پهنای باند یکی از مباحث مهم در سیستم های مدار بسته است. که به طور سر راست در هزینه های موجود تاثیرگذار است. در این مطلب کوشش کرده ایم لغایت انچه که می بایست قبل از طریق اندازی سیستم مداربسته خود درباره مصرف پهنای باند و عوامل موثر بر آن بدانید را بازگو نمائیم. در مبحث شبکه پهنای باند Bandwidth به معنی حجم اطلاعاتی است که از نقطه ای به نقطه ای سایر منتقل می گردد.
پهنای باند بر سرعت انتقال اطلاعات نیز نشان گذار است اما صرفا و به انفرادی تعیین کننده آن در شبکه نیست و عوامل دیگری نیز بر سرعت انتقال اطلاعات پرتو گذار اند. در سیستم های مداربسته مبحث پهنای باند در اثناء ارسال اطلاعات از دوربین مداربسته به دستگاه ضبط کننده مطرح می گردد. نکته دارای اهمیت در این مورد محدودیت پهنای باند است به خصوص اگر ابعاد پروژه کبیر بوده و شمار دوربین های زیادی در محل نصب شده باشند. لذا لازم است الی با نحوه محاسبات آن نیز آشنایی کامل داشته باشید.
ابتدا ذکر این نکته مهم است که هر دوربین بر بنیاد طراحی خود میزان مشخصی از پهنای باند را برای ارسال اطلاعات اشغال می کند. در ضمن لازم به بیان است که در هنگام نصب باید در محاسبه میزان مصرف پهنای باند توسط کلیه دوربین ها و به دست آوردن میزان کل و سنجش آن با پهنای باندی که در گزین کردن داریم دقت لازم را داشت.
در یک سیستم مداربسته عوامل زیادی بر مصرف پهنای باند کارساز اند که در ذیل به آنها اشاره می کنیم:
1. فرمت فشرده سازی
یکی از عوامل کارساز بر حجم تصاویر کیفیت آنهاست هر چه تصاویر از کیفیت بالاتری برخوردار باشند حجم اکثریت هم خواهند داشت. فلذا در انتقال انها نیز پهنای باند اکثریت مصرف می شود. همانطور که در مطالب پیشین گفتیم فرمت های فشرده سازی مختلفی برای کم کردن حجم عکس ها ویدئویی هستی دارند(شامل MPEG4 ،H.264 ،H.265 ،H.264+ و … ) که هر کدام قادرند الی میزانی مشخصی از حجم عکس ها بکاهند و در نتیجه با پروا به خروجی متفاوت هر کدام پروا به این نکته مهم است که در دستگاه های شما از کدام یک استفاده می شود. از دسته فرمت های فشرده سازی در دوربین مداربسته می تاب به موارد زیر اشاره نمود:
- MPEG4: یک فرمت کهنه است که در حال حاضرذ نیز در بعضی از دوربین های مداربسته یا دستگاه های ضبط مورد بهره‌گیری پیمان می گیرد.
- فرمت H.264: الی قبل از آمدن ورژن های جدیدتر مانند H.265 رایجترین فرمت فشرده سازی در عکس ها دوربین مداربسته بود.
- فرمت H.265: فرمت H.265 دارای دوبرابر نرخ فشرده سازی نسبت به H.264 با حفظ کیفیت عکس ها می باشد.
- فرمت H.265+: این کدک ساخت کمپانی هایک ویژن است بهترین گونه کدگذاری در دوربین های مدار بسته برای فشرده سازی عکس ها ویدئویی محسوب می گردد.
هایک ویژن برای پابرجا کردن ادعای خود مبنی بر تاثیر بالای فرمت فشرده سازی H.265 + نسبت به H.265 و H.264 تستی را طراحی و اجرا کرد پارامتر های این تست به شرح پایین است:
- نصب دوربین مداربسته ای مجهز به کدک H.265 و دوربین دیگری مجهز به H.265 + گرد در خیابان و دیگری در یک کافه شلوغ
- هر دو دوربین دارای رزولوشن 1080p و نرخ فریم 25fbs بودند.
نتیجه:
- مصرف پهنای باند در حالت H.265 نسبت به H.264 47.8٪ کاهش داشت
- مصرف پهنای باند در H.265 + نسبت به H.264 83.7٪ تفریق داشت.
2. فریم ریت
میزان فریم در تصاویر می تواند کارایی مستقیم بر مصرف پهنای باند بگذارد. اغلب دوربین ها حائز نرخ فریم 25 تا 30 FPS هستند. این میزان در دستگاه ها قابل تنظیم است و هر چه کمتر باشد بهتر است.
3. شمار دوربین های نصب شده
یکی از عوامل تاثیرگذار سایر شمار دوربین های موجود در شبکه است. زیرا همانطور که در بالا گفتیم هر دوربین میزانی از پهنای باند را اشغال می کند و مجموعا بر میزان پهنای باند کل (Total Bandwidth) تاثیرگذار است. باید به این نکته اشاره نماییم که هر شبکه پهنای باند محدودی را در گزین کردن دارد و هرچه شمار دوربین ها افزایش یابد از میزان آن اغلب کاسته می شود.
4. حالت های گوناگون ضبط
همانطور که می دانید حالت های مختلفی برای ضبط در دستگاه ضبط هستی دارد مانند حالت روز و شب، ضبط با حالت جنبش Motion Detection و ... گزینش هر کدام از این حالت ها می تواند بر حجم تصاویر پرتو گذاشته و مصرف پهنای باند را تفریق یا افزایش دهد. برای مثال چنانچه حالت ضبط را بر روی ضبط حساس به حرکت یا Motion Detection قرار دهیم اگر تصویر اولیه در مدت زمان طولانی به همان حالت اولیه باقی بماند و هیچ عامل متحرکی وارد آن نشود دوربین عکس ها یکسان پشت راز هم حذف خواهند کرد لغایت زمانی که موضوع ای وارد تصویر گردد که منجر به آغاز ضبط شود. این کار لغایت بی گمان زیادی بر روی تفریق حجم تصاویر و مصرف پهنای باند تاثیر دارد.
5. رزولوشن دوربین و نسبت تصویر (Aspect Ratio)
رزولوشن دوربین مداربسته تعیین کننده کیفیت تصاویر است. هرچه رزولوشن بالاتر باشد حجم تصاویر نیز اغلب شده و پهنای باند بیشتری را اشغال می کند. برای مثال عکس ها برآمده از یک دوربین 8 مگاپیکسلی پهنای باند بیشتری را نسبت به یک دوربین 5 مگاپیکسلی اشغال می کنند. همچنین فاکتور تاثیرگذار سایر نسبت تصویر یا (Aspect Ratio) است. منظور از نسبت تصویر نسبت پهنا به بلندی یک فریم است. این نسبت را با اعداد ۴:۳، ۱۶:۹ و ... پرتو می دهند. با توجه به اینکه نسبت تصویر ۱۶:۹ تصویر بزرگتری را ارائه می دهد فلذا پهنای باند بیشتری را نیز اشغال می کند.
6. نوع کاربری، محل نصب دوربین، تراکم موضوع ها در تصویر
هرچه محیطی که دوربین در آن نصب می گردد شلوغ و پر ایاب و ذهاب و حائز تعدد موضوع های گوناگون باشد پیچیدگی عکس ها اغلب بوده و حجم آنها نیز افزایش می یابد در نتیجه پهنای باند اکثریت اشغال می گردد.
فشرده سازی H.265+ دوربین مداربسته چیست؟
وقتی صحبت از ارسال و انتقال عکس ها ویدئویی به میان می آید ناگزیر با سخت حجم بالای این اطلاعات در هنگام انتقال روبرو می شویم. این امر می تواند یک سیستم مداربسته را از جهات گوناگون دچار محدودیت نماید که از دسته می طاقت به تحمیل هزینه هایی مشابه فضای ذخیره سازی و پهنای باند اشاره نمود. این مسائل خویش نیز می توانند انگیزه عدم اشاعه تکنولوژی HD علیرغم محبوبیت زیاد آن باشد. زیرا هر چه کیفیت تصاویر بالاتر باشد حجم آن ها نیز اغلب می شود. به همین دلیل برای دسترسی به تصاویری با کیفیت HD و ultra-HD نیازمند راهکارهای دیگری خواهید بود.
راهکار های بسیار زیادی برای تفریق حجم تصاویر و سایر اطلاعات پیوسته هستی دارند. که در دسته تکنولوژی های فشرده سازی ویدئویی قرار می گیرند که می تاب برای نمونه به MPEG، JPEAG، H.264 و ... اشاره نمود. هر کدام از این روش ها با تفریق برخی از پارامترهای تکراری و غیرضروری در تصویر با حفظ کیفیت آن اقدام به تفریق حجم تصاویر می نمایند.
از جمله جدیدترین این انحاء می توان به طریق H.265+ ابداعی شرکت هایک ویژن اشاره نمود که مختص سیستم های مداربسته طراحی شده است. تکنولوژی H.265+ یک الگوریتم هوشمند است که با پیروی از استاندارد HEVC یا (High Efficiency Video Coding) و یا H.265 طراحی شده است .
اما مهمترین تفاوت موجود در روش عملکرد H.265+ نسبت به نسخه های قبلی، تفریق میزان بیت ریت عکس ها (یعنی کاهش تعداد بیت هایی که در یک واحد منتقل یا پردازش می شوند) و برآیند اینکه کاهش مصرف پهنای باند (میزان انتقال داده ها در بیت در ثانیه (بیت / ثانیه) است.
H.265+ از طریق کاهش چشمگیر نرخ بیت ریت در تصاویر ویدئویی آشکارا منجر به کاهش خرج های مربوط به پهنای باند در دوربین مدار بسته و فضای اندوخته سازی می گردد. روش عملکرد این تکنولوژی به این صورت است که اطلاعات اصلی در مقوله تصویر برپا باقی مانده و به ندرت تغییر می کنند. بنیاد کارکرد آن با در عقیده گرفتن 3 باره زیر است:
- معمولا شدنی است اشیاء متحرک تنها چندین بار در یک دسته با اهمیت از تصاویر نما شوند پس بسیاری از فریم ها تکراری خواهند بود.
- تمرکز نظاره گر عمدتا بر روی اجسام متحرک است پس تقدیر های دیگر تصویر کمتر جلب پروا می کنند.
- دو عامل کارکرد نظارتی 24 ساعته و هستی نویز در سیستم های مداربسته هر کدام بر کیفیت عکس ها تاثیرگذار هستند.
نحوه عملکرد H265+
اما روش عملکرد H.265+به شرح زیر است: 1. نخست تصویری از محیط مورد عقیده گرفته، و متعلق به به عنوان فریم بعد مقوله بهره‌گیری می کند. در این تصویر تمرکز اصلی بر روی اشیاء متحرک خواهد بود. 2. هنگامی که سوژه متحرکی وارد این فریم گردد، H265+ تصویری از جسم متحرک را برگزیدن نموده و متعلق به به عنوان فریم مرجع بهره‌گیری می کند. 3. چنانچه جستار به جنبش خویش پیوستگی دهد، سیستم تنها اطلاعات مربوط به سوژه متحرک را در هر فریم اضافه می کند و باقی اطلاعات تکراری را حذف می کند.
از لحاظ علمی فشرده سازی H265+ دارای 3 مرحله کلیدی پایین است:
- تکنولوژی کدگذاری بر پایه مدل پس زمینه
- تکنولوژی کاهش چشمگیر میزان نویز در تصویر
- تکنولوژی کاهش نرخ بیت
تکنولوژی رمزگذاری بر بنیاد مدل بعد زمینه
همانطور که می دانید فرمت های مختلفی از فشرده سازی تصاویر اعم از MPEG2، MPEG4، H.264 و... هستی دارند که اساس پیشه در آنها بر اساس کدگذاری ترکیبی است. مبنای شغل فشرده سازی در این فرمت ها بدین گونه است که معمولا یک فریم را به عنوان فریم مرجع در عقیده می گیرند. در این فریم اطلاعات بعد مقوله معمولا تغییر ناپذیر هستند و از فریم مرجع برای کدگذاری دیگر فریم ها بهره‌گیری می گردد که رویهمرفته منجر به فشرده سازی بهتر کلیه عکس ها می شود. اما در H.265+ شیوه کدگذاری تفاوت هایی دارد که یکی از مراحل آن کدگذاری بر پای بست، مدل بعد زمینه است این مرحله خود به دو دسته کدگذاری داخلی و میان تقسیم بندی می شود:
1. رمزگذاری داخلی (Inter-frame prediction): فریم درونی فریمی است که در جریان فشرده سازی ویدئویی به عنوان فریم مجاور فریم اصلی ذکر می شود. در این گونه کدگذاری کوشش می شود لغایت با از بین بردن اطلاعات تکراری در فریم های مجاور میزان فشرده سازی افزایش یابد. یک فریم کد گذاری شده داخلی به بلوک هایی دسته بندی می گردد که به آنها اصطلاحا ماکرو بلوک گفته می شود. پس از آن، به جای آنکه مستقیما محتویات پیکسل ها در هر بلوک کدگذاری شوند عامل رمزگذار کوشش خواهد کرد که بلوکی مثل را که یک بار قبلا کدگذاری شده است از فریم قبلی پیدا کند و متعلق به به عنوان فریم مرجع استفاده کند.
2. رمزگذاری وسط (Intra-frame prediction): این طریق از مدل افزونگی فضایی استفاده می کند(افزونگی در سیستم اندوخته سازی به معنای ذخیره سازی مقارن ویدئو یا هر نوع اطلاعات دیگر در چند محیط مختلف و جاسازی نسخه پشتیبان از آنها است الی در چهره ویرانی از آنها بهره‌گیری شود.)
در این روش سعی می شود که در میانی پیکسل های یک فریم وابستگی برپایی شود و این پیشه از طریق محاسبه میزان اطلاعات کدگذاری شده از راه استخراج پیکسل هایی انجام می شود که قبلا کدگذاری شده اند. همتای این طریق کدگذاری داخلی است که از مدل افزونگی زمانی استفاده می کند.
تکنولوژی کاهش نویز در بعد گویه تصویر
نویز در عکس ها گرد از دشواری ها معمول در عکس ها دوربین های مداربسته است. وجود نویز در عکس ها می تواند دلایل متعددی داشته باشد که از دسته می توان به عدم وجود نور کافی در محیط اشاره نمود. نویز نه فقط کیفیت عکس ها را کاهش می دهد بلکه میزان زیادی از بیت ریت کدگذاری شده را نیز اشغال می کند. از این رو باید لغایت جای ممکن از آن جلوگیری رو کرد و یا آن را کاهش داد. روش هایی که قبلا برای تفریق میزان نویز در عکس ها مورد کاربرد پیمان می گرفت بیشتر روش هایی کلی بود که منجر به حذف جزئیات در تصاویر میشد و از این رو تاثیر فوقانی نداشتند.
اما در فشرده سازی H.265+ هایک ویژن شیوه شغل بدین چهره است که نخست موضوع های متحرک را از بعد گویه تصویر متمایز کرده و برای دو قسمت پس گویه و سوژه از طریق های جداگانه ای برای تفریق نویز کاربرد می کند. بدین ترتیب نه فقط میزان نویز در تصویر تفریق می یابد بلکه کیفیت آنها نیز کاهش نمی یابد.
کدک H.365 + دارای یک الگوریتم تحلیلی هوشمندی است که می تواند بین تصویر پس مقوله و کالبد ها متحرک تمایز قائل شود. این به این معنی است که اشیاء متحرک و بعد مقوله را می طاقت با راهبرد های مختلفی کد گذاری کرد.
