تا بارگذاری کامل صفحه صبر کنید...

۲۷ اسفند

آشنایی با پارامترهای کیفیت تصویر در ویدئو تحت شبکه

کیفیت تصویر، بدون تردید مهمترین مشخصه هر دوربین است، بر خلاف دوربین‌های آنالوگ سنتی، دوربین‌های تحت شبکه علاوه بر تولید تصویر، قابلیت‌های دیگری مانند فشرده‌سازی و مدیریت دیجیتال تصاویر برای انتقال بهینه تصاویر روی شبکه را دارا هستند…

سنسورهای CCD و CMOS

سنسور تصویر در یک دوربین وظیفه تبدیل نور به سیگنال الکتریکی را بر عهده دارد. سنسورها به دو گروه CCD و CMOS تقسیم می‌شوند. سنسورهای CCD حاصل تکنولوژی هستند که انحصاراً جهت صنعت اپتیک بوجود آمده و رشد کرده‌اند در حالی که CMOS تکنولوژی استاندارد برای تولید انواع تراشه‌ها است. CCD ها برای مدت ۲۰ سال مورد استفاده بوده‌اند و کیفیت برتری نسبت به سنسورهای CMOS به ویژه از نظر حساسیت به نور دارند، این ویژگی موجب ایجاد تصاویری واضح‌تر در نورکم می‌شود. در عین حال CCDها به دلیل روش ساخت از قیمت بالاتری برخوردار هستند. در صورت وجود جسمی بسیار نورانی در تصویر، این سنسورها دچار مشکل شده و نوارهایی نورانی بالا و پایین جسم نورانی بوجود می‌آید که به این پدیده Smear گفته می‌شود.
پیشرفت‌های سال‌های اخیر در تکنولوژی CMOS، سنسورهای CMOS را از نظر کیفیت تصویر به CCD ها بسیار نزدیک کرده است، اما همچنان بهترین گزینه برای بدست آوردن نهایت کیفیت یک سنسور CCD است. سنسورهای CMOS باعث کاهش قابل توجهی قیمت دوربین‌ها و همچنین سایز آنها می‌شوند. تصویر این سنسورها در نور کم بسیار تیره یا پرنویز خواهد بود.

همه دوربین ها از چیپ CCD بعلت گران بودن و مشکل بودن ساخت آن استفاده نمی کنند بلکه بعضی از سنسور دیگری بنام CMOS استفاده می کنند. تکنولوژی بکار رفته در اینگونه چیپ ها مشابه فناوری تولید ریزپردازنده ها و مدارات مجتمع می باشد . این گونه حسگرها نسبت به نوع قبلی ارزانتر بوده وراحت تر ساخته می شوند و از نظر مصرف انرژی نیز بسیار مقرون بصرفه می باشند و در مجموع CMOS ها نسبت به همتایان CCD خود بسیار سبکترند . البته این خصوصیات خوب مشکلات خاص خود را نیز دارد جائیکه این حسگرها دارای حساسیت کمتری بوده و در نتیجه کیفیت تصویری پائین تری دارند .

اسکن پروگرسیو در مقابل اسکن اینترلیس

برای ایجاد یک تصویر ویدئو دو روش مختلف در دسترس است، روش اسکن تصاعدی و روش اسکن یک در میان بسته به اینکه چگونه تصویری و در چه وضعیتی مورد نیاز است یکی از این دو روش انتخاب می‌شود. تصاویر اینترلیس برای مشاهده روی تلویزیون‌های سی‌آر‌تی مناسب هستند، صفحه نمایش این تلویزیون‌ها از ۵۷۶ خط افقی تشکیل می‌شوند. روش اینترلیس این خطوط را به دو دسته زوج و فرد تقسیم می‌کند و هر دسته را به ترتیب با سرعت ۳۰ فریم بر ثانیه نمایش می‌دهد. تاخیر جزئی که بین نمایش خطوط مجاور وجود دارد باعث ایجاد اعوجاج که اصطلاحاً خوانده می‌شود، می‌گردد که در تصاویری که اجسامی با سرعت بالا را نشان می‌دهند این مشکل بسیار واضح است. از روش اینترلیس برای مدت زیادی استفاده شده است و امروزه نیز این استاندارد همچنان بیشترین کاربرد را دارد، اما با بوجود آمدن ال‌سی‌دی‌ها و سایر انواع مدرن نماشگرها نوع جدیدی از ویدئو بوجود آمده که از اسکن تصاعدی سود می‌برد.
در این روش هم‌زمان تمام تصویر به طور خط به خط هر ۱۶/۱ ثانیه اسکن می‌شود. چنین تصویری برای نمایش روی مانیتور کامپیوتر بسیار مناسب است و جزئیات بیشتری از اجسام متحرک، نسبت به روش قبل بدست می‌دهد، به همین دلیل روش اسکن تصاعدی بهترین روش برای سیستم‌های حفاظت تصویری است.

روش‌های فشرده‌سازی تصاویر

بدون فشرده‌سازی اطلاعات، شبکه‌های کامپیوتری مانند LAN همواره دچار مشکل ترافیک سنگین و اختلال در کارکرد صحیح خواهند بود. روش‌های گوناگونی برای فشرده‌سازی تصاویر وجود دارند، تعدادی از آنها بدون کاهش کیفیت تصویر حجم اطلاعات را کم می‌کنند مانند GIF و بعضی از روش‌های فشرده‌سازی باعث افت کیفیت تصویر می‌شوند. در روش‌های بدون افت ضریب فشرده‌سازی بسیار محدود است بنابراین چنین روش‌هایی برای استفاده در ویدئوی تحت شبکه مناسب نیستند.
متدهای فشرده‌سازی تصاویر به دو گروه عمده تقسیم می‌شوند، فشرده‌سازی تصاویر ثابت و فشرده‌سازی تصاویر متحرک یا ویدئو.
در روش ثابت هر تصویر به طور مستقل فشرده‌سازی می‌شود معروف‌ترین این روش‌ها JPEG است که در اواسط دهه هشتاد میلادی توسط JPEG ارائه شد. نسبت فشرده‌سازی JPEG قابل تغییر است و ارتباط مستقیم با کیفیت تصویر دارد. علاوه بر نسبت فشرده‌سازی، پیچیدگی تصاویر تاثیر مستقیمی روی میزان کاهش حجم اطلاعات دارد. یکی دیگر از روش‌های فشرده‌سازی ساکن JPEG2000 است که دارای نسبت فشرده‌سازی بیشتری است.

فشرده سازی عکس می تواند بصورت بدون اتلاف و پر اتلاف صورت گیرد. فشرده سازی بدون اتلاف گاهی اوقات برای بعضی عکس‌ها مثل نقشه کشی‌های تکنیکی و آیکون‌ها ترجیح داده می‌شود و به این دلیل است که در روش‌های فشرده سازی پراتلاف خصوصاً وقتی برای نرخ بیت‌های پایین استفاده شود فشرده سازی به کیفیت عکس لطمه می‌زند. روش‌های فشرده سازی بدون اتلاف همچنین ممکن است برای محتویات پر ارزش مثل عکس‌های پزشکی یا عکس‌های اسکن شده برای اهداف بایگانی شدن نیز ترجیح داده شوند. روش پراتلاف مخصوصا برای عکس‌های طبیعی مناسب است مثل عکس هایی برای کاربردهای کوچک (گاهی اوقات جزئی) که از دست رفتن درستی (fidelity) برای دست یافتن به کاهش نرخ بیت قابل توجه است .

روش‌های فشرده‌سازی ویدئو

MotionJPEG: این روش بیشترین کاربرد را در فشرده‌سازی تصاویر ویدئوی تحت شبکه دارد. دوربین تصاویر را به صورت عکس‌های مجزا گرفته، با فرمت JPEG فشرده‌سازی کرده و به طور پیوسته مثلاً با سرعت ۳۰ فریم بر ثانیه روی شبکه انتقال می‌دهد. در سرعت‌های بالاتر از ۱۶ فریم بر ثانیه بیننده تصاویر را کاملاً به صورت ویدئو می‌بیند در این حالت به این روش Motion JPEG گفته می‌شود.
استانداردهای بی‌شماری برای فشرده‌سازی ویدئو وجود دارد مانند: H.63، MPEG، AVC و ……………………
روش دیگری که برای فشرده‌سازی در دوربین‌های تحت شبکه استفاده می‌شود MPEG-4 است، در این متد یک تصویر مبنا در هر فاصله زمانی خاص انتخاب شده و برای سایر زمان‌ها فقط اختلاف تصاویر با آن تصویر مبنا ارسال می‌شود یعنی قسمت‌هایی از تصویرکه با تصویر مبنا اختلاف دارند ذخیره می‌شوند، فاصله زمانی بین ذخیره دو تصویر مبنا قابل برنامه‌ریزی است. هر چه تغییر در تصاویر کمتر باشد نسبت فشرده‌سازی افزایش می‌یابد. فرمت JPEG به دلیل سادگی تاخیر کمتری بین وقوع اتفاقی در تصویر و مشاهده آن اتفاق روی صفحه مانیتور ایجاد می‌کند. همچنین به دلیل استقلال تصاویر از هم تشخیص اتوماتیک حرکت و یا تعقیب اجسام متحرک بسادگی و با دقت بیشتری انجام می‌‌گیرد. در مقابل پهنای باندی که ویدئوی با فرمت MPEG-4 از شبکه اشغال می‌کند به مراتب کمتر است به همین دلیل هرگاه که نیاز به تصاویر ویدئویی با سرعت بالا مثلاً ۳۰ فریم بر ثانیه وجود داشته باشد و یا پهنای باند آزاد شبکه محدود باشد این استاندارد بهترین گزینه خواهد بود.