فشرده سازی تصاویر در دوربین های ناظر

فشرده سازی تصاویر در سامانه های نظارت تصویری از اهمیت و جایگاه بسیار بالایی

برخوردار است. زیرا همان طور که می دانیم با فشرده تر شدن حجم اطلاعات استخراج شده، دو مزیت اصلی نصیب بهره برداران از تصاویر می شود:

اول اینکه تصاویر پهنای باند کمتری را اشغال می کنند. این بدان معنی است که تجهیزات مورد استفاده در زیرساخت شبکه به مراتب سبک تر و کم هزینه تر می گردند، اما از همه مهم تر انتقال اطلاعات در فضاهای تبادل هزینه بر است. این هزینه پهنای باند یکی از چالش برانگیز ترین هزینه های یک پروژه می تواند به حساب آید. هنگامی که مجبور هستیم تصاویر مورد نظر خود را از فواصل دور مشاهده کنیم، با این معظل دست به گریبان خواهیم بود.

 

برای مقایسه پهنای باند مصرفی بین فشرده سازی های مختلف توجه به این شکل مفید است.

دوم اینکه برای ذخیره سازی تصاویر فشرده شده فضای کمتری مورد نیاز است. در پروژه های نظارت تصویری قیمت هارد دیسک بسیار حائز اهمیت و تاثیر گذار است. با توجه به افزایش روزافزون قیمت هارد در کشورمان، فشرده سازی تصاویر در جهت صرفه جویی در فضای حافظه مورد نیاز موضوع مهمی است که همه مصرف کنندگان باید نگاه ویژه ای به آن معطوف دارند.

 

برای وارد شدن به بحث ابتدا به معرفی استانداردهای مختلف فشرده سازی تصویر می پردازیم:

استاندارد H.264 بعنوان یکی روش قدیمی فایل های تصاویر تولید شده از دوربین های نظارت تصویری را فشرده می کرده است. اما پس از آن استاندارد H.265 با کاهش قابل ملاحظه فضای ذخیره سازی موجبات کنار رفتن نسل قبل از خود را فراهم کرد. این فشرده سازی تا حدود یک دوم فضای حافظه را کمتر اشغال می نماید.

برای درک بهتر از موضوع توجه به این مثال خالی از لطف نیست: فرض کنید هیچ روش فشرده سازی وجود نداشت و ما می خواستیم یک فیلم تولید شده توسط بخش تولید تصویر دوربین را با رزولوشن فول اچ دی (  ۱۹۲۰ پیکسل افقی و ۱۰۸۰ پیکسل عمودی)، منتقل و ذخیره کنیم، آن وقت به ازاء هر دقیقه با هفت گیگا بایت دیتا تولید شده سرکار داشتیم. این بدین معنی است که برای ذخیره سازی یک ماه تصاویر یک دوربین به حدود ۳۰۲ ترابایت حافظه نیازمند بودیم. البته در مصارف دیگر تصاویر مانند تولید محتوی جهت بهره برداری در فیلم سازی صنعت سینما و تلویزیون این میزان حجم داده ها مورد نیاز است که به آن اطلاعات خام (Lossless) اطلاق می گردد.

این در حالی است که با منطق فشرده سازی H264 در مدت یک ماه ۷۸۰ گیگابایت و با روش فشرده سازی H265 به فضای حافظه معادل ۴۴۵  گیگا بایت نیازمندیم.

***

تاریخچه: اینجا برای آشنایی بیشتر با فشرده سازی یا (فرمت کدگذاری تصاویر) به معرفی استانداردهای مختلف آن می پردازیم:

در سال ۱۳۶۳ (۱۹۸۴) فشرده سازی H120 توسط ITU-T منتشر گردید. سپس در سال ۱۳۶۷ (۱۹۸۸) فشرده سازی H.261

باز هم در ITU-T برای کاربردهای ویدئو کنفرانس و تلفن تکامل یافته تر شد. سپس در سال ۱۳۷۲ (۱۹۹۳) MPEG-1 Part 2 این بار در  ISO, IEC منتشر گردید. کاربرد این فشرده سازی در لوح های فشرده (Video-CD) بود. دو سال بعد در سال ۱۳۷۴ (۱۹۹۵) H.262/MPEG-2 Part 2 در  ISO, IEC, ITU-T برای کاربردهای DVD Video, Blu-ray, DVB, ATSC, SVCD به بازار عرضه شد. در ادامه در سال ۱۳۷۵ (۱۹۹۶) فشرده سازی H.263 برای کاربری های ویدئو کنفرانس، ویدئو تلفن و ویدئو بر روی گوشی های تلفن همراه (۳GP)، سه سال بعد در سال ۱۳۷۷ (۱۹۹۹) فشرده سازی MPEG-4 Part 2 برای انتشار تصاویر ویدئویی در فضای اینترنت شبیه (DivX, Xvid …) منتشر شد. در سال ۱۳۸۱ (۲۰۰۳)، فرمت H.264/MPEG-4 AVC برای کاربردهای ویدئو کنفرانس Blu-ray, HD DVD, DVB, ATSC, iPod Video, Apple TV, منتشر شد. در ادامه در سال ۱۳۸۴ (۲۰۰۶) فشرده سازی VC-1 برای استفاده در تصاویر اینترنتی و بلورِی به بازار فن آوری عرضه شد. هفت سال بعد در ۱۳۹۱ (۲۰۱۳) فشرده سازی H.265/MPEG-H HEVC جهت کاربردهای Ultra HD Blu-ray, DVB, ATSC 3.0, UHD streaming, High Efficiency Image Format, macOS High Sierra, iOS 11 به بازار عرضه شد.

***

نمونه تصاویر فشرده سازی شده با دو روش H.264 و H.265 در شرایط یکسان کاملاً آشکار می کند که کیفیت تصاویر در روش های مختلف فشرده سازی در هر دوره پیشرفته تر و متکامل تر شده است.

حال با بررسی بیشتر بر روی منطق فشرده سازی های مدرن بسادگی پی خواهیم برد که ادعای کاهش فوق العاده حجم دیتای تولید شده به چه علت است:

همان طور که در تصویر فوق مشاهده می فرمایید، در روش های قدیمی تر فشرده سازی تصاویر به بخش های مساوی تقسیم شده و بر اساس اطلاعات هر بخش نمونه برداری می گردد و فرآیند فشرده سازی صورت می پذیرد، اما در روش های جدیدتر، بخش های همگن تر در هر تصویر انتخاب و بر این اساس دسته بندی و پردازش می گردد.

***

تا اینجا با مزایای فشرده H.265 آشنا شدیم، اما در دوربین های ناظر ما فن آوری های بسیار کارآمدتری را به کاربران ارائه می کنیم:

فشرده سازی S+265 از طریق پیش بینی رمزنگاری و الگوریتم تطبیق صحنه به فشرده سازی کاملاً منحصر بفردی دست یافته است.

همان طور که در گراف فوق مشاهده می فرمایید، در حالت فشرده سازی S+265، هنگامی که در تصویر حرکت کم داشته باشیم، تا ۸۰ درصد نسبت به فشرده سازی H.264 حجم داده های تولید شده کاهش می یابد. این در نوع خود یک تحول بزرگ محسوب می گردد. با توجه قیمت حافظه ها این میزان کاهش بسیار در قیمت تمام شده پروژه ها چشم گیر و تاثیر گذار خواهد بود.

در حالتی که حرکت در تصویر شامل برخی اشیاء متحرک باشد، حجم تصویر تا ۵۰ درصد کاهش می یابد. و در حالت با حرکت زیاد این میزان صرفه جویی تا ۳۰ درصد کاهش می یابد.

***

با این توصیف در شرایطی که قیمت حافظه ها روز به روز در حال افزایش است، دوربین های ایرانی “ناظر” با کاهش حجم تولید داده ها تا حداکثر ۷۰ درصد دستگاه های مشابه خود، خدمت ویژه ای به کاربران در کاهش هزینه کلی پروژه ها ارائه می نمایند. جالب این جاست که از اقتصادی ترین مدل دوربین های ناظر مانند: NZC-FB215KLW  و NZC-FD215OLW  تا پیشرفته ترین آن ها همانند NZC-FE1235FWMA و NZC-FB235IXWA همگی با فشرده سازی  S+265 کار کرده و از این نظر در تولیدات ایرانی بی رقیب هستند.