Båndbredde er det mest afgørende element i ethernet-netværk til videoovervågningssystemer. Uden omhyggelig planlægning på forhånd kan videoovervågningssystemerne ende med en båndbreddeflaskehals. Dette forårsager ikke kun videopakketab, forsinkelse eller jitter, men forringer også videokvaliteten, eller endnu værre, hæmmer optagelse af kritiske hændelser. Båndbredde bestemmer også lagerkapacitetskravene for en given opbevaringsperiode. Forståelse af videobåndbredde kræver et indgående kendskab til flere områder. Denne technote er interneret for at give grundlæggende viden om, hvad der påvirker videoovervågningssystemernes ydeevne.

Bits og bytes bruger begge det samme bogstav til stenografireference. Den eneste forskel er, at bits bruger et lille 'b', og bytes bruger et stort 'B'. Du kan huske dette ved at huske, at bytes er 'større' end bits. Vi ser ofte folk forvirre dette, fordi de umiddelbart ligner hinanden. For eksempel 100Kb/s og 100KB/s, sidstnævnte er 8x større end førstnævnte.
Vi anbefaler, at du bruger bits, når du beskriver videoovervågningssystemets båndbredde, men pas på, at nogle mennesker, ofte fra server-/lagersiden, vil bruge bytes. På grund af dette skal du være opmærksom og bede om bekræftelse, hvis der er nogen uklarhed (dvs. "Undskyld sagde du X bits eller bytes").

Kilobit, Megabit og Gigabit
Det kræver mange bits (eller bytes) at sende en video. I praksis vil du aldrig have en videostream på 500b/s eller endda 500B/s. Video har generelt brug for mindst tusinder eller millioner af bits. Aggregerede videostreams har ofte brug for milliarder af bits.
De almindelige udtryk/præfikser til at udtrykke en stor mængde båndbredde er:

• Kilobit er tusinder, f.eks. er 500Kb/s lig med 500,000b/s. En individuel videostream i kilobits har en tendens til at være enten lav opløsning eller lav frame eller høj komprimering (eller alle ovenstående).

• Megabit er millioner, f.eks. er 5Mb/s lig med 5,000,000b/s. En individuel IP-kamera videostream har en tendens til at være i encifrede megabits (f.eks. 1 Mb/s eller 2 Mb/s eller 4 Mb/s er ret almindelige områder). Mere end 10 Mb/s for en individuel videostream er mindre almindeligt, dog ikke umuligt i modeller med superhøj opløsning (4K, 20MP, 30MP osv.). Dog kan 100 kameraer, der streames på samme tid, rutinemæssigt kræve 200 Mb/s eller 300 Mb/s osv.

• Gigabit er milliarder, f.eks. er 5Gb/s lig med 5,000,000,000b/s. Man har sjældent brug for mere end en gigabit båndbredde til videoovervågning, medmindre man har et meget storstilet videoovervågningssystem, der backhauler al video til et centralt sted.

Bitrater

Ivideo-overvågningssystemer Båndbredde er ligesom køretøjets hastighed. Det er en sats over tid. Så ligesom man kunne sige, at man kørte 60mph (eller 96kph), kan man sige, at et kameras båndbredde er 600Kb/s, dvs. at 600 kilobits blev transmitteret på et sekund.

Bithastigheder udtrykkes altid som data (bits eller bytes) over et sekund. Minut eller time er ikke gældende, primært fordi netværksudstyr er vurderet som det, enheden kan håndtere pr. sekund.

Videokomprimering og båndbredde

Videokomprimering i videoovervågningssystemer er processen med at kode en videofil på en sådan måde, at den bruger mindre plads end den originale fil og er lettere at overføre over netværket/internettet. Det er en type komprimeringsteknik, der reducerer størrelsen af ​​videofilformater ved at eliminere overflødige og ikke-funktionelle data fra den originale videofil.

Når en video er komprimeret, ændres dens originale format til et andet format (afhængigt af det anvendte codec). Videoafspilleren skal understøtte dette videoformat eller være integreret med det komprimerende codec for at afspille videofilen.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG eller MJPEG) er en videokomprimeringsformat hvor hver videoramme or sammenflettet felt af en digital video sekvens er komprimeret separat som en JPEG billede.

Motion JPEG, der oprindeligt blev udviklet til multimedie-pc-applikationer, nyder bred klientunderstøttelse: De fleste større webbrowsere og afspillere giver indbygget support, og plug-ins er tilgængelige for resten. Software og enheder, der bruger M-JPEG-standarden, omfatter webbrowsere, medieafspillere, spillekonsoller, digitale kameraer, IP-kameraer, webkameraer, streamingservere, videokameraer og ikke-lineære videoredigerere

H.264

H.264, som også kaldes MPEG-4 AVC, er en kompressionsstandard, der blev introduceret i 2003 og er den udbredte standard, der bruges i videoovervågningssystemkameraer og mange kommercielle medieapplikationer. I modsætning til frame-by-frame-tilgangen i MJPEG gemmer H.264 kun fuld-frame med intervaller på for eksempel én gang i sekundet og koder kun resten af ​​frames med forskellene forårsaget af bevægelse i videoen. Hele billeder kaldes I-frame (også indeksramme eller intra-frame), og de delvise, der kun indeholder forskellen til den forrige frame, kaldes P-frame (også forudsagt frame eller inter-frame). P-frames er mindre og flere end I-frames. Der er også en B-ramme (tovejsramme), som refererer begge veje til tidligere og efterfølgende rammer for ændringer. Det tilbagevendende mønster af IPB-rammer kaldes en gruppe af billeder (GOP). Tidsintervallet for I-frames varierer og kan variere fra flere gange i sekundet til næsten et minut. Jo flere I-frames der transmitteres, jo større bliver videostrømmen, men det gør genstart af afkodning af en stream lettere, da dette kun kan ske ved en I-frame.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), også kendt som H.265 og MPEG-H Part 2, er en videokomprimeringsstandard designet som en del af MPEG-H-projektet som en efterfølger til den meget brugte Advanced Video Coding (AVC, H.264 eller MPEG-4 Part 10). I sammenligning med AVC tilbyder HEVC fra 25 % til 50 % bedre datakomprimering på samme niveau af videokvalitet eller væsentligt forbedret videokvalitet ved samme bithastighed. Den understøtter opløsninger op til 8192×4320, inklusive 8K UHD, og ​​i modsætning til den primært 8-bit AVC, er HEVCs High Fidelity Main 10-profil blevet indarbejdet i næsten al understøttende hardware.

H.264 vs H.265 H.265 er mere avanceret end H.264 på grund af forskellige årsager. Den største forskel her er, at H.265/HEVC giver mulighed for endnu lavere filstørrelser på dine live videostreams. Dette reducerer den nødvendige båndbredde markant. Så er en anden fordel ved H.265 det faktum, at den behandler data i kodende træenheder. Selvom makroblokke kan gå overalt fra 4×4 til 16×16 blokstørrelser, er CTU'er i stand til at behandle op til 64×64 blokke. Dette gør det muligt for H.265 at komprimere information mere effektivt. Derudover, H.265 har også en forbedret bevægelseskompensation og rumlig forudsigelse end H.264 gør. Det er ganske nyttigt for dine seere, da deres enheder vil kræve mindre båndbredde og processorkraft for at dekomprimere al information og se en stream.

Konstante og variable bithastigheder (CBR og VBR)

Bitrate måler mængden af ​​data, der overføres over en periode. Ved online videostreaming måles videobithastigheden i kilobits per sekund eller kbps. Bitrate påvirker kvaliteten af ​​en video. Streaming med højere bitrate hjælper dig med at producere streams af højere kvalitet.

Bitrate er også noget, der er vigtigt i indkodnings- eller omkodningsfasen af ​​streamingprocessen, da dette også omhandler overførsel af data.

Konstant bithastighed

Når du konfigurerer et kamera til CBR, er kameraet indstillet til at have konstant båndbreddeforbrug. Mængden af ​​anvendt komprimering stiger, efterhånden som der sker flere ændringer. Dette kan tilføje komprimeringsartefakter til billedet og forringe billedkvaliteten. Med CBR vil billedkvaliteten blive ofret for at nå båndbreddemålet. Hvis målet er rimeligt sat, kan denne nedbrydning være næppe mærkbar, og det giver et stabilt grundlag for beregning af lagring og planlægning af netværket. For IP-overvågningskameraer installeret i et lokalt netværk (LAN) med lav netværksudnyttelse, eller når der er rigelig lagerplads, anbefales VBR for at opretholde den bedste billedkvalitet, hvorimod CBR kan hjælpe med at kontrollere båndbreddebegrænsede miljøer.

Variabel bithastighed

Styrken af ​​hver kompressionsmetode kan justeres. Generelt forårsager højere kompression flere artefakter, så der er forskellige strategier til at opnå den ønskede adfærd. Når VBR-komprimering anvendes, tillades størrelsen af ​​den komprimerede strøm at variere for at opretholde ensartet billedkvalitet. VBR kan således være mere velegnet, når der er bevægelse i scenen, og den har tendens til ikke at være konstant. Ulempen er, at båndbredden til en vis grad kan variere alt efter situationen. Så lagerpladsen kan blive brugt tidligere end planlagt, eller der kan opstå flaskehalse i transmissionen, når kameraer pludselig kræver mere båndbredde. I VBR er der ikke et fast loft på bithastigheden. Brugeren indstiller en bestemt målbithastighed eller billedkvalitetsniveau.

VBR-komprimeringsniveauet kan indstilles til Ekstra høj, Høj, Normal, Lav og Ekstra lav i nogle optagersystemer.

Kamerabåndbreddeforbrug

Her er et par almindelige drivere til kamerabåndbreddeforbrug:

Løsning: Jo større opløsning, jo større båndbredde.

Frame Rate: Jo større billedhastighed, jo større båndbredde

Scene kompleksitet: Jo mere aktivitet på scenen (masser af biler og mennesker, der bevæger sig vs. ingen på scenen), jo større båndbredde er nødvendig.

svagt lys: Nattetid kræver ofte, men ikke altid, mere båndbredde på grund af støj fra kameraer.

Videoopløsning

Hvert kamera i videoovervågningssystemer har en billedsensor. De tilgængelige pixels fra venstre mod højre giver den vandrette opløsning, mens pixels fra top til bund giver den lodrette opløsning. Multiplicer de to tal for den samlede opløsning af denne billedsensor.

Forudsat 24 bit for RGB-farveværdierne for en pixel:

1920(H) x 1080(V) = 2,073,600 pixels =2.0 MP x 24 bit = 48 Mbit/s

4096(H) x 2160(V) = 8,847,360 pixels =8.0 MP x 24 bit = 192 Mbit/s

Derfor tager 4096 x 2160 mere båndbredde, da det indeholder flere pixels, eller blot sige flere data. Men det giver klarere, skarpere billeder, når det er nødvendigt for at identificere et motiv, et ansigt eller en bilmodel og dets farve eller nummerplade. Omvendt genererer lavere opløsning mindre båndbredde, men afvejningen er et mindre klart, slørere billede. Lavere opløsning giver normalt overvågningsoperatører situationsbevidsthed - at se, hvad der foregår, snarere end detaljer.

Opløsning er ikke det eneste, der bestemmer et billedes klarhed. Objektivets optiske ydeevne, brændvidde (optisk zoom), afstand til objektet, lysforhold, snavs og vejr er også kritiske faktorer.

Frame Rate

Billedhastighed i videoovervågningssystemer måles i frames per second (FPS), hvilket betyder antallet af billeder, der produceres på et sekund. Jo højere billedhastigheden er, jo jævnere bevæger motivet sig i videoen. Jo lavere billedhastigheden er, jo mere rykkende bliver bevægelserne op til det punkt, hvor motiver hopper fra position til position med et tab af alt imellem. Båndbredden øges med billedhastigheden. Halvdelen af ​​billedhastigheden reducerer dog normalt ikke helt båndbredden til det halve, fordi kodningseffektiviteten lider. Moderne overvågningskameraer kan generere op til 60 FPS. CPU-begrænsninger vil dog nogle gange begrænse FPS til en lavere værdi, når opløsningerne er sat for højt. At finde den optimale FPS-indstilling for en scene er et kompromis mellem målene: Fang al relevant information uden at væsentlige detaljer går tabt mellem billeder og båndbreddeovervejelser. Hvis et kamera overvåger et stille overblik, er der ingen grund til at gå op til 30 FPS. En indstilling på 5 til 15 FPS er tilstrækkelig. Som en tommelfingerregel gælder, at jo hurtigere ændring der sker, eller jo hurtigere motivbevægelse forventes, jo højere skal FPS indstilles. Juster FPS, efter at kameraer er installeret, og overvåg, om videoens jævnhed er acceptabel eller ej.

Scene kompleksitet

Kompleksiteten af ​​en scene påvirker også den båndbredde et videokamera genererer. Generelt gælder det, at jo mere kompleks scenen er, jo mere båndbredde kræves der for at opnå en vis billedkvalitet. For eksempel øger scener med træblade, trådhegn eller tilfældige teksturer som popcornlofter scenens kompleksitet. Andre, som en normal, almindelig farvemalet væg eller små detaljer, betragtes som en simpel scene. På samme måde øger bevægelse eller bevægelse kompleksiteten. Folk der går forbi, biler der kører på tværs eller træblade i en brise er eksempler.

Antal kameraer og klienter Antallet af kameraer påvirker båndbreddekravene til et videoovervågningssystem. Hvis alle kameraer er ens, vil to gange kameratal fordoble de genererede data. For at opretholde skalerbarheden af ​​et system skal det være i stand til at opdele store topologier i håndterbare mindre partitioner. Ved at strukturere systemet i en lagdelt og distribueret arkitektur er det muligt at opretholde skalerbarhed over en lang række mængder. Nøglen er at fordele båndbredde, så flaskehalse undgås. Mere vil blive diskuteret i afsnittet Båndbreddeflaskehalse. Antal seende kunder Diskussionen ovenfor vedrører kamerabåndbredde, der føres ind i optageren. Dette er kun den ene side af billedet, hvor den anden side forbinder optagere med klienter, der ser live eller afspiller video. For eksempel kan der være et sikkerhedsteam, der konstant overvåger kameraerne 24 timer i døgnet, syv dage om ugen. Denne båndbredde ville være lig med alle de data, der kommer fra kameraerne. I tilfælde af afspilning kræves der endnu mere båndbredde, hvis det bruges som supplement til livestreaming. I betragtning af, at der kan være mange klienter, der opretter forbindelse til et system på samme tid, kan klientsidens trafik være den dominerende bekymring.