فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

دل شکسته 
  بازدید : 50
پنجشنبه 5 اسفند 1400 زمان : 9:25 


1
2
3
4
5

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

اصطلاح Video Compression يا فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته دسته اي از اقدامات نرم افزاري براي کاهش حجم تصاوير ضبط شده و در عين حال حفظ کيفيت آنهاست. روش هاي گوناگوني براي فشرده سازي در سيستم هاي مداربسته وجود دارند. فشرده سازي در ضبط تصاوير و فيلم دوربين مداربسته در ميزان هزينه هاي ذخيره سازي نقش مهمي دارد. حجم داده هاي تصويري به خودي خود بالاست و زماني که کيفيت تصوير بالا باشد اين حجم بيشتر است. چگونه مي توان هم تصاوير بيشتري ذخيره نمود و هم کيفيت را از دست نداد. فرمت هاي مختلف فشرده سازي براي اين منظور معرفي شدند و هر بار نسخه جديدتري با عملکرد بهتر به آنها اضافه شد. به عنوان مثال فرمت هاي فشرده سازي JPEG ،Wavelet، JPEG 2000،MPEG-2 ،MPEG-4 ، H.264 و MPEG-7 که توسعه آنها موجب بهبود نتايج شد.

فشرده سازي فيلم چطور صورت مي گيرد؟

پيش از بررسي روش هاي فشرده سازي فيلم بايد کمي با روش هاي ساده فشرده سازي تصوير يا عکس آشنا شويم. براي فشرده سازي يک عکس روشهاي بسيار متفاوتي وجود دارد که هر يک فرمولاسيون نرم افزاري خود را دارند اما دو روش بسيار رايج JPEG و PNG هستند. بايد بدانيد در شکل خام (BMP)، يک عکس به صورت پيکسل هاي يک به يک ضبط مي شود، يعني اطلاعات هر پيکسل به صورت جداگانه ثبت مي شود که شامل ميزان روشنايي، رنگ و محل پيکسل است. از کنار هم گذاشتن اين اطلاعات يک عکس کامل ساخته مي شود. اين روش طبيعتا ظرفيت بسيار بالايي را اشغال مي کند.

در روش JPEG، نرم افزار با پيدا کردن پيکسل هاي نزديک به هم و ضبط شباهت آنها از نظر رنگي به جاي ثبت پيکسل به پيکسل تصوير، تصوير را به صورت مجموعه اي از شکل هاي رنگي ثبت مي کند (البته اين فقط اصل عملکرد JPEG است، جزئيات نرم افزاري فشرده سازي بسيار گسترده است). در روش PNG عکس به صورت يک فرمول از شکل هايي با رنگ هاي مختلف در مي آيد.

مثلا اگر دايره اي در مرکز تصوير است اين دايره به صورت فرمول يک دايره ثبت مي شود. روش JPEG معمولا در فشرده کردن عکس هاي واقعي بالاترين بهره وري را دارد در حالي که روش PNG براي فشرده سازي طراحي هاي کامپيوتري و ICON ها بهينه است. تقريبا تمام روشهاي فشرده سازي فيلم ها بر پايه JPEG ساخته شده اند. چراکه بيشتر فيلم ها از تصاوير واقعي تشکيل شده اند و اين روش بهينه تر خواهد بود. البته در فشرده سازي فيلم پا را يک قدم فراتر از روش JPEG مي گذارند.

در روش‌هاي رايج فشرده سازي فيلم مانند MPEG گذشته از بررسي پيکسل هاي کنار هم در تصوير، پيکسل هاي مشابه در بين فريم ها هم شناسايي مي شود و به يک مجموعه ثبت مي شوند. در واقع در اين روش، اگر تصوير در بين فريم ها تغييرات زيادي نداشته باشد به مراتب فشرده تر مي شود. اين باعث مي شود قسمت هايي از تصوير که فاقد اتفاقات مهم و حرکت هستند ظرفيت زيادي اشغال نکنند. البته موارد گفته شده تنها پايه هاي فشرده سازي ديجيتال هستند، روشهاي امروزي براي تشخيص شباهت ها در تصاوير و بين فريم ها از مکانيزم هاي بسيار پيچيده اي استفاده مي کنند تا بتوانند نهايت فشرده سازي را در يک فيلم بدون کاهش کيفيت انجام دهند.

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته به چه صورت انجام مي گيرد؟

دوربين هاي آنالوگ فاقد پردازشگر هستند، پس نمي توانند تصوير را فشرده کنند. اين دوربين هاي تصاوير را به صورت غير فشرده براي دستگاه DVR مي فرستند و فشرده سازي در اين دستگاه انجام مي شود. در دوربين هاي تحت شبکه فشرده سازي تصاوير در داخل دوربين انجام مي شود.

نسل اول از دوربين هاي مداربسته از روش هاي بسيار ساده مانند JPEG يا MPEG استفاده مي کردند. اما امروزه تقريبا تمام دوربين هاي مداربسته حداقل از روش H.264 استفاده مي کنند. در چند سال اخير يک روش بسيار پيشرفته به نام H.265 يا HEVC هايک ويژن براي فشرده سازي مورد استفاده قرار مي گيرد که تا 4 برابر موثرتر از H.264 است.

دوربين هاي مداربسته هايک ويژن از چه روشي براي فشرده سازي استفاده مي کنند؟

دوربين هايک ويژن از روش H.264 يا H.264+ (نمونه پيشرفته همان روش با مشخصاتي مشابه H.265) استفاده مي کند. نوع روش فشرده سازي تصاوير در کاتالوگ دوربين يا دستگاه ذخيره ساز نوشته شده است. اما جديدترين ورژن فشرده سازي تصاوير که توسط خود شرکت هايک ويژن ابداع شده است فشرده سازي H.265+ است. تفاوت اصلي آن از نظر عملکرد نسبت به نسخه هاي قبلي، کاهش ميزان بيت ريت (تعداد بيت هايي که در يک واحد منتقل يا پردازش مي شوند) و کاهش مصرف پهناي باند (ميزان انتقال داده ها در بيت در ثانيه (بيت / ثانيه) در آن است.

فشرده سازي H.264 در دوربين مداربسته هايک ويژن

264 در سال 2003 توسعه يافت. همچنين به عنوان کدگذاري پيشرفته ويدئو (AVC) شناخته مي شود، اين فرمت پرکاربردترين فرمت براي ضبط، فشرده سازي و توزيع ويدئو است. H. 264 يک استاندارد شناخته شده فشرده سازي ويدئو براي فيلم هاي ديجيتال با کيفيت بالا محسوب مي شود. H. 264 که با نام MPEG-4 Part 10 يا Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC) نيز شناخته مي شود، چندين سطح از حداکثر بيت ريت و وضوح را تعريف مي کند. در سطح بالا، مقدار يکنواختي در پارامترهاي فشرده سازي براي هر کدک وجود دارد. در تمام آنها حفظ کيفيت مورد نظر است اما بيت استريم رمزگشايي پيچيده اي دارد. در واقع سطوح H.264 حداکثر داده و وضوح تصوير را تعيين مي کند.

ساير فرمت هاي فشرده سازي در دوربين مداربسته

Motion JPEG

M-JPEG فرمت فشرده سازي تصوير دوربين مداربسته از فرمت JPEG گرفته شده است. JPEG تکنيک فشرده سازي از نوع lossless است. به اين مفهوم که اطلاعات کمي از تصوير حذف در جريان فشرده سازي حذف مي کند. Motion-JPEG يک جريان ويديويي از عکس هايي را ايجاد مي کند که با فرمت JPEG فشرده شده باشند.

MPEG

پس از M-JPEG فرمتي ديگر جهت فشرده سازي توسط گروه Motion Picture Expert Group طراحي و معرفي شد. اساس کار اين استاندارد به اين نحو است که قسمت هاي اضافي يا مشابه را حذف مي کند. بخش هاي حذف شده نه تنها در هر تصوير بلکه در بين تصاوير مختلف و مجاور نيز شناسايي و حذف مي شود.

MPEG-1

در MPEG-1 از هر تصوير سه فريم متفاوت ساخته مي شود. فريم اول شامل (l-frame) تمام خصوصيات و اطلاعات مربوط به ساخت تصوير است. فريم دوم P-frame يا فريم پيش بيني نام دارد اين فريم از فريم اول، تصوير قبلي ايجاد شده است. از آن براي ايجاد تصوير بعدي استفاده مي شود. سومين فريم با نام B-frames که به آن فريم پيش بيني دوتايي نيز گفته مي شود از دو فريم قبلي و بعدي ساخته مي شود. اين روش فشرده سازي بخش هاي تکراري و زائد را در هر تصوير حذف مي کند. علاوه براين بين تصاوير مختلف نيز با استفاده از مقايسه فريم ها با يکديگر، بخش هاي تکراري را حذف خواهد کرد. نتيجه اين فشرده سازي، کاهش بيشتري از حجم تصوير نسبت به روش JPEG است.

MPEG-2 و MPEG-3

MPEG-2 نسخه پيشرفته MPEG است. به عبارت ديگر حاصل اين فرمت کم حجم تر از نتيجه فرمت فشرده سازي MPEG است. اما فرمت فشرده سازي MPEG-3 که ساختاري مشابه MPEG-1 دارد. با اين تفاوت که تصاوير فشرده شده با MPEG-3 با کيفيت بهتري خواهد بود.