فناوری هوشمند +Smart H.264

فناوری هوشمند H.264+ مجموعه ای از الگوریتم های رمزگذاری هوشمند است که توسط فناوری داهوا بر اساس H.264 توسعه یافته است. برای پاسخگویی به ویژگی های نظارت تصویری، Smart264 + برخی از تکنیک های رمزگذاری ویدئویی کلیدی را تصویب می کند و این تکنیک ها می توانند با توجه به برنامه ها و محصولات مختلف به طور انعطاف پذیر اضافه / حذف یا ترکیب شوند. هوشمند H.264 + کدک می تواند به طور موثر افزایش بهره وری رمزگذاری ویدئو با توجه به ویژگی های محیط های مختلف نظارت؛ علاوه بر این، می تواند تا حد زیادی نرخ بیت انتقال، ظرفیت ذخیره سازی را کاهش دهد تا سیستم کلی CAPEX / OPEX را بهبود بخشد.

1- مقدمه  
 +Smart H.264 یک تکنولوژی جدید نیست، بلکه یک پیاده سازی بهینه سازی شده از H.264 است. 
فناوری هوشمند +H.264 مجموعه ای از الگوریتم های رمزگذاری هوشمند است که توسط فناوری داهوا بر اساس H.264 توسعه یافته است. برای پاسخگویی به ویژگی های نظارت تصویری، +Smart264  برخی از تکنیک های رمزگذاری ویدئویی کلیدی را تصویب می کند و این تکنیک ها می توانند با توجه به برنامه ها و محصولات مختلف به طور انعطاف پذیر اضافه / حذف یا ترکیب شوند. هوشمند +H.264  کدک می تواند به طور موثر افزایش بهره وری رمزگذاری ویدئو با توجه به ویژگی های محیط های مختلف نظارت؛ علاوه بر این، می تواند تا حد زیادی نرخ بیت انتقال، ظرفیت ذخیره سازی را کاهش دهد تا سیستم کلی CAPEX / OPEX را بهبود بخشد.
2- پس زمینه
نظارت تصویری معمولی نیاز به ضبط ویدیو به مدت 24/7 دارد و فضای ذخیره‌سازی زیادی مصرف می‌کند. با پیگیری/حرکت اپراتورهای نظارتی به سمت HD، ویدیوی نظارتی با وضوح بالا و نرخ بیت بالا به یکی از چالش های اصلی تبدیل شده است. همچنین هزینه ذخیره سازی و انتقال را اضافه می کند و کل هزینه سیستم نظارت را افزایش می دهد. +Smart H.264 برای حل این مشکل به روشی هوشمندانه است.
 برای حل این مسائل، فعالان صنعت نظارتی به طور مداوم در حال سرمایه گذاری در فناوری ها و نوآوری ها برای کاهش هزینه سیستم های نظارتی هستند. از یک طرف، تولیدکنندگان به طور مداوم در حال ارتقا و بهبود خط تولید خود هستند تا محصولات آنها بتوانند از آخرین فناوری ها و استانداردهای رمزگذاری با کارایی بالا پشتیبانی کنند.
 ممکن است زمان زیادی طول بکشد تا سطح توسعه و بلوغ اکوسیستم سخت افزاری را محقق کرد و از سوی دیگر، از آنجایی که استاندارد کدگذاری H.264/AVC به طور گسترده در محصولات نظارتی استفاده می شود باعث شده است که این عملکرد عامل بهبود  نرخ فشرده سازی با ارتقاء نرم افزار بر اساس استاندارد رمزگذاری فعلی H.264 شود که همین موضوع یکی از پیشرفت های جدید در صنعت محسوب می شود .
 در مقایسه با سایر فایل های ویدئویی، فایل ویدئویی نظارتی معمولی دارای ویژگی های زیر است:

•  در طول مدت مشخص شده، پس‌زمینه ویدیوی نظارت ثابت است یا دارای حرکات جزئی است.
•  در فیلم نظارتی، بیشتر اوقات فیلم ثابت است و جسم/حرکت متحرک در بازه های زمانی مشخص ظاهر می شود.
•  محیط های نظارتی معمولا نیاز به ضبط 7/24 دارند، نویز است
• به طور کلی بالا، و به خصوص در شب سر و صدا بسیار بالا است.
•  اپراتورها معمولاً فقط به جسم متحرک در فیلم نظارت علاقه دارند.

 3-فناوری های کلیدی
فناوری +Smart H.264 مجموعه ای از الگوریتم های رمزگذاری هوشمند است. این شامل بسیاری از تکنیک های کلیدی فناوری رمزگذاری است. داهوا به تازگی توسعه یافته است
+Smart H.264 شامل سه جنبه کلیدی زیر است:

•  الگوریتم کنترل نرخ بیت پیشرفته.
•  رمزگذاری ویدیو بر اساس تجزیه و تحلیل محتویات ویدیویی (شامل ROI پویا، GOP پویا، ساختار قاب مرجع انعطاف پذیر)
•  تکنولوژی حذف نویز.

3.1 استراتژی رمزگذاری تطبیقی صحنه
صحنه نظارت ثابت نیست. بر اساس مدل JND (فقط مدل تفاوت قابل توجه)، درک بینایی انسان در مورد یک شی متفاوت است. مثلا،
درک بینایی انسان در مورد اشیاء داخل ساختمان حساس تر از اشیاء بیرونی است. اتخاذ استراتژی رمزگذاری متمایز با توجه به صحنه های مختلف می تواند به طور موثری افزونگی دید انسان را کاهش دهد، بنابراین کارایی رمزگذاری را بهبود می بخشد. به عنوان مثال، نرخ بیت ریت 4M با اشیاء داخل ساختمان، دید انسانی مشابهی با 1 تا 2M برای اشیاء در فضای باز دارد.
استراتژی رمزگذاری تطبیقی صحنه، اجرای استراتژی متمایز بر اساس تجزیه و تحلیل صحنه هوشمند است که شامل تجزیه و تحلیل شرایط نور/نویز/حرکت و دستورات است. استراتژی رمزگذاری تطبیقی صحنه نه تنها می تواند درک دید انسان از صحنه نظارت را تضمین کند، بلکه رمزگذاری را نیز بهبود می بخشد.

 
3.2 رمزگذاری ویدیو بر اساس تجزیه و تحلیل ویدیو
3.2.1 ROI پویا
به طور کلی، اپراتورهای نظارتی فقط به جسم متحرک در فیلم نظارتی علاقه دارند و علاقه کمتری به ناحیه پس زمینه دارند. با در نظر گرفتن این پس زمینه، +Smart H.264 استراتژی جداسازی خودکار اجسام متحرک از پس زمینه را با توجه به حرکت در صحنه ویدیو از طریق فناوری تجزیه و تحلیل ویدیویی اجرا می کند. پس از جداسازی، +Smart H.264 سطوح فشرده سازی متفاوتی را با توجه به ROI مختلف اتخاذ می کند. به عنوان مثال، سطح فشرده سازی را برای ناحیه پس زمینه بالا ببرید و سطح فشرده سازی را برای اجسام متحرک پایین بیاورید. برای ویدیوی نظارتی، از آنجایی که جسم متحرک فقط در مدت زمان مشخص ظاهر می‌شود و مدت زمان کوتاهی دوام می‌آورد، +Smart H.264 می‌تواند به طرز چشمگیری فشرده‌سازی را افزایش دهد.
 

شکل 1

 همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، کادر قرمز جسم متحرکی است که با F مشخص شده است، و ناحیه دیگر صحنه پس زمینه است که با علامت B مشخص شده است. به طور معمول فقط جسم متحرک (F) ناحیه مورد نظر اصلی است و کیفیت تصویر باید تضمین شود. استراتژی کدگذاری متمایز شرح داده شده در شکل 2 را می توان برای بهبود عملکرد کلی اتخاذ کرد: کیفیت جسم متحرک F باید تضمین شود و کیفیت ناحیه پس زمینه B را می توان کاهش داد.
پایین، بنابراین برای کاهش نرخ بیت منطقه پس زمینه و در نتیجه کاهش نرخ بیت انتقال کلی سیستم.
 

شکل 2 استراتژی فشرده سازی منطقه و پس زمینه مورد نظر
 

3.2.2 GOP پویا
در جریان بیت ویدیو، اندازه فریم I-frame معمولاً برابر اندازه فریم P است تا کیفیت ویدیو تضمین شود. I-frame در مقایسه با P-frame بار ذخیره سازی بسیار بیشتری در جریان بیت های ویدئویی دارد. از آنجایی که ویدیوی نظارتی معمولی در اکثر مواقع ثابت است یا تغییرات جزئی دارد، +H.264 هوشمند استراتژی GOP پویا را اتخاذ می‌کند و تنها زمانی که تغییرات بزرگی وجود دارد و I-frame اضافی لازم است، I-frame را وارد می‌کند. طول GOP را می توان به صورت پویا با توجه به کاربرد واقعی در ویدئوهای نظارتی تطبیق داد. با ساختار پویا GOP (D-GOP) برای کاهش مقدار فریم I در جریان بیت، راندمان فشرده سازی را می توان به طور موثر بهبود بخشید.

شکل 3

شکل 4

شرح داده شده در شکل 3، 
سیستم نظارت معمولی پیاده سازی GOP ثابت است که به معنی فاصله بین 2 فریم I ثابت است، به طور کلی به عنوان 2 ثانیه تنظیم شده است. به خاطر داشته باشید که در ویدیوی نظارتی، بیشتر اوقات ویدئو استاتیک است و شی / حرکت متحرک در دوره های خاص ظاهر می شود، برای بزرگ کردن GOP می تواند به طور موثر مقدار I-frame را در دوره زمانی تعیین شده کاهش دهد. تنها زمانی که حرکات / اشیاء متحرک ظاهر می شود، I-frame برای اطمینان از کیفیت ویدئو با توجه به صحنه نظارت واقعی که GOP پویا نامیده می شود، وارد می شود. شرح داده شده در شکل 4، 
کاهش مقدار I-frame می تواند نرخ بیت انتقال سیستم را کاهش دهد. 

شکل 5 میزان ارسال بیت 

 
3.3 ساختار قاب مرجع انعطاف پذیر  
برای کاهش نرخ بیت و تضمین رمزگذاری کیفیت ویدئو، در مقایسه با ساختار مرجع تک فریم استاندارد +H.264، Smart H.264 ساختار قاب مرجع انعطاف پذیرتری را اضافه می کند. این مرجع دوگانه و تکنیک I-frame مجازی را اتخاذ می کند.  

شکل GOP6 پویا

(1)    تکنیک مرجع دو قاب

برای رمزگذاری ویدیوی نظارتی معمولی، فقط یک فریم (فریم I یا فریم قبلی) به عنوان قاب مرجع در نظر گرفته می شود. برای تکنیک مرجع دو قاب، دو فریم مرجع برای هدف ارجاع در نظر گرفته می شود. علاوه بر ارجاع به فریم قبلی، IDR را نیز به عنوان فریم مرجع می گیرد. در شکل بالا، قاب P دوم هم به IDR (فریم 0) و هم به اولین قاب P اشاره دارد. در صحنه حرکت، در مقایسه با مرجع تک فریم، ساختار مرجع دوگانه می‌تواند بلوک مرجع بهتری را برای منطقه پس‌زمینه محافظ جسم متحرک پیدا کند. این می تواند دقت ارزیابی را افزایش دهد و راندمان فشرده سازی را افزایش دهد.
(2) تکنیک قاب I مجازی
به طور کلی، فقط I-frame می تواند تابع افزودن/درج تصادفی را درک کند. پیاده‌سازی تکنیک فریم I مجازی تضمین می‌کند که قاب P می‌تواند IDR قبلی را به عنوان تنها فریم مرجع تعیین کند (در شکل بالا، فریم P 5 فقط می‌تواند به 0th IDR ارجاع دهد) تا در صورت لزوم بتوان آن را اضافه/درج کرد. به جای تکیه بر فریم P قبلی برای رمزگشایی.
 
3.4     حذف نویز
نویز ویدیوی نظارت معمولاً وقتی زیاد است که ناحیه برنامه نامشخص است و شرایط نور ضعیف است. نویز نه تنها می تواند بر کیفیت ویدیو تأثیر بگذارد، بلکه نرخ بیت رمزگذاری بیشتری را نیز مصرف می کند. کنترل نویز و اجرای استراتژی کنترل بهتر برای رمزگذاری ویدئو ضروری است. استراتژی سنتی کاهش نویز عموماً این است که صحنه ویدیو را به طور کلی در نظر بگیرید و تکنیک‌های کاهش نویز شدید می‌توانند برخی از جزئیات ویدیو را در حین کاهش نویز حذف کنند. یافتن تعادل بین این دو عامل در تکنیک های کاهش نویز سنتی دشوار است. بر اساس فناوری تجزیه و تحلیل ویدیویی، فناوری +Smart H.264 عموماً ناحیه حرکت را از ناحیه پس‌زمینه جدا/متمایز می‌کند و سطوح مختلف کاهش نویز را برای حرکت و ناحیه پس‌زمینه اتخاذ می‌کند (شکل 7 را ببینید). به این ترتیب نه تنها می تواند نویز را کاهش دهد، بلکه کیفیت ROI را نیز تضمین می کند. به ویژه

شکل 7 حذف نویز

4 تست کارایی رمزگذاری
جدول زیر نتیجه آزمایش واقعی کارآیی رمزگذاری با فعال کردن +Smart H.264 را در مقایسه با +Smart H.264 غیرفعال نشان می‌دهد.

شکل 8 جدول بازده رمزگذاری

*اشکال بالا بر اساس شرایط آزمایش واقعی هستند و کاهش نرخ بیت ممکن است بسته به شرایط نور و حرکت و جزئیات صحنه متفاوت باشد.
5 حوزه های کاربردی
+Smart H.264 مجموعه ای از الگوریتم های رمزگذاری هوشمند است و شامل بسیاری از تکنیک های رمزگذاری است. برای اطمینان از اینکه می‌توان آن را به طور گسترده در محصولات مختلف در پلتفرم‌های مختلف استفاده کرد، تکنیک‌های کلیدی را می‌توان به صورت انعطاف‌پذیر بر اساس برنامه واقعی با محصولات یا پلتفرم‌های مختلف اضافه/حذف کرد یا ترکیب کرد. برای محیط‌های مختلف نظارت بر حرکت،+Smart H.264 عموماً می‌تواند نرخ فشرده‌سازی را افزایش دهد. به طور کلی، اگر محتویات در صحنه نظارت ساده و مقدار اجسام متحرک کم باشد، نرخ بهبود راندمان فشرده سازی بالا است. از آنجایی که +Smart H.264 بر اساس استاندارد H.264/AVC توسعه یافته است، نرخ فشرده سازی کدگذاری +Smart H.264 حتی در محیط های شدید به خوبی رمزگذاری عمومی H.264/AVC است.
فناوری +Smart H.264 بر اساس استاندارد H.264/AVC توسعه یافته است. اکثر سخت افزارها و نرم افزارهای موجود می توانند جریان بیت خود را پخش کنند. برای لذت بردن از تجربه پخش بهتر، رسیور قادر به پشتیبانی از جریان بیت Smart +H.264 با تغییرات جزئی مورد نیاز است.
+Smart H.264 به مجموعه ای از الگوریتم های رمزگذاری هوشمند اشاره دارد. این به هیچ وجه یک استاندارد رمزگذاری ویدیوی جدید نیست، بلکه یک پیاده سازی بهینه از H.264 است. بسیاری از تکنیک‌های +Smart H.264 فراتر از چارچوب استاندارد رمزگذاری ویدیو هستند که تضمین می‌کند فناوری +Smart H.264 با استاندارد کدگذاری H.265 در تضاد نیست. یا از سوی دیگر، تکنیک های کلیدی آن حتی می تواند در H.265 اعمال شود.

6. نتیجه گیری
بر اساس استاندارد فعلی کدگذاری ویدیوی H.264+، Smart H.264 برخی از تکنیک‌های رمزگذاری ویدیوی موجود را به کار می‌گیرد و این تکنیک‌های کلیدی را با فناوری‌های تجزیه و تحلیل محتوای ویدیویی پیشرفته Dahua ادغام می‌کند. این به طور موثر کارایی رمزگذاری ویدیو را بهبود می بخشد در حالی که کیفیت ویدیو را تضمین می کند

درباره فناوری داهوا
 
فناوری داهوا یک ارائه دهنده راه حل نظارت تصویری پیشرو در جهان است. طبق گزارش IMS 2015، شرکت ما از دومین سهم بازار جهان برخوردار است. ما به سرمایه گذاری و ایجاد قابلیت های تحقیق و توسعه قوی برای فناوری و نوآوری جدید اعتقاد داریم. این شرکت هر سال بیش از 10 درصد از درآمد فروش را در تحقیق و توسعه سرمایه گذاری می کند. فناوری داهوا بیش از 4000 متخصص در تیم تحقیق و توسعه دارد که به ارائه محصولات و راه حل های پیشرفته برای مشتریان ارزشمند ما اختصاص دارند. این شرکت در مجموع تا پایان سال 2005 دارای 592 اختراع است و طرفداران خود را برای به اشتراک گذاشتن یا مجوز دانش فنی خود با شرکای جهانی باز می کند.
   مجموعه محصولات داهوا شامل: محصولات/راه حل های پیشرفته نظارت تصویری و نرم افزارهای مرتبط، کنترل دسترسی، VDP، زنگ هشدار، سیستم های مدیریت ساختمان هوشمند و سیستم مدیریت هوشمند ترافیک و غیره است.
 محصولات داهوا به طور گسترده در بانکداری، امنیت عمومی، زیرساخت های انرژی، مخابرات، ساخت و ساز هوشمند و حمل و نقل هوشمند و غیره استفاده می شود. APEC، نمایشگاه جهانی شانگهای، سایت یونسکو در ایتالیا و متروی متروی لندن و همچنین بسیاری دیگر.