Šířka pásma je nejdůležitějším prvkem ethernetové sítě pro video monitorovací systémy. Bez pečlivého plánování dopředu mohou systémy videosledování skončit s úzkým hrdlem šířky pásma. To nejen způsobuje ztrátu paketů videa, zpoždění nebo jitter, ale také snižuje kvalitu videa, nebo ještě hůř, brání nahrávání kritických incidentů. Šířka pásma také určuje požadavky na kapacitu úložiště pro danou dobu uchování. Pochopení šířky pásma videa vyžaduje hluboké znalosti několika oblastí. Tato technická poznámka slouží k poskytnutí základních znalostí o tom, co ovlivňuje výkon video monitorovacích systémů.

Bity i bajty používají stejné písmeno pro zkrácený odkaz. Jediný rozdíl je v tom, že bity používají malá písmena „b“ a bajty používají velká písmena „B“. Můžete si to zapamatovat tím, že si připomenete, že bajty jsou „větší“ než bity. Vidíme, jak si to lidé často pletou, protože na první pohled vypadají podobně. Například 100 Kb/s a 100 KB/s, druhá je 8x větší než první.
Při popisu šířky pásma video monitorovacího systému doporučujeme používat bity, ale mějte na paměti, že někteří lidé, často ze strany serveru/úložiště, budou používat bajty. Z tohoto důvodu buďte ostražití a požádejte o potvrzení, pokud existují nějaké nejasnosti (tj. „Promiňte, řekl jste X bitů nebo bajtů“).

Kilobity, megabity a Gigabity
Odeslání videa vyžaduje mnoho bitů (nebo bajtů). V praxi nikdy nebudete mít video stream 500b/s nebo dokonce 500B/s. Video obecně potřebuje alespoň tisíce nebo miliony bitů. Agregované video streamy často potřebují miliardy bitů.
Běžné výrazy/předpony pro vyjádření velkého množství šířky pásma jsou:

• Kilobity jsou tisíce, např. 500 kb/s se rovná 500,000 XNUMX b/s. Jednotlivý tok videa v kilobitech má tendenci mít buď nízké rozlišení, nízký snímek nebo vysokou kompresi (nebo všechny výše uvedené).

• Megabity jsou miliony, např. 5 Mb/s se rovná 5,000,000 1 2 b/s. Video stream z jednotlivých IP kamer má tendenci být v jednociferných megabitech (např. 4 Mb/s nebo 10 Mb/s nebo 4 Mb/s jsou poměrně běžné rozsahy). Více než 20 Mb/s pro jednotlivý tok videa je méně běžné, i když ne nemožné u modelů se super vysokým rozlišením (30K, 100MP, 200MP atd.). Avšak 300 kamer, které jsou streamovány současně, může běžně vyžadovat XNUMX Mb/s nebo XNUMX Mb/s atd.

• Gigabitů jsou miliardy, např. 5Gb/s se rovná 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX b/s. Zřídka potřebujeme více než gigabitovou šířku pásma pro video dohled, pokud nemá velmi rozsáhlý video monitorovací systém, který přenáší veškeré video na centrální místo.

Bitové rychlosti

Ivideo sledovací systémy Šířka pásma je jako rychlost vozidla. Je to sazba v čase. Takže stejně jako byste mohli říci, že jste jeli 60 mph (nebo 96 km/h), můžete říci, že šířka pásma kamery je 600 Kb/s, tj. že 600 kilobitů bylo přeneseno za sekundu.

Přenosové rychlosti jsou vždy vyjádřeny jako data (bity nebo bajty) za sekundu. Za minutu nebo hodinu nelze použít, především proto, že síťové zařízení je hodnoceno jako to, co zařízení zvládne za sekundu.

Komprese videa a šířka pásma

Komprese videa ve video monitorovacích systémech je proces kódování video souboru takovým způsobem, že zabírá méně místa než původní soubor a snáze se přenáší po síti/internetu. Jedná se o typ kompresní techniky, která snižuje velikost formátů video souborů odstraněním nadbytečných a nefunkčních dat z původního video souboru.

Jakmile je video zkomprimováno, jeho původní formát se změní na jiný formát (v závislosti na použitém kodeku). Přehrávač videa musí podporovat tento formát videa nebo musí být integrován s komprimačním kodekem, aby mohl video soubor přehrát.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG nebo MJPEG) je a formát komprese videa ve kterém každý rámeček videa or prokládané pole a digitální video sekvence je stlačený samostatně jako a JPEG obraz.

Motion JPEG, původně vyvinutý pro multimediální PC aplikace, má širokou klientskou podporu: většina hlavních webových prohlížečů a přehrávačů poskytuje nativní podporu a pro zbytek jsou k dispozici zásuvné moduly. Software a zařízení využívající standard M-JPEG zahrnují webové prohlížeče, přehrávače médií, herní konzole, digitální fotoaparáty, IP kamery, webové kamery, streamovací servery, videokamery a nelineární video editory.

H.264

H.264, který se také nazývá MPEG-4 AVC, je kompresní standard, který byl představen v roce 2003 a je převládajícím standardem používaným v kamerách video monitorovacích systémů a mnoha komerčních mediálních aplikacích. Na rozdíl od přístupu MJPEG snímek po snímku, H.264 ukládá celý snímek pouze v intervalech, například jednou za sekundu a zbytek snímků kóduje pouze s rozdíly způsobenými pohybem ve videu. Celé snímky se nazývají I-snímky (také indexový snímek nebo intra-snímek) a částečné snímky obsahující pouze rozdíl oproti předchozímu snímku se nazývají P-snímky (také predikovaný snímek nebo mezisnímek). P-snímky jsou menší a početnější než I-snímky. Existuje také B-snímek (obousměrný snímek), který odkazuje oběma způsoby na předchozí a následující snímky pro změny. Opakující se vzor snímků IPB se nazývá skupina obrázků (GOP). Časový interval pro I-snímky se liší a může se pohybovat od několika časů za sekundu až po téměř minutu. Čím více I-snímků je přenášeno, tím větší bude video stream, ale usnadňuje to restartování dekódování toku, protože k tomu může dojít pouze u I-snímku.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), také známý jako H.265 a MPEG-H Part 2, je standard pro kompresi videa navržený jako součást projektu MPEG-H jako nástupce široce používaného pokročilého kódování videa (AVC, H.264 nebo MPEG-4 Part 10). Ve srovnání s AVC nabízí HEVC o 25 % až 50 % lepší kompresi dat při stejné úrovni kvality videa nebo podstatně lepší kvalitu videa při stejné přenosové rychlosti. Podporuje rozlišení až 8192 × 4320, včetně 8K UHD, a na rozdíl od primárně 8bitového AVC byl profil Main 10 HEVC s vyšší věrností začleněn do téměř veškerého podpůrného hardwaru.

H.264vsH.265 H.265 je pokročilejší než H.264 z různých důvodů. Největší rozdíl je v tom, že H.265/HEVC umožňuje ještě menší velikosti souborů vašich živých video streamů. To výrazně snižuje požadovanou šířku pásma. Další výhodou H.265 je skutečnost, že zpracovává data v jednotkách kódovacího stromu. Přestože makrobloky mohou mít velikost bloků 4×4 až 16×16, CTU jsou schopny zpracovat až 64×64 bloků. To umožňuje H.265 efektivněji komprimovat informace. Kromě toho, H.265 má také vylepšenou kompenzaci pohybu a prostorovou predikci než H.264. To je docela užitečné pro vaše diváky, protože jejich zařízení budou vyžadovat menší šířku pásma a výpočetní výkon, aby dekomprimovali všechny informace a sledovali stream.

Konstantní a variabilní přenosové rychlosti (CBR a VBR)

Bitová rychlost měří množství dat přenesených za určité časové období. Při online streamování videa se přenosová rychlost videa měří v kilobitech za sekundu nebo kbps. Přenosová rychlost ovlivňuje kvalitu videa. Streamování s vyšším datovým tokem vám pomáhá vytvářet streamy ve vyšší kvalitě.

Přenosová rychlost je také něco, co je důležité ve fázi kódování nebo překódování procesu streamování, protože se také zabývá přenosem dat.

Konstantní bitrate

Při konfiguraci kamery pro CBR je kamera nastavena na konstantní spotřebu šířky pásma. Množství použité komprese se zvyšuje s tím, jak dochází k dalším změnám. To může do obrazu přidat artefakty komprese a snížit kvalitu obrazu. S CBR bude kvalita obrazu obětována pro dosažení cíle šířky pásma. Pokud je cíl nastaven rozumně, může být tato degradace stěží postřehnutelná a poskytuje stabilní základ pro výpočet úložiště a plánování sítě. Pro IP monitorovací kamery instalované v lokální síti (LAN) s nízkým využitím sítě nebo při velkém úložném prostoru se doporučuje VBR pro udržení nejlepší kvality obrazu, zatímco CBR může pomoci řídit prostředí s omezenou šířkou pásma.

Variabilní bitrate

Sílu každé kompresní metody lze upravit. Obecně platí, že vyšší komprese způsobuje více artefaktů, takže existují různé strategie k dosažení požadovaného chování. Při použití komprese VBR se velikost komprimovaného toku může měnit, aby byla zachována konzistentní kvalita obrazu. VBR tedy může být vhodnější, když je ve scéně pohyb a ten nemá tendenci být konstantní. Nevýhodou je, že šířka pásma se může do určité míry lišit v závislosti na situaci. Úložiště tak může být vyčerpáno dříve, než bylo plánováno, nebo se mohou objevit úzká hrdla přenosu, když kamery náhle vyžadují větší šířku pásma. Ve VBR není na datový tok kladen žádný pevný strop. Uživatel nastaví určitý cílový datový tok nebo úroveň kvality obrazu.

Úroveň komprese VBR lze v některých systémech rekordéru nastavit na Extra High, High, Normal, Low a Extra Low.

Spotřeba šířky pásma fotoaparátu

Zde je několik běžných faktorů spotřeby šířky pásma kamery:

Rozlišení: Čím větší rozlišení, tím větší šířka pásma.

Snímková frekvence: Čím vyšší je snímková frekvence, tím větší je šířka pásma

Složitost scény: Čím více aktivity ve scéně (spousta aut a lidí se pohybuje vs nikdo na scéně), tím větší je potřeba šířka pásma.

nízké hladiny osvětlení: Noc často, ale ne vždy, vyžaduje větší šířku pásma kvůli hluku z kamer.

Rozlišení videa

Každá kamera ve video monitorovacích systémech má obrazový snímač. Dostupné pixely zleva doprava poskytují horizontální rozlišení, zatímco pixely shora dolů poskytují vertikální rozlišení. Vynásobením těchto dvou čísel získáte celkové rozlišení tohoto obrazového snímače.

Za předpokladu 24 bitů pro barevné hodnoty RGB pixelu:

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

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

Proto 4096 x 2160 vyžaduje větší šířku pásma, protože obsahuje více pixelů, nebo jednoduše řečeno více dat. Poskytuje však jasnější a ostřejší snímky, když je potřeba identifikovat objekt, obličej nebo model auta a jeho barvu nebo poznávací značku. Naopak nižší rozlišení generuje menší šířku pásma, ale kompromisem je méně jasný a rozmazaný obraz. Nižší rozlišení obvykle poskytuje operátorům přehledu o situaci – vidí, co se děje, spíše než detaily.

Rozlišení není jediná věc, která určuje čistotu obrazu. Kritickými faktory jsou také optický výkon objektivu, ohnisková vzdálenost (optický zoom), vzdálenost k objektu, světelné podmínky, špína a počasí.

Snímková frekvence

Snímková frekvence ve video monitorovacích systémech se měří ve snímcích za sekundu (FPS), což znamená počet snímků vytvořených za sekundu. Čím vyšší je snímková frekvence, tím plynuleji se objekt ve videu pohybuje. Čím nižší je snímková frekvence, tím trhavější pohyby jsou až do bodu, kdy objekty přeskakují z pozice do pozice se ztrátou čehokoli mezi tím. Šířka pásma se zvyšuje se snímkovou frekvencí. Poloviční snímková frekvence však obvykle zcela nesníží šířku pásma na polovinu, protože tím trpí efektivita kódování. Moderní sledovací kamery mohou generovat až 60 FPS. Omezení CPU však někdy omezí FPS na nižší hodnotu, když jsou rozlišení nastavena příliš vysoko. Nalezení optimálního nastavení FPS pro scénu je kompromisem mezi cíli: zachyťte všechny relevantní informace, aniž by došlo ke ztrátě podstatných detailů mezi snímky a úvahami o šířce pásma. Pokud kamera sleduje tichý přehled, není třeba jít až na 30 FPS. Postačí nastavení 5 až 15 FPS. Obecně platí, že čím rychlejší změna nastane nebo čím rychlejší pohyb objektu očekáváte, tím vyšší FPS by mělo být nastaveno. Po instalaci kamer upravte FPS a sledujte, zda je plynulost videa přijatelná nebo ne.

Složitost scény

Složitost scény také ovlivňuje šířku pásma, kterou videokamera generuje. Obecně platí, že čím složitější je scéna, tím větší šířku pásma bude potřeba k dosažení určité kvality obrazu. Například scény, které mají listy stromů, drátěné oplocení nebo náhodné textury, jako jsou popcornové stropy, zvyšují složitost scény. Jiné, jako normální, jednobarevně natřená zeď nebo malý detail, jsou považovány za jednoduchou scénu. Podobně pohyb nebo pohyb zvyšuje složitost. Lidé jdoucí kolem, auta projíždějící napříč nebo listí stromů ve vánku jsou příklady.

Počet kamer a klientů Počet kamer ovlivňuje požadavky na šířku pásma pro video monitorovací systémy. Pokud jsou všechny kamery stejné, pak dvojnásobná čísla kamer zdvojnásobí generovaná data. Aby byla zachována škálovatelnost systému, musí být schopen rozdělit velké topologie na spravovatelné menší oddíly. Strukturováním systému do vrstvené a distribuované architektury je možné zachovat škálovatelnost ve velkém rozsahu množství. Klíčem je distribuovat šířku pásma, aby se předešlo úzkým místům. Více bude probráno v sekci Bandwidth Bottlenecks. Počet prohlížejících klientů Výše uvedená diskuse se týká přivádění šířky pásma kamery do rekordéru. Toto je pouze jedna strana obrazu, kde druhá strana spojuje rekordéry s klienty sledujícími živé nebo přehrávané video. Například může existovat bezpečnostní tým, který neustále monitoruje kamery 24 hodin denně, sedm dní v týdnu. Tato šířka pásma by se rovnala všem datům přicházejícím z kamer. V případě přehrávání je vyžadována ještě větší šířka pásma, pokud se používá navíc k živému vysílání. Vzhledem k tomu, že k systému se může současně připojovat mnoho klientů, může být provoz na straně klienta dominantním problémem.