Видеоинформационные IP-системы

Александр Дворкович

По мере внедрения систем цифрового телевидения и расширения высокоскоростных сетей связи передача видео и звука по этим сетям становится все более популярной [1-4].

Для нашей страны внедрение новых систем в области инфокоммуникаций чрезвычайно важно, так как мы заметно отстаем в их развитии. По данным Доклада о готовности России к электронному развитию [5], среди 75 наиболее развитых стран Россия находится на 38 месте по человеческому капиталу (учитываются такие факторы, как уровень образования населения, количество специалистов в области инфокоммуникационных технологий, навыки и опыт использования инфокоммуникационных технологий, информированность и мотивация), на 66 месте по инфокоммуникационной структуре, на 62 месте по программно-аппаратному обеспечению, на 71 месте по инфокоммуникационным технологиям в образовании (доступ учебных заведений к инфокоммуникационным технологиям, использование инфокоммуникационных технологий в учебном процессе).

Развитие этих новых технологий в Российской Федерации также очень важно в плане информационной безопасности. Игнорирование национальных разработок и экономической информации привело к тому, что 90…95% российского рынка информационных технологий и 99% рынка программного обеспечения составляет импорт [6].

Технология передачи цифрового видео известна под несколькими названиями: Интернет-ТВ, IP TV, потоковое видео (streaming video), видео через IP (Video over IP), видеоинформационные IP-системы и т. д. [7-9].

Появление и развитие потоковой передачи мультимедиа является не меньшим переворотом в развитии технологий, чем возникновение телевидения.

IP TV можно рассматривать и как расширение возможностей IP (передача данных в реальном времени, в то время как изначально протоколы для этого не предназначались), и как расширение функций ТВ, а именно:

• передача видео, звукового сопровождения, других связанных и синхронизированных с ними данных;
• качество передаваемого видео в зависимости от приложений может быть как стандартным телевизионным, так и пониженным или повышенным;
• органичное добавление интерактивности.

Весь широкий спектр видеоприложений можно условно разделить на следующие основные группы, различающиеся разрешением и скоростью смены кадров:

• видеотелефония (кадр 160×120 пикселов, 1…5 кадров/с);
• видеоконференцсвязь (кадр 320×240 пикселов, 10…15 кадров/с);
• домашнее видео (кадр 352×288 пикселов, 25…30 кадров/с);
• стандартное телевидение (кадр 720×576 пикселов, 25…30 кадров/с);
• телевидение повышенной четкости (кадр 1280×720 пикселов, 25…60 кадров/с);
• телевидение высокой четкости (кадр 1920×1080 пикселов, 25…60 кадров/с);
• видеосистемы сверхвысокого разрешения и цифровое кино (кадр 1920×1080…7680×4320 пикселов, 60 кадров/с).

Видео сверхвысокого разрешения (цифровое кино) пока еще не может свободно распространяться по сетям, но первые опыты уже проводятся. Японская компания NTT создала и провела испытания прототипа системы передачи изображений сверхвысокого разрешения (GigabitEthernet, примерно 300 Мбит/с) [10,11].

Потоки данных мультимедиа от видеосервера или видеокодера рассылаются по компьютерной сети в реальном времени, принимаются, декодируются и воспроизводятся приемниками (клиентами), в то время как ранее необходимо было предварительно загрузить и сохранить большие видео- и звуковые файлы. В потоке видео- и звуковые данные передаются в виде пакетов.

Использование IP-сетей в качестве транспортных артерий для передачи мультимедийной информации (видео, звука, дополнительных данных) обеспечивает целый ряд преимуществ:

• единый механизм распространения по телекоммуникационным сетям различной физической природы;
• хорошо изученная и развитая технология;
• применение специальных технологий (QoS, Multicast), позволяющих обеспечить качественную и недорогую доставку видеоинформации;
• простота внедрения интерактивных услуг, связанных с видеовещанием;
• более эффективное использование коммуникационных IP-систем;
• интеграция всех видов приложений в единую, ориентированную на услуги (service oriented) платформу.

В современном мире объектом продажи для операторов становится не сам сетевой трафик, а услуги, обеспечиваемые этим трафиком. В качестве основных услуг, в основе которых лежит передача видео по IP-сетям, можно назвать:

• телевидение (с интегрированными интерактивными возможностями, электронным описанием программ и т. д.);
• видео по запросу;
• личный видеомагнитофон;
• отложенный просмотр;
• электронная ТВ-коммерция;
• рекламный бизнес;
• удаленный видеоконтроль;
• видеоконференцсвязь;
• телемедицина;
• дистанционное обучение;
• интеграция с системами «умного дома».

В то же время, распространение видео по компьютерным сетям представляет собой непростую задачу. Развитие этой технологии наталкивается на целый ряд проблем и трудностей различного характера — технического, экономического, социального [1, 3, 7, 12].

К техническим проблемам можно отнести недостаточную развитость сети каналов передачи данных, невысокую пропускную способность большей части имеющихся каналов (даже сжатые видеоданные требуют относительно высокой пропускной способности сети), существенную неравномерность трафика в сетях связи; необходимость повышения эффективности компрессии видео и звука, органичность интеграции с другими видами мультимедийной информации.

К экономическим и социальным проблемам относятся достаточно высокая стоимость строительства новых и совершенствования существующих каналов связи, необходимость приобретения нового оборудования как провайдерами услуг, так и абонентами, разработка нового контента для расширяющегося спектра услуг доставки мультимедийных данных, защита юридических прав и интеллектуальной собственности.

В 1998 году создана и эффективно работает ISMA (Internet Streaming Media Alliance) — международная организация производителей оборудования, контент-провайдеров и вещателей, которая занимается разработкой, принятием и внедрением открытых стандартов передачи потокового мультимедийного контента (видео, звука и дополнительных данных) по IP (www.isma.tv/ более подробно технические проблемы развития видеоинформационных IP-систем. Во-первых, даже сжатые видеоданные требуют относительно высокой пропускной способности сети. Во-вторых, для потокового видео требуется непрерывный перенос информации по сети для обеспечения плавности воспроизведения в реальном времени. Протоколы передачи данных не были изначально предназначены для переноса информации в режиме реального времени. Для решения этих проблем разработаны и продолжают разрабатываться специальные протоколы, методы резервирования пропускной способности канала передачи и обеспечения требуемого уровня так называемого качества обслуживания (Quality of Service — QoS), в критерии оценки которого входят требуемая скорость передачи, максимальная величина задержки пакетов данных, неравномерность трафика и пр. (RTP, RTCP, RTSP, RSVP, MPLS, …), а также способы экономии трафика (например, многоадресная рассылка). В-третьих, из-за сильной неравномерности трафика потокового видео приемный буфер клиента, имеющий ограниченный размер, может переполняться или опустошаться, если не принимать меры по сглаживанию скорости передачи данных [8, 9, 13, 14].

Уровень качества обслуживания QoS обеспечивается следующими методами:

• поддержкой заданной полосы пропускания канала связи;
• сокращением вероятности потерь пакетов данных;
• исключением или максимально возможным сокращением перегрузок сети;
• конфигурированием сетевого трафика;
• установкой количественных характеристик трафика в сети.

Ниже коротко описаны ключевые протоколы, обеспечивающие передачу потокового видео по IP-сетям.

RTP (Real-Time Transport Protocol — протокол передачи в режиме реального времени) — это пакетно-ориентированный транспортный протокол доставки данных в режиме реального времени, включая видео и звук. Пакеты, распространяющиеся по сети, могут иметь непредсказуемую задержку и неравномерность доставки, что сильно затрудняет обеспечение потокового распространения звуковой и видеоинформации в реальном времени. Для преодоления этих трудностей в заголовок пакетов RTP включена следующая информация: временные метки, номера пакетов, тип содержимого пакетов, идентификатор источника, информация о безопасности. Эта информация используется на уровне приложений. RTP обычно встраивается в пакеты UDP. Сам по себе RTP не обеспечивает механизмы гарантирования доставки в требуемое время. RTP обычно используется совместно с протоколом управления RTCP для того, чтобы отправитель потока данных мог получать информацию о качестве передачи информации, о получателях данных и пр.

RTCP (Real-Time Control Protocol — протокол управления в режиме реального времени) представляет собой протокол управления, созданный для совместной работы с RTP, он помогает осуществлять синхронизацию видео и звука, обеспечивать качество обслуживания (QoS).

RTSP (Real-Time Streaming Protocol — протокол потоковой передачи в режиме реального времени) — это протокол управления для инициализации и направления потоковых данных от видеосервера, реализующий возможности «удаленного управления». RTSP не осуществляет отправку данных, хотя RTSP-соединение может быть использовано для туннельной передачи данных RTP и упрощения работы с брандмауэрами и другими сетевыми устройствами. RTSP организует один или несколько синхронизированных во времени потоков видео- и звуковых данных между сервером (источником) и клиентом (приемником) и управляет ими. Сервер обеспечивает услуги воспроизведения или записи. RTSP обеспечивает функции управления, аналогичные функциям видеомагнитофона, включая воспроизведение, паузу, быструю перемотку вперед и назад. Он также организует получение от сервера информации о программах и их описание.

RSVP (Resource Reservation Protocol — протокол резервирования ресурсов) — протокол установления и поддержки требуемого уровня качества обслуживания (QoS), обеспечивающий наличие соответствующих сетевых ресурсов (например, достаточной полосы пропускания).

Протокол MPLS (Multi-Protocol Label Switching — мультипротокольная коммутация меток) использует метки фиксированного размера, которые позволяют быстрее и проще маршрутизировать пакеты в сети. В заголовке каждого пакета MPLS имеется 20-разрядная метка, 3-разрядное поле класса обслуживания, одноразрядная метка индикатора стека и 8-разрядное поле TTL. Маршрутизатор, поддерживающий MPLS, называется LSR (Label Switched Router), он анализирует только метку в передаваемом пакете MPLS. В качестве протокола передачи при этом может использоваться не только IP. LSR с помощью специального протокола устанавливает маршрут (LSP — Label Switched Path), который используется как туннель. При вводе в туннель пакету присваивается метка, определяющая его дальнейший маршрут. MPLS позволяет существенно повысить скорость прохождения пакетов и безопасность соединений.

Один из важнейших аспектов реализации IP-видеовещания — это эффективное кодирование видео и звука, обеспечивающее максимально возможное качество воспроизведения информации при ограниченной пропускной способности каналов связи.

Голосовые и звуковые кодеры обеспечивают передачу аудиоинформации с частотой дискретизации 8…48 кГц форматов моно, стерео, 5.1 и других по каналу с пропускной способностью от 2 кбит/с.

Широкое применение получили голосовые узкополосные кодеки из Рекомендаций МСЭ-Т: G.711, G.722, G.723.1, G.726, G.729. Также используются в различных системах передачи мультимедийной информации другие голосовые кодеки: GSM, iLBC, AMR, Speex и т. д.

Среди звуковых кодеков следует упомянуть кодеки стандарта MPEG: MPEG-1 Layer 1, 2 (Musicam), 3 (MP3), а также многоканальный кодек Dolby AC-3, MPEG-4 AAC, кодеки Microsoft Windows Media Audio.

Одним из наиболее эффективных звуковых кодеков в настоящее время является AACPlus. Он представляет собой кодек MPEG-4 AAC (Advanced Audio Coding), дополненный технологиями SBR (Spectral Band Replication) и PS (Parametric Stereo). AACPlus поддерживает кодирование моно-, стерео- и многоканального звука (5.1, 7.1 и др.), обеспечивает стереозвук CD-качества при скорости кодированного потока от 48 кбит/с, стереозвук ЧМ-качества — при скорости от 24 кбит/с, речь с музыкой — при скорости от 8 кбит/с.

Стандартизация в области видеокодирования прошла достаточно долгий путь от первых стандартов (H.261, MPEG-1) до современных (MPEG-4 AVC — H.264), которые продолжают совершенствоваться [15-20]. В табл. приведены годы выпуска первых и последних редакций этих стандартов.

Таблица. Хронология появления стандартов кодирования
Стандарт	Год выпуска
H.261	1993
MPEG-1 Video	1993
H.262 - MPEG-2 Video	1995, 2000
H.263	1998, 2005
MPEG-4 Video	1998, 2004
H.264 - MPEG-4 AVC	2003, 2005

Нередко при IP-вещании используется стандарт Microsoft Windows Media Video 9. Он обладает достаточно высокой эффективностью, но, к сожалению, является закрытым стандартом, что ограничивает его распространение.

AVC (Advanced Video Coding — усовершенствованное видеокодирование) — новейший стандарт видеокодирования, разработанный совместно группой экспертов по видеокодированию МСЭ-Т (VCEG ITU-T) и экспертной группой по движущимся изображениям МСС (MPEG ISO/IEC). AVC принят как Рекомендация  H.264 в МСЭ-Т и MPEG-4 Part 10 AVC в МСС. Основными целями разработки стандарта H.264/AVC были повышенная эффективность компрессии и обеспечение удобного для транспортировки по различным сетям представления видео как для интерактивных, так и для вещательных приложений. Стандарт  H.264/AVC позволяет достичь существенного улучшения эффективности по отношению к существующим стандартам [16,21,22].

Новый стандарт видеокодирования H.264/AVC предназначен для технических решений, включающих, по крайней мере, следующие области применения:

• кабельное, спутниковое, наземное вещание, вещание с помощью кабельных и DSL-модемов;
• хранение аудиовизуальных данных на оптических и магнитных носителях, DVD и т. д.;
• диалоговые службы, работающие в различных сетях (таких, например, как ISDN, Ethernet, LAN, DSL, беспроводные и мобильные сети, а также любые сочетания этих сетей);
• видео по запросу или службы потокового мультимедиа в различных сетях;
• MMS (службы мультимедийных сообщений) в различных сетях и т. д.

Более того, новые приложения могут развертываться в существующих и перспективных сетях.

Для удобства использования в различных приложениях и разнообразных сетях стандарт H.264/AVC разбит на два уровня: уровень видеокодирования (Video Coding Layer — VCL), предназначенный для эффективного представления видеоконтента, и уровень сетевой абстракции (Network Abstraction Layer — NAL), который форматирует представление видео VCL и обеспечивает заголовочную информацию в виде, подходящем для передачи на различных транспортных уровнях или средствах хранения.

Среди функциональных возможностей H.264/AVC, которые позволяют поднять эффективность кодирования видео по отношению к предшествующим стандартам, необходимо подчеркнуть следующие усовершенствования и новые возможности предсказания содержания кодируемого изображения:

• компенсация движения с использованием переменных размеров блока, включая малые размеры блока. Стандарт поддерживает достаточно большую гибкость в выборе размеров и форм блоков при компенсации движения по сравнению со всеми предшествующими стандартами, причем минимальный размер блока составляет 4×4 пиксела;
• компенсация движения с точностью до четверти пиксела. Большинство предшествующих стандартов поддерживали компенсацию движения с точностью не выше половины пиксела. Новый стандарт повышает точность компенсации движения до четверти пиксела, как и в расширенном профиле MPEG-4, но в новом стандарте уменьшена сложность интерполяции;
• векторы движения, выводящие за границы изображения. В MPEG-2 и предшествовавших ему стандартах векторы движения могли указывать только на пикселы, находящиеся в границах декодированного опорного изображения. Методика экстраполяции за границы изображения, появившаяся как опция в H.263, включена в новый стандарт;
• компенсация движения с несколькими опорными изображениями. Изображения, кодированные с предсказанием (P), в MPEG-2 и предшествующих ему стандартах использовали только одно предыдущее изображение для предсказания значений в новом изображении. В новом стандарте усовершенствована методика расширенного выбора опорного изображения, появившаяся в приложении к стандарту H.263. Это повышает эффективность кодирования, так как предоставляет кодеру возможность выбора из большего количества изображений, декодированных и сохраненных на декодере, для компенсации движения. Такое же расширение возможностей выбора опорного изображения применяется и для двунаправленного предсказания. В MPEG-2 для двунаправленного предсказания должны использоваться строго определенные изображения — предшествующее и последующее в порядке воспроизведения, внутрикодированные (I) или кодированные с предсказанием (P) изображения;
• независимость порядка воспроизведения изображений и порядка опорных изображений. В предшествующих стандартах устанавливалась жесткая зависимость между порядком следования изображений для использования при компенсации движения и порядком следования изображений при воспроизведении. В новом стандарте эти ограничения в значительной мере устранены, что позволяет кодеру выбирать порядок изображений для компенсации движения и для воспроизведения с высокой степенью гибкости, которая ограничена только объемом памяти, гарантирующим возможность декодирования. Устранение ограничения также позволяет в ряде случаев исключить дополнительную задержку, ранее связанную с двунаправленным предсказанием;
• независимость методов обработки изображений и возможности их использования для предсказания движения. В предшествующих стандартах изображения, закодированные с использованием некоторых методов (например, с помощью двунаправленного предсказания), не могли использоваться в качестве опорных для предсказания движения других изображений видеопоследовательности. Устраняя это ограничение, новый стандарт обеспечивает кодеру большую гибкость и во многих случаях возможность использовать для предсказания движения изображение, более близкое по содержанию к кодируемому;
• взвешенное предсказание. Эта новая возможность стандарта позволяет взвешивать и сдвигать сигнал после компенсации движения на величины, указанные кодером. Такая методика может чрезвычайно сильно поднять эффективность кодирования для сцен с изменением освещенности, а также гибко использоваться для других целей;
• улучшенная обработка «пропущенных» (skipped) блоков и блоков с «прямым» (direct) предсказанием движения. В предшествующих стандартах «пропущенные» области изображения, кодируемого с предсказанием, не могли содержать движения, что отрицательно сказывалось на эффективности кодирования, когда кодируемое видео содержало движение сцены в целом. Новый стандарт предполагает возможное наличие движения в «пропущенных» областях. Для областей с двунаправленным предсказанием новый стандарт также предусматривает расширенный метод компенсации движения, известный под названием «прямая компенсация движения», который позволяет улучшить «прямое» предсказание, введенное в приложении к H.263 и MPEG-4;
• направленное пространственное предсказание для внутрикадрового кодирования. Новая методика экстраполяции краев ранее декодированных частей текущего изображения применяется в областях изображений, кодируемых с помощью внутрикадровой методики (то есть без ссылок на содержание других изображений). Эта методика повышает качество сигнала, используемого для предсказания, а также позволяет использовать для предсказания соседние области, которые были закодированы не с помощью внутрикадровой методики (это не допускалось в стандартах H.263 и MPEG-4);
• деблокинговая фильтрация в цикле кодирования. Кодирование видео, основанное на обработке блоков, приводит к искажениям, называемым «блокинг-эффектом» (блочным шумом). Причиной может служить как предсказание, так и кодирование остатков предсказания. Применение адаптивного деблокингового фильтра — хорошо известный метод повышения качества восстановленного видео. При правильном проектировании использование такого фильтра может повысить как субъективное, так и объективное качество. Построенный на основе концепции приложения к стандарту H.263, деблокинговый фильтр в новом стандарте внесен в петлю обратной связи предсказания и компенсации движения. Таким образом, повышение качества изображения может быть использовано в межкадровом предсказании, что, в свою очередь, улучшает возможность предсказания движения других изображений.

В дополнение к улучшенным методам предсказания с целью повышения эффективности кодирования были также расширены другие части стандарта:

• преобразование блоков небольшого размера. Все основные предшествующие стандарты кодирования видео использовали преобразование блоков размером 8×8, в то время как новый стандарт основан, главным образом, на преобразовании блоков 4×4. Это позволяет кодеру представлять сигнал более локально-адаптивным образом, что уменьшает искажения, известные под названием «окантовки» (ringing). Меньший размер блоков также частично оправдан тем, что использование описанных выше методов позволяет лучше предсказывать содержание видео, но при этом требуется обеспечить области преобразования с границами, соответствующими меньшим областям предсказания;
• иерархическое преобразование блоков. Хотя в большинстве случаев использование малых размеров блоков преобразования (4×4) визуально предпочтительнее, есть некоторые сигналы, содержащие существенную корреляцию, для которых выгоднее использовать более длительные базисные функции. Новый стандарт позволяет делать это двумя способами: с помощью иерархического преобразования (для увеличения эффективного размера блоков) для низкочастотной цветностной информации (8×8) и путем предоставления кодеру возможности выбора специального типа внутрикадрового кодирования, позволяющего расширить размер преобразования яркости для низкочастотной информации до размера блока 16×16;
• преобразование с использованием 16-разрядной арифметики. Все предшествующие стандарты требовали от кодеров и декодеров более сложных вычислений при преобразовании, как правило, с использованием 32-разрядной арифметики. Новый стандарт использует только 16-разрядную точность вычислений;
• точное обратное преобразование. В предшествующих стандартах видеокодирования преобразование, используемое для представления видео (дискретное косинусное преобразование — ДКП), оговаривалось только в рамках допустимых ошибок из-за практической нереализуемости точного обратного преобразования. В итоге, каждая реализация декодера могла давать слегка различающееся декодированное видео, обуславливающее несовпадение представления декодированного видео на кодере и декодере, что приводило к снижению эффективного качества видео. Новый стандарт, следуя пути, намеченному в одном из приложений к H.263, первым позволил достичь точного совпадения декодированного видео на всех декодерах;
• арифметическое энтропийное кодирование. В стандарт включен передовой метод энтропийного кодирования, известный как арифметическое кодирование. Хотя арифметическое кодирование включалось как необязательная возможность в стандарте H.263, новый стандарт использует более эффективную методику, называемую CABAC (контекстно-адаптивное двоичное арифметическое кодирование);
• контекстно-адаптивное энтропийное кодирование. В новом стандарте применяются два метода энтропийного кодирования — CAVLC (контекстно-адаптивное кодирование кодами переменной длины) и CABAC (контекстно-адаптивное двоичное арифметическое кодирование); эти методы используют адаптивность, основанную на контексте, что повышает производительность кодирования по сравнению с методиками в предыдущих стандартах.

Устойчивость к ошибкам, потерям данных и гибкость работы в различных сетях в новом стандарте определяются целым рядом новых методик, в том числе таких как:

• структура набора параметров. Набор параметров обеспечивает устойчивую и эффективную передачу заголовочной информации. При использовании предшествующих стандартов потеря нескольких ключевых бит информации (таких как заголовок последовательности или заголовок изображения) может оказывать сильное отрицательное воздействие на процесс декодирования. Для предотвращения такого воздействия новый стандарт предусматривает возможность отделения ключевой информации от остальных данных и обработки ее более гибким специализированным способом;
• синтаксическая структура блока уровня сетевой абстракции (NAL unit). Каждая синтаксическая структура в новом стандарте помещается в логический пакет данных, называемый блоком NAL. Синтаксическая структура блоков NAL предусматривает достаточно большую гибкость для передачи видеоконтента способом, наиболее подходящим для каждого специфического вида сетей;
• гибкий размер слайса. В отличие от жесткой слайсовой структуры MPEG-2, которая уменьшает эффективность кодирования, увеличивая объем заголовочной информации и уменьшая эффективность предсказания, размеры слайсов в новом стандарте задаются очень гибко (как это было ранее в стандарте MPEG-1);
• гибкое упорядочивание макроблоков. В H.264/AVC была разработана новая возможность деления изображения на области, называемые группами слайсов, причем каждый слайс становится независимо декодируемым подмножеством группы слайсов. При эффективном использовании гибкое упорядочивание макроблоков может существенно повысить устойчивость к потере данных путем обработки пространственных зависимостей между областями, которые кодируются в каждом слайсе. Гибкое упорядочивание макроблоков может также использоваться для множества других целей;
• произвольное упорядочивание слайсов. Новый стандарт позволяет посылать и получать слайсы в произвольном порядке относительно друг друга, так как каждый слайс кодированного изображения может быть декодирован независимо от других слайсов (при определенных ограничениях кодирования). Эта возможность, впервые появившаяся в необязательном приложении к стандарту H.263, может снизить задержку в приложениях реального времени, особенно при использовании на сетях, имеющих режим работы «доставка вне очереди» (например, в IP-сетях);
• избыточные изображения. H.264/AVC содержит возможность посылки кодером избыточного представления областей изображений, позволяя воспроизвести области изображений (обычно с некоторой потерей качества), для представления которых данные были потеряны в процессе передачи, что увеличивает устойчивость к потере данных;
• разбиение данных. Некоторые виды кодированной информации для представления каждой области (например, векторы движения и другая информация предсказания) имеют большую значимость для представления видеоконтента, чем другие виды информации. Новый стандарт позволяет разделить синтаксис каждого слайса на части (до трех частей) для передачи в зависимости от категории синтаксических элементов. Эта часть стандарта построена на основе, заложенной в MPEG-4 и необязательном приложении к H.263. В новом стандарте методика упрощена благодаря использованию единого синтаксиса.

Существенно расширяет области применения нового стандарта H.264/AVC поддержка различных форматов представления цветности (YCrCb, RGB и др.), субдискретизации цветности (4:2:0, 4:2:2, 4:4:4), глубины квантования пикселов (8…12 бит на компоненту).

Переход к компьютерным программным технологиям позволяет легче и быстрее внедрять новые стандарты, а также использовать нестандартные эффективные решения.

Рис. 1. Кадр из видеопоследовательности, размер кадра 176×144, 5 кадров/с, 32 кбит/с (справа увеличенный)

Рис. 2. Кадр из видеопоследовательности, размер кадра 224×112, 10 кадров/с, 128 кбит/с (справа увеличенный)

Реализация программного компьютерного кодека дает возможность гибко изменять формат кодирования в зависимости от пропускной способности канала связи. На рис. 1…5 приведены примеры различных динамических изображений, передаваемых по каналам с пропускной способностью 32, 128, 512, 1024, 4096 кбит/с соответственно.

Обеспечение пакетной передачи данных может осуществляться на уровне протокола передачи (RTP), на уровне протокола мультиплексирования (MPEG-2 TS), на уровне протокола кодирования (NAL).

Использование иерархического кодирования позволит обеспечить распространение видеоинформации в сложных сетях с различной пропускной способностью отдельных сегментов.

Современное состояние и перспективы развития IP-видеотехнологий показывают, что классическое телевидение в скором времени станет таким же архаичным, каким в настоящее время стал телеграф.

Рис. 3. Кадр из видеопоследовательности, размер кадра 352×176, 30 кадров/с, 512 кбит/с (справа увеличенный)

Рис. 4. Кадр из видеопоследовательности, размер кадра 400×176, 25 кадров/с, 1 Мбит/с (справа увеличенный)

Литература

1. Internet Television, edited by Eli Noam, Jo Groebel, Darcy Gerbarg, Lawrence Erlbaum Associates, Publishers, 2004.

2. Технологии Video over IP // www.isp-planet.com/ru/solprod/ipv.

3. Predicting the Shape of TV Over IP, Gerry Blackwell // www.cti/technology/2004/tvoip. html.

4. Дворкович  А. В. Проблемы и перспективы IP TV // 8 Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение», 29-31 марта 2006, Москва, доклады, т. 1.

5. Russia e-readiness assessment: analytical report / Ed. by Sergey Shaposhnik — Moscow: Institute of the Information Society, 2004.

Рис. 5. Кадр из видеопоследовательности, размер кадра 720×480, 25 кадров/с, 4 Мбит/с

6. Андрей Олин. Информационная безопасность России становится реальностью // Финансовые Известия, 22.02.2006.

7. Michael Topic, Streaming Media Demystified, McGraw-Hill, 2002.

8. Jack  Y. B. Lee, Scalable Continuous Media Streaming Systems, Architecture, Design, Analysis and Implementation, John Wiley & Sons, 2005.

9. David Austerberry, The Technology of Video and Audio Streaming, Second Edition, Focal Press, 2005.

10. ITU-R Report BT.2053, Large Screen Digital Imagery, 2005.

11. ITU-R Document 6-9/125-E, Report on Recent Progress of Expanded Hierarchy of LSDI Systems, February 2006.

12. IPTV: The Need for Standards, Jean-Francois Fleury // www.isma.tv)/technology/white-papers/ Paper-IBC-FleuryJF_finalPROTECTED. pdf.

13. Семенов  Ю. А. Телекоммуникационные технологии, http://book. itep. ru.

Keith Jack, Video Demystified, A Handbook for the Digital Engineer, Fourth Edition, Elsevier, 2005.

14. Mohammed Ghanbari, Standard Codecs: Image Compression to Advanced Video Coding, The Institution of Electrical Engineers, 2003.

15. Joint Video Team of ITU-T and ISO/IEC JTC 1, «Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video Specification (ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC)», Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG and ITU-T VCEG, JVT-G050, March 2003.

16. ITU-T and ISO/IEC JTC 1, «Generic coding of moving pictures and associated audio information — Part 2: Video», ITU-T Recommendation  H.262 — ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2), November 1994.

17. ITU-T, «Video Codec for Audiovisual Services at px64 kbit/s», ITU-T Recommendation  H.261, Version 1: November 1990; Version 2: Mar. 1993.

18. ITU-T, «Video coding for low bit rate communication», ITUT Recommendation  H.263; version 1, November 1995; version 2, Jan. 1998; version 3, Nov. 2000.

19. ISO/IEC JTC1, «Coding of audio-visual objects — Part 2: Visual», ISO/IEC 14496-2 (MPEG-4 visual version 1), April 1999; Amendment 1 (version 2), February, 2000; Amendment 4 (streaming profile), January, 2001.

20. T. Wiegang, G. J. Sullivan, G. Bjontegaard, and A. Luthra, «Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard», IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, July 2003.

21. Дворкович  А. В. Эффективное кодирование видеоинформации в новом стандарте H.264/AVC // Труды НИИР, 2005.