کدکها کلید اصلی
به نظر شما با حجم بالای تصاویر ویدئویی غیر فشرده دوربینهای مداربسته، خروجی سیستمهای نظارت تصویری مثلا با 16 دوربین مداربسته در حالت عادی چطور می تواند در کامپیوترهای شخصی یا حتی نرم افزارهای کوچک هم مشاهده شود یا مورد استفاده قرار گیرد؟ این کار تنها توسط کدکهای تصویری دوربینهای مداربسته میسر می شود.
کلمه کدک (CODEC) مخفف دو کلمه Compression و Decompression (فشرده سازی و عکس عمل فشرده سازی) است و نقش اصلی را در کاهش مصرف پهنای باند و استفاده از حافظه ذخیره سازی را با عمل فشرده سازی تصاویر دوربین مدار بسته در سیستمهای نظارت تصویری (CCTV) به عهده دارد.
اگر برای هر پیکسلی از هر فریم یک مقدار اختصاصی در نظر گرفته شود هر صحنه می تواند بشکلی فزاینده فضا و منابع را هدر دهد، در حالی که در بسیاری از صحنه ها نقاط مورد نظر بسیار کم و محدودی دارند یا اصلا رنگها تنوع کم داشته و طرحها به هم شبیهند. در این موارد کدکهای تصویری با فشرده سازی و کاهش میزان در نظر گرفته شده برای هر پیکسل در هنگام ضبط تصاویر می تواند باعث کاهش میزان بیتهای انتقالی در لجظه شود؛ پیکسلهایی که دارای مقادیر یکسان یا مشابهند در این پروسه نوع دیگری پردازش می شوند.
دو روش و مدل بنیادی برای فشرده سازی تصاویر دوربین مدار بسته وجود دارد : مدل Intra-Frame یا فشرده سازی فریم میانی و مدل Inter-Frame یا فشرده سازی فریم داخلی
دانستن تفاوتهای این دو مورد در درک بهتر فشرده سازی و نوع تاثیراتش بر روی کاهش مصرف پهنای باند دوربین مداربسته و نیازهای پردازشی و تخمین کیفیتها مهم خواهد بود.
- فشرده سازی بر اساس Intra-frame تنها با یک فریم صورت می گیرد- که فریم میانی نام دارد - و به فریمهای دیگر کاری ندارد (عکس کدکی مثل MJPEG)
- فشرده سازی بر اساس Inter-frame نتنها بر روی چندین فریم داخلی انجام می شود بلکه بر روی تک فریم Intra یا میانی هم صورت می گیرد(کاری که در کدکهای H.264، H.265 و MPEG-4 صورت می گیرد.)
تمام کدکها از فشرده سازی فریم میانی (Intra) پشتیبانی می کنند اما تعداد کمی از کدکها علاوه بر آن از روش فشرده سازی Inter هم استفاده می کنند.
با سی سی تی وی آنلاین به مطالعه مقالات آموزشی دوربین مدار بسته بپردازید.
فشرده سازی Intra-frame دوربین مدار بسته
در روش فشرده سازی فریم میانی یا Intra-frame تنها به یک فریم شاخص در هر ثانیه دقت می شود و فشرده سازی حداکثری بر روی این فریم و تصویر آن صورت می گیرد. البته ویدئوها ترکیبی از سری تصاویر هستند اما فشرده سازی Intra-frame تنها یک فریم را در ثانیه می شناسد و بقیه جریان تصویری(سری عکسهای سازنده ویدئو یا همان فریمها) را در نظر نمی گیرد. بنابراین یک کدک Intra-frame جریان فریمهای ویژه خود را همانند فریمهای تصویر زیر تشکیل می دهد:
جنبه مثبت این روش به سادگی پردازش و فشرده سازی ویدئو بر میگردد. برای مثال یک جریان تصویری با سرعت 30 فریم درثانیه و رزولوشن 1080P در دوربین مداربسته با فشرده سازی فریم میانی مثل MJPEG می تواند میزان ارسال بیتها از عددی معادل 1000 مگابیت در ثانیه را به 40 مگابیت در ثانیه کاهش دهد. اما جنبه منفی این روش این است که هنوز هم می شد با روش فریمهای داخلی صرفه جویی بیشتری در منابع و پهنای باند دوربین مدار بسته داشت.
فشرده سازی Inter-frame دوربین مدار بسته
در روش فشرده سازی داخلی نتنها فریمهای ویدئویی انکد می شوند بلکه کدک، تفاوت فریمها را با یکدیگر مقایسه نموده و برای فشرده سازی تصاویر بعدی از تصاویر و فریمهای قبلی کمک می گیرد. این روش عملی است چون اغلب تفاوت بین فریم با فریم بعدی بسیار ناچیز است. برای مثال در صحنه ای مشابه حرکت دست یک فرد، فشرده سازی فریمهای داخلی می تواند تنها بر روی پیکسلهای دست کار کرده و بقیه تصویر که مثل بدن فرد ثابتند را نیز نادیده گرفته باشد و تنها حرکت دست فرد را مخابره و ضبط نماید.
با حفظ بخشهای ثابت و بی حرکت تصویر عملا تنها تغییرات ارسال می شوند و باعث می شود بشدت در اغلب صحنه ها میزان مصرف حافظه و پهنای باند دوربین مدار بسته بخوبی کاهش یابد. برای مثال همان مثال دوربین مداربسته 1080P با 30 فریم درثانیه که در بالا گفتیم را در نظر بگیرید. با کدک MJPEG نیاز به پهنای باندی 40 مگابیتی داشتیم(کدک فریم میانی)، در صورتی که با روش فشرده سازی فریم داخلی این میزان به 4 مگابیت در ثانیه برای کدک H.264 خواهد رسید. باز هم یادآوری می کنیم که کدکی مثل H.264 هم از فشرده سازی Intra-Frame در حالت پایه استفاده می کند و هم فریمهای Inter یا داخلی راهم فشرده و تغییرات را می فرستد.
بنابراین اصلیترین عیب فشرده سازی فریم داخلی به پردازش بیشتر بر می گردد که می تواند کارایی و کیفیت را تحت تاثیر بگذارد که در قسمتهای بعدی به آن بیشتر می پردازیم.