MPEG-4 - это международный стандарт, используемый преимущественно для сжатия цифрового аудио и видео. Он появился в 1998 году, и включает в себя группу стандартов сжатия аудио и видео и смежные технологии, одобренные ISO — Международной Организацией по стандартизации/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG). Стандарт MPEG-4 в основном используется для вещания (потоковое видео), записи дисков с фильмами на компакт-диски, видеотелефонии (видеотелефон), и широковещания, в которых активно используется сжатие цифровых видео и звука.

Формат MPEG-4 предоставляет конечным пользователям широкий спектр возможностей, позволяющих взаимодействовать с различными анимированными объектами.

• Мультиплексирование и синхронизация данных, связанных с медийным объектом, в том смысле, что они могут быть переданы через сетевые каналы.

• Аудио потоки, видео и аудиовизуальные данные могут быть как естественными, так и искусственно созданными. Это означает, что они могут быть как записаны на видеорегистратор или микрофон, так и созданы с помощью компьютера и специального программного обеспечения.

• MPEG-4 обеспечивает технологии, позволяющие осуществлять доступ не к пикселам, а к объектам, просматривать их и манипулировать ими.

• MPEG-4 отличается большой устойчивостью к ошибкам и работой с несколькими диапазонами значений скорости передачи данных.

• Сфера применения стандарта варьируется в широком диапазоне от цифрового телевидения, мультимедийных данных в мобильных коммуникациях, игр и до видеонаблюдения.

Главное отличие MPEG-4 от предыдущих стандартов заключается в его объектно-ориентированной аудиовизуальной модели. В рамках этой модели в каждой сцене присутствуют объекты, которые имеют связи между собой во времени и пространстве, что дает ряд преимуществ. Стандарт MPEG-4 открывает пользователям новые возможности для создания, редактирования, доступа и потребления аудиовизуальной информации. В основе технологии MPEG-4 лежит объектно-ориентированный подход, где сцена моделируется как состоящая из объектов, как естественных, так и синтезированных, с которыми пользователь может взаимодействовать. Работа с объектами (особенно с синтезированными) и интерактивность лежат в основе MPEG-4, но, к сожалению, в системах видеонаблюдения это не нашло применения.

Компенсация движения основана на блоках с соответствующей модификацией для границ объектов. Размер блоков может быть 16x16 или 8x8 с половинным разрешением в пикселах. MPEG-4 также обеспечивает режим компенсации движения с наложением. Кодирование текстур объектов основано на DCT-преобразовании в блоках 8x8 с соответствующей модификацией для границ объектов. Для повышения эффективности кодирования также возможно предсказание коэффициентов. Статичные текстуры могут быть закодированы с использованием вейвлет-преобразования. Устойчивость к ошибкам обеспечивается за счет маркеров ресинхронизации, декомпозицией данных и другими методами. Масштабируемость обеспечивается как для пространственного, так и временного улучшения разрешения. MPEG-4 обеспечивает масштабируемость на уровне объектов с тем ограничением, что форма объекта должна быть прямоугольной. В системах видеорегистрации это, возможно, самое полезное свойство, так как с ним связано масштабирование потоков для передачи по низкоскоростным каналам связи.

На рисунке - Иллюстрация поблочной компенсации движения.

Стандарт MPEG-4 был оптимизирован для передачи данных в трех диапазонах скоростей: менее 64 кбит/с, 64 — 384 кбит/с и 384 кбит/с — 4 Мбит/с.

MPEG-4 предлагает набор инструментов и технологий, которые пригодны для различных областей применения как в существующих приложениях, так и в тех, которые появятся в будущем. Низкие скорости передачи данных и устойчивость к ошибкам позволяют использовать MPEG-4 для надежной передачи по низкоскоростным радиоканалам, что удобно для мобильных видеофонов, коммуникаций в космосе и, конечно, в видеонаблюдении. Для высоких скоростей передачи данных в MPEG-4 предусмотрены инструменты, которые упрощают передачу и хранение видео высокого качества, пригодного для телевизионных студий и других задач, требовательных к качеству видео. В процессе развития стандарта возникло несколько версий MPEG-4, которые поддерживают больше скоростей передачи данных, чем MPEG-2.

Основным применением стандарта MPEG-4 вне индустрии безопасности является размещение интерактивного видео в сети Интернет. Сейчас очень популярно программное обеспечение, которое позволяет поместить «живое» видео MPEG-4 на страницах сайта.

MPEG-4 может работать с чересстрочной и прогрессивной разверткой, хотя последняя редко используется в видеонаблюдении. Поддерживается формат оцифровки 4:2:0. Это означает, что количество отсчетов при оцифровке цветоразностных сигналов СЬ и Сг составляет половину от количества отсчетов яркостного сигнала как по горизонтали, так и по вертикали. Для каждой компоненты допускается квантование от 4 до 12 бит.

Также как и в MPEG-2, в стандарте MPEG-4 имеется несколько различных профилей (Simple Profile, Core Profile и Main Profile).

• Профили Simple Profile и Core Profile работают с видео формата QCIF и CIF со ско- ростью передачи данных 64 кбит/с, 128 кбит/с, 384 кбит/с и 2 Мбит/с.

• Профиль Main Profile может работать с разрешением CIF (352x288), полнокадровым разрешением, рекомендованным ITU-R 601 (720x576), и высоким разрешением HDTV (1920x1080).

Поддерживаются скорости передачи данных 2 Мбит/с, 15 Мбит/с и 38.4 Мбит/с.

MPEG-4 разрабатывался не как монолитный стандарт, а скорее как набор инструментов, которые вместе с профилями обеспечивают решение конкретных задач. Хотя MPEG-4 представляет собой достаточно обширный стандарт, он имеет такую структуру, которая позволяет получать доступ к разным инструментам по мере необходимости. Каждый разработчик может выбрать из обширного стандарта MPEG-4 только тот инструментарий, который ему требуется, что с большой долей вероятности будет представлять очень незначительную часть стандарта.

Цифровые видеорегистраторы, работающие с MPEG-4 становятся все более популярными в системах видеонаблюдения, хотя они и используют разные профили MPEG-4 и, таким образом, отличаются по качеству изображения между собой.

MPEG-4 не заменяет, как считают некоторые, стандарт MPEG-2, но предлагает большую гибкость в работе на низкоскоростных каналах связи и позволяет передавать практически «живое» видео при скорости передачи 256 кбит/с. Некоторые производители включают MPEG-4 в свои цифровые видеорегистраторы для удаленного просмотра и управления, тогда как для локальной записи используются другие алгоритмы сжатия.

Ведутся разработки и новых стандартов в ITU-T и ISO. Последняя версия MPEG-4 и новый стандарт Н.264 позволят повысить уровень сжатия до такой степени, что фильмы с высоким разрешением (HDTV) можно будет записывать на DVD-диски высокой емкости.