بهترین راهکار برای جلوگیری از حذف فریم های تصاویر و در اصطلاح افت فریم تصویر در انتقال تصویر دوربین مداربسته و سیستم های نظارت تصویری چیست؟! به طور خلاصه بهترین کار استفاده از سیستم عامل و دستگاهی است که متناسب با هر بخش به صورت اختصاصی کار ذخیره سازی را انجام دهد. اما چطور و یعنی چه!؟

وجود گپ بین فریم های تصویر ویدئویی سیستم نظارت تصویری یکی از رایجترین مشکلات انتقال تصویر دوربین های مداربسته است. با جستجوی عبارت لاتین “Dropped Video Frames” در گوگل خواهید دید که افراد فراوانی درگیر آن شده اند و در کلیپ های یوتیوب و حتی در بخش سیستم های نظارت تصویری هم افراد زیادی در مورد وقوع و توصیه هایی برای پیشگیری از آن بحث کرده اند. در کامپیوترهایی با سیستم عامل ویندوز این افت فریم تصویر تقریبا عادی شده است! البته دستگاه هایی هم هستند که این افت فریم های تصویر را کم کنند اما به هیچ وجه 100درصد قابل حل نیست. اگر به عنوان فیلمساز آماتور به این مشکل برخورد کنید که فریم های اصلی یا اصطلاحا Key Frame از ریتم خارج شوند می توانید فیلمبرداری را تکرار کنید. اما در سیستم های امنیتی و نظارت تصویری که نیاز به داشتن تمام لحظات شبانه روز و 7 روز هفته (24/7) وجود دارد چه باید کرد؟ شما نمی دانید کدام یک از لحظات و فریم های تصویر دوربین مداربسته بخش حیاتی یا تصمیم ساز اتفاقات آینده خواهد بود و چه کسی مسئول واقعی این مشکل است و اصلا چه پیش می آید؟! دیگر سناریویی برای تکرار وجود ندارد و همه چیز یونیک و یک بار خواهد بود.

علت از بین رفتن برخی از فریم های تصویر سیستم نظارت تصویری (افت فریم دوربین مداربسته)
برای شروع توضیح در این باره، بهتر است با مشکل اصلی در افت فریم ویدئو در سیستم های نظارت تصویری آشنا شویم.

بسیاری از سیستم های نظارت تصویری، جریان خروجی از دوربین مداربسته را با شبکه به کامپیوتری که مثلا روی میز فروشنده قرار دارد می رساند. این کامپیوتر نقش سرور ضبط تصاویر یا VMS (نرم افزار مدیریت ویدئویی) را بازی می کند. ویدئو سرور، تمام فایل های ویدئویی دریافتی را در هارددیسک هایی با حجم های متفاوت ذخیره می کند. حالا باید بر روی این مراحل و عوامل اصلی افت فریم های تصویر تمرکز داشته باشیم:

ویدئو سرورها فریم های تصویر ورودی را گاهی به دلیل رقابت منابع مختلف برای به دست آوردن نوبت پردازش سی پی یو، از دست می دهند.
هد ذخیره سازی هارددیسک گاهی نمی تواند به همان سرعتی که تصاویر ویدئویی به هارددیسک می رسند حرکت کرده آنها را ذخیره کند و جریان تصویری نمی تواند روان ضبط شود.

سربار پردازش ویدئویی
بیشتر محصولات الکترونیکی و فناورانه مثل کامپیوترهای تحت ویندوز از معماری رویداد محور و اشتراک زمانی برای استفاده از منابع حیاتی سیستم استفاده می کنند. یعنی برای ایجاد عدالت زمانی/پردازشی به گونه ای طراحی شده اند که از اجرای مداوم تنها یک پردازش و عدم دسترسی دیگر منابع به پردازنده جلوگیری کنند. به همین دلیل تمام کارها از ظرفیت پردازشی کمی استفاده می کنند. در این بین رویدادهای لحظه ای و یا شروع به کار خودکار یک پردازش پس زمینه (Background) یا سرویس سیستمی هم هستند که می تواند باعث ایجاد اختلال یا تاخیر در امور در حال انجام می شوند. یعنی ویدئوها در حین ضبط با همه این رویدادها به شکلی روبرو شده و به صورت نامتوازن جریان تصویری ورودی دچار افت و خیز سرعت خواهد شد.

اگر پردازنده، حافظه یا هارددیسک در برنامه یا سرویس درخواستی برای استفاده تصمیم گیری کند، باید هر دو کار را با وقفه هایی انجام دهد و این یعنی باید پردازش لحظه ای بین پردازش ویدئو و درخواست منابع جدید تقسیم شود، در نتیجه از این سربار عملیاتی به افت داده ها در اتصالات شبکه و منابع کامپیوتری خواهیم رسید. البته در شبکه هم برای کاهش مشکل افت داده ها یا از بین رفتن پکیج ها از پروتکل های خاصی استفاده می شود که تاخیر را بسیار کم می کنند. اما این روش ها برای تصاویر ویدئویی راهگشا نیست و تاثیری ندارد. زیرا دوربین مداربسته در لحظه در حال ارسال تصاویر ویدئویی است و درواقع مدام فریم های جدیدی می فرستد و نمی تواند فریم های از دست رفته را مجددا ارسال کرد.

بررسی فریم های تصویری از دست رفته
در بررسی های انجام شده تنها با کلیک کردن روی کنسول مدیریت دیسک ویندوز بیش از 4000 فریم از تصویر از دست رفتند که باعث ایجاد گپ و فاصله ای 8 ثانیه ای در ضبط تصاویر دوربین مداربسته می شود که همه می دانیم 8 ثانیه می تواند یک دنیا اتفاق را نادیده گرفته باشد! حتی در این که چه طور فریم ها پشت سر هم و با این شرایط مطابق هر درخواستی روی سرور مثل سرویس های پشت زمینه دچار مشکل شدند تعجب کردیم. تقریبا همیشه این افت سرعت ضبط تصاویر شامل فایل هایی است که روی یک کلاستر از هارددیسک ضبط می شوند و این یعنی چندین ثانیه از ویدئو را از دست داده ایم. این از دست رفتگی پیوسته خیلی بدتر از کاهش رندوم سرعت ضبط تصاویر و از دست رفتن پراکنده فریم هاست.

بسیاری از نصاب های دوربین مداربسته که از سیستم های تحت ویندوز ساده استفاده می کنند برای کاهش این مشکلات، آن را تنها به عنوان ویدئو سرور در نظر می گیرند و با بهبود تنظیمات ویندوز سیستم سعی می کنند عملیات و سرویس های Background را به حداقل برسانند. این کار با حذف آنتی ویروس متفرقه یا نرم افزارهای نصب شده قبلی ممکن خواهد بود. این کارها باعث کاهش افت فریم ها می شود اما به هیچ وجه این پدیده کامل برطرف نشده است.

راهکارهای اختصاصی سیستم های نظارت تصویری
بهترین راهکار برای کاهش از دست رفتن فریم تصاویر ویدئویی دوربین مداربسته استفاده از دستگاه و سیستم عاملی خواهد بود که به صورت اختصاصی برای این سیستم ها طراحی شده باشد و با اولویت بندی قیفی منابع، اولویت ضبط جریان ویدئویی را نسبت به بقیه امور و سرویس ها در زمان Overload یا سربار پردازشی بالاتر در نظر بگیرد. با در نظر گرفتن اولویت بیشتر برای داده های ویدئویی مطابق ابعاد و نوع دوربین های مداربسته سیستم نظارت تصویری مشکل تا حد زیادی مرتفع می شود.

بهینه سازی حافظه ذخیره سازی برای سیستم نظارت تصویری
در بخش قبلی به نحوه از بین رفتن فریم های تصویری قبل از رسیدن به VMSها اشاره کردیم. حالا فریم ها در سمت دیگر در هارددیسک های ذخیره سازی مطابق جریان ورودی داده های تصویری پیش نمی روند و ذخیره نمی شوند. بیشتر سیستم ها به نوعی از هارددیسک ها و ذخیره سازها وابستگی دارند. بنابراین برای ذخیره تمام ویدئوهای دریافتی از دوربین های مداربسته در تمام روز و شب باید حجم زیادی از حافظه (اغلب در حد ترابایت) تحت تاثیر این جریان قرار گیرد.

هارددیسک ها باید برای ضبط و خواندن سریع داده ها بهینه شوند و بر اساس نوع داده های ذخیره شونده در واحد هر بلاک به بهترین فرم تغییر کنند. اگر به شکل دیتابیسی به ماجرا نگاه کنید داده ها یک باره ذخیره می شوند و داده ها توسط افراد مختلفی مجددا مشاهده یا تغییر می کنند. ذخیره سازی داده های ویدئویی از چندین دوربین مداربسته به این شکل صورت نمی گیرد و می تواند به روش های دیگری بهینه شوند:

تغییر سایز بلاک های داده های تصویری به صورتی که از فایل های معمول بزرگتر باشند.
بلاک های ویدئویی یک بار نوشته و ضبط می شوند ولی چندین بار خوانده می شوند و این یعنی Write-intensive یا متمرکز روی ضبط خواهند بود.
فایل های جدید همواره از دوربین های مداربسته متعددی برای ذخیره سازی به هارددیسک ها می رسند.

جلوگیری از دست رفتن فریم ویدئوهای حیاتی
تمام این پارامترها باعث می شوند که هد هارددیسک به شدت پرکار شده و زمان جستجوی طولانی تری را نیاز داشته باشد. بنابراین هد هارددیسک نمی تواند زمان کافی برای ذخیره سازی داشته باشد و نمی تواند مطابق داده های تصویری ورودی به آن واکنش نشان داده و به درستی ذخیره سازی را همزمان پیش ببرد. بنابراین بسیاری از فریم های تصویری از بین خواهند رفت.

برای استفاده از سیستم دیسک هایی که برای ذخیره تصاویر ویدئویی بهینه شده اند باید شانس و احتمال از بین رفتن را کمی بهتر کنید. راهکاری که می تواند زمان جستجو و حرکت هد را بهبود بخشد می تواند این باشد که چندین فایل ویدئویی در روی یک فایل ذخیره شوند یا راهی پیدا شود که هد هارددیسک بتواند با کار کمتر ذخیره سازی بهتری انجام دهد و شانس از بین رفتن فریم های تصویری ویدئویی دوربین مدار بسته را کاهش دهد.

نیاز به کارایی بالا و مطمئن سیستم ذخیره سازی
تجهیزات همه کاره مثل سیستم پیشخوان فروشگاه به عنوان ذخیره ساز تصاویر ویدئویی دوربین مداربسته می تواند تنها برای مقاصد عمومی مورد استفاده باشد که تنها محیطی ساده و با حداقل دوربین مداربسته ممکن را پوشش دهد. اما حتی در سیستم های کوچک هم با تنها 3 تا 4 دوربین مدار بسته، تجربه نشان داد جریان داده/تصاویر هم زمانی که سیستم مشغله دارد از بین می روند و هارددیسک های عمومی نمی توانند با سرعت مناسب سیستم را تغذیه کنند.

این موارد به خاطر سایز و ماهیت کلی فایل های ویدئویی پیش می آیند اما منحصر به سیستم های نظارت تصویری نیستند. در صنعت فیلم سازی هم از دستگاه های متعددی به عنوان ویدئو سرور برای مدیریت جریان تصویری ورودی از دوربین های دیجیتال و ذخیره آنها روی حافظه های سخت افزاری استفاده می شود. زمانی که به کارایی و اطمینان پذیری بالایی نیاز دارید عملا یعنی دسترسی بالایی به منابع نیاز است و این یعنی تجهیزات همه کاره ارزانتر یا مثل PC ساده پیشخوان فروشگاه جوابگوی کار شما نیست. تنها کافیست ببینید که چقدر نوسانات کار می تواند ریسک از دست دادن ترتیب کلیدی ویدئوها را بهم بریزد و به راحتی شما خطر از دست دادن مستندات مهم را به جان خریده اید. مستندات ویدئویی که می تواند توسط سیستم نظارت تصویری (CCTV) ذخیره شوند ولی 100درصد ماجرا را به خوبی پوشش نداده باشد!