نویسنده :
مهندس داود مهدوی عضو مرکز رشد فناوری اطلاعات زنجان
09123411982

مقدمه
در طی چند سال اخیر شاهد پیشرفت های شایانی در خصوص فناوری اطلاعات و زیر ساخت های شبکه های رایانه ای در کشور بوده ایم ، همچنین پذیرش افکار در حرکت به سوی دیجیتال شدن تجهیزات به دلیل مزایای فوق العاده این سیستم ها نسبت یه انواع آنالوگ، ما را بر آن داشت که به معرفی سیستم های ضبط دیجیتال تصاویر (DVR) بپردازیم.
DVR که مخفف Digital Video Recording می باشد کاربرد های مختلفی در ضمینه های سینما بخصوص دوربین های فیلم برداری ، سیستم های نظارت و امنیت و تجهیزات پزشکی دارد که در این مقاله سعی به معرفی ویژگی های این سیستم ، در زمینه سیستم های امنیتی و نظارتی داریم.
Digital Video Recorder دستگاهی است که تصاویر را بصورت دیجیتال بر روی حافظه های دیجیتال، مانند دیسک های فلش یا هارددیسکها ذخیره می‌کند که با در نظر داشتن افزایش ظرفیت و کاهش قیمت این نوع از حافظه ها، امروزه سیستم های DVR توانایی ضبط زمان بیشتری از تصاویر را در مقایسه با ضبط کننده ‌های آنالوگ (VCR) که امکان ذخیره تصاویر بر روی کاست‌های ویدئویی را داشتند ، فراهم می آورند.
فاکتورهای مهم در انتخاب DVR
بر اساس کاربرد در پروژه های مختلف فاکتور هایی که 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 کنترل از راه دور
• قابلیت تشخیص حرکت
(motion detection)
• توانایی زمانبندی (scheduling)
• توانایی ضبط تصاویر روی CD یا DVD توسط CD/DVD Burner به عنوان نسخه‌های پشتیبان
• قابلیت اتصال حافظه‌های Flash
که در ادامه به بررسی برخی از فاکتور های فوق می پردازیم .
در خصوص ورودی های دوربین به DVR از آنجا که عموما اتـصال بیـش از یـک دوربـین به DVR در سیستم های امنیتی و نظارتی نیازمند میباشد ، بنابراین انواع DVR ، با تعداد ورودی های متفاوت برای دوربین‌ها وجود دارند که بطور متعارف نمونه‌هایی از 4 کانال تا 64 کانال تولید می شوند .
فاکتور فریم در ثانیه، تعداد تصاویری است که DVR می‌تواند در هر ثانیه ضبط کند ، این فاکتور که در اغلب موارد در پی فاکتور تعداد دوربین های مورد پشتیبانی بیان می گردد ، در حقیقت کل تصاویری که قابل ذخیره توسط سیستم می باشد را عنوان می نماید که برای تعیین Fps برای هر کانال دوربین، Fps کلی سیستم را بر تعداد دوربین‌ها تقسیم می کنیم .
به عنوان مثال یـک DVR با FPS برابر 120 و هشت کانال دوربیـن در ورودی را در نظر بگیرید ، چنین سیستمی 15 فریم در ثانیه بـرای هـر دوربین را پشتیبانی خواهد نمود .
خاطر نشان می نمایم که در سیستم های PAL با استاندارد CCIR حداکثر 25 فریم در ثانیه و در سیستم های NTSC با استاندارد FCC حداکثر 30 فریم در ثانیه قابل پشتیبانی میباشد ،که با چنین نرخی ، تصاویر بصورت کاملا متحرک یا Full Motion به نظر خواهند رسید.
بنابراین برای حفاظت از اماکن حساس که 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 که چنین سیستمی با عملکردی در حداکثر نرخ فریم و کیفیت تصویر ، داده هایی با حجمی بالا را تولید نموده که در پی آن حافظه بسیار بزرگتری را برای ذخیره تصاویر نیازمند خواهد بود.
بنابراین در صورتی که 8 دوربین در نواحی بسیار حساس داشته باشیم ، انتخاب یک DVR با قابلیت اتصال 8 دوربین به آن و با توانایی نرخ فریمی برابر با 200 در سیستم PAL ، انتخابی بسیار خوبی برای شرایط مذکور باشد .
نکته دیگری که در خصوص انواع سیستم ها در کنار تفاوت کدگذاری رنگ در آنها ، مهم به نظر میرسد تعداد خطوط تصاویر در هر سیستم می باشد، سیستم PAL با وجودی که حداکثر 25 فریم در ثانیه را پشتیبانی میکند اما در هر فریم امکان نمایش 625 خط را فراهم می آورد که در مقایسه با سیستم NTSC با حداکثر نرخ 30 فریم در ثانیه و 525 خط در هر فریم ، سیستم PAL تفکیک 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 کافی 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 کاربرد ، ساختارهای متفاوتی را پشتیبانی مینمایند که عبارتند از :
• Mjpeg
• Mpeg I
• Mpeg II
• Mpeg 4



شکل 1 : توالی تصاویر متحرک در ساختار MJPEG
ساختار Mjpeg که در آن رنگ های یک تصویر با توجه به شباهتی که در یک محدوده دارند، بر مبنای Tolerance داده شده، به یک رنگ تبدیل شده و در واقع با فرمت متداول JPEG کد می شوند و سپس با توجه به نرخ فریم تعیین شده ، تصاویر Jpeg برای ایجاد تصاویر متحرک در کنار هم ذخیره و یا ارسال میگردند (شکل 1).
این ساختار به دلیل سادگی در کدگذاری و کدگشایی در دوربین ها و سیستم های نظارت از راه دور از طریق سایت های وب، بسیار متداول میباشد .
سیستم هایی که فقط از این ساختار پشتیبانی می کنند هزینه به مراتب پایین تری نسبت به دیگر سیستم ها خواهند داشت و اغلب چنین تجهیزاتی در کاربرد های تبلیغاتی مانند نمایش خیابان ها و دانشگاه ها از طریق اینترت مورد استفاده قرار می گیرند .
اما از آنجا که در چنین سیستم هایی ، فشرده سازی ساده ای صورت می پذیرد، تصاویری با حجمی بالا برای ذخیره سازی ایجاد می گردند که سازندگان این سیستم ها برای غلبه بر این مشکل عموما نرخ فریم در ثانیه و یا کیفیت تصاویر را کاهش می دهند بنابراین استفاده از چنین سیستم هایی در کابرد های نظارتی و امنیتی پیشنهاد نمی گردد .
درساختار MpegI بعد از کد گذاری تصاویر با فرمتی مشابه Jpeg برای بدست آوردن تصاویر متحرک اولین تصویر در گروه تصاویر یا Group Of Pictures (GOP) را ذخیره نموده و در فریم های دیگر فقط تغییرات ذخیره می گردند (شکل 2)،



شکل 2 : توالی تصاویر متحرک در ساختار Mpeg
بنابراین نرخ فشرده سازی در این ساختار بسیار بیشتر از ساختار MJpeg خواهد بود .
ساختار Mpeg II که شبیه ساختار Mpeg I میباشد به دلیل نیاز به کیفیتی بالاتر نسبت به Mpeg I بوجود آمد و اغلب کاربرد های تصویر برداری سینمایی و پزشکی دارد که با توجه به تفکیک 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 کد شده، DVD بوده که در نتیجه عموما این ساختار در کاربرد های مخابره راه دور تصاویر و اینترنت توصیه نمی گردد .
ساختار Mpeg 4 بر مبنای اینکه دیدی شیئ گرا و متفاوت با آنچه گفته شد به تصاویر دارد، فشرده سازی بیشتری را به ارمغان آورده است .
این ساختار امکان قرار گرفتن چندین نسخه از یک تصویر را با پهنای باند مختلف در کنار هم بوجود آورده که اگر ارتباطات شبکه ای را مد نظر قراردهید خواهید یافت که 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 که هر یک ، پهنای باند متفاوتی را پشتیبانی می نمایند بنابراین با استفاده از ساختار Mpeg4 می توان جریانی از داده های تصاویر را که از لحاظ پهنای باند با سرعت ارتباط هم خوانی دارد را بصورت کاملا متحرک دریافت نمود که تحولی در انتقال تصاویر از را دور بشمار می آید .

ظرفیت حافظه های مورد پشتیبانی
امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی ذخیره سازی ، عموما اکثر سیستم های DVR حافظه هایی در حدود 500 گیگا بایت را پشتیبانی می نمایند این در حالی است که اگر سیستم DVR توانایی پشتیبانی از شبکه و Ethernet را داشته باشد با توجه به اینکه 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 شبکه ، وجود نخواهد داشت .
قابلیت کنترل از راه دور
یکی از مهمترین قابلیت های یک سیستم DVR پیشرفته ، توانایی کنترل از راه دور می باشد در واقع این توانایی ناظر سیستم را قادر می سازد که بسته به زیر ساخت شبکه محل نصب DVR ، که می تواند شامل خط تلفن و یا شبکه داخلی Ethernet و یا اتصال به شبکه جهانی باشد ، از امکانات سیستم نظارتی استفاده نماید .
یکی از ویژگی های جدیدی که در این خصوص مطرح میگردد امکان 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 ذکر است که با توجه به انعطاف پذیری انواع سیستم های DVR به راحتی می توان این امکان را برای سیستم های DVR قدیمی تر نیز فراهم آورد.
قابلیت تشخیص حرکت
این توانایی که به Motion Detector نیز مشهور است ، توانایی تشخیص حرکت افراد و یا اجسام در محدوده نظارت دوربینها است .
این قابلیت اغلب به دو صورت سخت افزاری و نرم افزاری و یا ترکیبی از هر دو در سیستم های DVR پیاده سازی می گردد.
در پیاده سازی نرم افزاری ، سیستم همواره گروهی از نقاط تشکیل دهنده تصاویر را در نظر گرفته و بوسیله الگوریتم های این روش، وقوع حرکت را تشخیص می دهد .
اما در سیستم هایی که این روش را بر پایه سخت افزار پیاده سازی نموده اند از سنسور های تشخیص حرکت رایج در سیستم های امنیتی بهره می برند(شکل 3).

شکل 3 : سنسور حسگر حرکت همراه با دوربین
چنین سیستم هایی از حسگر Pyroelectric Infrared Sensor
(PIR) (شکل 4 )و لنز مخصوصی استفاده می کنند ، این سنسورها یه امواج Infrared ساطع شده از بدن موجودات خون گرم واکنش نشان داده که البته برای برای حذف کردن نویز های حرارتی مانند نور خوشید و ... این سنسور ها به امواجی عکس العمل نشان می دهند که در حدود یک سانتی متر در یک ثانیه حرکت داشته باشند.

شکل 4 : نمونه از سنسور PIR
قابلیت تشخیص حرکت یکی از مزایای مهم سیستم های DVR در مقابل سیستم های آنالوگ بوده و درواقع Motion Detector به سیستم های دیجیتال یا DVR امکان مشخص نمودن بروز حرکت 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 امکان ارسال Email و SMS و حتی MMS با ضمیمه تصویر گرفته شده را به ناظر سیستم در لحظه وقوع حادثه می دهد .
به دلیل اینکه تصاویر مشخص کننده بروز حادثه در شبکه 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 امکان تشخیص عامل بروز حادثه برای ناظر سیستم از طریق چک کردن Email و غیره وجود خواهد داشت.
همچنین در صورتی که از وقوع حادثه مدت زیادی مثلا یک ماه سپری شده باشد، این امکان برای ناظر سیستم وجود دارد که با برسی فیلم های دیجیتالی که با وقوع حرکت توسط سیستم مشخص شده اند به سرعت به کشف عامل حادثه در میان ساعت ها فیلم دیجیتال بپردازد ، در حالی که 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 امکان سوئیچ بین ورودی های سیستم را می دهند بنابراین با بکار گیری آنها، ضمن اینکه تصاویر هر ورودی بطور جداگانه بر حافظه ذخیره می گردد ، که نتیجه آن ثابت ماندن تفکیک پذیری و کیفیت تصویر آنها می باشد ، همچنین همزمان امکان مشاهده چندین تصویر بر روی کامپیوتر 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 عملکرد 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 که بطور منفرد عمل نموده و نیاز به اینکه کامپیوتری بطور جداگانه، برای عملکرد آن اختصاص یابد و بطور شبانه روز روشن باشد را نخواهد داشت (شکل 5).


شکل 5 : تصویری از پنل جلو و پشت یک سیستم Stand Alone DVR
در واقع این سیستم ها از لحاظ سخت افزار اکثر تجهیزات سخت افزاری یک کامپیوتر را دارا هستند یا این تفاوت که سخت افزار های آن برای کاربرد خاصی متناسب با ویژگیهای سیستم DVR طراحی گردیده اند .
البته برای نظارت تصاویر و عملکرد چنین سیستمی هایی نیز اغلب به یک کامپیوتر برای ناظر سیستم نیازمند خواهیم بود ، البته این کامپیوتر فقط در زمان بررسی و نظارت، روشن و یا فعال خواهد بود .
نوع دیگری از سیستم های DVR موجودند که بصورت یک کارت داخلی (Internal) (شکل 6) ویا Box خارجی External (شکل 7) طراحی و تولید می گردند که این سیستم ها برای عملکرد ، نیاز به یک کامپیوتر دارند ، که این کامپیوتر برای عملکرد بصورت DVR باید همواره روشن بماند.

شکل 6 : نمونه ای از کارت DVR با چهار ورودی

شکل 7 : نمونه ای از External DVR با ارتباط USB
اما اگر بخواهیم مقایسه ای کوتاه بین این دو دسته ، از دیدگاه Packaging نماییم گفتنی است که 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 که شاید نمونه های حرفه ای از کارت های کامپیوتری گوشه ای از امکانات آنها را ارائه دهند .
همچنین سیستم های Stand Alone ضریب اطمینان بالاتری را نسبت به کارتهای کامپیوتر DVR هم از لحاظ سخت افزار و هم نرم افزار دارند .
یکی از معایب ریز بینانه ای که سیستم های DVR مبتنی بر کامپیوتر دارند این است که به دلیل طراحی عمومی کامپیوتر ها اغلب امکان روشن شدن بعد از قطع یرق برای سیستم وجود ندارد که البته این عیب را با جایگزین نمودن مداری ساده با سوئیچ Power سیستم ، می توان برطرف نمود .
نکته دیگر اینکه سیستم هایی که از کامپیوتر بهره می برند انعطاف پذیرتر بوده و به راحتی می توان امکانات مختلفی را از جمله کنترل دوربین های PTZ و ... را به آنها با نصب نرم افزار و سخت افزار ساده ای افزود .
دیدگاه عملکرد
سیستم های DVR را از نقطه نظر عملکرد، می توان به دو دسته عملکرد بر پایه سخت افزار و عملکرد بر پایه نرم افزار تقسیم بندی نمود .
عملکرد 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 کننده تصویر در سیستم های نرم افزاری بر عهده CPU و برنامه بوده در حالی که سیستم های سخت افزاری از چیپ های ویژه ای بدین منظور بهره می برند که نتیجه آن عملکرد بهتری در کیفیت تصویر و هزینه بالاتر این گروه از تجهیزات خواهد بود .
در پایان اینجانب مشتاق دریافت نظرات و سئوالات خوانندگان محترم در خصوص این مطلب و مطالب مرتبط با آن ، از طریق پست الکترونیک ، به نشانی درج شده  مقاله هستم .
پایان