گیسوو

چيپ تصوير Progressive CMOS / فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

اگر به واکاوي اجزاي دروني يک دوربين مداربسته بپردازيم به سخت افزارهايي برمي خوريم که يکي از آنها قطعه اي کوچک با فتوديود هاي بازتابنده اي است که به آن لنز دوربين گفته مي شود. بخش اصلي يک لنز شامل حسگر يا چيپ تصوير آن مي باشد. بسته به ويژگي نوع دوربين مداربسته اي که قصد خريد آن را داريد، متوجه خواهيد شد که از يکي از دو نوع چيپ تصوير درون آن استفاده شده است :

• چيپ تصوير CCD يا (charged-coupled device)
• چيپ تصوير CMOS يا (complimentary metal-oxide semiconductor)

اين دو سنسور در واقع شامل همان فتوديود هايي هستند که در پنل هاي خورشيدي نيز مورد استفاده قرار مي گيرند و اساسا تمام آنها وظايف يکساني دارند. آنها نور را به الکترون تبديل و در نهايت به تصاويري قابل نمايش تبديل مي کنند. تکنولوژي موجود در سنسور هاي CMOSدر سال هاي اخير پيشرفت هاي زيادي داشته است و بسياري از نقايص آن نيز برطرف شده اند .

پس از پيشرفت هاي تکنولوژيکي صورت گرفته اخير کيفيت تصاوير گرفته شده با سنسور CMOSبه حدي بالا رفته که قادر به تمايز آن از تصاوير گرفته شده توسط رقيب خود يعني سنسور CCDنيستيد. و حتي مي توان گفت مزاياي داشتن يک دوربين با سنسور CMOSاز سنسور CCDبيشتر است .

معرفي سنسور CMOS Progressive

سنسورهاي CCDو CMOSکه در داخل دوربين هاي مدار بسته يافت مي شوند با تکنولوژي پيشرفته اي ساخته شده اند که قابليت هاي اساسي آنها را بهبود مي بخشد. فيلتر هاي Interlacedو Progressiveاز جمله اين پيشرفت ها محسوب مي شوند. آنها تصاوير را درون فريم ها پردازش نموده و نقايص موجود در تصاوير را از بين مي برند .

استفاده از فيلتر Progressiveدر هر دو سنسور CCDو CMOSرايج است، اما عمدتا در دوربين هاي امنيتي CMOSوجود دارد. فيلتر Progressiveاين امکان را فرآهم مي کند تا دوربين بتواند اطلاعات را از هر کدام از پيکسل ها به طور جداگانه دريافت کند و پس از اسکن نمودن آنها تصويري کامل از سوژه به دست دهد. به بيان ديگر تصاوير دريافتي به طور جداگانه به فيلدها و اجزاي مختلف تجزيه نمي شوند و خطوط توليد شده در هر تصوير با کيفيت مناسبي سريعا در نمايشگر قابل مشاهده است. مهمترين مزيت اين روش در کاربرد هاي تشخيص حرکت يا (Motion Detection)است .

اين امر در دوربين هاي مدار بسته از اهميت زيادي برخوردار است، زيرا اين فيلتر ها به دستگاه هاي ضبط DVRيا NVRاجازه مي دهد تا فيلم ها را با کيفيت بيشتري ضبط کنند. به خصوص در مواقعي که تصاوير از پيچيدگي ها و جزئيات بيشتري برخوردار اند .

معرفي سنسور Interlaced

فيلتر هاي Interlacedمنحصرا در سنسورهاي CCDوجود دارند. براي تشکيل تصاوير توسط اين نوع از سنسور ها، خطوطي به صورت زوج و فرد توليد مي شوند. زماني که اطلاعات حاصل از اين خطوط با يکديگر ادغام مي شوند تصوير کامل تشکيل مي گردد .

هايک ويژن دوربين مدار بسته تياندي

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته

اصطلاح Video Compressionيا فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته دسته اي از اقدامات نرم افزاري براي کاهش حجم تصاوير ضبط شده و در عين حال حفظ کيفيت آنهاست. روش هاي گوناگوني براي فشرده سازي در سيستم هاي مداربسته وجود دارند. فشرده سازي در ضبط تصاوير و فيلم دوربين مداربسته در ميزان هزينه هاي ذخيره سازي نقش مهمي دارد. حجم داده هاي تصويري به خودي خود بالاست و زماني که کيفيت تصوير بالا باشد اين حجم بيشتر است. چگونه مي توان هم تصاوير بيشتري ذخيره نمود و هم کيفيت را از دست نداد. فرمت هاي مختلف فشرده سازي براي اين منظور معرفي شدند و هر بار نسخه جديدتري با عملکرد بهتر به آنها اضافه شد. به عنوان مثال فرمت هاي فشرده سازي JPEG، Wavelet، JPEG 2000، MPEG-2، MPEG-4، H.264و MPEG-7که توسعه آنها موجب بهبود نتايج شد .

فشرده سازي فيلم چطور صورت مي گيرد؟

پيش از بررسي روش هاي فشرده سازي فيلم بايد کمي با روش هاي ساده فشرده سازي تصوير يا عکس آشنا شويم. براي فشرده سازي يک عکس روشهاي بسيار متفاوتي وجود دارد که هر يک فرمولاسيون نرم افزاري خود را دارند اما دو روش بسيار رايج JPEGو PNGهستند. بايد بدانيد در شکل خام (BMP)، يک عکس به صورت پيکسل هاي يک به يک ضبط مي شود، يعني اطلاعات هر پيکسل به صورت جداگانه ثبت مي شود که شامل ميزان روشنايي، رنگ و محل پيکسل است. از کنار هم گذاشتن اين اطلاعات يک عکس کامل ساخته مي شود. اين روش طبيعتا ظرفيت بسيار بالايي را اشغال مي کند .

در روش JPEG، نرم افزار با پيدا کردن پيکسل هاي نزديک به هم و ضبط شباهت آنها از نظر رنگي به جاي ثبت پيکسل به پيکسل تصوير، تصوير را به صورت مجموعه اي از شکل هاي رنگي ثبت مي کند (البته اين فقط اصل عملکرد JPEGاست، جزئيات نرم افزاري فشرده سازي بسيار گسترده است ).در روش PNGعکس به صورت يک فرمول از شکل هايي با رنگ هاي مختلف در مي آيد .

مثلا اگر دايره اي در مرکز تصوير است اين دايره به صورت فرمول يک دايره ثبت مي شود. روش JPEGمعمولا در فشرده کردن عکس هاي واقعي بالاترين بهره وري را دارد در حالي که روش PNGبراي فشرده سازي طراحي هاي کامپيوتري و ICONها بهينه است. تقريبا تمام روشهاي فشرده سازي فيلم ها بر پايه JPEGساخته شده اند. چراکه بيشتر فيلم ها از تصاوير واقعي تشکيل شده اند و اين روش بهينه تر خواهد بود. البته در فشرده سازي فيلم پا را يک قدم فراتر از روش JPEGمي گذارند .

در روش‌هاي رايج فشرده سازي فيلم مانند MPEGگذشته از بررسي پيکسل هاي کنار هم در تصوير، پيکسل هاي مشابه در بين فريم ها هم شناسايي مي شود و به يک مجموعه ثبت مي شوند. در واقع در اين روش، اگر تصوير در بين فريم ها تغييرات زيادي نداشته باشد به مراتب فشرده تر مي شود. اين باعث مي شود قسمت هايي از تصوير که فاقد اتفاقات مهم و حرکت هستند ظرفيت زيادي اشغال نکنند. البته موارد گفته شده تنها پايه هاي فشرده سازي ديجيتال هستند، روشهاي امروزي براي تشخيص شباهت ها در تصاوير و بين فريم ها از مکانيزم هاي بسيار پيچيده اي استفاده مي کنند تا بتوانند نهايت فشرده سازي را در يک فيلم بدون کاهش کيفيت انجام دهند .

فشرده سازي تصاوير در دوربين مداربسته به چه صورت انجام مي گيرد؟

دوربين هاي آنالوگ فاقد پردازشگر هستند، پس نمي توانند تصوير را فشرده کنند. اين دوربين هاي تصاوير را به صورت غير فشرده براي دستگاه DVRمي فرستند و فشرده سازي در اين دستگاه انجام مي شود. در دوربين هاي تحت شبکه فشرده سازي تصاوير در داخل دوربين انجام مي شود .

نسل اول از دوربين هاي مداربسته از روش هاي بسيار ساده مانند JPEGيا MPEGاستفاده مي کردند. اما امروزه تقريبا تمام دوربين هاي مداربسته حداقل از روش H.264استفاده مي کنند. در چند سال اخير يک روش بسيار پيشرفته به نام H.265يا HEVCهايک ويژن براي فشرده سازي مورد استفاده قرار مي گيرد که تا 4 برابر موثرتر از H.264است .

دوربين هاي مداربسته هايک ويژن از چه روشي براي فشرده سازي استفاده مي کنند؟

دوربين هايک ويژن از روش H.264يا H.264+ (نمونه پيشرفته همان روش با مشخصاتي مشابه H.265)استفاده مي کند. نوع روش فشرده سازي تصاوير در کاتالوگ دوربين يا دستگاه ذخيره ساز نوشته شده است. اما جديدترين ورژن فشرده سازي تصاوير که توسط خود شرکت هايک ويژن ابداع شده است فشرده سازي H.265+است. تفاوت اصلي آن از نظر عملکرد نسبت به نسخه هاي قبلي، کاهش ميزان بيت ريت (تعداد بيت هايي که در يک واحد منتقل يا پردازش مي شوند) و کاهش مصرف پهناي باند (ميزان انتقال داده ها در بيت در ثانيه (بيت / ثانيه) در آن است .

فشرده سازي H.264در دوربين مداربسته هايک ويژن

264در سال 2003 توسعه يافت. همچنين به عنوان کدگذاري پيشرفته ويدئو (AVC)شناخته مي شود، اين فرمت پرکاربردترين فرمت براي ضبط، فشرده سازي و توزيع ويدئو است . H. 264يک استاندارد شناخته شده فشرده سازي ويدئو براي فيلم هاي ديجيتال با کيفيت بالا محسوب مي شود . H. 264که با نام MPEG-4 Part 10يا Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC)نيز شناخته مي شود، چندين سطح از حداکثر بيت ريت و وضوح را تعريف مي کند. در سطح بالا، مقدار يکنواختي در پارامترهاي فشرده سازي براي هر کدک وجود دارد. در تمام آنها حفظ کيفيت مورد نظر است اما بيت استريم رمزگشايي پيچيده اي دارد. در واقع سطوح H.264حداکثر داده و وضوح تصوير را تعيين مي کند .

نصب دوربين مدار بسته

دوربين حارس

ساير فرمت هاي فشرده سازي در دوربين مداربسته

• Motion JPEG

M-JPEGفرمت فشرده سازي تصوير دوربين مداربسته از فرمت JPEGگرفته شده است . JPEGتکنيک فشرده سازي از نوع losslessاست. به اين مفهوم که اطلاعات کمي از تصوير حذف در جريان فشرده سازي حذف مي کند . Motion-JPEGيک جريان ويديويي از عکس هايي را ايجاد مي کند که با فرمت JPEGفشرده شده باشند .

• MPEG

پس از M-JPEGفرمتي ديگر جهت فشرده سازي توسط گروه Motion Picture Expert Groupطراحي و معرفي شد. اساس کار اين استاندارد به اين نحو است که قسمت هاي اضافي يا مشابه را حذف مي کند. بخش هاي حذف شده نه تنها در هر تصوير بلکه در بين تصاوير مختلف و مجاور نيز شناسايي و حذف مي شود .

• MPEG-1

در MPEG-1از هر تصوير سه فريم متفاوت ساخته مي شود. فريم اول شامل (l-frame)تمام خصوصيات و اطلاعات مربوط به ساخت تصوير است. فريم دوم P-frameيا فريم پيش بيني نام دارد اين فريم از فريم اول، تصوير قبلي ايجاد شده است. از آن براي ايجاد تصوير بعدي استفاده مي شود. سومين فريم با نام B-framesکه به آن فريم پيش بيني دوتايي نيز گفته مي شود از دو فريم قبلي و بعدي ساخته مي شود. اين روش فشرده سازي بخش هاي تکراري و زائد را در هر تصوير حذف مي کند. علاوه براين بين تصاوير مختلف نيز با استفاده از مقايسه فريم ها با يکديگر، بخش هاي تکراري را حذف خواهد کرد. نتيجه اين فشرده سازي، کاهش بيشتري از حجم تصوير نسبت به روش JPEGاست .

• MPEG-2 و MPEG-3

MPEG-2نسخه پيشرفته MPEGاست. به عبارت ديگر حاصل اين فرمت کم حجم تر از نتيجه فرمت فشرده سازي MPEGاست. اما فرمت فشرده سازي MPEG-3که ساختاري مشابه MPEG-1دارد. با اين تفاوت که تصاوير فشرده شده با MPEG-3با کيفيت بهتري خواهد بود .