مقدمه
در طی چند سال اخیر شاهد پیشرفت های شایانی در خصوص فناوری اطلاعات و زیر ساخت های شبكه های رایانه ای در كشور بوده ایم ، همچنین پذیرش افكار در حركت به سوی دیجیتال شدن تجهیزات به دلیل مزایای فوق العاده این سیستم ها نسبت یه انواع آنالوگ، ما را بر آن داشت كه به معرفی سیستم های ضبط دیجیتال تصاویر (DVR) بپردازیم.
DVR كه مخفف Digital Video Recording می باشد كاربرد های مختلفی در ضمینه های سینما بخصوص دوربین های فیلم برداری ، سیستم های نظارت و امنیت و تجهیزات پزشكی دارد كه در این مقاله سعی به معرفی ویژگی های این سیستم ، در زمینه سیستم های امنیتی و نظارتی داریم.
Digital Video Recorder دستگاهی است كه تصاویر را بصورت دیجیتال بر روی حافظه های دیجیتال، مانند دیسك های فلش یا هارددیسكها ذخیره می‌كند كه با در نظر داشتن افزایش ظرفیت و كاهش قیمت این نوع از حافظه ها، امروزه سیستم های DVR توانایی ضبط زمان بیشتری از تصاویر را در مقایسه با ضبط كننده ‌های آنالوگ (VCR) كه امكان ذخیره تصاویر بر روی كاست‌های ویدئویی را داشتند ، فراهم می آورند.
فاكتورهای مهم در انتخاب DVR
بر اساس كاربرد در پروژه های مختلف فاكتور هایی كه در انتخاب سیستم DVR موثر می باشند عبارتند از :
• تعداد دوربین‌های قابل پشتیبانی
• نرخ فریم در ثانیه (fps)
• فناوری فشرده‌سازی تصویر
• ظرفیت حافظه های مورد پشتیبانی
• قابلیت كنترل از راه دور
• قابلیت تشخیص حركت
(motion detection)
• توانایی زمانبندی (scheduling)
• توانایی ضبط تصاویر روی CD یا DVD توسط CD/DVD Burner به عنوان نسخه‌های پشتیبان
• قابلیت اتصال حافظه‌های Flash
كه در ادامه به بررسی برخی از فاكتور های فوق می پردازیم .
در خصوص ورودی های دوربین به DVR از آنجا كه عموما اتـصال بیـش از یـك دوربـین به DVR در سیستم های امنیتی و نظارتی نیازمند میباشد ، بنابراین انواع DVR ، با تعداد ورودی های متفاوت برای دوربین‌ها وجود دارند كه بطور متعارف نمونه‌هایی از 4 كانال تا 64 كانال تولید می شوند .
فاكتور فریم در ثانیه، تعداد تصاویری است كه DVR می‌تواند در هر ثانیه ضبط كند ، این فاكتور كه در اغلب موارد در پی فاكتور تعداد دوربین های مورد پشتیبانی بیان می گردد ، در حقیقت كل تصاویری كه قابل ذخیره توسط سیستم می باشد را عنوان می نماید كه برای تعیین Fps برای هر كانال دوربین، Fps كلی سیستم را بر تعداد دوربین‌ها تقسیم می كنیم .
به عنوان مثال یـك DVR با FPS برابر 120 و هشت كانال دوربیـن در ورودی را در نظر بگیرید ، چنین سیستمی 15 فریم در ثانیه بـرای هـر دوربین را پشتیبانی خواهد نمود .
خاطر نشان می نمایم كه در سیستم های PAL با استاندارد CCIR حداكثر 25 فریم در ثانیه و در سیستم های NTSC با استاندارد FCC حداكثر 30 فریم در ثانیه قابل پشتیبانی میباشد ،كه با چنین نرخی ، تصاویر بصورت كاملا متحرك یا Full Motion به نظر خواهند رسید.
بنابراین برای حفاظت از اماكن حساس كه نیازمند ذخیره تمامی تصاویر دریافتی از سنسور CCD دوربین را دارند، سیستمی با نرخ فریمی برابر 25 در سیستم PAL و برابر 30 در سیستم NTSC، مناسب خواهد بود ، بدین ترتیب هیچ فریمی از دید ناظر سیستم مخفی نخواهد ماند و این در حالی است كه چنین سیستمی با عملكردی در حداكثر نرخ فریم و كیفیت تصویر ، داده هایی با حجمی بالا را تولید نموده كه در پی آن حافظه بسیار بزرگتری را برای ذخیره تصاویر نیازمند خواهد بود.
بنابراین در صورتی كه 8 دوربین در نواحی بسیار حساس داشته باشیم ، انتخاب یك DVR با قابلیت اتصال 8 دوربین به آن و با توانایی نرخ فریمی برابر با 200 در سیستم PAL ، انتخابی بسیار خوبی برای شرایط مذكور باشد .
نكته دیگری كه در خصوص انواع سیستم ها در كنار تفاوت كدگذاری رنگ در آنها ، مهم به نظر میرسد تعداد خطوط تصاویر در هر سیستم می باشد، سیستم PAL با وجودی كه حداكثر 25 فریم در ثانیه را پشتیبانی میكند اما در هر فریم امكان نمایش 625 خط را فراهم می آورد كه در مقایسه با سیستم NTSC با حداكثر نرخ 30 فریم در ثانیه و 525 خط در هر فریم ، سیستم PAL تفكیك پذیری یا همان Resolution بیشتری را ارائه خواهد داد .
بنابراین در انتخاب نوع دوربین و DVR هماهنگ با آن از نقطه نظر نوع سیستم، باید دقت كافی را لحاظ نمود در غیر این صورت تصاویر یا قابل نمایش نیوده و یا با وجوداستفاده از دوربین رنگی ، تصاویر بصورت سیاه و سفید نمایش خواهند یافت .
ساختار های فشرده سازی در سیستم های DVR
سیستم های DVR بسته به كاربرد ، ساختارهای متفاوتی را پشتیبانی مینمایند كه عبارتند از :
• Mjpeg
• Mpeg I
• Mpeg II
• Mpeg 4
توالی تصاویر متحرك در ساختار MJPEG
ساختار Mjpeg كه در آن رنگ های یك تصویر با توجه به شباهتی كه در یك محدوده دارند، بر مبنای Tolerance داده شده، به یك رنگ تبدیل شده و در واقع با فرمت متداول JPEG كد می شوند و سپس با توجه به نرخ فریم تعیین شده ، تصاویر Jpeg برای ایجاد تصاویر متحرك در كنار هم ذخیره و یا ارسال میگردند
این ساختار به دلیل سادگی در كدگذاری و كدگشایی در دوربین ها و سیستم های نظارت از راه دور از طریق سایت های وب، بسیار متداول میباشد .
سیستم هایی كه فقط از این ساختار پشتیبانی می كنند هزینه به مراتب پایین تری نسبت به دیگر سیستم ها خواهند داشت و اغلب چنین تجهیزاتی در كاربرد های تبلیغاتی مانند نمایش خیابان ها و دانشگاه ها از طریق اینترت مورد استفاده قرار می گیرند .
اما از آنجا كه در چنین سیستم هایی ، فشرده سازی ساده ای صورت می پذیرد، تصاویری با حجمی بالا برای ذخیره سازی ایجاد می گردند كه سازندگان این سیستم ها برای غلبه بر این مشكل عموما نرخ فریم در ثانیه و یا كیفیت تصاویر را كاهش می دهند بنابراین استفاده از چنین سیستم هایی در كابرد های نظارتی و امنیتی پیشنهاد نمی گردد .
درساختار MpegI بعد از كد گذاری تصاویر با فرمتی مشابه Jpeg برای بدست آوردن تصاویر متحرك اولین تصویر در گروه تصاویر یا Group Of Pictures (GOP) را ذخیره نموده و در فریم های دیگر فقط تغییرات ذخیره می گردند
توالی تصاویر متحرك در ساختار Mpeg
بنابراین نرخ فشرده سازی در این ساختار بسیار بیشتر از ساختار MJpeg خواهد بود .
ساختار Mpeg II كه شبیه ساختار Mpeg I میباشد به دلیل نیاز به كیفیتی بالاتر نسبت به Mpeg I بوجود آمد و اغلب كاربرد های تصویر برداری سینمایی و پزشكی دارد كه با توجه به تفكیك پذیری بالای تصاویر دیجیتال شده، ابن ساختار توانایی بیشتری در خصوص بزرگ نمایی دیجیتال خواهد داشت ، اما نرخ پهنای باند بیشتری را نیز برای انتقال تصاویر به خود اختصاص خواهد داد .
رسانه متداول برای این ساختار به دلیل نرخ بالای اطلاعات كد شده، DVD بوده كه در نتیجه عموما این ساختار در كاربرد های مخابره راه دور تصاویر و اینترنت توصیه نمی گردد .
ساختار Mpeg 4 بر مبنای اینكه دیدی شیئ گرا و متفاوت با آنچه گفته شد به تصاویر دارد، فشرده سازی بیشتری را به ارمغان آورده است .
این ساختار امكان قرار گرفتن چندین نسخه از یك تصویر را با پهنای باند مختلف در كنار هم بوجود آورده كه اگر ارتباطات شبكه ای را مد نظر قراردهید خواهید یافت كه طیف وسیعی از فناوری های ارتباطی ، از Dial Up با مودم هایی با سرعت 56Kbps تا DSL مودم هایی با چندین مگا بیت بر ثانیه و فناوری بی سیم GPRS بوجود آمده اند كه هر یك ، پهنای باند متفاوتی را پشتیبانی می نمایند بنابراین با استفاده از ساختار Mpeg4 می توان جریانی از داده های تصاویر را كه از لحاظ پهنای باند با سرعت ارتباط هم خوانی دارد را بصورت كاملا متحرك دریافت نمود كه تحولی در انتقال تصاویر از را دور بشمار می آید .
ظرفیت حافظه های مورد پشتیبانی
امروزه با توجه به پیشرفت تكنولوژی ذخیره سازی ، عموما اكثر سیستم های DVR حافظه هایی در حدود 500 گیگا بایت را پشتیبانی می نمایند این در حالی است كه اگر سیستم DVR توانایی پشتیبانی از شبكه و Ethernet را داشته باشد با توجه به اینكه سرویس دهنده های ذخیره سازی (Storage Server) امروزی توانایی ذخیره اطلاعات تا چندین ترا بایت (1024 گیگا بایت ) را دارند، دیگر محدودیتی در این خصوص برای سیستم های DVR با توانایی پشتیبانی از شبكه ، وجود نخواهد داشت .
قابلیت كنترل از راه دور
یكی از مهمترین قابلیت های یك سیستم DVR پیشرفته ، توانایی كنترل از راه دور می باشد در واقع این توانایی ناظر سیستم را قادر می سازد كه بسته به زیر ساخت شبكه محل نصب DVR ، كه می تواند شامل خط تلفن و یا شبكه داخلی Ethernet و یا اتصال به شبكه جهانی باشد ، از امكانات سیستم نظارتی استفاده نماید .
یكی از ویژگی های جدیدی كه در این خصوص مطرح میگردد امكان نظارت بدون سیم از طریق دستگاه موبایل و یا لپ تاپ با استفاده از فناوری های GPRS و یا Wifi و حتی Bluetooth می باشد شایان ذكر است كه با توجه به انعطاف پذیری انواع سیستم های DVR به راحتی می توان این امكان را برای سیستم های DVR قدیمی تر نیز فراهم آورد.
قابلیت تشخیص حركت
این توانایی كه به Motion Detector نیز مشهور است ، توانایی تشخیص حركت افراد و یا اجسام در محدوده نظارت دوربینها است .
این قابلیت اغلب به دو صورت سخت افزاری و نرم افزاری و یا تركیبی از هر دو در سیستم های DVR پیاده سازی می گردد.
در پیاده سازی نرم افزاری ، سیستم همواره گروهی از نقاط تشكیل دهنده تصاویر را در نظر گرفته و بوسیله الگوریتم های این روش، وقوع حركت را تشخیص می دهد .
اما در سیستم هایی كه این روش را بر پایه سخت افزار پیاده سازی نموده اند از سنسور های تشخیص حركت رایج در سیستم های امنیتی بهره می برند
سنسور حسگر حركت همراه با دوربین
چنین سیستم هایی از حسگر Pyroelectric Infrared Sensor(PIR) و لنز مخصوصی استفاده می كنند ، این سنسورها یه امواج Infrared ساطع شده از بدن موجودات خون گرم واكنش نشان داده كه البته برای برای حذف كردن نویز های حرارتی مانند نور خوشید و … این سنسور ها به امواجی عكس العمل نشان می دهند كه در حدود یك سانتی متر در یك ثانیه حركت داشته باشند.
نمونه از سنسور PIR
قابلیت تشخیص حركت یكی از مزایای مهم سیستم های DVR در مقابل سیستم های آنالوگ بوده و درواقع Motion Detector به سیستم های دیجیتال یا DVR امكان مشخص نمودن بروز حركت به همراه تصویر ضبط شده بر مبنای تاریخ و زمان دقیق وقوع را می دهد.
این توانایی قابلیت های جنبی بسیاری را به ارمغان می آورد به عنوان مثال امكان ارسال Email و SMS و حتی MMS با ضمیمه تصویر گرفته شده را به ناظر سیستم در لحظه وقوع حادثه می دهد .
به دلیل اینكه تصاویر مشخص كننده بروز حادثه در شبكه موبایل و یا اینترنت گسترده می شوند ، حتی در صورت از بین رفتن سیستم DVR و یا اطلاعات آن توسط آتش سوزی و یا سارقان ، باز هم امكان تشخیص عامل بروز حادثه برای ناظر سیستم از طریق چك كردن Email و غیره وجود خواهد داشت.
همچنین در صورتی كه از وقوع حادثه مدت زیادی مثلا یك ماه سپری شده باشد، این امكان برای ناظر سیستم وجود دارد كه با برسی فیلم های دیجیتالی كه با وقوع حركت توسط سیستم مشخص شده اند به سرعت به كشف عامل حادثه در میان ساعت ها فیلم دیجیتال بپردازد ، در حالی كه سیستم های آنالوگ فقط در هنگام بروز حادثه ، قابلیت به صدا در آمدن آژیر و یا تماس تلفنی را دارا بودند .
سیستم های ضبط دیجیتال تصویر همچنین امكان سوئیچ بین ورودی های سیستم را می دهند بنابراین با بكار گیری آنها، ضمن اینكه تصاویر هر ورودی بطور جداگانه بر حافظه ذخیره می گردد ، كه نتیجه آن ثابت ماندن تفكیك پذیری و كیفیت تصویر آنها می باشد ، همچنین همزمان امكان مشاهده چندین تصویر بر روی كامپیوتر نیز وجود دارد بنابراین دیگر نیازی به استفاده از Switcher،Quad و یـا Multiplexor نخواهد شد.
بررسی سیستم های DVR
سیستم های DVR از دو دیدگاه Packaging (بسته بندی ظاهری) و عملكرد قابل بررسی هستند.
دیدگاه Packaging
از نقطه نظر بسته ظاهری ، سیستم های DVR به دو گروه Stand Alone DVR و Computer Base DVR تقسیم می گردند .
سیستم های Stand Alone DVR به سیستم هایی اطلاق میگردند كه بطور منفرد عمل نموده و نیاز به اینكه كامپیوتری بطور جداگانه، برای عملكرد آن اختصاص یابد و بطور شبانه روز روشن باشد را نخواهد داشت
تصویری از پنل جلو و پشت یك سیستم Stand Alone DVR
در واقع این سیستم ها از لحاظ سخت افزار اكثر تجهیزات سخت افزاری یك كامپیوتر را دارا هستند یا این تفاوت كه سخت افزار های آن برای كاربرد خاصی متناسب با ویژگیهای سیستم DVR طراحی گردیده اند .
البته برای نظارت تصاویر و عملكرد چنین سیستمی هایی نیز اغلب به یك كامپیوتر برای ناظر سیستم نیازمند خواهیم بود ، البته این كامپیوتر فقط در زمان بررسی و نظارت، روشن و یا فعال خواهد بود .
نوع دیگری از سیستم های DVR موجودند كه بصورت یك كارت داخلی (Internal) ویا Box خارجی External طراحی و تولید می گردند كه این سیستم ها برای عملكرد ، نیاز به یك كامپیوتر دارند ، كه این كامپیوتر برای عملكرد بصورت DVR باید همواره روشن بماند.
نمونه ای از External DVR با ارتباط USB
اما اگر بخواهیم مقایسه ای كوتاه بین این دو دسته ، از دیدگاه Packaging نماییم گفتنی است كه سیستم های Stand Alone هزینه های به مراتب بالاتری نسبت به Card های DVR دارند و البته این سیستم ها عمدتا قابلیت های بیشتری را پشتیبانی می نمایند كه شاید نمونه های حرفه ای از كارت های كامپیوتری گوشه ای از امكانات آنها را ارائه دهند .
همچنین سیستم های Stand Alone ضریب اطمینان بالاتری را نسبت به كارتهای كامپیوتر DVR هم از لحاظ سخت افزار و هم نرم افزار دارند .
یكی از معایب ریز بینانه ای كه سیستم های DVR مبتنی بر كامپیوتر دارند این است كه به دلیل طراحی عمومی كامپیوتر ها اغلب امكان روشن شدن بعد از قطع یرق برای سیستم وجود ندارد كه البته این عیب را با جایگزین نمودن مداری ساده با سوئیچ Power سیستم ، می توان برطرف نمود .
نكته دیگر اینكه سیستم هایی كه از كامپیوتر بهره می برند انعطاف پذیرتر بوده و به راحتی می توان امكانات مختلفی را از جمله كنترل دوربین های PTZ و … را به آنها با نصب نرم افزار و سخت افزار ساده ای افزود .
دیدگاه عملكرد
سیستم های DVR را از نقطه نظر عملكرد، می توان به دو دسته عملكرد بر پایه سخت افزار و عملكرد بر پایه نرم افزار تقسیم بندی نمود .
عملكرد سخت افزاری و نرم افزاری این سیستم ها در حیطه الگوریتم های فشرده سازی و فیلتر های دیجیتال تصویر قرار میگیرد، درواقع فشرده سازی و اعمال فیلتر های تصحیح كننده تصویر در سیستم های نرم افزاری بر عهده CPU و برنامه بوده در حالی كه سیستم های سخت افزاری از چیپ های ویژه ای بدین منظور بهره می برند كه نتیجه آن عملكرد بهتری در كیفیت تصویر و هزینه بالاتر این گروه از تجهیزات خواهد بود .