قبل از معرفی روش‌های فشرده‌سازی تصاویر دوربین‌های مداربسته، مفید است با مکانیسم فشرده‌سازی تصاویر آشنا شوید. دو نوع رایج از این روش‌ها، که به نام‌های JPEG و PNG شناخته می‌شوند، راهنمایی‌های مهمی برای کاربران فراهم می‌کنند. در ابتدا، باید بدانید که تصاویر در حالت اولیه‌ی خود فرمت BMP دارند. تصاویر BMP به صورت پیکسل به پیکسل ذخیره می‌شوند، به این معنی که اطلاعات هر پیکسل از جمله روشنایی، رنگ و موقعیت آن به صورت جداگانه ثبت می‌شود و سپس با ترکیب این پیکسل‌ها تصویر نهایی ایجاد می‌گردد. این روش باعث ایجاد حجم زیادی از اطلاعات می‌شود و فضای زیادی را اشغال می‌کند، به همین دلیل روش‌های جدیدتری مانند JPEG و PNG به وجود آمده‌اند.
مطالعه بیشتر در مورد دوربین سانل .
روش JPEG، پیکسل‌هایی که از نظر اطلاعات و رنگ شبیه به یکدیگر هستند، با یکدیگر ادغام شده و به جای ثبت تصویر به صورت پیکسل به پیکسل، مجموعه‌ای از آبجکت‌های رنگی را در کنار هم قرار داده و اطلاعات را ضبط می‌کند. این توضیح تنها یک نمای کلی از عملکرد روش JPEG است، زیرا این روش شامل جزئیات نرم‌افزاری بسیار بیشتری است که از ذکر آنها صرف نظر می‌شود. در مقابل، روش دیگر با نام PNG، تصاویر را به صورت فرمول‌هایی که هر کدام نمایانگر یک شکل خاص هستند، ذخیره می‌کند. به عنوان مثال، اگر یک مربع در مرکز تصویر وجود داشته باشد، تصویر آن به صورت فرمول یک مربع ثبت می‌گردد.
به طور خلاصه، روش JPEG برای فشرده‌سازی تصاویر دوربین‌ها بهترین عملکرد را دارد و نرخ فشرده‌سازی آن بیشتر از روش PNG است. اما روش PNG معمولاً برای طراحی‌های کامپیوتری، طراحی‌های خطی و آیکون‌ها بهتر است.
مقایسه بین فرمت‌های فشرده‌سازی H.264 و H.265
| ویژگی | H.264 (AVC) | H.265 (HEVC) |
|---|---|---|
| نرخ فشرده‌سازی | متوسط | تقریباً ۵۰٪ بهینه‌تر از H.264 |
| کیفیت تصویر | کیفیت مناسب، اما نیاز به بیتریت بالاتر | کیفیت بالاتر با بیتریت کمتر |
| فضای ذخیره‌سازی | فایل‌های حجیم‌تر نسبت به H.265 | فایل‌های کم‌حجم‌تر و صرفه‌جویی در فضای ذخیره‌سازی |
| پشتیبانی از سخت‌افزار قدیمی | سازگار با اکثر دستگاه‌ها | نیاز به سخت‌افزار جدیدتر و پردازنده قوی‌تر |
| پخش و استریم ویدیو | نیاز به پهنای باند بیشتر | پخش روان‌تر با مصرف پهنای باند کمتر |
| پشتیبانی از رزولوشن | حداکثر 4K | پشتیبانی از 8K و HDR |
| استفاده در دوربین‌های نظارتی | رایج‌تر، ولی نیاز به فضای ذخیره‌سازی بیشتر | بهینه‌تر برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت |
فشرده‌سازی فیلم در دوربین‌های مداربسته
فشرده‌سازی فیلم در دوربین‌های مداربسته به کمک الگوریتم‌های کدک (Codec) انجام می‌شود. این فرایند برای کاهش حجم فایل‌های ویدئویی بدون افت محسوس کیفیت صورت می‌گیرد. فشرده‌سازی باعث می‌شود تا فضای ذخیره‌سازی کمتری استفاده شود و ارسال فیلم‌ها از طریق شبکه‌ها آسان‌تر گردد. در ادامه به چگونگی انجام این فرآیند می‌پردازیم:
1. استفاده از کدک‌های ویدئویی
کدک‌ها مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها هستند که داده‌های ویدئویی را فشرده و سپس در صورت نیاز بازگشایی (decode) می‌کنند. در دوربین‌های مداربسته، رایج‌ترین کدک‌ها عبارتند از:
- H.264 (AVC): یکی از رایج‌ترین کدک‌ها که تعادلی مناسب بین کیفیت و حجم ایجاد می‌کند.
- H.265 (HEVC): نسخه پیشرفته‌تر H.264 که حجم فایل را تا ۵۰٪ بیشتر کاهش می‌دهد.
- MJPEG: از فشرده‌سازی کمتر استفاده می‌کند و کیفیت تصویر بالاتر است، اما حجم فایل‌ها بیشتر است.
2. فشرده‌سازی با حذف فریم‌های تکراری
در فیلم‌های مداربسته، برخی فریم‌ها مشابه یکدیگر هستند. الگوریتم‌های فشرده‌سازی با حذف فریم‌های تکراری یا اطلاعات غیرضروری (مانند پس‌زمینه ثابت)، حجم فایل را کاهش می‌دهند.
- فریم‌های I, P, B: در این روش، فریم‌ها به سه نوع تقسیم می‌شوند:
- I-Frame: فریم کامل و پایه که اطلاعات کل تصویر را ذخیره می‌کند.
- P-Frame: فقط تغییرات نسبت به فریم قبلی را ذخیره می‌کند.
- B-Frame: تغییرات بین دو فریم قبل و بعد را ذخیره می‌کند.
3. رزولوشن و نرخ فریم (Frame Rate)
دوربین‌های مداربسته معمولاً تنظیماتی برای تغییر رزولوشن (مانند Full HD یا 4K) و نرخ فریم (تعداد فریم در ثانیه) دارند. کاهش این مقادیر منجر به کاهش حجم فایل می‌شود.
4. سیستم فشرده‌سازی هوشمند
برخی دوربین‌های مدرن از سیستم‌های هوشمند استفاده می‌کنند که براساس حرکت یا فعالیت در تصویر، کیفیت ضبط را تغییر می‌دهند. به عنوان مثال:
- در حالت سکون، از فشرده‌سازی بیشتری استفاده می‌شود.
- هنگام شناسایی حرکت، کیفیت بالاتری ضبط می‌شود.
5. ذخیره‌سازی روی دستگاه‌های تحت شبکه
در دستگاه‌های ضبط ویدئوی شبکه‌ای (NVR)، داده‌های فشرده‌شده ذخیره و در صورت نیاز رمزگشایی می‌شوند. این روش به مدیریت بهینه‌تر فضای ذخیره‌سازی کمک می‌کند.
روش فشرده‌سازی MPEG
در مقایسه با روش‌های ساده مانند JPEG، سایر روش‌های فشرده‌سازی تصاویر ویدئویی، از جمله روش MPEG، دارای مکانیسم‌های پیچیده‌تری هستند. در روش MPEG، که یکی از اولین و پیشرفته‌ترین روش‌های فشرده‌سازی تصاویر ویدئویی است، به جز ادغام پیکسل‌های مجاور در یک تصویر یا فریم، پیکسل‌های مشابه در فریم‌های متوالی نیز با یکدیگر ادغام می‌شوند. اگر تغییرات چشمگیری در فریم‌ها مشاهده نشود، تصاویر با نرخ بالایی فشرده می‌شوند. به عبارت دیگر، تنها بخش‌های تصویر که دارای رویدادها یا حرکت‌های مهمی هستند، باقی می‌مانند.
در واقع، در روش MPEG تلاش می‌شود تا تصاویر با حجم کمتری ذخیره شوند و فقط اطلاعات مربوط به قسمت‌های حیاتی و مهم تصویر باقی بماند. این اقدام به بهبود کارایی فشرده‌سازی و کاهش نیاز به فضای ذخیره‌سازی و پهنای باند منجر می‌شود.
در دوربین‌های مداربسته نیز، وجود فرمت‌های فشرده‌سازی حیاتی است. این فرمت‌ها به بهره‌گیری از مکانیسم‌های پیچیده‌تر و نرم‌افزارهای هوشمند، به بهینه‌ترین شکل ممکن از تصاویر استفاده می‌کنند. استفاده از این فرمت‌ها نه تنها در کاهش هزینه‌های سیستم مداربسته موثر است، بلکه به بهبود عملکرد و افزایش کارایی کل سیستم نیز کمک می‌کند. در نهایت، این روش‌های پیچیده، با حفظ کیفیت تصاویر، موجب کاهش حجم بدون کاهش کیفیت می‌گردند.
روش‌های فشرده‌سازی در دوربین‌های مداربسته
در سیستم‌های آنالوگ، عمل فشرده‌سازی تصاویر در دستگاه ضبط (Digital Video Recorder) انجام می‌شود، نه در دوربین‌های مداربسته. زیرا دوربین‌ها فاقد پردازشگر هستند و نمی‌توانند به تنهایی تصاویر را فشرده کنند. در اینجا، دوربین‌ها ابتدا تصاویر را به صورت غیرفشرده به دستگاه ضبط ارسال می‌کنند و فشرده‌سازی درون این دستگاه انجام می‌پذیرد.
در دوربین‌های تحت شبکه، عمل فشرده‌سازی تصاویر در داخل دوربین صورت می‌گیرد. در دوربین‌های مدل قدیمی، از روش‌های ساده و ابتدایی مانند JPEG یا MPEG برای فشرده‌سازی تصاویر استفاده می‌شد. اما در حال حاضر، از روش‌های پیشرفته‌تری مثل H.264، H.265، H.265+ و غیره استفاده می‌شود. در ادامه به توضیح مختصری از هرکدام از این روش‌ها پرداخته می‌شود.
فشرده‌سازی ویدئو در دوربین‌های مداربسته (CCTV) به‌منظور کاهش حجم داده‌های ضبط‌شده، کاهش پهنای باند مصرفی و افزایش کارایی ذخیره‌سازی انجام می‌شود. روش‌های مختلف فشرده‌سازی در دوربین‌های مداربسته به کار گرفته می‌شوند که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند.
فشرده سازی H.264
فشرده‌سازی H.264 یکی از بهترین و پرکاربردترین روش‌های فشرده‌سازی در دوربین‌های مداربسته است. در این روش، با کاهش نرخ بیتریت (Bitrate) و حذف نقاط تکراری در فریم‌ها، عمل فشرده‌سازی انجام می‌شود، به گونه‌ای که تاثیر چشمگیری در کیفیت تصویر نهایی به وجود نمی‌آید. ورژن‌های پیشرفته‌تری نیز از این فرمت فشرده‌سازی مانند H.264+ طراحی شده‌اند که نرخ فشرده‌سازی بهتری ارائه می‌دهند، اما برای استفاده از آنها نیازمند تجهیزات خاصی می‌باشد.
فشرده‌سازی H.265 یا HEVC
پس از روش فرمت H.264 که به عنوان روش فشرده‌سازی رایج و محبوب در دوربین‌های مداربسته شناخته می‌شد، فرمت فشرده‌سازی H.265 به بازار عرضه شد. یکی از مزایای این روش، کاهش دو برابری حجم تصاویر نسبت به فرمت قبلی (H.264) است. در تصاویر ویدئویی، هر چه میزان حرکت در تصویر کمتر باشد، حجم آن نیز کاهش می‌یابد. همچنین، نوع تصویربرداری ویدئویی نیز بر حجم نهایی تصاویر تأثیرگذار است. اما معمولاً روش فشرده‌سازی H.265 قادر است تا تصاویر را تا دو برابر فشرده کند. علاوه بر این، کیفیت نهایی تصویر در این روش به مراتب بالاتر از فشرده‌سازی H.264 قرار دارد.
فشرده‌سازی H.265+
کدک H.265+، یک ابداع اختصاصی از شرکت هایک ویژن در زمینهٔ فشرده‌سازی تصاویر ویدئویی است. در این روش، کاستی‌های موجود در روش پیشین یعنی H.265 برطرف شده و میزان فشرده‌سازی با بهبود سه تکنولوژی کلیدی زیر افزایش می‌یابد:
- تکنولوژی کدگذاری پیشرفته بر اساس مدل پس‌زمینه:
استفاده از یک مدل پیشرفته جهت بهبود عملکرد کدگذاری و افزایش کیفیت تصویر.
- تکنولوژی حذف نویز در پس‌زمینه:
این تکنولوژی به منظور کاهش نویزهای موجود در پس‌زمینه تصاویر ویدئویی به کار گرفته شده است.
- تکنولوژی کنترل بیتریت در طولانی‌مدت:
این تکنولوژی به صورت هوشمندانه نحوه کنترل بیتریت را در طولانی‌مدت مدیریت کرده و به بهینه‌سازی مصرف فضای ذخیره‌سازی کمک می‌کند.
این فرمت H.265+ به‌طور کامل با استانداردهای H.265/HEVC سازگار بوده و همچنین با نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای پشتیبانی کننده از H.265 سازگار است. این کدک نقش بسزایی در کاهش هزینه‌های ذخیره‌سازی و ارتقاء محبوبیت با کیفیت بسیار بالای HD ایفا می‌کند.
MJPEG (Motion JPEG)
- مزایا:
- هر فریم به صورت جداگانه فشرده می‌شود که موجب می‌شود کیفیت تصویر در هر فریم حفظ شود.
- ساده و مناسب برای محیط‌های با تغییرات زیاد در صحنه.
- معایب:
- حجم فایل بسیار بزرگتر نسبت به H.264 و H.265.
- استفاده بیشتر از پهنای باند.
MPEG-4 (Moving Picture Experts Group 4)
- مزایا:
- نسبت به فرمت‌های قدیمی‌تر مانند MPEG-2 فشرده‌سازی بهتری دارد.
- کاربرد گسترده در دستگاه‌های مختلف.
- معایب:
- کارایی پایین‌تر نسبت به H.264 و H.265.
Wavelet-Based Compression
- مزایا:
- کاهش حجم داده با حفظ کیفیت تصویر در سطوح مختلف.
- مناسب برای محیط‌های پیچیده و متغیر.
- معایب:
- پیچیدگی بیشتر در پردازش و نیاز به سخت‌افزار قوی‌تر.
Proprietary Compression Methods
- برخی شرکت‌ها از روش‌های فشرده‌سازی اختصاصی استفاده می‌کنند که ممکن است کارایی بهتری در شرایط خاص داشته باشد.
- مزایا:
- بهینه‌سازی شده برای محصولات و نرم‌افزارهای خاص.
- ممکن است ویژگی‌های منحصر به فردی ارائه دهند.
- معایب:
- احتمال عدم سازگاری با سایر سیستم‌ها و نیاز به استفاده از نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای همان شرکت.
انتخاب روش فشرده‌سازی مناسب
انتخاب روش فشرده‌سازی به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
- کیفیت تصویر مورد نیاز: برای کاربردهای امنیتی حساس که نیاز به جزئیات دقیق دارند، روش‌های پیشرفته‌تر مانند H.265 ممکن است مناسب‌تر باشند.
- حجم ذخیره‌سازی و پهنای باند: در مکان‌هایی که فضای ذخیره‌سازی و پهنای باند محدود است، استفاده از روش‌های فشرده‌سازی با کارایی بالا مانند H.265 اولویت دارد.
- سازگاری با سیستم‌ها و دستگاه‌ها: انتخاب روشی که به طور گسترده پشتیبانی می‌شود، از اهمیت بالایی برخوردار است.
- هزینه‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری: روش‌های پیچیده‌تر ممکن است نیاز به تجهیزات گران‌تر داشته باشند.
با دوربین نیوز همراه باشید تا با 0 تا 100 سیستم های امنیتی آشنا شوید