فشرده‌سازی یا کدک دوربین مداربسته چگونه کار می‌کند؟

روش کلی کدک دوربین مداربسته به این صورت است؛ کدک دوربین مداربسته، تصاویر ضبط شده را قبل از ارسال، با استفاده از الگوریتم‌های مختلف، کدگذاری و فشرده می‌کند و در فضای ذخیره‌سازی دخیره می‌کند. که به عمل رمزگذاری “کودر” یا CO(coder) می‌گویند. و زمانی که نیاز به استفاده از تصاویر یا ویرایش آنها در کامپیوتر، موبایل، تبلت یا دستگاه‌های دیگر باشد دوباره از حالت فشرده خارج می‌کنند. به ای عمل دیکودر یا DEC(Decoder) می‌گویند.

الگوریتم‌های فشرده‌سازی با حذف فایل‌ها یا فریم‌های غیر ضروری بدون اینکه در نسخه نهایی ویدئو تاثیری حاصل شود، اقدام به کاهش حجم ویدئو می‌کنند.  

این فرایند فشرده‌سازی در دوربین آنالوگ توسط دستگاه DVR و قبل از ضبط فیلم روی هارد دیسک یا انتقال به کامپیوتر انجام می‌شود. 

اما در دوربین‌ تحت شبکه یا دوربین IP فرایند فشرده‌سازی مستقیما توسط دوربین انجام می‌گیرد. سپس ویدئو را به دستگاه NVR می‌فرستند تا در هارد دیسک ذخیره شود.

در واقع کدک‌ها، در دوربین‌های تحت شبکه به صورت فرمت ضبط دوربین های مدار بسته و در دوربین‌های آنالوگ به صورت فرمت های ذخیره سازی dvr وارد عمل می‌شوند.

نحوه فشرده‌سازی تصاویر در دوربین های آنالوگ و IP، توسط کدک دوربین مداربسته را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

تقسیم‌بندی انواع کدک‌ها از نظر نحوه عملکرد

کدک‌ها و فرمت های فشرده سازی ویدیو را می‌توان از نظر نحوه عملکرد به 4 دسته تقسیم کرد:

Lossless: در این روش که بی‌اتلاف معنی می‌شود؛ کدک، ویدئو را بدون هیچ افت کیفیت و همانطور که هست فشرده می‌کند.

Lossly: به معنی اتلاف‌پذیر. این کدک‌ها برخی از اطلاعات فایل دریافتی را حذف می‌کنند تا فضای کمتری را اشغال کنند. این روش کدگذاری بیشتر در محیط شبکه و اینترنت مثل ایمیل یا آپلود فایل در سوشیال مدیا و … به کار می‌روند.

Predictive یا کدک پیش‌بینی‌کننده: این کدک، داده‌هایی که فشرده می‌کند را با داده‌های اصلی مقایسه می‌کند، سپس داده‌های غیرضروری را حذف می‌کند. هدف این الگوریتم حفظ کیفیت و اطمینان بالا با حداقل تعداد بیت‌های حذف شده‌است.

Transformative یا کدک دگرگون‌کننده : داده‌ها را قبل از فشرده‌سازی، به قطعات کوچکتر تقسیم می‌کند.

در مجموع همه این کدک‌ها یک هدف دارند؛ داده‌ها را با بیشترین کیفیت و در کم‌ترین حجم ذخیره کنند.

انواع کدک دوربین مداربسته

در زیر انواع کدک دوربین مداربسته یا انواع فرمت فشرده سازی دوربین را معرفی و بررسی کرده‌ایم:

کدک MJPEG  یا Motion JPEG

در این فرمت فشرده‌سازی هر فریم ویدئو به صورت جداگانه به عنوان تصویر JPEG فشرده می‌شود. M-JPEG ابتدا برای برنامه‌های چندرسانه‌ای کامپیوتر توسعه داده‌شد. اما در ادامه توسط دوربین‌های مداربسته تحت شبکه نیز مورد استفاده قرار گرفت.

کدک MPEG-4

روشی برای فشرده‌سازی داده‌های دیجیتالی صوتی و تصویری(AV)  است. این کدک فشرده‌سازی در اواخر سال 1998 معرفی شد. چندین کدک دیگر از ساختار MPEG-4 به وجود آمده‌اند. یکی از این کدک‌ها، کدک H.264 است.

کدک H.264 ( یا  MPEG-4 پارت 10)

تایید رسمی کدک H.264 در سال 2003 ارئه شد. و تا سال 2009  به H.264/AC  گسترش یافت.  در جواب سوال پرکاربرد h264 چیست؟ می‌توان گفت، H.264 روش کدگذاری پیشرفته ویدئو است. این کدک این امکان را به شما می‌دهد که فیلم را بسیار کارآمدتر از استانداردهای قدیمی فشرده کنید. همچنین انعطاف‌پذیری بیشتری برای کاربردهای مختلف در محیط‌های شبکه فراهم می‌کند.

استاندارد H.264 متداول‌ترین استاندارد فشرده‌سازی برای سیستم نظارت تصویری و انواع دوربین مداربسته است.

فشرده‌سازی H.264 یا فرمت ویدیو h 264 از کارآمدترین کدک‌های فشرده‌سازی فیلم است. این روش با گرفتن گروه‌های کوچک فریم و ارزیابی آنها با هم به عنوان یک سری، برای از بین بردن محتوای تکراری و سپس ارسال آنها به صورت تصاویر JPEG منفرد، فشرده‌سازی را انجام می‌دهد.

کدک H.265 ( یا  MPEG-H پارت 2)

کدک ویدئو با بازده بالا (HEVC) به عنوان H.265 و MPEG-H  پارت2، نیز شناخته می‌شود. قالب HEVC توسط بیش از دوازده سازمان از سراسر جهان به طور مشترک ساخته شده‌است.

کدک H.265 مانند کدک H.264 با مقایسه قسمت‌های مختلف یک فریم از فیلم، مناطق اضافه را پیدا می‌کند. با این تفاوت که تعداد فریم‌های ثابت پردازش نمی‌شود و فقط فریم متحرک مورد پردازش قرار می‌گیرند. همچنین با گسترش مقایسه، بهبود تقسیم‌بندی و ادغام منطقه حرکت و فیلتراسیون جبران حرکت بهبود یافته است. و یک مرحله فیلتر اضافی، کارایی بهتر و تصاویر با کیفیت بالا تولید می‌کند.

مقایسه کدک‌های دوربین مداربسته

کدک MJPEG  

اولین کدک تصویر است که در دوربین مداربسته استفاده شد. کدک MJPEG هنوز در برخی شرایط استفاده می‌شود. اما شرکت‌های تولیدکننده شروع به محدود کردن پشتیبانی از MJPEG  کرده‌اند.

کدک MPEG-4

MPEG-4 روش فشرده‌سازی بهتری نسبت به MJPEG است. ولی استفاده از کدک MPEG-4 از سال ۲۰۱۶ کاهش پیدا کرده است. و امروزه تا حد زیادی با کدک H.264 که از همان ساختار  MPEG-4  می‌باشد جایگزین شده‌است.

مقایسه کدک H.264

با ورارد بازار شدن استاندارد H.264 تحول بزرگی در فشرده‌سازی و ذخیره ویدئو در دوربین های مداربسته به وجود آمد. کدک H.264 می‌تواند نرخ بیت قابل توجهی را بهتر از استانداردهای قبلی کاهش دهد. و قادر است تصاویر دریافتی را تا 50 درصد کمتر از کدک MPEG-4 روی هارددیسک ذخیره کند. این یکی از مهمترین تفاوت mpeg4 با h264 است.

این استاندارد که متداول‌ترین استاندارد فشرده‌سازی ویدئو برای دوربین های مداربسته است؛ در واقع خانواده‌ای از استانداردها است که انعطاف‌پذیری زیادی را برای کاربردهای مختلف ارائه می‌دهد.

 H.264  امکان فشرده‌سازی با بیت‌ریت (Bit rate) و رزولوشن کم یا زیاد را دارد. همچنین این کدک قابلیت ذخیره‌سازی ویدئوهای دریافتی از دوربین‌های مگاپیکسلی با وضوح Full HD  را دارد .

در سیستم‌های نظارت تصویری تقریبا همه سیستم‌ها از H.264 به دلیل مزایای کاهش پهنای باند و حجم ذخیره‌سازی پشتیبانی می‌کنند.

تفاوت کیفیت تصاویر در کدک‌های MJPEG و H.264

چرا برخی اعتقاد دارند کیفیت تصاویر با کدک MJPEG  بیشتر از کیفیت با کدک H.264 است؟

در واقع مسئله اصلی به ویژگی انعطاف‌پذیری H.264 بر می‌گردد؛ این قابلیت که می‌توان رزولوشن را کم یا زیاد کرد. زمانی که تنظیمات کدک H.264 بدرستی ست شود کیفیت تصاویر خروجی کدک H.264 با کدک MJPEG یکسان خواهد بود.

مزیت‌های کدک H.264 نسبت به استاندارهای قبلی:

• بهبود قابلیت پیش‌بینی حرکت.
• استفاده از تبدیل دقیق بلوک با اندازه کوچک.
• فیلتر ديبلاكينگ (deblocking) در حلقه تطبیقی.
• بهبود روش‌های كدينگ آنتروپی.

مقایسه کدک H.265

فرمت فشرده سازی h265  از چندین جهت از H.264 پیشرفته‌تر است. تفاوت اصلی H.264 و H.265 مربوط به پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی است. به این معنی که HEVC یا H.265  امکان کاهش بیشتر حجم پرونده و در نتیجه کاهش پهنای باند مورد نیاز را دارد. در واقع تفاوت HEVC این است که با حفظ کیفیت تصویر، امکان کاهش حجم فایل‌ها تقریبا تا دو برابر بیشتر از H.264 را دارد. به این صورت که H.265 کاهش بیت تا 57% در 1080p و 64% در رزولوشن 4k را ارائه می‌دهد.

.کدک H.265 بهتر است یا H.264 ؟

کدک H.265 راه حل ایده‌آل برای دوربین‌های IP با وضوح بالا است. اگر شما از دوربین‌های مداربسته HD یا 4K استفاده می‌کنید بهترین انتخاب کدک H.265 است. در غیر این صورت کدک H.264 به دلیل پشتیبانی اکثر سیستم‌های نظارت تصویری از آن، گزینه کارآمدتری است.

دیگر تفاوت‌های  H.264 و H.265

1. دو ویژگی اصلی HEVC در مقایسه با H.264 و MPEG-4 پشتیبانی از فیلم با وضوح بالاتر و بهبود روش‌های پردازش موازی است. که در نمودار زیر مشاهده می‌کنید.

2. عملکرد پیش‌بینی درون‌محفظه H.265 از H.264 توصیفی‌تر است. این به این معنی است که H.265  می‌تواند ۳۳ جهت حرکت را در نظر بگیرد در حالی که H.264 فقط برای ۹ جهت حرکت می‌کند.

3. پردازش اطلاعات در H.264 به وسیله ماکرو بلوک‌هایی با اندازه 4 4 4 تا 16 16 16 انجام می‌گیرید. اما H.265  اطلاعات را در آنچه که Coding Tree Units (CTU) نامیده می‌شود پردازش می‌کند. CTU ها می‌توانند تا 64 64 64 بلوک را پردازش کنند. و به این وسیله توانایی فشرده‌سازی موثرتر اطلاعات را دارند.

4.H.265  پشتیبانی از رزولوشن‌های بیش از4320×819  پیکسل را انجام می‌دهد. در حالی که H.264  پشتیبانی از چنین رزولوشن‌هایی را ارائه نمی‌دهد. همچنین HEVC در فیلم‌های با وضوح بالای K2 یا K4 استفاده می‌شود.

5.  H.265 از جبران حرکت و پیش بینی فضایی بهتری نسبت به H.264 برخوردار است.

6.  HEVC  یا H.265 به سخت‌افزار پیشرفته‌تری برای فشرده‌سازی نیاز دارد. بینندگان به دستگاه‌های سازگار با  H.265 نیاز دارند. ولی در صورت پشتیبانی از H.265 نیاز به پهنای باند کمتر نسبت به کدک‌های H.264 دارند. به عنوان مثال، H.264  برای پخش ویدئو 4k نیاز به سرعت اینترنت ۳۲ مگابیت در ثانیه دارد. در حالی که HEVC به راحتی می‌تواند همین کار را در ۱۵مگا بیت در ثانیه انجام دهد.

استفاده H.265  به عنوان ابزار فشرده‌سازی ویدیو، پهنای باند و نیازهای ذخیره‌سازی شما را تقریباً 50٪ کاهش می‌دهد. جدول زیر پهنای باند توصیه شده برای رمزگذاری H.264 و H.265 را مقایسه می‌کند

با وجود تمام مزیت‌ها و کارآمد بودن کدک H.265 ولی به کارگیری آن به دلیل برخی محدودیت‌ها هنوز فراگیر نشده‌است. به طور مثال بدون داشتن کارت گرافیک و نرم‌افزار پخش‌کننده ویدیویی که قابلیت رمزگشایی سخت‌افزاری HEVC را داشته باشد، فناوری H.265 کارایی چندانی برای کاربران ندارد. 

ولی کدک H.264 در اکثر دوربین‌های مداربسته پشتیبانی می‌شود. و به دلیل مزایای کاهش پهنای باند و حجم ذخیره‌سازی، به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. به مرور و زمانی که کامپیوترها و پخش‌کننده‌های بیشتری قادر به پشتیبانی از فرمت ویدیویی HEVC  باشند گستردگی استفاده از  HEVC  نیز به اندازه ‌ H.264خواهد رسید.

چرا فشرده‌سازی فیلم دوربین مداربسته مهم است؟

فایل‌های ویدئویی کدک شده و فشرده، فضای کمتری را بر روی هارد دیسک شما اشغال می‌کنند. حتی در بعضی از صحنه‌ها شاهد 15 تا بیش از 95 درصد فشرده‌سازی کدک‌های هوشمند خواهید بود. به عنوان مثال کدک دوربین مداربسته در صحنه‌های آرام بسیار موثر عمل می‌کنند. و بدلیل نبود فعالیت در صحنه‌ها و افزایش فواصل زمانی ارسال فریم‌ها، فشرده‌سازی بالا و کاهش حجم چشمگیری خواهند داشت.

استفاده از کدک دوربین مداربسته به شما این امکان را می‌دهد زمان ضبط دوربین مداربسته خود را افزایش دهید. و یا فایل‌ها را برای مدت زمان بیشتری نگه دارید. این مسئله زمانی که سیستم نظارت تصویری شما محدودیت ذخیره‌سازی یا پهنای باند کمی داشته باشد ارزش بیشتری پیدا خواهد کرد.

شما اغلب می‌توانید سبک و روش فشرده‌سازی فیلم را با توجه به استفاده‌تان انتخاب کنید. و یا با بکارگیری صحیح‌ترین تنظیمات در زمان نصب دوربین مداربسته، بهترین فرمت فشرده سازی فیلم و بهترین کیفیت تصویر را پیدا کنید. رایکانت با داشتن تیم پشتیبانی فنی و خبره، به شما در انتخاب بهترین کدک دوربین مداربسته و صحیح‌ترین تنظیمات کمک می‌کند. شما با انتخاب درست، می‌توانید بدون تأخیر زیاد یا کند شدن سرعت، خیلی سریع‌تر و راحت‌تر اقدام به انتقال تصویر دوربین در شبکه کنید. این مزیت بسیار بزرگی است. مخصوصاً برای مشاهده فایل‌ها توسط تلفن همراه، کامپیوتر یا لپ‌تابتان.