تکنولوژی H265+ هایک ویژن ؛ فشرده سازی بی نهایت در هارد

1. پیش زمینه

چند سال پیش دوربین های فوق العاده hd ساخته شدند، اما از زمان ساخت این دوربین ها دو مشکل اساسی به وجود آمد. این دوربین ها پهنای باند زیادی را برای ذخیره لازم داشتند و اینکه فضای زیادی را از هارد اشغال می کردند. یک مورد قابل توجه در زمینه فناوری H265+ که یک تکنولوژی هوشمند محسوب می شود این است که این تکنولوژی توسط کمپانی هایک ویژن ساخته شده است.

این تکنولوژی می تواند ذخیره تصاویر را چند برابر فشرده‌تر کند. این فشرده سازی بدون افت کیفیت و با توجه به شرایط زیر انجام می شود:

• اطلاعات پس زمینه ثابت می ماند و به ندرت تغییر می کند.
• اشیا متحرک ممکن است در چندین صحنه روبروی دوربین های نظارتی ظاهر شوند.
• دوربین های نظارتی به طور عمده روی اشیا متحرک تمرکز می کند.
• با حذف سر و صدای اضافی در ۲۴ ساعت نظارت کامل بر کیفیت تصویر می‌افزاید.

فناوری H265+ قادر است به پهنای باند و هزینه ذخیره سازی تصاویر را تا حد زیادی کاهش دهد.

2) فناوری های کلیدی

H265+ قدرت فشرده سازی را بر اساس 3 فناوری مهم بهبود می بخشد که عبارتند از:

• فناوری تشخیص بهترین مدل رمزگذاری بر اساس نوع پس زمینه
• فناوری سرکوب سر و صدای پس زمینه
• کنترل پهنای باند مصرفی در دراز مدت

2-1) تشخیص مناسب ترین حالت رمز گذاری

تشخیص مناسب ترین حالت رمزگذاری الگوریتم های فشرده سازی جریان اصلی از قبیل h.264/avc ، mpeg4 ، mpeg2 و آخرین نسخه از h265.hevc همه بر اساس قاب رمزگذاری هیبریدی شکل گرفته است. تشخیص نوع رمزگذاری یکی از فناوری‌های مهمی است که بر عملکرد فشرده سازی تاثیر می گذارد.

نوع رمزگذاری به دو دسته برون و درون قابی تقسیم می‌شود:

رمزگذاری برون قابی: در این نوع رمز گذاری سیستم تصویر را بر اساس یک یا چند قاب قبلی رمز‌گذاری می کند.

در این نوع از رمز گذاری سیستم بر اساس هر آنچه در همان لحظه در تصویر هستند رمزگذاری می‌کنند.

در قاب‌های مختلف در زمان های متعدد سیستم بر اساس شرایط هوش مصنوعی خود تشخیص می‌دهد که کدام ناظر رمزگذاری برای آن صحنه مناسب‌تر است.

2.1.1) تکنولوژی رمزگذاری درون قابی (p-frame):

در این تکنولوژی شما می توانید با تشخیص تفاوت بین فریم فعلی و قبلی، نرخ پهنای باند را تا حد زیادی کاهش دهید بنابراین این تکنولوژی با انتخاب یک قاب مناسب نسبت جریان فشرده سازی را بهبود می بخشد.

برای یک فیلم نظارتی اطلاعات پس زمینه معمولاً پایدار است. بنابراین ما می توانیم یک قاب پس زمینه را به جای یک قاب مرجع برای رمز گذاری استخراج کنیم. قاب پس زمینه باید تا حد امکان اشیا متحرک داشته باشد. همانطور که در شکل نشان داده شده در بین سه فریم تصویر 0 و 1 رمزگذاری شده هستند. شما میتوانید یک قاب پس زمینه را به عنوان یک قاب مرجع در نظر بگیرید و سپس تصویر 2 را بر اساس تفاوت ها و شباهت های آن با فریم های مرجع و پس زمینه تصویر یک و دو رمزگذاری کنید.

در نتیجه از آنجا که تصویر 0 شامل اشیا متحرک کمتری است، انتخاب مناسبی به عنوان قاب پس زمینه می باشد.

همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده، می‌توانید جسم متحرکی را از بین تصویر یک و دو مشخص کنید. وقتی که نقطه B به نقطه A حرکت می کند، در زمان رمزگذاری قاب T2 منطقه B منطقه جدید در معرض دید است.

نمونه 1: اگر ما تصویر T1 را به عنوان قاب مرجع در هنگام کد گذاری منطقه B در نظر بگیریم، در نتیجه پهنای باند بیشتری مصرف می شود.

نمونه 2: اما اگر فقط قاب پس زمینه T0 را به عنوان قاب مرجع در نظر بگیریم، می‌توانیم یک بخش جدید پیدا کنید که تقریباً همانند منطقه B باشد؛ در حالی که منطقه A یک منطقه جدید است. سپس با کدگزاری منطقه A پهنای باند بیشتری مصرف خواهد شد.

نمونه 3: علاوه بر این اگر قاب پس زمینه T1 را به عنوان فریم های مرجع در نظر بگیریم، می‌توانیم مناطقی که مشابهی هستند را پیدا کنید. در نتیجه با این کار معمولی با کمترین مقدار ممکن کاهش می یابد.

2.1.2) تکنولوژی رمز گذاری r-frame و i-frame

فناوری i-frame هنگام رمزگذاری فیلم نظارتی هر چند ثانیه یک بار ظاهر می شود، در نتیجه میزان پهنای باند در زمان رمزگذاری درصد بالایی را به خود اختصاص می‌دهد؛ مخصوصاً برای محیط هایی که اشیا نسبتاً بی حرکت هستند. در برخی موارد فناوری i-frame ممکن است پنجاه درصد از منابع رمزگذاری شده را به خود اختصاص دهد.

علاوه بر این اطلاعات نمایش داده شده توسط فناوری i-frame در هنگام پایدار بودن پس زمینه تکرار می‌شوند. به منظور کاهش پهنای باند مصرفی تکنولوژی h265+ بر پایه تشخیص بهترین نحوه رمز گذاری بر اساس رابطه بین فریم ها طراحی شده است.

با استفاده از فناوری i-frame می توان با توجه به تجربه کاربر در پخش تصاویر مقدار پهنای باند مصرفی را کاهش داد. شکل زیر را برای فرآیند رمز گذاری i-frame مشاهده کنید. اشیا متحرکی که با مستطیل های قرمز نشان داده شده‌اند از کیفیت خوبی برخوردار هستند و همچنین پس زمینه رمز گذاری حالت بین فریم را مشخص می کند.

2.2) حذف سر و صدای اضافی

به طور معمول برای تضمین کیفیت اشیا در حال حرکت ماژول رمزگذاری نویز موجود در محیط را حذف می کند. اما اکنون با الگوریتم تجزیه و تحلیل هوشمند که بین تصویر پس زمینه و اشیاء متحرک تمایز قایل می شود، اشیا متحرک و پس زمینه با تکنولوژی های مختلف رمز گذاری می شود.

همانطور که در شکل ۷ نشان داده شده است الگوریتم آنالیز هوشمند تصویر پس زمینه و تصویر وسیله نقلیه متحرک را استخراج میکند. تصویر پس زمینه با فشرده سازی بالا به منظور سرکوب نویز (سر و صدای اضافی) و پایین آوردن پهنای باند مصرفی کدگذاری شده است.

2.3) کنترل طولانی مدت پهنای باند مصرفی

کمپانی هایک ویژن یک طرح جدید به نام میانگین پهنای باند مصرفی در بلند مدت را معرفی کرده که جهت استفاده کامل از پهنای باند مورد استفاده قرار می گیرید. مییانگین بیت ریت مصرفی به معنای آن است که میانگین پهنای باند مصرفی در دوره‌های زمانی مختلف و معمولاً ۲۴ ساعته را کنترل می‌کند. با برخورداری از کنترل متوسط میزان پهنای باند مصرفی دوربین می تواند در ساعت های شلوغ کاری که پهنای باند معمولا کم می شود، میزان پهنای باند مصرفی را افزایش دهد.

در حالت بیت ریت متغیر با توجه به موقعیت صحنه نرخ پهنای باند مصرفی متفاوت است، در حالی که کیفیت تصاویر ثابت می‌ماند. هنگامی که h265+ روشن است، تغییر پهنای باند را میتوان به به دو حالت تقسیم کرد :

* اگر مقدار میانگین پهنای باند تعیین شده محدود باشد با کدگذاری h265+ با توجه به پهنای باند محدود می‌توان کیفیت تصاویر بهتری را ارائه داد.

*اگر مقدار پهنای باند متوسط تنظیم شده برای صحنه نظارت تصاویر زیاد باشد، نرخ پهنا باند متوسط واقعی می تواند کمتر از مقادیر تعریف شده باشد. بنابراین می توان تصاویر را ذخیره کرد.

3) نتیجه آزمایش کاهش پهنای باند

آزمایش پهنای باند بر اساس دوربین های دو مگ 25 فریم انجام شده است.