شرکت پردازش تصویر کمان با همکاری تیم حرفه ای خود علاوه بر خدمات رسانی به مشتریان، زمانی را برای رساندن آگاهی به مشتریان و کاربران مشتاق به یادگیری اختصاص می دهد. تمامی وبینارها و مباحث فنی را در این صفحه دنبال کنید.

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.

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.

با 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 هوشمندبه 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.

– 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:

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