فشرده سازی تصویر در دوربین مداربسته چیست و چگونه انجام می گیرد؟

اهمیت فشرده سازی اطلاعات

حجم اطلاعات ثبت و فرستاده شده از دوربین مداربسته بسیار بالاست و کارکرد سیستم های ذخیره سازی و ارسال اطلاعات را دچار مشکل می کند. به منظور غلبه بر این مشکل، فرایند فشرده سازی تصویر در دوربین های مداربسته انجام می گیرد. نکته جالب این است که تکنولوژی فشرده سازی اطلاعات، تکنولوژی جدیدی نیست، در واقع ویدیوهای آنالوگ، همواره فشرده سازی شده هستند. همچنین مدت زیادی است که در صنعت رایانه از تکنولوژی فشرده سازی اطلاعات استفاده می شود.

ریاضیدانان متخصص، سالیان سال روی مساله کوچک کردن اندازه تصویر، با حفظ وضوح و کیفیت آن تلاش کرده اند. این فرایند باید با کمترین میزان قدرت مورد نیاز برای پردازش انجام گیرد.

فشرده سازی تصویر در دوربین مداربسته

برنامه های کاربردی زیادی در رابطه با فشرده سازی تصاویر ارائه شده اند. هر کدام از این برنامه های کاربردی، اولویت مختلفی دارند. اولویت بعضی از آن ها، وضوح تصویر، اولویت برخی دیگر رسیدن به مینیمم حجم اطلاعات و اولویت بقیه برنامه ها، قدرت پردازش می باشد. بنابراین اگر شما به دنبال استفاده از تجهیزات دیجیتال هستید، باید فرمت فشرده سازی مناسب را انتخاب کنید تا با شبکه و سیستم شما هم خوانی داشته باشد.

انواع روش های متفاوت فشرده سازی تصویر، به دو نوع lossless و lossy تقسیم بندی می شوند. در حالت کلی، هر چه میزان فشرده سازی کمتر باشد، کیفت ضبط و پخش ویدیو بیشتر خواهد بود. در نتیجه و به طور طبیعی، روش lossless بهتر از روش lossy است. با این حال، فشرده سازی کم به معنی اطلاعات بیشتری است که باید منتقل و ذخیره شود که متعاقبا موجب افزایش هزینه های سیستمی خواهد شد.

فشرده سازی، به ۳ روش موجب کاهش سیگنال میشود؛ روش اول استفاده ار ترفندهای ریاضی است که حجم تصویر را کاهش می دهد و به وقت نمایش، عملیات معکوس انجام شده و تصویر در اندازه واقعی نمایش داده می شود. روش دوم حذف سیگنال هایی است که از منظر انسان، زائد بوده و کارایی ندارد. روش سوم کم شدن وضوح، کیفیت، فریم در ثانیه و محدوده رنگ تصویر در دوربین مداربسته است. روش سوم با نام lossy نیز شناخته می شود.

فرمت های فشرده سازی تصویر در دوربین مداربسته

شرکت های متفاوت تولید دوربین مداربسته، از فرمت های مختلفی برای فشرده سازی در محصولات خود استفاده می کنند. ما در این قسمت از مقاله،به توضیح ۴ مورد از معمول ترین فرمت های فشرده سازی تصویر در دوربین مداربسته می پردازیم که عبارتند از:

  • H261
  • Motion JPEG که با نام M-JPEG و M-JPG نیز شناخته می شود
  •   ™Wavelet
  • MPEG که با نام mpg نیز شناخته می شود

در ادامه توضیح مربوط به هرکدام از این فرمت ها آورده خواهد شد.

۱) H261

H261 یک طرح دیجیتال سازی و فشرده سازی برای ویدیوی آنالوگ است. این فرمت به طور گسترده در ویدیو کنفرانس ها مورد استفاده قرار می گیرد و هدف آن ارائه ویدیوی دیجیتالی با بیت ریت ۶۴Kbps تا ۱Mbps می باشد. این بیت ریت، پهنای باند شبکه های دیتای عمومی است.

نرخ فشرده سازی ۱:۲۵۰۰ در این فرمت قابل دسترسی است. البته میدانیم که هر چه فشرده سازی بیشتر باشد، کیفیت تصویر کمتر خواهد بود. این فرمت برای بیت ریت های بالا و نمایش اهداف متحرک مناسب است ولی رزولوشن فریم ها بالا نخواهد بود. این فرمت برای اهداف امنیتی که احتیاج به تشخیص جزییاتی مثل چهره و پلاک خوردو وجود دارد، مناسب نیست.

۲) Motion JPEG (M-JPEG)

این فرمت فشرده سازی تصویر در دوربین مداربسته از فرمت JPEG که یک روش فشرده سازی برای تصویرهای دیجیتال است، اقتباس شده است. JPEG یک تکنیک فشرده سازی از نوع lossless بوده و اطلاعات کمی را از تصویر حذف می کند. Motion-JPEG یک جریان ویدیویی از عکس هایی را ایجاد می کند که با فرمت JPEG فشرده ساز شده اند. کیفیت تصویر حاصل در این روش، از روش H261 بالاتر است. در مقابل پهنای باند، هزینه و ظرفیت بیشتری در این فرمت مورد نیاز خواهد بود.

مزیت Motion JPEG این است که بر اساس تصاویر ساکن، می تواند هر یک از فریم ها را به عنوان یک تصویر واحد،تولید کند. این قابلیت برای اهداف نظارتی و امنیتی، کاربردی و سودمند است. همانطور که توضیح خواهیم داد، بعضی از تکنیک های فشرده سازی نمی توانند چنین تصاویری را ارائه دهند.

۳) MPEG

این ساختار بعد از M-JPEG  و به وسیله­ ی گروه Motion Picture Expert Group طراحی و ایجاد شد. این استاندارد این قابلیت را دارد که قسمت­ های اضافی یا مشابه را نه تنها در هر تصویر بلکه در میان تصویر های مختلف و مجاور نیز شناسایی و حذف کند.

در ساختار MPEG-1 از هر تصویر ۳ فریم متفاوت ساخته می­ شود. فریم اول (l-frame) تمام­ی خصوصیات و اطلاعات مربوط به ساخت تصویر موردنظر را دارد. فریم بعدی فریم پیش­بینی (P-frame) نام دارد و از l-frame تصویر قبلی ایجاد شده است و از آن برای ایجاد تصویر بعدی استفاده می­ شود. فریم آخر یا فریم پیش­بینی دوتایی (B-frames) از دو فریم قبلی و بعدی ساخته می­ شود. در این روش فشرده ­سازی قسمت­ های تکراری و زائد نه تنها در هر تصویر بلکه میان تصاویر مختلف با استفاده از مقایسه فریم­ ها با هم، حذف می ­شوند و به این ترتیب ظرفیت تصاویر ضبط شده در این روش بسیار کم­تر از روش JPEG است.

ساختار MPEG-2 نوع پیشرفته­ تری از فشرده ­سازی به روش MPEG است که با استفاده از این روش فشرده­ سازی می­ توان ۹۰ دقیقه از یک فیلم با کیفیت VHS را در فضایی به بزرگی ۶۵۰ مگابایت ذخیره کرد. ساختار MPEG-2 شبیه ساختار MPEG-1 می ­باشد و به دلیل نیاز به کیفیتی بالاتر نسبت به MPEG-1 به وجود آمده است. اغلب  کاربردهای تصویربرداری در زمینه­ های سینمایی و پزشکی دارد که با توجه به وضوح تصویر بالای تصاویر دیجیتال شده، این ساختار توانایی بیشتری در خصوص بزرگ­ نمایی دیجیتال خواهد داشت، اما سرعت پهنای باند بیشتری را نیز برای منتقل کردن تصاویر به خود اختصاص خواهد داد.

ساختار MPEG-4 بر مبنای این که دیدی شیء گرا و متفاوت با آنچه گفته شد به تصاویر دارد، فشرده ­سازی بیشتری را به ارمغان آورده است.

۴) ™Wavelet

همانند Motion JPEG، فشرده سازی ویدیو در این روش، با در کنار هم قرار دادن تصاویر ثابت انجام می گیرد و تصاویر حاصل، کیفیت بالایی دارند. حجم فایل فشرده سازی شده با این فرمت ، ۴ برابر کمتر از M-JPEG و JPEG می باشد. سرعت عمل فشرده سازی نیز در این روش بالاست. اگر چه Wavelet به عنوان یکی از تکنیک های فشرده سازی معمول شناخته نمی شود، اما در حال محبوب شدن است.

اشتراک:

گذاشتن دیدگاه

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

X