راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت آخر)

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت آخر)

  • تفاوت کیفیت دو فشرده سازی H.264 و MJPEG
    از آنجایی که فرمت H.264 به طور گسترده ای در نرم افزارهای نظارت تصویری استفاده می شود، برای سالهای متمادی بحث پیرامون کاهش کیفیت در مقایسه با MJPEG وجود داشته است و برخی اعتقاد دارند فرمت H.264 کیفیت کمتری دارد. در صورتی که نتایج آزمایشهای مختلف نشان داده است که اگر تنظیمات مربوطه به درستی انجام بگیرد کیفیت دیداری به اندازه فرمت MJPEG خواهد بود. با این حال مواردی هستند که باعث کاهش کیفیت می شوند که عبارتند از:- سطح فشرده سازی بالا:
    اگر در میزان فشرده سازی زیاد در نظر گرفته شود، کیفیت تصویر خروجی کاهش خواهد یافت- صحنه های پیچیده به لحاظ تعداد و پیچیدگی اشیا در تصویر:
    در برخی صحنه ها به دلیل شلوغی زیاد و یا رفت آمد از هر طرف کیفیت تصویر به هنگام فشرده سازی مخدوش خواهد شد.- تنظیم مقدار bitrate در اندازه های پایین
    چنانچه از حالت CBR ( bitrate ثابت) استفاده شود و مقدار آن کم در نظر گرفته شده باشد، کیفیت تصویر خروجی کاهش قابل ملاحظه ای خواهد داشت.

    با اینحال در اکثر موارد آزمایش شده، حتی وقتی در شرایط تنظیمات پیش فرض باشیم، فرمت H.264 از کیفیتی مشابه فرمت MJPEG برخوردار بود.

  • CODEC های قابل توسعه
    بیشتر CODEC ها فقط از یک رزولوشن پشتیبانی می کنند، به عنوان مثال اگر یک تصویر خروجی با رزولوشن ۲ مگاپیکسل به رزولوشن ۱ مگاپیکسل تعویض شود، با COCEC های H.264 یا MJPEG، لازم است به طور کامل یک استریم جدید یا بازپردازش دوباره بر روی ۲MP انجام گیرد تا تبدیل به ۱MP شود. گاهی لازم است بدون نیاز به تولید یک رشته تصویر جداگانه، رزولوشن آن تغییر یابد. به عنوان نمونه؛ وقتی میخواهیم به یک کلاینت که ارتباط با پهنای باند پایین داریم تصویری ارسال کنیم(نظیر موبایل) یا وقتی نیاز به کاهش فضای ذخیره سازی تصاویر قدیمی داریم این مورد به کار می آید.
    به طور کلی دو CODEC قابل توسعه وجود دارد:- SVC به عنوان CODEC قابل توسعه H.264 Plus نامیده می شود. منظور از plus به این معنی است که این CODEC قابلیت توسعه را با مزیت های پهنای باند H.264 ترکیب می کند. متاسفانه سازنده های اندکی از این قابلیت پشتیبانی می کنند.مهمترین مزیت و کاربرد آن در شبکه هایی است که به صورت Multicast تصاویر را ارسال می کنند.(ارسال چندین خروجی تصویر به طور همزمان با رزولوشن و نرخ فریم متفاوت)- JPEG2000 ، که اساسا همان MJPEG است با این تفاوت که قابلیت توسعه در آن ایجاد شده است. این CODEC به طور سنتی توسط شرکت Avigilon استفاده می شد ولی در دوربین های جدید از رده خارج شده است. بزرگترین مشکل آن، مشابه MJPEG،  مصرف پهنای باند خیلی زیاد و افزایش بیش از اندازه حجم مورد نیاز ذخیره سازی در مقایسه با H.264 است
  • پیدایش H.265 به صورت محدود
    در چند سال گذشته، H.265 به عنوان یک CODEC مطرح شده است و قرار است جایگزین H.264 گردد. با کاهش حدود ۵۰ درصدی bitrate رقیب خوبی برای آن به شمار می رود ولی با وجود برخی محدودیت ها هنوز استفاده از آن عمومی نشده است:- بازدهی محدود: با تغییر CODEC از MJPEG به H.264 کاهش محسوس ۵۰ تا ۷۰ درصدی در bitrate  اتفاق افتاد ولی آزمایش های ما نشان می دهد که تغییر از H.264 به H.265 در حد ۱۵ تا ۳۰ درصد کاهش bitrate خواهد بود. با در نظر گرفتن این حقیقت و نیز افزایش ظرفیت هارددیسک ها و در عین حال کاهش قیمت شان، مزیت های H.265 چندان در رقابت با H.264 موفق نبوده اند.
    – نیاز به توسعه: برای استفاده از H.265 لازم است نرم افزارهای نظارت تصویری از آن پشتیبانی کنند. در حال حاضر به دلیل محدود بودن دوربین هایی که از H.265 استفاده می کنند شرکت های تولید کننده نرم افزار چندان رغبتی به استفاده از آن ندارند.
    -عدم پشتیبانی از ONVIF: طبق اعلام ONVIF قابلیت پشتیبانی از H.265 در سال ۲۰۱۸ به این پروتکل اضافه خواهد شد. باتوجه به این موضوع تا زمانی که این اتفاق نیافتد نمی توان به صورت عملی استفاده کرد.
  • چه CODEC استفاده کنیم؟
    در سال های  ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷ بهترین ترکیب استفاده از CODEC، روش H.264  و هوشمند بوده است. با توجه به اینکه CODEC های هوشمند به طور محسوسی باعث بهبود بازدهی H.264 می شود. H.265 می توان را نیز می توان به عنوان یک گزینه مطرح کرد ولی به دلیل محدودیت های گفته شده فعلا کاربرد چندانی ندارد. MJPEG هم برای افرادی که به اشتباه ترس از دست دادن inter-frame را دارند همچنان قابل دسترسی است.منبع : www.ipvm.com
راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت دوم)

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت دوم)

  • تفاوت I-frame  و P-frame
    دو نوع frame اصلی در مبحث فشرده سازی نظیر H.264/H.265 وجود دارد
    اولین frame در یک سری از تصاویر به عنوان I-frame نامیده می شود که مخفف Intra-coded است و اساسا یک frame کامل از ویدئو است برخلاف P-frame که تنها تغییرات را ثبت می کند. فاصله بین دو I-frame به نام های I-frame interval، GOV (group of video)،  GOP (group of pictures) شناخته می شود. به عنوان یک مثال تصویر زیر I-frame از یک فضای بیرونی که در تست های ما استفاده شده است را نشان می دهد.سیستم های نظارت تصویری,نرم افزارهای نظارت تصویری
    یک P-frame از I-frame  به عنوان تصویر مرجع استفاده می کند و فقط تغییرات صورت گرفته در آن را ارسال می کند. تغییرات ممکن است مثل نویز دیجیتال و یا حرکت محدود، کم باشد و یا نظیر حرکت دوربین چرخان از یک موقعیت به موقعیت دیگر با تغییرات زیاد همراه باشد. حرف P در P-frame مخفف “Predictive” است. تغییرات ارسال شده در P-frame از تصویر آزمایشی را می توان در شکل زیر مشاهده کرد. فقط نواحی نزدیک جاده که اتومبیل ها عبور می کنند و حرکت شاخ و برگ درختان به عنوان تغییرات صحنه موردنظر ارسال شده اند.
    سیستم های نظارت تصویری,نرم افزارهای نظارت تصویریبا روی هم گذاشتن P-frame ها تغییرات آنها به صورتی که انگار روی هم انباشته می شوند دیده می شود تا زمانی که I-frame بعدی ارسال شود.
    توجه کنید که انواع دیگری از frame ها وجود دارد که به اسامی B، SI و SP شناخته می شوند و به طور مجازی در سیستم های نظارت تصویری استفاده نمی شوند. برخی دوربین های تحت شبکه از B-frame پشتیبانی می کنند اما تمام VMS ها توانایی decode کردن آن را ندارند و به طور کلی استفاده چندانی ندارند.
  • کاربرد Codec های استاندارد
    در سیستم های نظارت تصویری تقریبا همه سیستم ها از H.264 به دلیل مزایای کاهش پهنای باند و حجم ذخیره سازی پشتیبانی می کنند. به کار گیری نسل اولیه H.264 یعنی MPEG-4 از سال ۲۰۱۶ رو به کاهش بوده و نیز H.265 به دلیل برخی محدودیت ها هنوز فراگیر نشده است.
    فرمت MJPEG هنوز در برخی شرایط استفاده می شود به خصوص در مواردی که کاربردهای خاص نظیر LPR با آنالیزهای دیگر مورد نیاز باشد. به هرحال شرکت های تولیدکننده شروع به محدود کردن پشتیبانی از MJPEG کرده اند.
    فرمت JPEG2000 یک کدک I-frame مشابه MJPEG است با این تفاوت که قابلیت توسعه دارد. به دلیل استفاده Avigilon از این فرمت معروف شده است اما به تدریج از خط تولید محصولات جدید خارج می شود. هرچند دوربین های LPR هنوز از این فرمت استفاده می کنند.
  • Codec های اختصاصی
    در سیستم های نظارت تصویری تعداد زیادی codec اختصاصی استفاده می شد، اما امروزه محدود شده است. در سیستم های قدیمی آنالوگ، تصویر دریافتی از دوربین با یک برنامه encode، ذخیره و مدیریت می شد (نظیر DVR) و این باعث سادگی در استفاده از codecهای اختصاصی می شد. به عبارت دیگر شرکت تولیدکننده DVR از ابتدا تا انتهای فرایند را در اختیار داشت و می توانست با هر استانداردی که مایل بود کار کند.
    با این حال در دوربین های تحت شبکه تصویر دوربین توسط خود دوربین encode می شود و سپس لازم است به منظور ذخیره سازی یا مدیریت تصاویر به NVR یا VMS ارسال شود. codec های اختصاصی باعث افزایش پیچیدگی ذخیره سازی، مدیریت و نمایش تصاویر به دلیل لزوم هماهنگی با VMS می شوند. هزینه بالای این کار باعث شده است تمایل به استفاده از codec های استاندارد دوربین های تحت شبکه بیشتر شود.
  • Codec های هوشمند
    در چندسال گذشته codec های هوشمند H.264 و H.265 به دلیل کاهش محسوس bitrate در مقایسه با H.264 معمولی، عمومیت پیدا کرده اند. برای آشنایی با نحوه عملکرد این codec ها دو روش اصلی که استفاده می شود توضیح داده شده است.– فشرده سازی هوشمند
    به جای استفاده از یک سطح فشرده سازی برای تمام صحنه یک تصویر، codec های هوشمند به طور دینامیک سطح فشرده سازی را برای مقدار فعالیت در ناحیه دید دوربین تنظیم می کنند. برای مثال، با نگاه کردن به تصویر زیر مشاهده می شود که برای اینکه کیفیت تصویر فردی که در حال حرف زدن است بالا حفظ شود لازم است سطح فشرده سازی پایین در نظر گرفته شود، از طرفی تصویر پشت زمینه که چندان نیازی به جزییات آن نداریم می تواند با سطح بالایی فشرده شود.
    سیستم های نظارت تصویری,نرم افزارهای نظارت تصویری
    – مقدار دینامیک I-frame Interval
    در روش دوم، codec هوشمند به طور دینامیک فاصله بین I-frame هارا بر اساس میزان فعالیت در صحنه تغییر می دهد. اگر در یک تصویر مقدار حرکت کم باشد یا کلا بدون تغییر باشد، دوربین I-frame هارا با فواصل (۵، ۱۰، ۲۰ ثانیه یا بیشتر) به طور مرتب ارسال می کند. ولی به محض تشخیص حرکت و تغییر در تصویر دریافتی بلافاصله یک I-frame ارسال می شود و به وضعیت نرمال ( هر یک ثانیه یک I-frame) بر می گردد. تا زمانی که حرکت در زاویه دوربین وجود داشته باشد در این حالت باقی می ماند.
    شکل زیر یک تحلیلگر stream را نشان می دهد که در آن وضعیت فاصله بین I-frame ها به صورت دینامیک نشان داده شده است:سیستم های نظارت تصویری,نرم افزارهای نظارت تصویری
    مزایای codec های هوشمند بیشتر مبتنی بر کاهش bitrate  در حدود حداقل ۱۵ درصد ولی در برخی تا ۹۵ درصد به حساب می آید.این codec ها در شرایطی که تصویر دریافتی از دوربین تقریبا ثابت است و تغییر چندانی نمی کند بیشترین تاثیر را دارند. چرا که فاصله زمانی بین I-frame ها طولانی است و میزان فشرده سازی به دلیل عدم تغییر زیاد است در نتیجه کاهش پهنای باند و حجم ذخیره سازی بیشتر است.منبع: www.ipvm.com

    ادامه مقاله در قسمت سوم

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت اول)

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت اول)

یکی از مهمترین مفاهیم در تحلیل و به کارگیری سیستم های نظارت تصویری، مفهوم codec است که با اسامی H.264، H.265 و MJPEG مطرح می شود. ادامه مطلب

راهنمای تنظیمات bitrate در دوربین های IP

راهنمای تنظیمات bitrate در دوربین های IP

برخلاف دوربین های آنالوگ، در دوربین های IP‌ لازم است کاربر برای انتقال ویدئو مقدار بهینه را با توجه به پهنای باند شبکه انتخاب کند. بر این اساس به عنوان مثال برای تبادل اطلاعات با نرخ ۱ مگابایت در ثانیه، لازم است مقدار bitrate‌ معادل ۸ مگابیت در ثانیه تنظیم گردد. به طور کلی هرچه مقدار bitrate بیشتر شود کیفیت تصویر بهتر می گردد، ولی با توجه به محدودیت پهنای باند شبکه و همچنین مقدار ظرفیت ذخیره سازی، انتخاب یک مقدار متناسب bitrate، برای ایجاد تعادل در کیفیت تصویر از یکسو و پهنای باند شبکه و ظرفیت ذخیره سازی از سوی دیگر یک اصل اساسی است. در این مقاله توصیه می شود حالت های مختلف متغیرهای تظیمات دوربین به ویژه bitrate تغییرداده شود و در راستای یک خروجی بهینه، تنظیمات دوربین نهایی گردد. همچنین مقادیر داده شده در این مقاله برای یک stream دوربین تعریف شده اند و چنانچه بخواهید stream‌ دیگری از دوربین را تعریف کنید لازم است به صورت جداگانه برای آن هم این مراحل انجام پذیرد. همچنین قبل از انجام این کار از اینکه دوربین چند stream را پشتیبانی می کنید اطمینان حاصل کنید.

در جدول زیر مقادیر توصیه شده برای bitrate ‌در رزولوشن های مختلف و در حالت H.264/MPEG نشان داده شده است.

مقادیر پیشنهادی جدول بالا برای کدک H.264(MPEG) ‌و تعادل بین کیفیت تصویر و bitrate یک کانال تصویر از دوربین در شرایط نور روز تهیه شده اند. اگر مسائلی نظیر پهنای باند شبکه یا عملکرد سرور و یا حالت چندکانال تصویر را بخواهیم استفاده کنیم لازم است از  framerate‌ وbitrate‌ پایین استفاده کنیم.

زمانی که از دوربین های تحت شبکه چرخان (network speed dom cameras) در حالت چرخش مداوم استفاده شود، توصیه می شود مقدار bitrate ‌تا حدود حداکثر ۵۰ درصد بالاتر در نظر گرفته شود تا پاسخگوی شرایط چرخش تصویر باشد.

فرض اندازه frame  برای کدک MJPEG در جدول زیر بر اساس میزان پیچیدگی و شلوغی صحنه مقابل دوربین انجام گرفته است. برای رزولوشن هایی غیر از D1، اندازه frame بر رزولوشن را می توان از حاصلضرب یک ضریب متناسب با اختلاف رزولوشن D1 به دست آورد. فایل MJPEG به صورت frame by frame ایجاد می شود. اندازه هر frame به صورت مستقیم به میزان پیچیدگی و شلوغی صحنه بستگی دارد.

دوحالت Bitrate‌ را می توان روی تنظیمات دوربین پیاده کرد. در صورتی مقدار آن ثابت در نظر گرفته شود (CBR) به طور کلی چندان توصیه نمی شود چرا که برای تمام صحنه ها و پیچیدگی ها یک مقدار bitrate  در نظر گرفته می شود که مناسب نیست. استفاده از این روش جز در مواردی که دلیل موجه داشته باشد توصیه نمی شود. درحالی که تنظیم دوربین برای نرخ bitrate ‌متغیر (VBR) می تواند برای تمامی صحنه ها کیفیت مناسبی ارائه دهد. گرچه استفاده از روش (VBR)‌ توان پردازشی بیشتری را مصرف می کند و این موضوع باید در طراحی سیستم سخت افزاری مورد توجه قرار گیرد.

برای پیوستن به کانال شیردال کلیک کنید:

@sheerdaal

آدرس سایت اینترنتی شرکت پردازش تصویر کمان

www.kaman.ir

https://www.unifore.net/ip-video-surveillance/simple-guide-of-ip-camera-bitrate-setting.html