Широчината на честотната лента е най-важният елемент на Ethernet мрежата за системи за видеонаблюдение. Без внимателно планиране преди време, системите за видеонаблюдение може да се окажат с тясно място в честотната лента. Това не само причинява загуба на видео пакети, забавяне или трептене, но също така влошава качеството на видеото или дори по-лошо, възпрепятства записването на критични инциденти. Ширината на честотната лента определя и изискванията за капацитет за съхранение за даден период на задържане. Разбирането на видео честотната лента изисква задълбочени познания в няколко области. Тази техническа бележка е интернирана, за да предостави фундаментални познания за това какво влияе върху производителността на системите за видеонаблюдение.

Битовете и байтовете използват една и съща буква за съкращения. Единствената разлика е, че битовете използват малки букви „b“, а байтовете използват главни букви „B“. Можете да запомните това, като си припомните, че байтовете са „по-големи“ от битовете. Виждаме, че хората често бъркат това, защото на пръв поглед изглеждат подобни. Например 100Kb/s и 100KB/s, като последното е 8 пъти по-голямо от първото.
Препоръчваме ви да използвате битове, когато описвате честотната лента на системата за видеонаблюдение, но имайте предвид, че някои хора, често от страната на сървъра/съхранение, ще използват байтове. Поради това бъдете нащрек и поискайте потвърждение, ако има някаква неяснота (т.е. „Съжалявам, че казахте X бита или байта“).

Килобита, мегабита и Гигабити
Необходими са много битове (или байтове), за да изпратите видео. На практика никога няма да имате видео поток от 500b/s или дори 500B/s. Видеото обикновено се нуждае от поне хиляди или милиони битове. Обобщените видео потоци често се нуждаят от милиарди битове.
Общият израз/префикси за изразяване на голяма честотна лента са:

• Килобитите са хиляди, например 500Kb/s е равно на 500,000 XNUMXb/s. Индивидуалният видеопоток в килобита има тенденция да бъде или с ниска разделителна способност, или с ниска рамка, или с висока компресия (или всички изброени по-горе).

• Мегабитите са милиони, например 5Mb/s е равно на 5,000,000 1 2b/s. Индивидуален видеопоток от IP камера има тенденция да бъде в едноцифрени мегабита (напр. 4Mb/s или 10Mb/s или 4Mb/s са доста често срещани диапазони). Повече от 20Mb/s за отделен видеопоток е по-рядко срещано, но не и невъзможно при модели със супер висока разделителна способност (30K, 100MP, 200MP и т.н.). Въпреки това, 300 камери, които се предават поточно едновременно, могат рутинно да изискват XNUMXMb/s или XNUMXMb/s и т.н.

• Гигабитите са милиарди, например 5Gb/s е равно на 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMXb/s. Човек рядко се нуждае от повече от гигабит честотна лента за видеонаблюдение, освен ако няма много мащабна система за видеонаблюдение, прехвърляща цялото видео към централен сайт.

Бит цени

Системи за видеонаблюдение Честотната лента е като скоростта на превозното средство. Това е скорост във времето. Така че точно както бихте могли да кажете, че шофирате с 60mph (или 96kph), можете да кажете, че честотната лента на една камера е 600Kb/s, т.е. че 600 килобита са били предадени за секунда.

Побитовите скорости винаги се изразяват като данни (битове или байтове) за секунда. На минута или час не са приложими, главно защото мрежовото оборудване се оценява като това, което устройството може да обработва за секунда.

Видео компресия и честотна лента

Компресирането на видео в системите за видеонаблюдение е процес на кодиране на видео файл по такъв начин, че да заема по-малко място от оригиналния файл и да се предава по-лесно по мрежата/Интернет. Това е вид техника за компресиране, която намалява размера на видео файловите формати чрез елиминиране на излишни и нефункционални данни от оригиналния видео файл.

След като видеото бъде компресирано, оригиналният му формат се променя в различен формат (в зависимост от използвания кодек). Видео плейърът трябва да поддържа този видео формат или да бъде интегриран с компресиращия кодек, за да възпроизведе видео файла.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG или MJPEG) е a формат за компресиране на видеоклипове в която всеки видео рамка or преплетени поле на a цифрово видео последователността е сгъстен отделно като a JPEG изображение.

Първоначално разработен за мултимедийни компютърни приложения, Motion JPEG се радва на широка клиентска поддръжка: повечето основни уеб браузъри и плейъри предоставят собствена поддръжка, а за останалите са налични добавки. Софтуерът и устройствата, използващи стандарта M-JPEG, включват уеб браузъри, медийни плейъри, игрови конзоли, цифрови фотоапарати, IP камери, уеб камери, стрийминг сървъри, видеокамери и нелинейни видео редактори

H. 264

H.264, който също се нарича MPEG-4 AVC, е стандарт за компресия, който беше въведен през 2003 г. и е преобладаващият стандарт, използван в камерите за системи за видеонаблюдение и много търговски медийни приложения. За разлика от подхода кадър по кадър на MJPEG, H.264 съхранява целия кадър само на интервали от, например, веднъж в секунда и кодира останалите кадри само с разликите, причинени от движение във видеото. Пълните кадри се наричат ​​I-кадър (също индексен кадър или вътрешен кадър), а частичните, съдържащи само разликата спрямо предишния кадър, се наричат ​​P-кадър (също предвиден кадър или междукадър). P-рамките са по-малки и по-многобройни от I-рамките. Има и B-кадър (двупосочен кадър), който препраща в двете посоки към предишни и следващи кадри за промени. Повтарящият се модел на IPB рамки се нарича група от картини (GOP). Времевият интервал за I-кадри варира и може да варира от няколко пъти в секунда до почти минута. Колкото повече I-кадри се предават, толкова по-голям ще бъде видеопотокът, но това улеснява рестартирането на декодирането на поток, тъй като това може да се случи само при I-кадър.

H.265

Високоефективното видео кодиране (HEVC), известно още като H.265 и MPEG-H част 2, е стандарт за видео компресия, проектиран като част от проекта MPEG-H като наследник на широко използваното усъвършенствано видео кодиране (AVC, H.264 или MPEG-4 част 10). В сравнение с AVC, HEVC предлага от 25% до 50% по-добро компресиране на данни при същото ниво на качество на видеото или значително подобрено качество на видеото при същата побитова скорост. Той поддържа разделителни способности до 8192×4320, включително 8K UHD, и за разлика от основно 8-битовия AVC, профилът Main 10 с по-висока прецизност на HEVC е включен в почти целия поддържащ хардуер.

H.264 срещу H.265 H.265 е по-напреднал от H.264 поради различни причини. Най-голямата разлика тук е, че H.265/HEVC позволява още по-малки файлови размери на вашите видео потоци на живо. Това значително намалява необходимата честотна лента. След това, друго предимство на H.265 е фактът, че той обработва данни в единици за кодиране на дърво. Въпреки че макроблоковете могат да варират от 4 × 4 до 16 × 16 размери на блокове, CTU могат да обработват до 64 × 64 блока. Това позволява на H.265 да компресира информацията по-ефективно. Освен това, H.265 също има подобрена компенсация на движението и пространствено предвиждане в сравнение с H.264. Това е доста полезно за вашите зрители, тъй като техните устройства ще изискват по-малко честотна лента и процесорна мощност, за да декомпресират цялата информация и да гледат поток.

Постоянни и променливи битрейтове (CBR и VBR)

Побитовата скорост измерва количеството данни, което се прехвърля за определен период от време. При онлайн стрийминг на видео битрейтът на видео се измерва в килобита в секунда или kbps. Побитрейтът влияе върху качеството на видеоклипа. Поточното предаване с по-висок битрейт ви помага да произвеждате потоци с по-високо качество.

Побитовата скорост също е нещо, което е важно в етапа на кодиране или транскодиране на процеса на поточно предаване, тъй като това също се занимава с прехвърлянето на данни.

Постоянен битрейт

Когато конфигурирате камера за CBR, камерата е настроена да има постоянна консумация на честотна лента. Степента на приложената компресия се увеличава с настъпването на повече промени. Това може да добави артефакти на компресия към изображението и да влоши качеството на изображението. При CBR качеството на изображението ще бъде пожертвано, за да се постигне целта за честотна лента. Ако целта е разумно зададена, това влошаване може да е едва забележимо и дава стабилна основа за изчисляване на съхранението и планиране на мрежата. За IP камери за наблюдение, инсталирани в локална мрежа (LAN) с ниско използване на мрежата или когато пространството за съхранение е изобилно, VBR се препоръчва за поддържане на най-доброто качество на изображението, докато CBR може да помогне за контролиране на среди с ограничена честотна лента.

Променлив битрейт

Силата на всеки метод на компресия може да се регулира. Като цяло по-високата компресия причинява повече артефакти, така че има различни стратегии за постигане на желаното поведение. Когато се използва VBR компресия, размерът на компресирания поток може да варира, за да се поддържа постоянно качество на изображението. По този начин VBR може да бъде по-подходящ, когато има движение в сцената и то не е постоянно. Недостатъкът е, че честотната лента може до известна степен да варира в зависимост от ситуацията. Така че паметта може да бъде изразходвана по-рано от планираното или могат да се появят затруднения в предаването, когато камерите внезапно изискват повече честотна лента. Във VBR няма твърдо ограничение, поставено върху битрейта. Потребителят задава определен целеви битрейт или ниво на качество на изображението.

Нивото на VBR компресия може да бъде зададено на Extra High, High, Normal, Low и Extra Low в някои системи за запис.

Консумация на честотна лента на камерата

Ето няколко често срещани причини за потреблението на честотна лента на камерата:

Резолюция: Колкото по-голяма е разделителната способност, толкова по-голяма е честотната лента.

Frame Rate: Колкото по-голяма е скоростта на кадрите, толкова по-голяма е честотната лента

Сложност на сцената: Колкото повече активност има в сцената (много коли и движещи се хора срещу никой в ​​сцената), толкова по-голяма честотна лента е необходима.

слаба светлина: Нощта често, но не винаги, изисква повече честотна лента поради шума от камерите.

Видео резолюция

Всяка камера в системите за видеонаблюдение има сензор за изображение. Наличните пиксели отляво надясно осигуряват хоризонталната разделителна способност, докато пикселите отгоре надолу осигуряват вертикалната разделителна способност. Умножете двете числа за общата разделителна способност на този сензор за изображения.

Приемайки 24 бита за RGB цветови стойности на пиксел:

1920(H) x 1080(V) = 2,073,600 2.0 24 пиксела = 48 MP x XNUMX бита = XNUMX Mbit/s

4096(H) x 2160(V) = 8,847,360 8.0 24 пиксела = 192 MP x XNUMX бита = XNUMX Mbit/s

Следователно 4096 x 2160 отнема повече честотна лента, тъй като съдържа повече пиксели или просто казано повече данни. Но той дава по-ясни, по-резки снимки, когато е необходимо да се идентифицира обект, лице или модел кола и неговия цвят или регистрационен номер. Обратно, по-ниската разделителна способност генерира по-малка честотна лента, но компромисът е по-малко ясно, по-размазано изображение. По-ниската разделителна способност обикновено дава на операторите за наблюдение ситуационна осведоменост – виждат какво се случва, а не детайли.

Разделителната способност не е единственото нещо, което определя яснотата на изображението. Оптичните характеристики на обектива, фокусното разстояние (оптично увеличение), разстоянието до обекта, условията на осветление, мръсотията и времето също са критични фактори.

Frame Rate

Честотата на кадрите в системите за видеонаблюдение се измерва в кадри в секунда (FPS), което означава броят на изображенията, произведени за секунда. Колкото по-висока е скоростта на кадрите, толкова по-плавно се движи обектът във видеото. Колкото по-ниска е скоростта на кадрите, толкова по-нестабилни стават движенията до момента, в който обектите скачат от позиция на позиция със загуба на всичко между тях. Ширината на честотната лента се увеличава с кадровата честота. Половината скорост на кадрите обикновено обаче не намалява честотната лента наполовина, тъй като ефективността на кодирането страда. Съвременните камери за наблюдение могат да генерират до 60 FPS. Ограниченията на процесора обаче понякога ограничават FPS до по-ниска стойност, когато резолюциите са зададени твърде високи. Намирането на оптималната настройка на FPS за дадена сцена е компромис между целите: улавяне на цялата необходима информация, без да се губят съществени детайли между кадрите спрямо съображенията за честотна лента. Ако камера наблюдава тих преглед, няма нужда да се повишава до 30 FPS. Достатъчна е настройка от 5 до 15 FPS. Като правило, колкото по-бърза промяна настъпва или колкото по-бързо движение на обекта се очаква, толкова по-висок FPS трябва да бъде зададен. Регулирайте FPS, след като камерите са инсталирани, и наблюдавайте дали плавността на видеото е приемлива или не.

Сложност на сцената

Сложността на една сцена също влияе върху честотната лента, генерирана от видеокамерата. Като цяло, колкото по-сложна е сцената, толкова повече честотна лента ще е необходима за постигане на определено качество на изображението. Например, сцени с дървесни листа, телени огради или произволни текстури като тавани с пуканки увеличават сложността на сцената. Други, като нормална боядисана в обикновен цвят стена или малък детайл, се считат за проста сцена. По същия начин движението или движението увеличава сложността. Примери за това са минаващи хора, пресичащи коли или листа на дървета в бриз.

Брой камери и клиенти Броят на камерите влияе върху изискванията за честотна лента за системи за видеонаблюдение. Ако всички камери са еднакви, тогава два пъти броя на камерите ще удвои генерираните данни. За да се поддържа мащабируемостта на системата, тя трябва да може да разделя големи топологии на управляеми по-малки дялове. Чрез структуриране на системата в многослойна и разпределена архитектура е възможно да се поддържа мащабируемост в широк диапазон от количества. Ключът е да се разпредели честотната лента, така че да се избегнат тесните места. Повече ще бъде обсъдено в раздела „Тесни места в честотната лента“. Брой гледащи клиенти Дискусията по-горе се отнася до пропускателната способност на камерата, подадена към записващото устройство. Това е само едната страна на картината, където другата страна свързва записващите устройства с клиентите, които гледат на живо или възпроизвеждат видео. Например, може да има екип за сигурност, който постоянно наблюдава камерите 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата. Тази честотна лента ще бъде равна на всички данни, идващи от камерите. В случай на възпроизвеждане е необходима още по-голяма честотна лента, ако се използва в допълнение към стрийминг на живо. Като се има предвид, че може да има много клиенти, свързващи се към система едновременно, трафикът от страна на клиента може да бъде доминиращата грижа.