دوشنبه , ۲۸ خرداد ۱۳۹۷
خانه / مقالات / مقالات نظارت تصویری / تکنولوژی‌های فشرده‌سازی در نظارت تصویری
maxresdefault (1)

تکنولوژی‌های فشرده‌سازی در نظارت تصویری

با پیشرفت تکنولوژی ذخیره‌سازی و جایگزین شدن نوارهای ویدئویی وی‌اچ‌اس با هارد دیسک‌ها، فشرده‌سازی و ذخیره‌سازی ویدئو به مسئله مهمی برای طراحان سیستم‌های نظارت تصویری تبدیل شد. همچنین با رواج دوربین‌های تحت شبکه و اِن‌وی‌آرها به جای دوربین آنالوگ و دی‌وی‌آر، نحوه فشرده‌سازی و ذخیره ویدئو دوباره مورد توجه قرار گرفت.

در این مقاله به انواع تکنولوژی‌های فشرده‌سازی و ویژگی‌های آن‌ها پرداخته شده است.

__________________________________________________________________

وقتی یک دوربین آنالوگ به دی‌وی‌آر متصل می‌شود فشرده‌سازی ویدئو در دی‌وی‌آر انجام می‌شود، اما در مورد دوربین‌های تحت شبکه فشرده‌سازی درون دوربین انجام می‌شود و سپس ویدئوی فشره شده به اِن‌وی‌آر ارسال می‌شود.

امروزه انواع تکنولوژی‌های فشرده‌سازی در بازار موجودند، اما هیچ استاندارد مشخصی ایجاد نشده است. غالبا، نصابان به فایل‌ها و سایز دیسک و بازه زمانی ویدئوی ذخیره شده فکر می‌کنند غافل از اینکه فشرده‌سازی ویدئو روی طراحی سیستم نظارت تصویری اعم از سخت‌افزار، سیستم‌های انتقال تصویر، سرعت و موفقیت در انجام تحقیقات بر اساس مدارک تصویری موجود تاثیر بسزایی دارد.

تکنولوژی‌های فشرده‌سازی

در نظارت تصویری از دو تکنولوژی فشرده‌سازی زمانی و فریم به فریم با ویژگی‌های متفاوت استفاده می‌شود. درک این تفاوت‌ها به طراح سیستم کمک می‌کند تا تکنولوژی فشرده‌سازی متناسب با اهداف و الزامات پروژه را انتخاب کند.

فشرده‌سازی فریم به فریم

در فشرده‌سازی فریم به فریم[۱] هر فریم تصویر با استفاده از یک الگوریتم فشرده‌سازی، فشرده می‌شود و نتیجه مجموعه ای از تک تک تصاویر فشرده شده است.

این روش مزایایی نسبت به فشرده‌سازی زمانی دارد. از آنجاییکه تک تک فریم‌ها فشرده شده‌اند، نیازی به اطلاعات فریم‌های دیگر نیست و به این ترتیب فشرده‌سازی و ارسال تصاویر از دوربین سریع‌تر انجام می‌شود. با توجه به اینکه هر فریم بطور مستقل قابل دسترسی است، می‌توان دسترسی سریع‌تری به ویدئوی ذخیره شده داشت. در اکثر شرایطی که نیاز به امنیت بالا است، ارائه ویدئوی ذخیره شده بصورت مجموعه‌ای از فریم‌های ویدئویی مستقل مانع از ایجاد مشکل فریم‌های نامعتبر تولید شده توسط فرآیند ذخیره‌سازی است. جی‌پگ و جی‌پگ ۲۰۰۰ دو تکنولوژی اصلی فشرده‌سازی با روش فریم به فریم هستند.

JPEG

از فشرده‌سازی جی‌پگ، که برای اولین بار در سال ۱۹۹۲ معرفی شد، برای تصاویر استاتیک در دوربین‌های دیجیتال و اینترنت استفاده می‌شود. فشرده‌سازی جی‌پگ مبتنی بر بلوک‌هایی از پیکسل‌ها معمولا با سایز ۸×۸ برای فشرده‌سازی اطلاعات در یک تصویر و کاهش سایز فایل است.

JPEG2000

استاندارد جی‌پگ۲۰۰۰ در صنایع مختلف از سینمای دیجیتال گرفته تا تصاویر رادیولوژی و… که در تشخیص‌ بیماری‌ها به کار می‌روند، آرشیو کردن مدارک، تصاویر ماهواره‌ها و دیگر تجهیزات نظامی به کار می‌رود. در فشرده‌سازی جی‌پگ۲۰۰۰، اندازه فایل تصویر فشرده شده و پهنای باند مصرفی ۳۰% کمتر از تصویر فشرده شده با جی‌پگ با همان کیفیت است.

جی‌پگ۲۰۰۰ برای حفظ اطلاعات اضافی که سنسورها تولید می‌کنند طراحی شد. ویژگی مهم دیگر جی‌پگ۲۰۰۰ مقیاس‌پذیری آن به رزولوشن‌های بیشتر است. جی‌پگ۲۰۰۰ را می‌توان به رزولوشن‌های بالاتر از   ام‌پِگ۴ مقیاس کرد.

فشرده‌سازی زمانی

فشرده‌سازی زمانی، فشرده‌سازی اطلاعات در یک فریم و آنالیز تغییرات بین فریم‌ها است. نتیجه ویدئواستریمی است که فشرده شده است به جای تعدادی فریم که هر یک فشرده‌سازی شده‌اند. معمولا، در این روش فشرده‌سازی تغییرات بین فریم‌ها ذخیره می‌شوند وکل فریم‌ها فقط بصورت پریودیک ذخیره می‌شوند. گرچه در این روش پهنای باند کاهش می‌یابد اما ممکن است بخشی از اطلاعات از دست برود. ام‌پِگ۴ و اچ‌۲۶۴ دو تکنولوژی اصلی فشرده‌سازی زمانی هستند که در نظارت تصویری به کار می‌روند.

MPEG-4

شیوه فشرده‌سازی ام‌پِگ۴ همانند فشرده‌سازی جی‌پگ برای کاهش سایز فایل یک تصویر دیجیتال است، اما انواع متفاوتی از فریم‌ها در ویدئو را به عنوان گروه تصاویر[۲] به جای تصاویر مستقل کدگذاری می‌کند. گروه تصاویر شامل سه نوع فریم است: فریم‌های I[3]، [۴]P و [۵]B. آی-‌فریم‌ها تصاویری هستند که مانند تصاویر تولید شده با استفاده از فشرده‌سازی جی‌پگ یا جی‌پگ۲۰۰۰ بطور کامل کدگذاری شده‌اند. پی-فریم‌ها با ارجاع به فریم قبلی که می‌تواند یک آی-‌فریم یا یک پی-فریم دیگر باشد، کدگذاری می‌شوند. بی-فریم‌ها بین آی‌-فریم‌ها و پی-فریم‌ها فشرده می‌شوند و حاوی اطلاعاتی در مورد تغییرات بین فریم قبلی و فریم‌های بعدی هستند.

برای مثال، فشرده‌سازی ام‌پِگ۴ محدود به رزولوشن‌های وی‌جی‌ای است و برای دوربین‌های نظارتی با رزولوشن بالاتر وجود ندارد.

H.264

تکنولوژی فشرده‌سازی اچ‌۲۶۴ کاربرد گسترده‌ای در امنیت دارد که در واقع تغییر یافته استاندارد ام‌پِگ۴ است. در این تکنولوژی نیز از آی-فریم، پی-فریم و بی-فریم‌ها برای کدگذاری ویدئو استفاده می‌شود اما از قابلیت‌های دیگر نیز استفاده می‌شود. در فشرده‌سازی اچ‌۲۶۴، فریم‌ها بین آی-فریم‌ها در گروه تصاویر وارد می‌شوند تا حرکت نسبی اطلاعات را از فریم مرجع توصیف کنند و از اطلاعات مورد نیاز برای نمایش ویدئو بکاهند.

ویژگی دیگر اچ‌۲۶۴ که قابلیت آن را در مقایسه با ام‌پِگ۴ افزایش داده، وجود فیلترهایی است که به سیستم امکان فشرده‌سازی بیشتر با حفظ جزئیات تصویر را می‌دهد. این فرمت فشرده‌سازی برای رزولوشن‌های بالاتر در دوربین‌های نظارت تصویری کاربرد گسترده‌ای دارد.

سایز استریم، فریم‌ریت، روشنایی

تکنولوژی‌های فشرده‌سازی زمانی به تغییرات صحنه به عنوان بخشی از روش فشرده‌سازی بستگی دارند. همچنین بسته به اینکه از بیت‌ریت  ثابت[۶] یا متغیر[۷] استفاده شود، اندازه دیتا استریم فشرده شده متغیر است. وقتی سیستم برای بیت‌ریت ثابت تنظیم می‌شود، میزان فشرده‌سازی با افزایش فعالیت افزایش می‌یابد که این می‌تواند باعث کاهش کیفیت تصویر شود. اما در فشرده‌سازی با بیت‌ریت متغیر، سایز استریم فشرده شده با حفظ کیفیت تصویر، تغییر می‌کند.

در طراحی سرورها و شبکه‌ها باید بیشترین میزان پهنای مورد نیاز نیز لحاظ شود تا با افزایش فعالیت‌ها، مشکلی در شبکه ایجاد نشود. در تکنولوژی‌های فشرده‌سازی فریم به فریم، سایز دیتا استریم ثابت (قابل پیش‌بینی) بوده و به این ترتیب طراحی سیستم ساده‌تر می‌شود.

فریم‌ریت نیز در فشرده‌سازی از اهمیت بالایی برخوردار است. برای مثال، یک دوربین با فریم‌ریت ۳۰ fps ممکن است از یک آی-فریم هر دو ثانیه یکبار استفاده کند که این به تغییرات صحنه برای توصیف ۵۸ فریم وسط بستگی دارد. به این ترتیب، ممکن است میزان تغییرات بین تک تک فریم‌ها بسیار کوچک بوده و پهنای باند مصرفی به خاطر ذخیره تغییرات صحنه بسیار کاهش یابد. اما با کاهش فریم‌ریت، میزان تغییرات بین فریم‌ها می‌تواند افزایش قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. برای فریم‌ریت کمتر از ۱۰ fps، تغییرات بین فریم‌ها ممکن است بسیار زیاد باشد که در این شرایط فشرده‌سازی زمانی مزیت خاصی نسبت به فشرده‌سازی فریم به فریم ندارد.

روشنایی صحنه روی توانایی الگوریتم‌های فشرده‌سازی زمانی برای فشرده‌سازی موثر ویدئو نیز تاثیر دارد. غالبا در صحنه‌های با نور کم، نویزهای تصویر نیز به عنوان تغییرات صحنه در الگوریتم فشرده‌سازی لحاظ شده و به این ترتیب پهنای باند افزایش می‌یابد. با وجود این، سازنده دوربین می‌تواند الگوریتم تشخیص حرکت[۸] را برای جلوگیری از این مشکل بهینه‌سازی کند.

ادامه دارد…

 

 

[۱] Frame-by-frame or intra-frame

[۲] Group of Pictures (GOP)

[۳] Intra-Frames

[۴] Predicted-Frames

[۵] Bidirectional-Frames

[۶] Constant Bit Rate (CBR)

[۷] Variable Bit Rate (VBR)

[۸] Motion Detection

پیشنهاد برای مطالعه:

1_YtZEApCkwS5A5BZz-4YagA

پوشیدنی های مقاوم در برابر سیستم های تشخیص چهره، چالشی جدید در صنعت نظارت تصویری

تازه­ ترین چالش در برابر تجهیزات و فناوری­های تشخیص چهره، لباس­ها و ابزار­های پوشیدنی هستند …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *