فرمت H.265+ امنیت ویدئو را به عصر 4K می‌برد

معرفی تکنولوژی H.265+ هایک ویژن

به تازگی، دوربین‌های امنیتی با وضوح فوق‌العاده بالا، رزولوشن 4K را به صنعت امنیت معرفی کرده‌اند. با این حال، رزولوشن 4K هنوز به کاربرد وسیع دست نیافته است، عمدتاً به دلیل نیازهای عظیم پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی داده‌ها. محدود کردن نرخ بیت یک جریان ویدیویی با وضوح فوق‌العاده بالا در حالی که یک تصویر با کیفیت 4K حفظ می‌شود، بزرگترین مشکل است؛ مشکلی که راه‌حل آن سرنوشت ویدیوی امنیتی با وضوح فوق‌العاده بالا را تعیین خواهد کرد. انتقال ویدئو تعادلی بین کیفیت تصویر، قابلیت‌های انتقال و نیازهای داده برقرار می‌کند – یعنی مقدار اطلاعات و نحوه پردازش آنها. بنابراین، بهینه‌سازی انتقال تصویر در پیشرفت‌های تکنولوژی فشرده‌سازی ویدیو نهفته است.
تا کنون، فشرده‌سازی H.264 استاندارد صنعت بوده است. زمانی که کدک H.264 به طور گسترده‌ای استفاده شد، هایک ویژن الگوریتم سازگار خود را برای قدم بعدی توسعه داد و آن را “H.264+” نامید. نسخه بعدی در این خط کدک – H.265 – در حال حاضر در آستانه پذیرش گسترده قرار دارد. و یک بار دیگر، هایک ویژن این تکنولوژی فشرده‌سازی را به سطح جدیدی ارتقا داده است. H.265+ از یک الگوریتم هوشمند استفاده می‌کند که تکنولوژی کدگذاری آن از استاندارد H.265/High Efficiency Video Coding (HEVC) نشات می‌گیرد.

H.265+ کدک موجود را به طور چشمگیری بهینه می‌کند، به ویژه در مواردی که معیارهای خاصی در جریان ویدیوی امنیتی برآورده می‌شود. این معیارها شامل موارد زیر است:

۱. یک پس‌زمینه ثابت که اطلاعات کمی تغییر می‌کند.

۲. تمرکز اصلی بر روی اشیاء متحرک در آن صحنه ثابت.

۳. یک دوره زمانی طولانی که در آن اشیاء متحرک یک صحنه تنها گهگاهی ظاهر می‌شوند.

۴. ویدیوی امنیتی ۲۴ ساعته بدون توقف که نویز بصری تاثیر نسبتاً زیادی بر کیفیت تصویر دارد.

در این نوع محیط‌ها، آزمایش‌های میدانی نشان می‌دهند که H.265+ به طور چشمگیری نرخ بیت مورد نیاز ویدیوی امنیتی با وضوح فوق‌العاده بالا را تا ۶۷ درصد کاهش می‌دهد، در نتیجه پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی مورد نیاز را کاهش می‌دهد. کاهش نرخ بیت به معنای کاهش هزینه برای مصرف‌کنندگان، همچنین افزایش کارایی، پایداری و اطمینان سخت‌افزارهای موجود در یک سیستم ویدیوی امنیتی است. این تکنولوژی چگونه کار می‌کند؟

سه کلید: کدگذاری، نویز و نرخ بیت

با وضوح فوق‌العاده بالا و انتقال با کارایی بالاتر به عنوان دو هدف اصلی، H.265+ نسبت فشرده‌سازی را بر اساس سه تکنولوژی کلیدی بهبود می‌بخشد:

۱. تکنولوژی کدگذاری پیش‌بینی بر اساس پس‌زمینه یا فریم مرجع

۲. تکنولوژی سرکوب نویز دیجیتال

۳. تکنولوژی کنترل نرخ بیت بلندمدت

کدگذاری پیش‌بینی

کدگذاری پیش‌بینی می‌تواند به “پیش‌بینی بین فریم” تقسیم شود که یک مدل پیش‌بینی از یک یا چند فریم ویدیویی قبلاً کدگذاری شده ایجاد می‌کند، و “پیش‌بینی درون فریم” که در آن نمونه‌های یک بلاک ماکرو (واحد پردازش) با استفاده از اطلاعات بلاک‌های ماکرو قبلاً منتقل شده از همان فریم پیش‌بینی می‌شوند. با پیش‌بینی بین فریم، نرخ بیت می‌تواند با فشرده‌سازی تنها تفاوت در نرخ‌ها بین یک فریم مرجع و هر فریم دیگر کاهش یابد. این فریم مرجع – که معمولاً پس‌زمینه یک صحنه است – شامل اشیاء متحرک کمی یا هیچ نمی‌شود. خوشبختانه، در بیشتر مانیتورینگ‌های امنیتی، پس‌زمینه ثابت باقی می‌ماند.

سناریو: در یک آزمایش میدانی تقاطع ترافیک، سه فریم منحصر به فرد از یک جریان ویدیویی تحلیل می‌شوند. فریم اول تقاطع خالی است (T0)، دو فریم دیگر (T1 و T2) شامل یک شیء متحرک هستند – در این مورد، یک اتومبیل. تصویر اول به عنوان فریم مرجع کدگذاری می‌شود؛ از این پس، داده‌های فریم مرجع دیگر نیازی به ارسال یا ذخیره شدن با هر فریم ندارند. این امر به VMS اجازه می‌دهد تا تنها وسایل نقلیه متحرک را دنبال کند، زیرا داده‌های جدید (بیت‌ها) برای هر فریم که پس‌زمینه را ضبط می‌کند نیاز نخواهد بود. نیاز به بیت‌ها، پهنای باند و ذخیره‌سازی بلافاصله کاهش می‌یابد. در حالتی که یک پس‌زمینه خالی یا فریم مرجع به سختی قابل ضبط باشد، جایگزین آن کدگذاری دو یا چند فریم است که ممکن است شامل یک شیء متحرک باشند. نرم‌افزار هوشمند می‌تواند فضاهایی که توسط آن اشیاء متحرک خالی می‌شوند را با اطلاعات مشابهی که در فضای اطراف بلافاصله پیدا می‌شود پر کند. بدین ترتیب، استفاده از نرخ بیت می‌تواند کاهش یابد در حالی که پخش نرمال برای کاربر تضمین شود.

سرکوب نویز

برای تضمین کیفیت بالای تصویر اشیاء متحرک، ماژول کدگذاری نیز نویز بصری موجود در صحنه را کدگذاری می‌کند. با این حال، با استفاده از روش‌های کدگذاری پیش‌بینی که در بالا ذکر شد، الگوریتم تحلیل هوشمند H.265+ بین تصویر پس‌زمینه و اشیاء متحرک تمایز قائل می‌شود تا هر یک را با استراتژی‌های کدگذاری متفاوت کدگذاری کند.

یک تصویر پس‌زمینه با فشرده‌سازی بالا کدگذاری می‌شود تا نویز را سرکوب کند و داده‌ها را به اشیاء جدید یا متحرک اعمال کند. از آنجا که انتقال داده محدود است، نرخ بیت کلی به طور قابل توجهی در مقایسه با فشرده‌سازی ویدیویی معمولی کاهش می‌یابد.

کنترل نرخ بیت بلندمدت

هایک ویژن مفهومی به نام “نرخ بیت میانگین بلندمدت” معرفی کرده است تا از داده‌های یک جریان ویدیویی به طور کامل استفاده کند. نرخ بیت میانگین بلندمدت نرخ‌ها را در یک دوره زمانی مشخص (معمولاً 24 ساعت) محاسبه می‌کند. با کنترل نرخ بیت میانگین، دوربین می‌تواند نرخ بیت‌های بالاتر را به ساعات شلوغ اختصاص دهد و در ساعات کم کار کاهش دهد – مثلاً نیمه شب تا 6 صبح در فضای باز، یا 8 شب تا 7 صبح در یک دفتر. در حالت نرخ بیت ثابت برای کدگذاری H.265، نرخ بیت کمی تغییر می‌کند اما نزدیک به مقدار حداکثر نرخ بیت تعریف شده باقی می‌ماند. با استفاده از H.265+، نرخ بیت میانگین می‌تواند به نصف حداکثر نرخ بیت کاهش یابد. کیفیت تصویر همچنان می‌تواند بهینه شود زیرا تکنولوژی H.265+ از هر بیت به طور کامل استفاده می‌کند.

در حالت نرخ بیت متغیر، نرخ بیت لحظه‌ای بر اساس فعالیت صحنه تغییر می‌کند، در حالی که کیفیت تصویر ثابت می‌ماند. با استفاده از H.265+، تغییر نرخ بیت می‌تواند دو مسیر را طی کند:

۱. اگر مقدار نرخ بیت میانگین محدود باشد، کدگذاری H.265+ می‌تواند کیفیت تصویر بهتری را در داخل نرخ بیت محدود فراهم کند.

۲. اگر مقدار نرخ بیت میانگین برای صحنه مورد نظر بالا باشد، نرخ بیت میانگین واقعی (مقدار واقعی داده‌های استفاده شده) می‌تواند پایین‌تر از مقدار تعریف شده باشد و نیاز به فضای ذخیره‌سازی کل را کاهش دهد.

آزمایش ۲۴ ساعته در دنیای واقعی

یک آزمایش کاهش نرخ بیت، بر اساس دوربین‌هایی با وضوح 1080p در ۲۵ فریم در ثانیه انجام شد. صحنه یک کافه کوچک بود که تحت نظارت ویدیویی برای یک دوره ۲۴ ساعته قرار داشت.

مقایسه نرخ بیت لحظه‌ای بین دو صحنه

آزمایش همان صحنه – یک کافه شلوغ – در زمان‌های مختلف روز نشان داد که تفاوت نرخ بین کدک‌ها به اندازه افزایش تعداد اشیاء متحرک در صحنه کمتر قابل توجه است. با این وجود، اعداد همچنان چشمگیر هستند. نرخ بیت میانگین بین H.264 و H.265+ هایک ویژن به طور قابل توجهی ۸۳ درصد کاهش یافت. نرخ بین کدک استاندارد H.265 و H.265+ هایک ویژن ۶۷ درصد کاهش یافت – تفاوتی کمتر، اما همچنان قابل توجه هنگامی که به سیستم‌های ویدیوی امنیتی در دنیای واقعی اعمال شود.

اندازه فایل ۲۴ ساعته در صحنه‌های مختلف

در مقایسه اندازه فایل ۲۴ ساعته دو صحنه مختلف، کاهش‌های چشمگیر قابل مشاهده بود. صحنه اول یک کافه بود، جایی که کدک H.264 به طور میانگین ۲۲.۷ گیگابایت را ارائه داد، و H.265 به طور میانگین ۱۱.۸ گیگابایت. به طرز قابل توجهی، H.265+ هایک ویژن به طور میانگین تنها ۳.۹ گیگابایت را ارائه داد. صحنه دوم یک تقاطع ترافیک بود. در اینجا، مقایسه اندازه فایل ۲۴ ساعته نتایج مشابهی را نشان داد. H.264 به طور میانگین ۳۶.۴ گیگابایت، H.265 به طور میانگین ۲۱.۱ گیگابایت، و H.265+ دوباره کمترین نرخ بیت را با تنها ۷.۵ گیگابایت ارائه داد.

اینجا اعداد به درصد هستند. در سناریوی نظارت بر کافه، نرخ اندازه فایل ۲۴ ساعته بین H.265 و H.265+ هایک ویژن ۶۶.۴ درصد کاهش یافت، در حالی که نرخ بین H.264 و H.265+ هایک ویژن به طور قابل توجهی 82.5 درصد کاهش یافت. برای نظارت بر تقاطع ترافیک، نرخ اندازه فایل ۲۴ ساعته بین H.265 و H.265+ هایک ویژن ۶۴.۵ درصد کاهش یافت، در حالی که نرخ بین H.264 و H.265+ هایک ویژن ۷۹.۴ درصد کاهش یافت.

مزایا: پهنای باند بهبود یافته، ذخیره‌سازی، تصویربرداری و VCAها

اولاً، H.265+ بهترین استفاده را از هر بیت می‌کند، بنابراین وضوح HD و فوق‌العاده HD به اندازه ممکن واضح، تیز و متمرکز به نظر می‌رسد. همچنین، به عنوان H.265+ انتقال تصویر را بهبود می‌بخشد، اشیاء هدف پیکسل‌های بیشتری خواهند داشت بنابراین استفاده از VCAها احتمالاً دقیق‌تر و صحیح‌تر خواهد بود. نرخ بین کدک استاندارد H.265 و H.265+ هایک ویژن نیز به طور قابل توجهی ۶۷ درصد کاهش یافت. تفاوت کمتری، اما همچنان قابل توجه است که در سیستم‌های ویدیوی امنیتی دنیای واقعی اعمال می‌شود.

اندازه فایل ۲۴ ساعته در صحنه‌های مختلف

در مقایسه اندازه فایل ۲۴ ساعته دو صحنه مختلف، کاهش‌های چشمگیری مشاهده شد. صحنه اول یک کافه بود، که کدک H.264 به طور میانگین ۲۲.۷ گیگابایت، H.265 به طور میانگین ۱۱.۸ گیگابایت و H.265+ هایک ویژن به طور چشمگیری تنها ۳.۹ گیگابایت ثبت کرد. صحنه دوم یک تقاطع ترافیکی بود. در اینجا، مقایسه اندازه فایل ۲۴ ساعته نتایج مشابهی داشت. H.264 به طور میانگین ۳۶.۴ گیگابایت، H.265 به طور میانگین ۲۱.۱ گیگابایت و H.265+ به طور میانگین تنها ۷.۵ گیگابایت ثبت شد.

درصدهای کاهش در اندازه فایل ۲۴ ساعته

در سناریوی نظارت بر کافه، نرخ اندازه فایل ۲۴ ساعته بین H.265 و H.265+ هایک ویژن ۶۶.۴ درصد کاهش یافت، در حالی که نرخ بین H.264 و H.265+ هایک ویژن به طور قابل توجهی ۸۲.۵ درصد کاهش یافت. برای نظارت بر تقاطع ترافیکی، نرخ اندازه فایل ۲۴ ساعته بین H.265 و H.265+ هایک ویژن ۶۴.۵ درصد کاهش یافت، در حالی که نرخ بین H.264 و H.265+ هایک ویژن ۷۹.۴ درصد کاهش یافت.

مزایا: بهبود پهنای باند، ذخیره‌سازی، تصویرسازی، و تجزیه و تحلیل ویدئویی (VCA)

اولین مزیت این است که H.265+ به بهترین نحو از هر بیت استفاده می‌کند، بنابراین وضوح HD و فوق‌العاده HD به وضوح، شفافیت و تمرکز ممکن می‌رسد. همچنین، همانطور که H.265+ انتقال تصویر را بهبود می‌بخشد، اشیاء هدف دارای پیکسل‌های بیشتری خواهند بود، بنابراین استفاده از تجزیه و تحلیل ویدئویی دقیق‌تر و دقیق‌تر خواهد شد. بعد، شبکه‌ای که از H.265+ استفاده می‌کند، در هر زمان مشخص پهنای باند بیشتری در دسترس خواهد داشت. پهنای باند بیشتر به معنای بهبود عملکرد کلی سیستم است. به طور واقعی، در یک شبکه پهن‌باند ۲۰ مگابایتی، کدک H.264 می‌تواند پنج دوربین را پشتیبانی کند. H.265 این تعداد را دو برابر کرده و می‌تواند بار ده دوربین را حمل کند. اما H.265+ حتی این عدد را دو برابر کرده و می‌تواند ۲۰ دوربین یا بیشتر را در یک شبکه پشتیبانی کند. بنابراین، H.265+ بهترین انتخاب برای کاربران خواهد بود که می‌خواهند یک نصب را گسترش دهند و به طور همزمان به 4K منتقل شوند.

کاربردهای گسترده

کاربردهای این تکنولوژی بسیار گسترده هستند، از جمله در شرایطی که شبکه ناپایدار یا پهنای باند محدود است، یا جایی که مشتریان نیاز دارند داده‌ها را برای مدت طولانی ذخیره کنند، H.265+ بسیار موثر خواهد بود. این کدک همچنین می‌تواند در راه‌حل‌های جامع امنیتی برای عملکردهای خاص – دوربین‌های 4K، پانوراما، ضد انفجار، محصولات با نور کم و محصولات ضد زنگ یکپارچه شود.

همانند هر بهبود تکنولوژیکی جدید، ارتقای صنعت از استانداردهای فعلی یا قدیمی نیاز به سرمایه‌گذاری زمان و منابع دارد. برای H.265، مهاجرت در حال تسریع است، عمدتاً در سیستم‌های جدید طراحی شده زیرا ارتقای سیستم‌های H.264 موجود تنها هزینه‌ها را افزایش می‌دهد. H.265 برای سیستم‌های یکپارچه و کاربران نهایی جذاب‌تر خواهد شد، زیرا نرخ‌های بیت کاهش‌یافته به وضوح‌های بالا دست می‌یابند و تصاویر واضح‌تر منتقل می‌شوند. علاوه بر این، اشیاء هدف می‌توانند با وضوح بیشتری بزرگنمایی شوند و تجزیه و تحلیل ویدئویی دقیق‌تری می‌تواند انجام شود.

خلاصه

کدک H.265+ هایک ویژن تکنولوژی کدگذاری H.265/HEVC را بهینه می‌کند، استانداردهای فشرده‌سازی آن را برآورده کرده و با اکثریت سخت‌افزار و نرم‌افزارهایی که برای H.265 طراحی شده‌اند سازگار است. با H.265+، کیفیت ویدئو تقریباً مشابه H.265/HEVC باقی می‌ماند در حالی که به طور چشمگیری پهنای باند انتقال و نیاز به ظرفیت ذخیره‌سازی داده‌ها را کاهش می‌دهد. کدک H.265+ به کاربرد گسترده رزولوشن‌های فوق‌العاده HD در ویدیوی امنیتی، مانند دستگاه‌های ۸ مگاپیکسل و ۱۲ مگاپیکسل کمک خواهد کرد. هر جایی که این کدک اعمال شود، هزینه‌های ذخیره‌سازی کاهش می‌یابد، سرمایه‌گذاری‌های ویدیوی امنیتی به طور کامل استفاده می‌شود و استفاده از ویدیوی امنیتی 4K و فوق‌العاده HD گسترده‌تر می‌شود.

این مطلب ترجمه‌ی مقاله‌ی H.265+ Takes Video Security to the 4K Era از سایت هایک ویژن است.

ویرایش: جیسون بلاندفورد، بازاریاب بین‌المللی هایک ویژن