С появлением нового стандарта кодирования H.264 оборудование для видеоконференций получило мощный импульс для дальнейшего развития. Значительно улучшенная, по сравнению с предыдущими видеокодеками, эффективность кодирования экономит, прежде всего, пропускную способность с сохранением прежнего качества. А благодаря более высокой устойчивости к ошибкам стандарт Н.264 менее зависим от помех в сети.

Новый стандарт кодирования изображения H.264 официально одобрен Международным союзом телекоммуникаций (International Telecommunications Union, ITU) 30 мая 2003 г. Будучи еще в стадии подготовки, он вызвал интерес многих пользователей видеоконференций, поскольку обещал значительное улучшение качества передачи. Стандарт впервые появился на повестке дня сообщества ITU по технической стандартизации видео более восьми лет назад. Уже тогда разработчики исходили из того, что процессоры и модули памяти со временем заметно подешевеют, а потому производительность компрессии изображения значительно улучшится. Так называемым проектом H.26L стала заниматься экспертная группа ITU по вопросам кодирования изображения (Video Coding Experts Group, VCEG). В декабре 2001 г. вместе с экспертной группой по вопросам движущегося изображения (Motion Pictures Experts Group, MPEG) она создала общую команду (Joint Video Team, JVT). В результате совместной работы появился теперешний видеостандарт Н.264 — известный также как H.26L, кодек JVT, ISO/IEC 14496-10, MPEG-4, часть 10, и MPEG-4 AVC. Microsoft, Nokia, Real Networks, Polycom и другие компании активно содействовали его развитию.

ЛУЧШЕЕ КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ ИЛИ МЕНЬШАЯ ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ

От применения стандарта H.264 выигрывают пользователи видеоконференц-связи, так как получают улучшенное качество изображения при той же пропускной способности или привычное качество изображения при вдвое меньшей пропускной способности. Предыдущим видеоалгоритмам (Н.261 и Н.263) требуется значительно большая пропускная способность для обеспечения приемлемого качества видеосеанса в реальном времени.

На качество изображения влияют два фактора: частота воспроизведения изображения и разрешающая способность. Система видеоконференц-связи передает информацию участникам конференции в других помещениях по коммуникационным каналам с ограниченной емкостью, из-за чего они, как правило, не способны обеспечить передачу без помех. Для достижения высокого качества изображения видеосигнал должен быть терпим к возникающим ошибкам.

Обычно коммуникационные каналы не в состоянии обеспечить нужную скорость для передачи полного видеосигнала, так что системы видеоконференц-связи должны эти сигналы сжимать, чтобы он мог «поместиться» в канале. Этап сжатия приводит к потере части первоначального содержания сигнала: чем заметнее он должен быть сжат, тем выше вероятность его искажения. Следовательно, если из-за ограничений емкости канала степень сжатия оказывается слишком большой, то для получения более качественного изображения может оказаться целесообразным уменьшение разрешающей способности.

Итак, ожидаемое качество изображения зависит от скорости передачи битов по коммуникационному каналу. Если, например, пользователи видеосистемы привыкли к скорости передачи данных 768 Кбит/с, то в случае Н.264 им достаточно пропускной способности лишь в 384 Кбит/с. Преимущества стандарта Н.264 очевидны: существующую коммуникационную инфраструктуру можно использовать более эффективно, а доступность и рентабельность высококачественных видеоконференций значительно повышаются. Кроме того, структура стандарта Н.264 (комбинация методов сжатия, которые он предлагает) намного проще, по сравнению с Н.263.

УПРОЩЕННАЯ СИСТЕМА ПРОФИЛЕЙ

Для стандарта Н.263 в теории предусматривается свыше миллиона комбинаций режимов работы; это означает, что на практике между реализациями различных производителей часто используется только базовый режим. Для Н.264 определены три профиля: базовый, основной и расширенный. Благодаря высокой устойчивости к ошибкам и низкой задержке на кодирование, базовый профиль превосходно подходит почти для всех приложений видеоконференций. Это особенно актуально, когда видеоданные передаются по динамическим сетям, как, например, в Internet с низкой доступной пропускной способностью. Базовый профиль поддерживает частоты обновления изображения, обычно применяемые в прикладных системах для видеоконференций (15 или 30 изображений в секунду). Основной и расширенный профили запланированы для широковещательного видео, такого, как широковещательное телевидение или DVD.

УЛУЧШЕНИЕ КАЧЕСТВА БЛАГОДАРЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ

Следующим преимуществом стандарта Н.264 является значительно улучшенная производительность при наличии помех и ошибок в сети — благодаря гибкому упорядочению макроблоков (Flexible Macroblock Ordering, FMO). FMO — эксклюзивная для стандарта Н.264 функция кодирования, на ее основе реализованы эффективные алгоритмы подавления ошибок в реальном времени. Это означает, что при помехах в сети, обычно приводящих к потере видеоданных, качество изображения слегка ухудшится, однако передача изображения не прекратится.

На Рисунке 1 представлены преимущества, которые Н.264 может дать пользователю видеоконференций. По оси Y откладывается значение отношения сигнала к помехе (Signal-to-Noise Ratio, SNR), оно характеризует соответствующее качество изображения для определенной пропускной способности. Две точки сравниваются друг с другом при различных скоростях передачи данных. Если, например, ожидаемое качество изображения сравнить при использовании кодеков MPEG-2 и Н.264, то в результате получим следующее: пользователю MPEG-2 потребуется 150 Кбит/с для получения видеоизображения такого же качества, что и пользователю Н.264, которому достаточно лишь половины скорости — около 70 Кбит/с.

Рисунок 1. Отношение сигнал/помеха в сравнении со скоростью передачи для различных кодеков изображения.

ПРИЛОЖЕНИЯ НА БАЗЕ СТАНДАРТА Н.264

Потоковое видео через Internet, цифровая спутниковая связь, телевизионные системы DVD и видеоконференции через соединения с узкой пропускной способностью — эти приложения только-только появились или еще не существовали, когда разрабатывался стандарт Н.263. В результате стремительно увеличившейся производительности сжатия у технологии Н.264 видеоприложения могут теперь извлечь выгоду из более высокого качества при меньших затратах. Помимо этого, также будут появляться новые видеоприложения, ранее отвергнутые по экономическим или техническим причинам. Таким образом, к числу популярных приложений, включая немедленный обмен сообщениями, музыка формата MP3 или так называемые журналы Web, добавятся не менее значимые приложения, способствующие распространению технологии Н.264.

СОВМЕСТИМОСТЬ КАК ФАКТОР УСПЕХА

Разумеется, отрасль видеоконференц-связи лишь тогда сможет извлечь выгоду из стандарта Н.264, когда новая технология будет широко использоваться, для чего сквозные стандарты для видео, сигнализации и транспорта технологии Н.264 должны быть согласованы друг с другом. Однако это не гарантирует полного разрешения проблемы совместимости, разве что производители оборудования для видеоконференций, тщательно проводя множество тестов, обеспечат высокий уровень совместимости и тем самым дружелюбность к пользователю. Тема совместимости между конечными точками и продуктами инфраструктуры и ее улучшение между всеми продуктами видеоконференции поднимается каждый год. Международный консорциум по мультимедийным телекоммуникациям (International Multimedia Telecommunication Consortium, IMTC) — объединение таких компаний, как провайдеры услуг Internet и разработчики приложений, производители и разработчики аппаратного и программного обеспечения, конечные пользователи и некоммерческие организации — заботится о том, чтобы эти стандарты соответствующим образом применялись внутри отрасли.

ВЫВОД

Стандарт Н.264 обладает потенциалом, способным объединить некогда раздельные рынки видеоэлектроники и видеотелекоммуникаций. Если технология Н.264 оправдает ожидания, тогда видеоконференция, инициатором которой является, например, оборудование компании Polycom, будет доступна владельцам карманных проигрывателей для фильмов, телевизоров с кабельной приставкой или портативных камер. А это означает, что изображение можно будет передавать в видеоконференцию или в кабельную телевизионную сеть с мобильного телефона 3G. Как только стандарт начнет применяться, это откроет совершенно новые возможности для использования видеокоммуникаций, до сих пор еще не оцененные в полной мере.

Тим Рут — главный технический специалист по видеооборудованию компании Polycom. С ним можно связаться через сайт: http://www.policom.com.

? AWi Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями