Print Friendly
آموزش مجازی سفیرفیلم

سیستم‌های تصویربرداری دیجیتال | درس چهاردهم: کُدِک و فشرده‌سازی

amouzesh 2-13

در درس چهاردهم از سیر «سیستم‌های تصویربرداری دیجیتال» آموزش مجازی سفیرفیلم با کُدِک و فشرده‌سازی آشنا شوید.

درس چهاردهم- کُدِک و فشرده‌سازی

در دروس گذشته در مورد وضوح تصویر و عوامل مؤثر بر آن صحبت کردیم. از عواملی که بر روی وضوح تصویر مؤثر است نوع و میزان فشرده‌سازی تصویر است. در این درس به بررسی مدل‌های فشرده‌سازی می‌پردازیم.

file-compression-ch

با پیشرفت تکنولوژی، انتظار فیلم‌سازان از سیستم‌های ویدئویی بالاتر رفت و خواستار دستگاه‌هایی با کیفیت و وضوح بیش‌تری گشتند. اما مشکل اصلی در میزان پهنای باند لازم برای جابجایی و فضای لازم برای ذخیره این اطلاعات بود. زیرا یک تصویر که با کیفیت HD ضبط شده باشد در حالت عادی حجم بسیار بالایی را اشغال خواهد کرد و برای پخش، نیازمند پهنای باند بسیاری می‌باشد. به عبارت دیگر افزایش کیفیت صدا و تصویر به افزایش بسیار زیاد حجم ذخیره شده و انتقالی می‌انجامد.

به همین دلیل فیلم‌سازان و مهندسین به فکر راهی افتادند که با حفظ کیفیت بتوانند حجم لازم برای ذخیره‌سازی و انتقال را کاهش دهند. فشرده‌سازی دیجیتال راهی بود که برای ایجاد تعادل میان این دو خواسته مطرح شد. هدف از «Digital Compression» درهم کردن اطلاعات صدا و تصویر برای رسیدن به حجم کم‌تر بدون از دست دادن کیفیت است. این کار به ما اجازه می‌دهد که تصاویر با کیفیت بهتر را با حجم کم‌تر در دیسک حافظه ذخیره کنیم و یا فیلم بلندتری را برای نمایش خانگی بر روی DVD داشته باشیم.

برای تسهیل مطلب فشرده‌سازی به این مثال دقت کنید:

فرض کنید می‌خواهیم بالنی را با استفاده از یک هواپیمای باری، جابجا کنیم. به دلیل بزرگ بودن بالن نمی‌توان آن را در حالت عادی و باد شده در یک هواپیما قرا داد. به  همین دلیل لازم است ابتدا هوای داخل آن را خالی  کنیم تا حجم آن کم شود. سپس آن را جمع کرده و به راحتی در داخل هواپیما قرار می‌دهیم. بعد از رسیدن به مقصد، با پرکردن آن با هوای داغ، بالن مجددا قابل استفاده می‌باشد.

بالن

این مسئله در مورد فشرده‌سازی دیجیتال نیز وجود دارد. روش و میزان فشرده‌سازی تأثیر بسزایی در حفظ کیفیت یا از دست‌دادن آن دارد. هنگام فشرده‌سازی سیگنال‌های صوتی و تصویری در بسته‌های کوچک‌تری فشرده شده و ذخیره می‌شوند و به هنگام پخش فیلم این بسته‌های کوچک از فشردگی خارج شده و یا به اصطلاح Decompressed می‌شوند. بسته به نوع فشرده‌سازی سیگنال باز شده می‌تواند دارای همان کیفیت و یا کیفیت کم‌تری باشد.

روش‌های فشرده‌سازی:

در این بخش به بررسی دو روش رایج برای فشرده‌سازی دیجیتال می‌پردازیم.

۱. درون فریم:

در این نوع فشرده‌سازی اطلاعات هر فریم به طور جداگانه فشرده شده و ذخیره می‌شود. به این روش Intraframe Compression یا Spatial Compression گفته می‌شود. یکی از روش‌های معمول برای این نوع فشرده‌سازی، روش پردازش «DCT – discrete cosin transfrorm» است. این روش بر مبانی تجزیه و تحلیل تصویر در خانه‌های 8×8 پیکسل که «Macroblocks» نامیده می‌شوند، کار می‌کند. بعد از پردازش هر بلوک اطلاعات تکراری آن حذف شده و مابقی با استفاده از فرمولی پیچیده ذخیره می‌شوند.

روش دیگر برای فشرده‌سازی درون فریمی روش Wavelet است که همانند DCT عمل می‌کند با این تفاوت که مشکل پرش تصویر آن را با ادغام نرم پیکسل‌ها در یک دیگر حل کرده است.

dv061

مثالی از فشرده سازی دورن فریم

۲. فشرده‌سازی گروهی فریم‌ها:

این روش که به آن Interframe Compression گفته می‌شود، بر مبنای فشرده‌سازی تصویر در سه بعد طول، عرض و زمان کار می‌کند. نحوه کار این روش بدین شکل است که ابتدا یک زنجیره از فریم‌های متوالی را علاوه بر تجزیه و تحلیل هر فریم به صورت زمانی نیز مورد بررسی قرار می‌دهد و اطلاعات تکراری بین فریم‌ها را نیز حذف می‌کند. به همین دلیل به این فشرده‌سازی، فشرده‌سازی Temporal به معنای «در ارتباط با زمان» نیز گفته می‌شود.

انجام این عمل در سیستم فشرده‌سازی گروهی به این خاطر است که در یک تصویر معمولا بین فریم‌های متوالی تفاوت چندانی وجود ندارد و فریم‌ها در بسیاری از قسمت‌ها با هم مشترک هستند. به همین دلیل Interframe Compression به دنبال نقاط مشترک و تغییر نکرده میان فریم‌های متوالی گشته و بجای ذخیره آنها سعی می‌کند راهی برای استفاده از اطلاعات ذخیره شده قبلی پیدا کند. برای این کار این سیستم فریم‌های مربوط به هم را به صورت گروه‌هایی که GOP یا group of picture نامیده می‌شوند در نظر گرفته و پردازش می‌کند. اولین فریم هر گروه به صورت کامل ضبط می‌شود و بجای ضبط فریم‌های بعدی، تفاوت هر فریم را با فریم همسایه اش ضبط می‌کند.

dad758daff

شماتیکی از ساختار GOP

6317-Interintra

مقایسه دو روش فشرده سازی

کُدِک Codec:

به الگوریتم و روش پردازشی که برای فشرده‌سازی استفاده می‌شود، کدک – Codec – گفته می‌شود که مخفف Coder/Decoder است. هر روش فشرده‌سازی می‌تواند چندین مدل کدک داشته باشد که هر کدام از روش متفاوتی برای دستیابی به تصویر فشرده شده استفاده می‌کند.

از مشخصات مهم یک کدک نسبت فشرده‌سازی آن است. این نسبت بیان کننده این است که تصویر به دست آمده نسبت به تصویر اصلی چند برابر کم‌حجم‌تر شده است. مثلا یک تصویر فشرده نشده نسبت 1:1 دارد ولی تصویری که حجم آن به یک پنجم کاهش پیدا کرده نسبت 5:1 خواهد داشت.

کدک‌ها را جدا از نوع ذخیره‌سازی، می‌توان بر اساس حفظ کیفیت دسته‌بندی کرد:

۱. lossy (اتلافی): کدک‌هایی که بعد از فشرده کردن تصویر مقداری از کیفیت آن از دست می‌رود و تصویر فشرده شده از کیفیت کم‌تری در صدا و تصویر برخوردار است.
۲. Lossless (بدون اتلاف): کدک‌هایی که با حفظ کیفیت تصویر را فشرده می‌کنند و تصویر با تصویر اصلی تفاوت محسوسی ندارد.

نسبت فشرده‌سازی کدک‌های lossy بیش‌تر از کدک‌های lossless است و فایل حاصل از آن حجم کم‌تری را دارا می‌باشد.

نکته دیگر که در مورد کدک‌ها مطرح است نرخ انتقال داده آن‌ها است. با توجه به روش‌های فشرده‌سازی که مطرح شد، نرخ لازم برای انتقال اطلاعاتِ صحنه‌ پرتحرک یا پرجزئیات بیش‌تر از صحنه‌های کم‌تحرک و یا کم‌جزئیات است. با توجه به این موضوع کدک‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

۱. «CBR – Constant bit rate» در این نوع کدک‌ها این موضوع در نظر گرفته نشده و تمام تصویر ما دارای یک نرخِ داده‌ی یکسان از اول تا آخر می‌باشد.
۲. «VBR – Variable bit rate» این نوع کدک‌ها با تحلیل اطلاعات و با توجه به اطلاعات ذخیره شده هر قسمت، نرخ اطلاعات متفاوتی را به قسمت‌های مختلف فیلم اختصاص می‌دهند.

 

پرسش و پاسخ

چنانچه پیرامون این درس پرسشی دارید، از بخش زیر برای ما ارسال کنید:

نام شما:*

ایمیل شما:*

تعداد بازدید:2,979
۳ دیدگاه
  1. با سلام و خسته نباشید خدمت دوستان عزیز. آیا دوره ای برای آموزس ندارید که به صورت کلاسهای حضوری باشه.خیلی علاقه مند هستیم.

    • باسلام
      انشالله بناست در سال جدید این اتفاق حاضل شود. در صورت قطعی شدن از طریق همین سایت اطلاع رسانی دقیق خواهد شد.

  2. سلام عليكم
    برادران عزيز مي دونيد چند وقته كه بنده و دوستان در انتظار كلاسهاي حضوري شما به سر ميبريم.؟؟؟؟؟؟؟؟؟باور بفرماييد(اگر تعريف از خود به حساب نياد) ما استعداد هايي هستيم كه به دليل نبود امكانات در حال سوختن هستيم. شما هر بار ما رو به آينده اي نزديك حواله مي كنيد. خواهش ميكنيم .تمنا مي كنيم كه يه فكري كنيد.حداقل تكليف ما رو روشن كنيد.سال جديد يعني از ابتداي فروردين تا انتهاي اسفند…!!!! باور كنيد نزديك يكساله كه بنده و دوستان پيگير كلاساي شما هستيم ولي متاسفانه هنوز قطعي نشده. آخه مومن پس كي قطعي ميشه.؟
    ممنون
    موفق باشيد ، ياعلي

دیدگاه تازه‌ای بنویسید:

*


*

RSS