چیپ تصویر Progressive CMOS / فشرده سازی تصاویر در دوربین مداربسته
اگر به واکاوی اجزای درونی یک دوربین مداربسته بپردازیم به سخت افزارهایی برمی خوریم که یکی از آنها قطعه ای کوچک با فتودیود های بازتابنده ای است که به آن لنز دوربین گفته می شود. بخش اصلی یک لنز شامل حسگر یا چیپ تصویر آن می باشد. بسته به ویژگی نوع دوربین مداربسته ای که قصد خرید آن را دارید، متوجه خواهید شد که از یکی از دو نوع چیپ تصویر درون آن استفاده شده است:
این دو سنسور در واقع شامل همان فتودیود هایی هستند که در پنل های خورشیدی نیز مورد استفاده قرار می گیرند و اساسا تمام آنها وظایف یکسانی دارند. آنها نور را به الکترون تبدیل و در نهایت به تصاویری قابل نمایش تبدیل می کنند. تکنولوژی موجود در سنسور های CMOS در سال های اخیر پیشرفت های زیادی داشته است و بسیاری از نقایص آن نیز برطرف شده اند.
پس از پیشرفت های تکنولوژیکی صورت گرفته اخیر کیفیت تصاویر گرفته شده با سنسور CMOS به حدی بالا رفته که قادر به تمایز آن از تصاویر گرفته شده توسط رقیب خود یعنی سنسور CCD نیستید. و حتی می توان گفت مزایای داشتن یک دوربین با سنسور CMOS از سنسور CCD بیشتر است.
معرفی سنسور CMOS Progressive
سنسورهای CCD و CMOS که در داخل دوربین های مدار بسته یافت می شوند با تکنولوژی پیشرفته ای ساخته شده اند که قابلیت های اساسی آنها را بهبود می بخشد. فیلتر های Interlaced و Progressive از جمله این پیشرفت ها محسوب می شوند. آنها تصاویر را درون فریم ها پردازش نموده و نقایص موجود در تصاویر را از بین می برند.
استفاده از فیلتر Progressive در هر دو سنسور CCD و CMOS رایج است، اما عمدتا در دوربین های امنیتی CMOS وجود دارد. فیلتر Progressive این امکان را فرآهم می کند تا دوربین بتواند اطلاعات را از هر کدام از پیکسل ها به طور جداگانه دریافت کند و پس از اسکن نمودن آنها تصویری کامل از سوژه به دست دهد. به بیان دیگر تصاویر دریافتی به طور جداگانه به فیلدها و اجزای مختلف تجزیه نمی شوند و خطوط تولید شده در هر تصویر با کیفیت مناسبی سریعا در نمایشگر قابل مشاهده است. مهمترین مزیت این روش در کاربرد های تشخیص حرکت یا (Motion Detection) است.
این امر در دوربین های مدار بسته از اهمیت زیادی برخوردار است، زیرا این فیلتر ها به دستگاه های ضبط DVR یا NVR اجازه می دهد تا فیلم ها را با کیفیت بیشتری ضبط کنند. به خصوص در مواقعی که تصاویر از پیچیدگی ها و جزئیات بیشتری برخوردار اند.
معرفی سنسور Interlaced
فیلتر های Interlaced منحصرا در سنسورهای CCD وجود دارند. برای تشکیل تصاویر توسط این نوع از سنسور ها، خطوطی به صورت زوج و فرد تولید می شوند. زمانی که اطلاعات حاصل از این خطوط با یکدیگر ادغام می شوند تصویر کامل تشکیل می گردد.
هایک ویژن دوربین مدار بسته تیاندی
فشرده سازی تصاویر در دوربین مداربسته
اصطلاح Video Compression یا فشرده سازی تصاویر در دوربین مداربسته دسته ای از اقدامات نرم افزاری برای کاهش حجم تصاویر ضبط شده و در عین حال حفظ کیفیت آنهاست. روش های گوناگونی برای فشرده سازی در سیستم های مداربسته وجود دارند. فشرده سازی در ضبط تصاویر و فیلم دوربین مداربسته در میزان هزینه های ذخیره سازی نقش مهمی دارد. حجم داده های تصویری به خودی خود بالاست و زمانی که کیفیت تصویر بالا باشد این حجم بیشتر است. چگونه می توان هم تصاویر بیشتری ذخیره نمود و هم کیفیت را از دست نداد. فرمت های مختلف فشرده سازی برای این منظور معرفی شدند و هر بار نسخه جدیدتری با عملکرد بهتر به آنها اضافه شد. به عنوان مثال فرمت های فشرده سازی JPEG ،Wavelet، JPEG 2000،MPEG-2 ،MPEG-4 ، H.264 و MPEG-7 که توسعه آنها موجب بهبود نتایج شد.
فشرده سازی فیلم چطور صورت می گیرد؟
پیش از بررسی روش های فشرده سازی فیلم باید کمی با روش های ساده فشرده سازی تصویر یا عکس آشنا شویم. برای فشرده سازی یک عکس روشهای بسیار متفاوتی وجود دارد که هر یک فرمولاسیون نرم افزاری خود را دارند اما دو روش بسیار رایج JPEG و PNG هستند. باید بدانید در شکل خام (BMP)، یک عکس به صورت پیکسل های یک به یک ضبط می شود، یعنی اطلاعات هر پیکسل به صورت جداگانه ثبت می شود که شامل میزان روشنایی، رنگ و محل پیکسل است. از کنار هم گذاشتن این اطلاعات یک عکس کامل ساخته می شود. این روش طبیعتا ظرفیت بسیار بالایی را اشغال می کند.
در روش JPEG، نرم افزار با پیدا کردن پیکسل های نزدیک به هم و ضبط شباهت آنها از نظر رنگی به جای ثبت پیکسل به پیکسل تصویر، تصویر را به صورت مجموعه ای از شکل های رنگی ثبت می کند (البته این فقط اصل عملکرد JPEG است، جزئیات نرم افزاری فشرده سازی بسیار گسترده است). در روش PNG عکس به صورت یک فرمول از شکل هایی با رنگ های مختلف در می آید.
مثلا اگر دایره ای در مرکز تصویر است این دایره به صورت فرمول یک دایره ثبت می شود. روش JPEG معمولا در فشرده کردن عکس های واقعی بالاترین بهره وری را دارد در حالی که روش PNG برای فشرده سازی طراحی های کامپیوتری و ICON ها بهینه است. تقریبا تمام روشهای فشرده سازی فیلم ها بر پایه JPEG ساخته شده اند. چراکه بیشتر فیلم ها از تصاویر واقعی تشکیل شده اند و این روش بهینه تر خواهد بود. البته در فشرده سازی فیلم پا را یک قدم فراتر از روش JPEG می گذارند.
در روشهای رایج فشرده سازی فیلم مانند MPEG گذشته از بررسی پیکسل های کنار هم در تصویر، پیکسل های مشابه در بین فریم ها هم شناسایی می شود و به یک مجموعه ثبت می شوند. در واقع در این روش، اگر تصویر در بین فریم ها تغییرات زیادی نداشته باشد به مراتب فشرده تر می شود. این باعث می شود قسمت هایی از تصویر که فاقد اتفاقات مهم و حرکت هستند ظرفیت زیادی اشغال نکنند. البته موارد گفته شده تنها پایه های فشرده سازی دیجیتال هستند، روشهای امروزی برای تشخیص شباهت ها در تصاویر و بین فریم ها از مکانیزم های بسیار پیچیده ای استفاده می کنند تا بتوانند نهایت فشرده سازی را در یک فیلم بدون کاهش کیفیت انجام دهند.
فشرده سازی تصاویر در دوربین مداربسته به چه صورت انجام می گیرد؟
دوربین های آنالوگ فاقد پردازشگر هستند، پس نمی توانند تصویر را فشرده کنند. این دوربین های تصاویر را به صورت غیر فشرده برای دستگاه DVR می فرستند و فشرده سازی در این دستگاه انجام می شود. در دوربین های تحت شبکه فشرده سازی تصاویر در داخل دوربین انجام می شود.
نسل اول از دوربین های مداربسته از روش های بسیار ساده مانند JPEG یا MPEG استفاده می کردند. اما امروزه تقریبا تمام دوربین های مداربسته حداقل از روش H.264 استفاده می کنند. در چند سال اخیر یک روش بسیار پیشرفته به نام H.265 یا HEVC هایک ویژن برای فشرده سازی مورد استفاده قرار می گیرد که تا 4 برابر موثرتر از H.264 است.
دوربین های مداربسته هایک ویژن از چه روشی برای فشرده سازی استفاده می کنند؟
دوربین هایک ویژن از روش H.264 یا H.264+ (نمونه پیشرفته همان روش با مشخصاتی مشابه H.265) استفاده می کند. نوع روش فشرده سازی تصاویر در کاتالوگ دوربین یا دستگاه ذخیره ساز نوشته شده است. اما جدیدترین ورژن فشرده سازی تصاویر که توسط خود شرکت هایک ویژن ابداع شده است فشرده سازی H.265+ است. تفاوت اصلی آن از نظر عملکرد نسبت به نسخه های قبلی، کاهش میزان بیت ریت (تعداد بیت هایی که در یک واحد منتقل یا پردازش می شوند) و کاهش مصرف پهنای باند (میزان انتقال داده ها در بیت در ثانیه (بیت / ثانیه) در آن است.
فشرده سازی H.264 در دوربین مداربسته هایک ویژن
264 در سال 2003 توسعه یافت. همچنین به عنوان کدگذاری پیشرفته ویدئو (AVC) شناخته می شود، این فرمت پرکاربردترین فرمت برای ضبط، فشرده سازی و توزیع ویدئو است. H. 264 یک استاندارد شناخته شده فشرده سازی ویدئو برای فیلم های دیجیتال با کیفیت بالا محسوب می شود. H. 264 که با نام MPEG-4 Part 10 یا Advanced Video Coding (MPEG-4 AVC) نیز شناخته می شود، چندین سطح از حداکثر بیت ریت و وضوح را تعریف می کند. در سطح بالا، مقدار یکنواختی در پارامترهای فشرده سازی برای هر کدک وجود دارد. در تمام آنها حفظ کیفیت مورد نظر است اما بیت استریم رمزگشایی پیچیده ای دارد. در واقع سطوح H.264 حداکثر داده و وضوح تصویر را تعیین می کند.
سایر فرمت های فشرده سازی در دوربین مداربسته
M-JPEG فرمت فشرده سازی تصویر دوربین مداربسته از فرمت JPEG گرفته شده است. JPEG تکنیک فشرده سازی از نوع lossless است. به این مفهوم که اطلاعات کمی از تصویر حذف در جریان فشرده سازی حذف می کند. Motion-JPEG یک جریان ویدیویی از عکس هایی را ایجاد می کند که با فرمت JPEG فشرده شده باشند.
پس از M-JPEG فرمتی دیگر جهت فشرده سازی توسط گروه Motion Picture Expert Group طراحی و معرفی شد. اساس کار این استاندارد به این نحو است که قسمت های اضافی یا مشابه را حذف می کند. بخش های حذف شده نه تنها در هر تصویر بلکه در بین تصاویر مختلف و مجاور نیز شناسایی و حذف می شود.
در MPEG-1 از هر تصویر سه فریم متفاوت ساخته می شود. فریم اول شامل (l-frame) تمام خصوصیات و اطلاعات مربوط به ساخت تصویر است. فریم دوم P-frame یا فریم پیش بینی نام دارد این فریم از فریم اول، تصویر قبلی ایجاد شده است. از آن برای ایجاد تصویر بعدی استفاده می شود. سومین فریم با نام B-frames که به آن فریم پیش بینی دوتایی نیز گفته می شود از دو فریم قبلی و بعدی ساخته می شود. این روش فشرده سازی بخش های تکراری و زائد را در هر تصویر حذف می کند. علاوه براین بین تصاویر مختلف نیز با استفاده از مقایسه فریم ها با یکدیگر، بخش های تکراری را حذف خواهد کرد. نتیجه این فشرده سازی، کاهش بیشتری از حجم تصویر نسبت به روش JPEG است.
MPEG-2 نسخه پیشرفته MPEG است. به عبارت دیگر حاصل این فرمت کم حجم تر از نتیجه فرمت فشرده سازی MPEG است. اما فرمت فشرده سازی MPEG-3 که ساختاری مشابه MPEG-1 دارد. با این تفاوت که تصاویر فشرده شده با MPEG-3 با کیفیت بهتری خواهد بود.