تکنولوژی برنامه‌نویسی هوشمند سیستم نظارت تصویری پاناسونیک

معجزه سیستم هوشمند پاناسونیک!
پیشرفت هر روزه تجهیزات وابسته به سیستم‌های نظارت تصویری مانند لنزها، سنسورها و پردازش سیگنال‌های تصاویر منجر به افزایش شفافیت و کیفیت ثبت و ضبط رخدادها شده است؛ به طوری که می‌توان بر عملکرد افراد و و همچنین، وضعیت خودروها نظارت بهتری داشت.

 روند ثبت و ضبط تصاویر با کیفیت آنالوگ و رزولوشن 480×720 آغاز شد و طی یک دهه به HD با رزولوشن 720×1280 و Full HD با رزولوشن 1080×1920 رسید. این روند ادامه داشت تا این که امروزه دوربین‌های با کیفیت 4K به رزولوشن 2160×3480 نیز دست یافته‌اند.
روند افزایش کیفیت دوربین‌های مداربسته در زمان بسیار کوتاهی رخ داده است و خوشبختانه امید می‌رود که این پیشرفت‌ها در آینده نیز ادامه یابد.

1. مقدمه
2. برنامه‌نویسی هوشمند پاناسونیک
3. فناوری بررسی داده‌ها بر اساس موضوعات مشاهده شده
1-3. کنترل بر اساس گروه‌ها و دسته‌بندی عکس‌ها
2-3. کیفیت تصویرهای متغیر به صورت خودکار
4. فناوری کاهش نویز
1-4. عملکردهای چندگانه در کاهش نویز تصاویر به صورت سه‌بعدی
2-4. فیلتر تقسیم‌بندی فرکانس
5- نتیجه

1. مقدمه

پیشرفت هر روزه تجهیزات وابسته به سیستم‌های نظارت تصویری مانند لنزها، سنسورها و پردازش سیگنال‌های تصاویر منجر به افزایش شفافیت و کیفیت ثبت و ضبط رخدادها شده است؛ به طوری که می‌توان بر عملکرد افراد و و همچنین، وضعیت خودروها نظارت بهتری داشت. روند ثبت و ضبط تصاویر با کیفیت آنالوگ و رزولوشن 480×720 آغاز شد و طی یک دهه به HD با رزولوشن 720×1280 و Full HD با رزولوشن 1080×1920 رسید. این روند ادامه داشت تا این که امروزه دوربین‌های با کیفیت 4K به رزولوشن 2160×3480 نیز دست یافته‌اند.
روند افزایش کیفیت دوربین‌های مداربسته در زمان بسیار کوتاهی رخ داده است و خوشبختانه امید می‌رود که این پیشرفت‌ها در آینده نیز ادامه یابد.
افزایش حجم اطلاعات و تصاویر در دوربین‌های پیشرفته امروزی نسبت به دوربین‌های مداربسته آنالوگ و همچنین، هزینه بالای انتقال تصاویر و اطلاعات ضبط شده در شبکه، امروزه تبدیل به موضوعی مهم و اساسی شده است. بر همین اساس، تمام تصاویر ضبط شده برای مشتری قابل استفاده نیست و بدون کنترل حذف می‌شود. به همین سبب، تکنولوژی جدیدی ارائه شده است که این امکان را فراهم می‌آورد تصاویری ذخیره و نگهداری شوند که مورد استفاده و کاربردی هستند (تصاویری که بر اساس رخدادها و موضوعات خاص مانیتور می‌شوند). گفتنی است این فناوری، کاهش هدفمند هزینه‌ها را برای مشتریان به دنبال دارد.

2. برنامه‌نویسی هوشمند پاناسونیک

در بین انباشته‌ای از صدا و تصاویر، دوربین‌های دیجیتال پاناسونیک و دوربین‌های مخصوص صدا و سیما یا همان دوربین‌های استودیویی،‏ با بهره‌گیری از تکنولوژی H264 (برش لبه‌های تصاویر و فشرده‌سازی آنها) عمل می‌کنند. این تکنولوژی در سیستم‌های نظارت تصویری پاناسونیک نیز به کار رفته است؛ یعنی انباشت و ذخیره تصاویر مورد استفاده در زمانی طولانی‌تر و با کیفیتی بسیار بالا.
برنامه‌نویسی هوشمند پاناسونیک از 2 روش فناوری بهره می‌گیرد:
2-1. استفاده از فناوری تاریخ بر اساس موضوع مشاهده (افراد و خودروها)؛
2-2. تکنولوژی کاهش نویزهای تولیدشده در محیط یا در شبانگاه و محیط‌های کم‌نور به منظور کاهش حجم داده‌ها: این امر با قابلیت برنامه‌نویسی هوشمند دوربین‌های i-PRO پاناسونیک و به‌روز رسانی آسان نرم‌افزار دوربین اجرایی می‌شود. به کمک این تکنولوژی، حجم دیتا تا 80 درصد کاهش می‌یابد که به معنی فشرده‌سازی بیشتر اطلاعات تا 80 درصد است. این تکنولوژی را حتی می‌توان با اعمال هوشمندسازی به همراه کیفیت بالای تجهیزات نظارت تصویری، برای دوربین‌ها با رزولوشن 4K نیز استفاده کرد. باید اشاره کرد که پایه این فشرده‌سازی بر اساس استاندارد H264 است که خصوصاً نیازی به استفاده از ماژول‌های کاربری در خصوص بازبینی تصاویر ندارد.

3. فناوری بررسی داده‌ها بر اساس موضوعات مشاهده شده

بیشترین حجم دیتا در دوربین‌های مداربسته به موضوعات قابل مشاهده مانند انسان‌ها و خودروها اختصاص دارد که می‌تواند با وضوح و شفافیت ذخیره شود. در هر حال، عناصری در تصاویر ضمیمه مانند دیوارها و جاده‌ها وجود دارند که در حقیقت، دیتاهای غیرضروری هستند و نیازی نیست که به صورت شفاف و واضح مشاهده شوند. بسته به اهمیت این سوژه‌ها، با کاهش شفافیت چنین عناصری، می‌توان حجم دیتا را به کمک سیستم FHD در مقایسه با تکنولوژی قبلی پاناسونیک تا 65 درصد کاهش داد یا می‌توان انتظار داشت سیستم 4K نسبت به تکنولوژی قبلی پاناسونیک‏ حجم دیتا را تا 80 درصد کاهش دهد.

3-1. جی او پی کنترل (گروه‌بندی عکس‌ها)

GOP مخفف عبارت انگلیسی Group of Pictures است‎؛ امکانی در دوربین که می‌تواند علاوه بر حفظ کیفیت تصویر، پهنای باند مصرفی را تا 10 برابر کاهش دهد. پاناسونیک در به کارگیری این سیستم، با هوشمندسازی کدها به روش زیر عمل می‌کند:
فرض کنید تصویر در حال حرکت و موشن است و اطلاعات به صورت I-frames ارسال می‌شود. زمانی که تصویر ساکن می‌شود، یعنی هیچ‌گونه حرکت دیگری در سطح آن مشاهده نمی‌شود، تصویر به صورت P-frames ارسال و ذخیره خواهد شد. هر 1 ثانیه تصویر ارسالی از سوی سیستم هوشمند کنترل می‌شود و تا زمانی که همچنان این سکون وجود دارد یا هیچ تصویری مشاهده نمی‌شود، تصویر به تصویر قبلی دلالت می‌کند و ذخیره می‌شود. در نتیجه این فناوری، حجم پهنای باند ارسالی به شدت کاهش می‌یابد.
برای این که متوجه اهمیت این تکنولوژی مهم در سیستم هوشمند پاناسونیک بشوید، مثالی می‌آوریم: اگر در یک سیستم 250 دوربین وجود داشته باشد،. تصور کنید ارسال هم‌زمان تصاویر چه میزان پهنای باندی را اشغال می‌کند! در سیستم هوشمند پاناسونیک، دوربین‌هایی که مقابل آنها حرکتی وجود ندارد، با ارسال تصاویر مبتنی بر سیستم P-frames، به میزان زیادی موجب اشغال پهنای باند توسط شبکه می‌شوند.
درباره I-frames و P-frames بیشتر بدانید:
در مدل MPEG4 و H.264 متراکم، جریان ویدیوئی از آی‌فریم (تصاویر کدگذاری شده داخلی) و پی‌فریم (تصاویر پیش‌بینی شده) تشکیل شده است که نیازی به ارجاع به سایر فریم‌ها ندارد. پی‌فریم (فریمی که تنها تغییرات تصاویر جدید را نگه می‌دارد)، از فریم‌های آی و پی برای ارجاع استفاده می‌کند و تنها اطلاعات محتوایی را در برمی‌گیرد که در مقایسه با فریم‌های قبلی متفاوت باشند. پی‌فریم را می‌توان با آنالیز سطح پیکسل، بلوک یا وکتور ایجاد کرد. پیش‌بینی محل جدید بلوک متحرک از طریق بررسی وکتور متحرک، اندازه تصویر را به طور چشم‌گیری کاهش می‌دهد، که با اطلاعات فرستاده شده در مورد هر پیکسلی که در تصویر قبلی فرق کرده است، مقایسه می‌شود. در حالت عادی، در هر ثانیه یک تصویرکدگذاری شده داخلی وجود دارد و تعداد تصاویر پیش‌بینی شده بستگی به تنظیمات نرخ تصاویر (تصاویر در هر ثانیه) دارد.
در یک کلام، مفهوم GOP را به زبان ساده باید این گونه بیان کرد: این سیستم در زمینه هوشمندسازی سیستم کدهای پاناسونیک به عنوان یکی از آپشن‌های بسیار پیشرفته عمل می‌کند و با حذف تصاویر فاقد حرکت و تکراری و کاهش فریم‌های تصاویر فاقد حرکت، باعث کاهش حجم دیتا و کاهش میزان پهنای باند اشغال شده می‌شود.

2-3. سیستم خودکار کیفیت تصاویر متغیر Auto-VIQS Control

کیفیت متغیر تصویر در منطقه‌ای مشخص شده نسبت به عملکرد آن منطقه را VIQS می‌نامند. در این آپشن، شما ابتدا مناطق مورد نظر را در دوربین به صورت دستی مشخص و تعیین می‌کنید که می‌خواهید سیستم هوشمند VIQS بر این قسمت از تصاویر اعمال شود. زمانی که این آپشن برای سطوح انتخاب شده تعریف می‌شود،‏ پهنای باند اشغال شده و ارسال تصاویر برای ذخیره‌سازی بر اساس میزان حرکت و حجم تصاویر صورت می‌گیرد. به این ترتیب، زمانی که حرکتی در بخش‌های مشخص شده وجود ندارد، حجم دیتای ارسالی به شدت کاهش می‌یابد.
نکته مهم در زمینه استفاده از VBR این است که می‌توان 3 لایه را برای میزان پهنای باند در دسترس انتخاب کرد؛ یعنی در سیستم هوشمندسازی کد پاناسونیک امکان انتخاب 3 مرحله برای پهنای باند وجود دارد. زمانی که سطح متوسط یا ضعیف را انتخاب می‌کنید، در سیستم I-frame در هر ثانیه 4 فریم از تصاویر انتخاب می‌شود. زمانی که VBR را روی بالاترین سطح تنظیم می‌کنید، سیستم خودکار کیفیت تصاویر متغیر، یعنی VIQS، به لایه متوسط VBR اضافه می‌شود. این امر موجب مدیریت بسیار هوشمند پهنای باند اشغال شده می‌شود و ترافیک شبکه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

4. تکنولوژی کاهش نویز

هنگام ارسال تصاویر در شبانگاه یا زمانی که نور محیط بسیار کم است، همواره نویزهایی همراه با تصاویر ارسال می‌شود. در سیستم هوشمندسازی پاناسونیک، هم‌زمان با فشرده‌سازی تصاویر و ارسال آنها، نویزهایی که در مانیتورینگ ضروری نیستند، حذف می‌شوند. این ویژگی باعث می‌شود تا 20 درصد پهنای باند کمتری نسبت به حالت معمول اشغال شود.
در سیستم کاهش نویز که در تمام دوربین‌های پاناسونیک i-PRO قابل اجراست، تصاویر آنالیز و نویزها به صورت آن‌لاین حذف می‌شود. گفتنی است تکنولوژی کاهش نویز در سیستم هوشمند پاناسونیک به این روش انجام می‌شود: حذف نویزهای هم‌زمان به صورت آن‌لاین و در زمان واقعی تصویربرداری توسط دوربین‌ها که موجب کاهش حجم داده‌ها به میزان 20 درصد یا بیشتر در مقایسه با دوربین‌های مداربسته معمولی بدون توابع کاهش سر و صدا می‌شود.

1-4. عملکردهای چندگانه در کاهش نویز تصاویر به صورت سه‌بعدی (3D-MNR)

همان‌گونه که می‌دانید، ارسال تصاویر با توجه به ابعادشان، در شبانگاه یا هنگامی که نور محیط بسیار کم است، با نویزهایی همراه است که این نویزها به صورت دانه دانه دیده می‌شوند. روند نویز در بررسی مسیر الگوی روشنایی کاملاً مشهود است و با میزان آن تناسب دارد. در الگوریتم کاهش نویز پاناسونیک، نویزها از هر پیکسل تصویر حذف می‌شوند. در ابتدا، این الگو با پردازش بسیار قوی و پیشرفته نویز مشخص و سپس‏، تغییرات سیگنال تعیین می‌شود. در مرحله بعدی، سیستم به گونه‌ای هوشمند اقدام به بررسی پیکسل‌های لبه تصاویر یا اطراف و حذف نویزهای دانه‌ای می‌کند. به کمک این سیستم، نویزها تقریباً 25 درصد کاهش می‌یابند.

2-4. فیلتر تقسیم‌بندی فرکانس FDF

این سیستم نیز نوعی سیستم کاهش نویز است. سیستم هوشمند پاناسونیک، تحت عنوان نویزهای مفید، همان نویزها را نیز به آرامی حذف می‌کند و کاهش می‌دهد. این روند شامل صاف یا نرم کردن گوشه‌های اجسام و تصاویر است که همین عملیات به ظاهر ساده، می‌تواند حجم دیتا را تا 25 درصد کاهش دهد.

5. نتیجه

شرکت پاناسونیک با بیش از 50 سال تجربه، از سال 1957 با نگرش خدمات‌رسانی به کل مشتریان، خدمات خود را با نگاهی جهانی‏ به تأمین تجهیزات سیستم‌های نظارت تصویری اختصاص داده است. اساس مالکیت معنوی گروه پاناسونیک این است که شرکتی پیشرو در زمینه فروش تجهیزات صدا و تصویر باشد. روند توسعه و رشد این شرکت تا به امروز ادامه داشته است تا سیستم‌های نظارت تصویری بهتر و پیشرفته‌تری را ارائه دهد.
سیستم هوشمندسازی برنامه‌های پاناسونیک، سیستمی برای کاهش هزینه‌های سیستم‌های نظارت تصویری است. این تکنولوژی یک هدف مهم را دنبال می‌کند: کاهش حجم دیتا و تصویر در زمان‌هایی که دوربین‌ها با سکون مواجه هستند و نهایتاً کاهش چشمگیر پهنای باند که منجر به کاهش نرخ و هزینه انتقال در شبکه می‌شود. آغاز بهره‌گیری از تکنولوژی H.264 در تحقق اهداف آینده ما نقش مؤثری دارد و کمک می‌کند که بتوانیم استاندارد H.265 را همراه با سیستم‌های هوشمند ارائه کنیم.