آشنایی با JPEG و PNG و BMP

پیش از معرفی انواع روش های فشرده سازی تصاویر دوربین مدار بسته لازم است کمی با مکانیسم فشرده سازی تصاویر آشنا شوید. دو نوع رایج از فشرده سازی که اغلب با نام آن ها آشنا هستید JPEG و PNG هستند. قبل از توضیح این دو روش ابتدا باید بدانید که شکل خام یک عکس دارای فرمت BMP است. تصاویر BMP به صورت پیکسل به پیکسل ذخیره می شوند به این معنی که اطلاعات هر پیکسل مانند مقدار روشنایی، رنگ ها و مقیاس و جایگذاری آن به صورت جداگانه ثبت شده و سپس با کنار هم قرار گرفتن این پیکسل ها تصویر نهایی ایجاد می گردد. طبیعتا ذخیره سازی به این روش منجر به ایجاد حجم بالایی از اطلاعات شده که فضای زیادی را نیز اشغال می کند. به همین دلیل روش های دیگری ابداع شدند. از جمله روش JPEG که در آن پیکسل هایی که از نظر اطلاعات، رنگ و … شباهت زیادی به یکدیگر دارند با یکدیگر ادغام شده و بجای ضبط پیکسل به پیکسل تصاویر مجموعه ای از آبجکت های رنگی در کنار هم قرار گرفته و ضبط می گردند. این تنها تعریف ساده ای از عملکرد JPEG است و این روش در بردارنده جزئیات نرم افزاری بیشتری است که ما از ذکر آن خودداری می کنیم. اما در روش دیگر با نام PNG تصاویر به صورت فرمول هایی که هرکدام معرف یا نشان دهنده شکلی خاص هستند در می آیند. برای مثال چنانچه مربعی در مرکز تصویر قرار داشته باشد تصویر آن به صورت فرمول یک مربع ثبت می گردد. به طور خلاصه روش JPEG روش مناسب تری برای فشرده سازی تصاویر دوربین هاست و نرخ فشرده سازی در آن بالاتر از PNG است. روش PNG اغلب برای طراحی های کامپیوتری، طراحی های خطی و آیکون ها مناسب تر است.

“تقریبا تمام انواع روش های فشرده سازی تصاویر بر پایه JPEG ابداع شده اند و از آن تبعیت می کنند. زیرا تصاویر ویدئویی اغلب واقعی بوده و به همین دلیل روش JPEG بازده بهتری برای آنها خواهد داشت.”

روش فشرده سازی MPEG

سایر روش های فشرده سازی دارای مکانیسم پیچیده تری نسبت به JPEG هستند. برای مثال در روش MPEG که ابتدایی ترین روش فشرده سازی تصاویر ویدئویی است، علاوه بر ادغام شدن پیکسل های کنار هم در یک تصویر یا فریم، پیکسل های مشابه در فریم های پشت سر هم نیز با یکدیگر ادغام می گردند و چنانچه شاهد تغییرات زیادی در فریم ها نباشیم تصاویر با نرخ بالایی فشرده می گردند. در واقع در این روش تنها قسمت هایی از تصویر که دارای رخداد مهم و حرکت سوژه هستند  باقی می مانند.

وجود فرمت های فشرده سازی برای کاهش حجم تصاویر یکی از ضروریات یک سیستم مداربسته است زیرا با وجود آنها تا میزان زیادی در مصرف پهنای باند و فضای ذخیره سازی صرفه جویی می گردد که مستقیما در کاهش هزینه های سیستم تاثیرگذار است. همانطور که گفتیم در این مطلب سعی کردیم بر پایه مفاهیم ساده و قابل فهم انواع فشرده سازی را توضیح دهیم و قطعا روش های مذکور بر پایه طراحی های نرم افزاری دیجیتال و بسیار پیچیده برای تشخیص و تمایز میان شباهت های موجود در تصویر عمل می کنند و در نهایت شاهد کاهش حجم تصاویر بدون کاهش کیفیت آنها خواهیم بود.

روش های فشرده سازی در دوربین های مداربسته

باید بدانید که در سیستم های آنالوگ عمل فشرده سازی تصاویر در دستگاه ضبط DVR انجام می گردد نه دوربین مداربسته. چون دوربین فاقد پردازشگر است، به همین دلیل نمی تواند تصویر را فشرده کند. دوربین ها ابتدا تصاویر را به صورت غیر فشرده برای دستگاه ضبط می فرستند و فشرده سازی در این دستگاه انجام می شود.

اما در دوربین های تحت شبکه فشرده سازی تصاویر در داخل دوربین انجام می شود.

در دوربین های مدل قدیمی از روش های ساده و ابتدایی مانند JPEG یا MPEG برای فشرده سازی تصاویر استفاده می شد. اما در حال حاضر از روش های پیشرفته تری مانند H.264، H.265، H.265+ و .. استفاده می گردد. که در ادامه به شرح مختصری از هر کدام می پردازیم.

فشرده سازی H.264

یکی از بهترین و رایج ترین روش های فشرده سازی دوربین مداربسته است. در این روش با کاهش نرخ بیتریت (Bitrate) و حذف نقاط تکراری در فریم ها عمل فشرده سازی انجام می گیرد، بدون آنکه کاهش چشمگیری در کیفیت تصویر نهایی رخ دهد. ورژن های دیگری از این فرمت فشرده سازی مانند H.264+ نیز ابداع شده اند که نرخ فشرده سازی بهتری دارند اما برای استفاده از آن نیازمند تجهیزات خاصی هستید.

فشرده سازی H.265 یا HEVC

بعد از فرمت H.264 که رایج ترین فرمت فشرده سازی و محبوب ترین آن در میان سیستم های مداربسته بود فرمت فشرده سازی H.265 به بازار آمد. یکی از مزایای این روش کاهش دو برابری حجم تصاویر در مقایسه با روش قبلی (H.264) است. در تصاویر ویدئویی هر چه میزان حرکت در تصویر کمتر باشد حجم آن نیز کاهش می یابد همچنین نوع تصویربردای ویدئویی نیز در حجم نهایی تصاویر تاثیرگذار است. اما روش فشرده سازی H.265 عموما می تواند تصاویر را تا دو برابر فشرده کند. همچنین کیفیت نهایی تصویر در این روش به مراتب بالاتر از فشرده سازی H.264 است

فشرده سازی H.265+

کدک H.265+ نیز ابداعی شرکت هایک ویژن است که مختص فشرده سازی تصاویر ویدئویی است. در این روش کاستی های روش قبلی یعنی H.265 برطرف شده و میزان فشرده سازی براساس سه تکنولوژی کلیدی زیر بهبود می یابد:

• تکنولوژی کدگذاری پیشرفته بر اساس مدل پس زمینه
• تکنولوژی حذف نویز موجود در پس زمینه
• تکنولوژی کنترل بیتریت در طولانی مدت

فرمت H.265+ کاملا مطابق با استانداردهای H.265/HEVC ساخته شده و با غلب نرم افزار/سخت افزارهایی پشتیبانی کننده H.265 نیز سازگار است. این کدک نقش مهمی در کاهش هزینه های ذخیره سازی و ارتقاء محبوبیت فوق العاده کیفیت HD دارد.