فشرده سازی تصاویر در دوربین های مداربسته

cctv-mpeg

ضبط تصاویر در یک سیستم دیجیتال بدون حذف فریم‌ های زائد و تکراری فضای زیادی را اشغال می‌کند. در نقطه مقابل، فشرده سازی بیش ازحد نیز کیفیت تصاویر را به شدت کاهش می‌دهد.
از این رو در این خبرنامه قصد داریم تکنیک های مختلف فشرده سازی تصاویر را به اختصار توضیح دهیم.
۱- MJPEG
۲- MPEG I
۳- MPEG II
۴- MPEG 4
۵- H.264

۱- MJPEG: در این روش رنگ های یک تصویر با توجه به شباهتی که در یک محدوده دارند به یک رنگ تبدیل شده و در واقع با فرمت متداول JPEG کد می شوند. سپس با توجه به نرخ فریم تعیین شده، تصاویر JPEG برای ایجاد تصاویر متحرک در کنار هم ذخیره و یا ارسال میگردند. این ساختار به دلیل سادگی در کدگذاری و کدگشایی در دوربین ها و سیستم های نظارت از راه دور از طریق وب سایتها بسیار متداول می باشد.
سیستم هایی که فقط این ساختار را پشتیبانی می کنند هزینه به مراتب پایین تری نسبت به دیگر سیستم ها خواهند داشت، اما از آنجا که در چنین سیستم هایی فشرده سازی نسبتاً ساده ای صورت می پذیرد، تصاویری با حجم بالا برای ذخیره سازی ایجاد می شود سازندگان برای غلبه بر این مشکل عموما نرخ فریم در ثانیه و یا کیفیت تصاویر را کاهش می دهند بنابراین استفاده از چنین سیستم هایی در کاربرد های نظارتی و امنیتی پیشنهاد نمی گردد .
۲- MPEG I: در این روش اولین تصویر در گروه تصاویر بعد از کد گذاری با فرمتی مشابه JPEG ذخیره شده و در فریم های بعدی فقط تغییرات تصاویر ذخیره می گردند. بنابراین نرخ فشرده سازی در این ساختار بسیار بیشتر از ساختار MJPEG خواهد بود .
۳- MPEG II: ساختار MPEG II که شبیه ساختار MPEG I میباشد به دلیل نیاز به کیفیتی بالاتر نسبت به MPEG I بوجود آمد و اغلب کاربرد های تصویر برداری سینمایی و پزشکی دارد که با توجه به تفکیک پذیری بالای تصاویر دیجیتال شده، ابن ساختار توانایی بیشتری در خصوص بزرگ نمایی دیجیتال خواهد داشت ، اما نرخ پهنای باند بیشتری را نیز برای انتقال تصاویر به خود اختصاص خواهد داد. رسانه ی متداول برای این ساختار به دلیل نرخ بالای اطلاعات کد شده، DVD بوده که در نتیجه عموما این ساختار در کاربرد های مخابره راه دور تصاویر و اینترنت توصیه نمی گردد .
۴- MPEG 4: ساختار MPEG 4 بر مبنای اینکه دیدی شیئ گرا و متفاوت با آنچه گفته شد به تصاویر دارد، فشرده سازی بیشتری را به ارمغان آورده است. این ساختار امکان قرار گرفتن چندین نسخه از یک تصویر را با پهنای باند مختلف در کنار هم بوجود آورده که اگر ارتباطات شبکه ای را مد نظر قراردهید، خواهید یافت که طیف وسیعی از فناوری های ارتباطی، از Dial Up با مودم هایی با سرعت ۵۶Kbps تا DSL مودم هایی با چندین مگا بیت بر ثانیه و فناوری بی سیم GPRS بوجود آمده اند که هر یک ، پهنای باند متفاوتی را پشتیبانی می نمایند.
بنابراین با استفاده از ساختار MPEG 4 می توان جریانی از داده های تصاویر را که از لحاظ پهنای باند با سرعت ارتباط هم خوانی دارد را بصورت کاملا متحرک دریافت نمود که تحولی در انتقال تصاویر از را دور بشمار می آید .
۵- H.264: ساختار H.264 یکی از زیر شاخه های روش فشرده سازی MPEG 4 است. در این روش فشرده سازی مقایسه قسمت های مشابه نه تنها در هر فریم بلکه در فریم های متوالی نیز صورت می گیرد. از این رو هرچه تفاوت فریم ها در تصویر با هم کمتر باشد حجم ویدئوی ضبط شده نیز کمتر خواهد بود.
در واقع این فرمت نمونه پیشرفته استانداردهای پیشین و با کیفیت بالاتر و bit rate پایین تر می باشد. در مقایسه با استاندارد MPEG 4 حجم کمتری برای ذخیره تصاویر اشغال می کند.
فرمت فشرده سازی H.264 مزایایی دارد که باعث شده در برابر فرمت Mpeg 4 ترجیح داده شود. از آن جمله اینکه این فرمت حدود ۵۰% کمتر فضای هارد را اشغال می کند لذا هزینه ذخیره سازی را کاهش داده، کنترل تصاویر و مرور آن را آسان ساخته و سرعت بالایی در پخش روی اینترنت دارد.
در حقیقت تراکم تصویر H.264 پاسخگوی تمام نیازهای کاربران بوده و در سطح وسیعی توسط شرکت های بزرگی چون apple ، Intel ، Blue Ray ، Sony و حتی تامین کننده های ماهواره مانند Direct TV و Digital Video Broadcast)DVB) مورد تائید و استفاده قرار گرفته است.مزایای H.264 مخصوصا به هنگام ارتباط با DVR ها برای کاربران سیستم های نظارت تصویری مهم تر بوده و کاربرد بیش تری را داراست. اما مزایایی که کارشناسان سیستم های نظارت تصویری را در ارتباط با H.264 به خود جلب نموده است شامل موارد زیر می شود:
الف- زمان ضبط طولانی: همانطور که گفته شد، H.264 فرمت فشرده سازی برتر را در مقایسه با دیگر موارد و روش ها تامین می سازد. درجدول زیر مقایسه ای میان مدت زمان ضبط در H.264 و دیگر تکنولوژی های تراکم تصویر با استفاده از یک هارد GB 160 در رزولوشن ۴۸۰*۷۲۰ با ۳۰ فریم بر ثانیه وجود دارد که مشاهده می کنید:
H.264 : Records 77 hours
MPEG4 : Records 44 hours
JPEG2000 : Records 13 hours

قابلیت ضبط زمان بیش تر، تعداد تصاویر را برای آرشیو کردن افزایش داده و هزینه را نیز کاهش می دهد.
ب- عدم ازبین رفتن کیفیت و سرعت: روش های فشرده سازی سابق به کاربر این امکان را می دادند تا تصویری را با کیفیت عالی در میزان فریم real-time ضبط نمایند اما فضای زیادی از هارد را اشغال می کردند. همچون فرمت MPEG4 ، فرمت H.264 از تکنولوژی بهتری جهت کاهش چشمگیر تصاویر ضبط شده ی اضافی، استفاده می کند.این فرمت ۳۰ فریم از تصویر را به عنوان نمونه دریافت میکند تا از دریافت کامل تصویر به درستی و کیفیت بالای آن اطمینان یابد چرا که دیگر روش های فشرده سازی ضبط از ۱ یا ۲ فریم به عنوان مرجع استفاده می کنند.
ج- بهبود مونیتورینگ یا کنترل از راه دور: ذخیره فضای هارد بارزترین مزیتی است که H.264 از آن برخوردار است. توانایی کنارهم قراردادن کیفیت بالا و اشغال فضای هارد کم تر، انتقال تصویر یکپارچه ای را فراهم می سازد. این درحالی است که برای روش های فشرده سازی دیگر میزان فریم های کم تری مورد استفاده قرار میگیرد.علاوه براین دیدن تصاویر بصورت پیوسته (real-time) دیگر مزیتی است که این تکنولوژی برای کاربران فراهم می کند و رسانه ها نیز آن را مورد استفاده قرار می دهند. اما صرف داشتن تکنولوژی H.264 ، یک DVR را کامل و بی نقص نمی سازد. بنابراین برای انتخاب مناسب و بهینه باید به سازنده یک دستگاه دی وی آر نیز دقت نمود.