Kaistanleveys on videovalvontajärjestelmien ethernet-verkon tärkein elementti. Ilman huolellista suunnittelua etukäteen videovalvontajärjestelmät voivat päätyä kaistanleveyden pullonkaulan alle. Tämä ei ainoastaan ​​aiheuta videopakettien katoamista, viivettä tai värinää, vaan myös heikentää videon laatua tai mikä vielä pahempaa, estää kriittisten tapahtumien tallentamisen. Kaistanleveys määrittää myös tallennuskapasiteettivaatimukset tietylle säilytysjaksolle. Videon kaistanleveyden ymmärtäminen edellyttää useiden alojen syvällistä tuntemusta. Tämä teknoote on internoitu tarjoamaan perustietoa siitä, mikä vaikuttaa videovalvontajärjestelmien suorituskykyyn.

Sekä bitit että tavut käyttävät samaa kirjainta pikaviittauksessa. Ainoa ero on, että bitit käyttävät pientä "b" ja tavut käyttävät isoa "B". Voit muistaa tämän muistamalla, että tavut ovat "isompia" kuin bitit. Näemme ihmisten sekoittavan tämän usein, koska ne näyttävät yhdellä silmäyksellä samanlaisilta. Esimerkiksi 100 Kb/s ja 100 Kb/s, jälkimmäinen on 8x suurempi kuin edellinen.
Suosittelemme käyttämään bittejä kuvattaessa videovalvontajärjestelmän kaistanleveyttä, mutta varo, että jotkut ihmiset, usein palvelimen/tallennuspuolen puolelta, käyttävät tavuja. Tästä syystä ole valppaana ja pyydä vahvistusta, jos on epäselvyyttä (eli "Anteeksi, että sanoit X bittiä tai tavua").

Kilobittia, megabittia ja Gigabittiä
Videon lähettäminen vie paljon bittejä (tai tavuja). Käytännössä sinulla ei koskaan tule olemaan 500b/s tai edes 500B/s videovirtaa. Video vaatii yleensä vähintään tuhansia tai miljoonia bittejä. Kootut videovirrat vaativat usein miljardeja bittejä.
Yleiset lausekkeet/etuliitteet suuren kaistanleveyden ilmaisemiseen ovat:

• Kilobittia on tuhansia, esim. 500 Kb/s on yhtä kuin 500,000 XNUMX b/s. Yksittäinen videovirta kilobitteinä on yleensä joko matalaresoluutioinen tai alhainen kuva tai korkea pakkaus (tai kaikki edellä mainitut).

• Megabittiä on miljoonia, esim. 5 Mb/s on 5,000,000 1 2 b/s. Yksittäinen IP-kameran videovirta on yleensä yksinumeroinen megabitti (esim. 4 Mb/s tai 10 Mb/s tai 4 Mb/s ovat melko yleisiä alueita). Yli 20 Mb/s yksittäisessä videovirrassa on harvinaisempaa, vaikkakaan ei mahdotonta erittäin korkearesoluutioisissa malleissa (30K, 100 MP, 200 MP jne.). Kuitenkin 300 kameraa, joita suoratoistetaan samanaikaisesti, voivat rutiininomaisesti vaatia XNUMX Mb/s tai XNUMX Mb/s jne.

• Gigabitit ovat miljardeja, esim. 5 Gb/s on yhtä kuin 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX b/s. Harvoin tarvitaan enemmän kuin gigabitin kaistanleveyttä videovalvontaan, ellei hänellä ole erittäin laajamittaista videovalvontajärjestelmää, joka ohjaa kaiken videon keskitettyyn paikkaan.

Bittinopeudet

Ivideovalvontajärjestelmät Kaistanleveys on kuin ajoneuvon nopeus. Se on ajankohtainen kurssi. Joten aivan kuten voisit sanoa ajavasi 60 km/h (tai 96 km/h), voit sanoa, että kameran kaistanleveys on 600 Kb/s, eli että 600 kilobittiä lähetettiin sekunnissa.

Bittinopeudet ilmaistaan ​​aina datana (bitteinä tai tavuina) sekunnissa. Minuutti- tai tuntikohtaisia ​​tietoja ei sovelleta ensisijaisesti siksi, että verkkolaitteet on arvioitu sellaisiksi, että laite pystyy käsittelemään sekunnissa.

Videon pakkaus ja kaistanleveys

Videon pakkaaminen videovalvontajärjestelmissä on prosessi, jossa videotiedosto koodataan siten, että se vie vähemmän tilaa kuin alkuperäinen tiedosto ja on helpompi lähettää verkon/Internetin kautta. Se on eräänlainen pakkaustekniikka, joka pienentää videotiedostomuotojen kokoa poistamalla ylimääräiset ja ei-toiminnalliset tiedot alkuperäisestä videotiedostosta.

Kun video on pakattu, sen alkuperäinen muoto muutetaan eri muotoon (käytetystä koodekista riippuen). Videosoittimen on tuettava kyseistä videomuotoa tai sen on oltava integroitu pakkaavaan koodekkiin videotiedoston toistamiseksi.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG tai MJPEG) on a videon pakkausmuoto jossa jokainen videokehys or lomitettu kenttä a digitaalinen video sekvenssi on tiivistetty erikseen a JPEG kuva.

Alun perin multimedia-PC-sovelluksiin kehitetty Motion JPEG nauttii laajasta asiakastuesta: useimmat tärkeimmät verkkoselaimet ja soittimet tarjoavat alkuperäisen tuen, ja muihin on saatavilla laajennuksia. M-JPEG-standardia käyttäviin ohjelmistoihin ja laitteisiin kuuluvat verkkoselaimet, mediasoittimet, pelikonsolit, digitaalikamerat, IP-kamerat, verkkokamerat, suoratoistopalvelimet, videokamerat ja epälineaariset videoeditorit

H.264

H.264, jota kutsutaan myös nimellä MPEG-4 AVC, on pakkausstandardi, joka otettiin käyttöön vuonna 2003 ja se on yleinen standardi, jota käytetään videovalvontajärjestelmän kameroissa ja monissa kaupallisissa mediasovelluksissa. Toisin kuin MJPEG:ssä, H.264 tallentaa täyden ruudun vain esimerkiksi kerran sekunnissa ja koodaa loput kehykset vain videon liikkeen aiheuttamilla eroilla. Täysi kehykset kutsutaan I-kehykseksi (myös indeksikehykseksi tai kehyksen sisäiseksi kehykseksi) ja osittaisia ​​kehyksiä, jotka sisältävät vain eron edelliseen kehykseen, kutsutaan P-kehykseksi (myös ennustettu kehys tai kehysten välinen kehys). P-kehykset ovat pienempiä ja niitä on enemmän kuin I-kehykset. Siellä on myös B-kehys (kaksisuuntainen kehys), joka viittaa molempiin suuntiin edellisiin ja seuraaviin kehyksiin muutoksia varten. IPB-kehysten toistuvaa kuviota kutsutaan kuvaryhmäksi (GOP). I-kehysten aikaväli vaihtelee ja voi vaihdella useista kertoista sekunnissa lähes minuuttiin. Mitä enemmän I-kehyksiä lähetetään, sitä suurempi videovirta on, mutta se helpottaa virran purkamisen uudelleen aloittamista, koska tämä voi tapahtua vain I-kehyksessä.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), joka tunnetaan myös nimellä H.265 ja MPEG-H Part 2, on videon pakkausstandardi, joka on suunniteltu osaksi MPEG-H-projektia laajasti käytetyn Advanced Video Codingin (AVC, H.264 tai MPEG-4 Part 10) seuraajaksi. AVC:hen verrattuna HEVC tarjoaa 25–50 % paremman tiedonpakkauksen samalla videolaadulla tai huomattavasti paremman videolaadun samalla bittinopeudella. Se tukee resoluutioita 8192×4320 asti, mukaan lukien 8K UHD, ja toisin kuin pääasiassa 8-bittinen AVC, HEVC:n tarkempi Main 10 -profiili on sisällytetty lähes kaikkiin tukilaitteisiin.

H.264vsH.265 H.265 on edistyneempi kuin H.264 useista syistä. Suurin ero tässä on se, että H.265/HEVC mahdollistaa vieläkin pienempiä tiedostokokoja live-videostriimille. Tämä vähentää merkittävästi tarvittavaa kaistanleveyttä. Sitten toinen H.265:n etu on se, että se käsittelee dataa koodauspuuyksiköissä. Vaikka makrolohkot voivat olla missä tahansa 4 × 4 - 16 × 16 lohkokoossa, CTU:t pystyvät käsittelemään jopa 64 × 64 lohkoa. Tämä mahdollistaa H.265:n pakkaamisen tehokkaammin. Lisäksi, H.265:llä on myös parempi liikkeen kompensointi ja tilaennuste kuin H.264:llä. Siitä on paljon hyötyä katsojillesi, koska heidän laitteet vaativat vähemmän kaistanleveyttä ja prosessointitehoa kaiken tiedon purkamiseen ja streamin katsomiseen.

Vakio ja muuttuva bittinopeus (CBR ja VBR)

Bittinopeus mittaa tiedon määrää, joka siirretään tietyn ajanjakson aikana. Online-videon suoratoistossa videon bittinopeus mitataan kilobitteinä sekunnissa tai kbps. Bittinopeus vaikuttaa videon laatuun. Suoratoisto korkeammalla bittinopeudella auttaa sinua tuottamaan korkealaatuisempia suoratoistoja.

Bittinopeus on myös tärkeä asia suoratoistoprosessin koodaus- tai transkoodausvaiheessa, koska tämäkin koskee tiedonsiirtoa.

Vakio bittinopeus

Kun kameraa määritetään CBR:lle, kamera asetetaan käyttämään jatkuvaa kaistanleveyden kulutusta. Käytetyn pakkauksen määrä kasvaa, kun muutoksia tapahtuu. Tämä voi lisätä kuvaan pakkausartefakteja ja heikentää kuvan laatua. CBR:n avulla kuvanlaatu uhrataan kaistanleveystavoitteen saavuttamiseksi. Jos tavoite on asetettu järkevästi, tämä huononeminen voi olla tuskin havaittavissa ja se antaa vakaan perustan tallennustilan laskemiselle ja verkon suunnittelulle. IP-valvontakameroihin, jotka on asennettu lähiverkkoon (LAN), jossa verkon käyttöaste on alhainen tai kun tallennustilaa on runsaasti, VBR:ää suositellaan parhaan kuvanlaadun ylläpitämiseksi, kun taas CBR voi auttaa hallitsemaan kaistanleveysrajoitettuja ympäristöjä.

Muuttuva bittinopeus

Kunkin puristusmenetelmän voimakkuutta voidaan säätää. Yleensä suurempi pakkaus aiheuttaa enemmän artefakteja, joten halutun käyttäytymisen saavuttamiseksi on erilaisia ​​strategioita. Kun käytetään VBR-pakkausta, pakatun virran koon sallitaan vaihdella tasaisen kuvanlaadun ylläpitämiseksi. Siten VBR voi olla sopivampi, kun kohtauksessa on liikettä ja se ei yleensä ole jatkuvaa. Haittapuolena on, että kaistanleveys voi tietyssä määrin vaihdella tilanteen mukaan. Joten tallennustila saattaa kulua loppuun suunniteltua aikaisemmin tai siirtoon voi ilmaantua pullonkauloja, kun kamerat vaativat yhtäkkiä enemmän kaistanleveyttä. VBR:ssä bittinopeudelle ei ole asetettu kiinteää ylärajaa. Käyttäjä asettaa tietyn tavoitebittinopeuden tai kuvanlaatutason.

VBR-pakkaustasoksi voidaan asettaa Extra High, High, Normal, Low ja Extra Low joissakin tallenninjärjestelmissä.

Kameran kaistanleveyden kulutus

Tässä on muutamia yleisiä kameran kaistanleveyden kulutuksen tekijöitä:

päätöslauselma: Mitä suurempi resoluutio, sitä suurempi kaistanleveys.

Frame Rate: Mitä suurempi kuvanopeus, sitä suurempi kaistanleveys

Kohtauksen monimutkaisuus: Mitä enemmän toimintaa tapahtumapaikalla (paljon autoja ja ihmisiä liikkuu vs. ei ketään paikalla), sitä suurempi kaistanleveys tarvitaan.

hämärässä: Yöaika vaatii usein, mutta ei aina, enemmän kaistanleveyttä kameroiden aiheuttaman kohinan vuoksi.

Videoresoluutio

Jokaisessa videovalvontajärjestelmän kamerassa on kuvasensori. Käytettävissä olevat pikselit vasemmalta oikealle tarjoavat vaakasuuntaisen resoluution, kun taas pikselit ylhäältä alas pystysuuntaisen resoluution. Kerro nämä kaksi lukua tämän kuvakennon kokonaisresoluutiolle.

Olettaen, että pikselin RGB-väriarvot ovat 24 bittiä:

1920 (K) x 1080 (V) = 2,073,600 2.0 24 pikseliä = 48 MP x XNUMX bittiä = XNUMX Mbit/s

4096 (K) x 2160 (V) = 8,847,360 8.0 24 pikseliä = 192 MP x XNUMX bittiä = XNUMX Mbit/s

Siksi 4096 x 2160 vie enemmän kaistanleveyttä, koska se sisältää enemmän pikseleitä tai yksinkertaisesti sanottuna enemmän dataa. Mutta se antaa selkeämpiä ja terävämpiä kuvia tarvittaessa kohteen, kasvojen tai automallin ja sen värin tai rekisterikilven tunnistamiseksi. Päinvastoin, pienempi resoluutio tuottaa vähemmän kaistanleveyttä, mutta kompromissi on vähemmän selkeä ja epäselvä kuva. Alhaisempi resoluutio antaa valvontaoperaattoreille yleensä tilannetietoisuutta – näkee paremmin mitä tapahtuu kuin yksityiskohtia.

Resoluutio ei ole ainoa asia, joka määrää kuvan selkeyden. Objektiivin optinen suorituskyky, polttoväli (optinen zoom), etäisyys kohteeseen, valaistusolosuhteet, lika ja sää ovat myös kriittisiä tekijöitä.

Frame Rate

Kuvataajuus videovalvontajärjestelmissä mitataan ruutuina sekunnissa (FPS), mikä tarkoittaa sekunnissa tuottavien kuvien määrää. Mitä suurempi kuvataajuus, sitä tasaisemmin kohde liikkuu videossa. Mitä pienempi kuvataajuus, sitä nykivämpiä liikkeitä tulee siihen pisteeseen, jossa kohteet hyppäävät paikasta toiseen menettäen mitään siltä väliltä. Kaistanleveys kasvaa kuvanopeuden myötä. Puolet kuvataajuudesta ei kuitenkaan yleensä vähennä kaistanleveyttä puoleen, koska koodaustehokkuus kärsii. Nykyaikaiset valvontakamerat voivat tuottaa jopa 60 FPS. Suorittimen rajoitukset rajoittavat kuitenkin joskus FPS:n pienempään arvoon, kun resoluutiot on asetettu liian korkeiksi. Optimaalisen FPS-asetuksen löytäminen kohtaukselle on kompromissi tavoitteiden välillä: tallenna kaikki olennaiset tiedot ilman, että olennaiset yksityiskohdat katoavat ruutujen välillä verrattuna kaistanleveysnäkökohtiin. Jos kamera tarkkailee hiljaista yleiskuvaa, sinun ei tarvitse nousta 30 FPS:ään asti. Asetus 5-15 FPS on riittävä. Nyrkkisääntönä on, että mitä nopeampaa muutosta tapahtuu tai mitä nopeampaa kohteen liikettä odotetaan, sitä korkeammaksi FPS tulee asettaa. Säädä FPS-arvoa kameroiden asennuksen jälkeen ja seuraa, onko videon tasaisuus hyväksyttävää vai ei.

Kohtauksen monimutkaisuus

Kohtauksen monimutkaisuus vaikuttaa myös videokameran luomaan kaistanleveyteen. Yleensä mitä monimutkaisempi kohtaus on, sitä enemmän kaistanleveyttä tarvitaan tietyn kuvanlaadun saavuttamiseksi. Esimerkiksi kohtaukset, joissa on puulehtiä, metalliaita tai satunnaisia ​​kuvioita, kuten popcorn-kattoja, lisäävät kohtauksen monimutkaisuutta. Toisia, kuten tavallista, tavallisella värillä maalattua seinää tai pieniä yksityiskohtia, pidetään yksinkertaisina kohtauksina. Samoin liike tai liike lisää monimutkaisuutta. Esimerkkejä ovat ohikulkevat ihmiset, poikki ajavat autot tai puiden lehdet tuulessa.

Kameroiden ja asiakkaiden määrä Kameroiden määrä vaikuttaa videovalvontajärjestelmän kaistanleveysvaatimuksiin. Jos kaikki kamerat ovat samoja, kaksinkertaiset kameranumerot kaksinkertaistavat luodut tiedot. Järjestelmän skaalautuvuuden ylläpitämiseksi sen on kyettävä jakamaan suuret topologiat hallittaviin pienempiin osioihin. Järjestämällä järjestelmä kerrostettuun ja hajautettuun arkkitehtuuriin, on mahdollista ylläpitää skaalautuvuutta useilla määrillä. Tärkeintä on jakaa kaistanleveys, jotta vältytään pullonkaulilta. Lisää keskustellaan Kaistanleveyden pullonkaulat -osiossa. Katselevien asiakkaiden määrä Yllä oleva keskustelu liittyy kameran kaistanleveyden syöttämiseen tallentimeen. Tämä on vain kuvan toinen puoli, jossa toinen puoli yhdistää tallentimet suoraan tai toistovideota katsoviin asiakkaisiin. Esimerkiksi siellä voi olla turvaryhmä, joka tarkkailee kameroita jatkuvasti 24 tuntia vuorokaudessa seitsemänä päivänä viikossa. Tämä kaistanleveys olisi yhtä suuri kuin kaikki kameroista tuleva data. Toiston tapauksessa tarvitaan vielä enemmän kaistanleveyttä, jos sitä käytetään suoratoiston lisäksi. Koska järjestelmään voi liittyä useita asiakkaita samanaikaisesti, asiakaspuolen liikenne voi olla hallitseva huolenaihe.