính là tiết kiệm băng thông mạng, giảm tối đa dung lượng lưu trữ mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh mượt mà và chân thực.
– Có thể nói, với chuẩn nén H.264+, sẽ giảm gần một nửa (30%) dung lượng lưu trữ so với chuẩn H.264, điều này vô cùng có lợi trong hệ thống giám sát, với trên cùng một hệ thống, nếu áp dụng công nghệ nén H.264+ sẽ tiết kiệm được gần như gấp đôi dung lượng ổ cứng HDD.
Ví dụ, thay vì ổ cứng chỉ có thể lưu được trong 15 ngày đối với hệ thống giám sát với chuẩn nén H.264 thì có thể lưu trữ lên đến 25-30 ngày khi sự dụng chuẩn nén H.264+.
7. Chuẩn nén H.265 là gì?
– Chuẩn nén H.265 với tên gọi đầy đủ H.265/HEVC (High Efficiency Video Coding – Hiệu quả nén video cao). Được liên hiệp truyền thông quốc tế ITU đã giới thiệu vào năm 2013. H.265 là thành quả của sự kết hợp giữa ITU-T VCEG và ISO/IEC MPEG.
– Chuẩn nén H.265 tiết kiệm 80%-100% dung lượng băng thông và lưu trữ so với chuẩn nén H.264
– Chuẩn H.265 hứa hẹn sẽ là chuẩn nén thay thế xứng đáng cho chuẩn nén H.264 vốn đang rất phổ biến hiện tại. Với chuẩn nén H.265 này khi xem video online sẽ giảm được 1/2 băng thông tải và không phải chi trả quá nhiều tiền cho việc xem Video với kết nối 3G/4G mà vẫn thưởng thức được video chất lượng cao, thời gian tải video cũng giảm đáng kể giúp chúng ta tiết kiệm được rất nhiều thứ.
– Với chuẩn nén này trên camera thì việc xuất hiện camera 4k-UltraHD và 8k-UltraHD là điều có thể xảy ra trong tương lai khi chuẩn nén này mang lại quá nhiều lợi ích cho công nghệ như vậy.

7. Chuẩn nén H.265+ là gì?
– Mới đây chuẩn nén H.265+ được hãng Hikvision cho ra mắt trên sản phẩm mới nhất. Với mã hóa chuẩn nén H.265+ mới, Hikvision đã có thêm một nền tảng mới để có thể phát triển hơn nữa, Mã hóa H.265+ cho phép truyền tải trực tiếp tín hiệu hình ảnh lên tới 33.2MP (8K UHD) mà vẫn kiểm soát được lượng băng thông tiêu thụ cho phép.
– Chuẩn nén H.265+ tiết kiệm 130% dung lượng lưu trữ so với chuẩn nén H.264

8. Chuẩn nén Ultra265 là gì?
– Chuẩn nén được hãng camerea IP UNIVIEW nghiên cứu và phát triển, quý 2 năm 2018 UNIVIEW đưa dòng sản phẩm camera IPC mang chuẩn nén ultra265 vào thị trường Việt Nam. Dòng chuẩn nén ultra265 tiết kiệm được 50% dung lượng so với chuẩn nén H.265 và tiết kiệm gấp 3 lần so với chuẩn nén H.264

9. Chuẩn nén H.265Pro và H.265Pro+ ?
– Không tỏ ra kém cạnh với UNIVIEW, HIKVISION đã cho ra đời frimware với 2 dòng chuẩn nén mới nhất là h.265pro, và h.265pro+ (xem thêm)
Xem bảng so sánh số lượng băng thông và không gian lưu trữ cần của các chuẩn nén dưới dây.
Ví dụ 1 hệ thống gồm 4 camera độ phân giải 2.0MP (1920×1080)pixels, ổ cứng dụng lượng 2000GB (2TB), ở chế độ hình ảnh medium, fps = 15 ta có được các thông số dưới đây.

Kết quả này mang tính chất so sánh tỉ lệ lưu trữ của các chuẩn nén. Số ngày lưu trữ chỉ mang tính chất tham khảo, các thông số này có thể bị thay đổi do nhiều điều kiện khác nhau như ánh sáng, vị trí lắp đặt camera…