Видеокодирование

Как работает видеокодирование

Видеокодирование обычно включает несколько этапов обработки изображения. Кодек анализирует последовательность кадров и определяет, какие данные можно сохранить в меньшем объеме.

При этом используются два основных типа избыточности:

• пространственная — похожие элементы внутри одного кадра можно описать более эффективно;
• временная — соседние кадры часто отличаются незначительно, поэтому нет необходимости каждый раз передавать изображение полностью.

Поэтому видеопоток может состоять из полноценных кадров и кадров, содержащих преимущественно информацию об изменениях относительно других кадров.

После кодирования полученный поток может передаваться по сети или сохраняться в файл. Для просмотра или дальнейшей обработки его необходимо декодировать.

Упрощенно процесс выглядит так:

исходное видео → кодирование → сжатый видеопоток → передача или хранение → декодирование → изображение.

Кодек и видеокодирование

Для кодирования и декодирования видео используются видеокодеки. Кодек определяет алгоритмы, по которым видеоданные сжимаются и затем восстанавливаются.

Среди распространенных стандартов:

• H.264 (AVC) — широко используемый стандарт видеокодирования;
• H.265 (HEVC) — более современный стандарт, позволяющий эффективнее сжимать видео при сопоставимом качестве;
• AV1 — открытый современный видеокодек с высокой эффективностью сжатия.

Выбор кодека зависит от требований к качеству изображения, вычислительным ресурсам, задержке и пропускной способности канала.

Битрейт и качество видео

Один из ключевых параметров видеокодирования — битрейт, то есть объем данных, используемый для передачи или хранения видео за единицу времени.

При увеличении битрейта обычно можно сохранить больше деталей изображения, однако одновременно увеличивается объем данных. При слишком сильном сжатии появляются визуальные артефакты: блоки, потеря мелких деталей, размытость и другие искажения.

Поэтому при настройке видеокодирования необходимо учитывать баланс между:

• качеством изображения;
• размером видеопотока;
• пропускной способностью канала;
• вычислительной нагрузкой;
• задержкой передачи.

Видеокодирование в БПЛА

В беспилотных системах видеокодирование используется для подготовки изображения с бортовой камеры к передаче по каналу связи или сохранению.

Камера может формировать видеоданные с высоким разрешением и частотой кадров, которые в исходном виде требуют значительной пропускной способности. Перед передачей данные могут обрабатываться и кодироваться на бортовом компьютере или специализированном видеопроцессоре.

После этого сжатый видеопоток передается на наземную станцию, сервер или другое устройство, где выполняется декодирование.

Таким образом, видеокодирование является одним из элементов и непосредственно влияет на объем передаваемых данных, качество получаемого изображения и задержку.

Видеокодирование и компьютерное зрение

Видеокодирование также необходимо учитывать, если получаемое изображение используется алгоритмами компьютерного зрения.

Сильное сжатие может приводить к потере мелких деталей, которые важны для автоматического анализа. Поэтому для задач компьютерного зрения параметры кодирования выбираются с учетом не только того, насколько хорошо изображение выглядит для человека, но и того, насколько хорошо алгоритм может обработать получаемые данные.

В некоторых системах анализ изображения выполняется до кодирования, непосредственно на борту. В этом случае алгоритм компьютерного зрения работает с исходными или минимально обработанными данными, а уже после анализа видеопоток кодируется для передачи пользователю.

Задержка при видеокодировании

Кодирование и декодирование требуют вычислительных ресурсов и могут увеличивать задержку видеотракта.

Для передачи видео в реальном времени используются настройки и кодеки, позволяющие сократить время обработки. При этом слишком агрессивное снижение задержки может потребовать увеличения битрейта или привести к снижению эффективности сжатия.

Поэтому для каждого сценария необходимо подбирать параметры видеокодирования с учетом требований к качеству, скорости передачи и доступным вычислительным ресурсам.

Кратко

Видеокодирование — это преобразование и сжатие видеоданных для их эффективного хранения или передачи. Оно позволяет значительно уменьшить объем видеопотока, сохраняя необходимое качество изображения. В БПЛА видеокодирование используется как часть видеотракта и влияет на качество получаемого изображения, нагрузку на канал связи, вычислительные ресурсы и задержку передачи.