A sávszélesség a videofelügyeleti rendszerek Ethernet-hálózatának legfontosabb eleme. Előzetes gondos tervezés nélkül a videó megfigyelő rendszerek sávszélesség szűk keresztmetszethez vezethetnek. Ez nem csak a videocsomag elvesztését, késleltetését vagy vibrálását okozza, hanem rontja a videó minőségét, vagy ami még rosszabb, gátolja a kritikus események rögzítését. A sávszélesség meghatározza a tárolási kapacitás követelményeit is egy adott megőrzési időszakra. A videó sávszélesség megértéséhez több terület alapos ismerete szükséges. Ez a technote internált alapvető ismereteket nyújt arról, hogy mi befolyásolja a videó megfigyelőrendszerek teljesítményét.

A bitek és a bájtok ugyanazt a betűt használják gyorsírási hivatkozásként. Az egyetlen különbség az, hogy a bitek kis „b” betűt, a bájtok pedig „B” nagybetűt használnak. Emlékezhet erre, ha felidézi, hogy a bájtok „nagyobbak”, mint a bitek. Látjuk, hogy az emberek gyakran összekeverik ezt, mert ránézésre hasonlónak tűnnek. Például 100 Kb/s és 100 KB/s, az utóbbi 8x nagyobb, mint az előbbi.
Javasoljuk, hogy biteket használjon a videó megfigyelőrendszer sávszélességének leírásához, de ügyeljen arra, hogy néhány ember, gyakran a szerver/tárhely oldaláról, bájtokat használ. Emiatt legyen éber, és kérjen megerősítést, ha valami nem egyértelmű (pl. „Elnézést, hogy X bitet vagy bájtot mondott”).

Kilobit, Megabit és Gigabit
Sok bit (vagy bájt) kell egy videó elküldéséhez. A gyakorlatban soha nem lesz 500b/s vagy akár 500B/s videofolyam. A videónak általában legalább több ezer vagy millió bitre van szüksége. Az összesített videofolyamokhoz gyakran több milliárd bitre van szükség.
A nagy mennyiségű sávszélesség kifejezésére szolgáló általános kifejezések/előtagok a következők:

• A kilobit több ezer, például az 500 Kb/s egyenlő 500,000 XNUMX b/s-mal. A kilobites egyedi videofolyamok általában alacsony felbontásúak, alacsony képkocka vagy nagy tömörítésűek (vagy a fentiek mindegyike).

• A megabit milliókat jelent, például az 5 Mb/s egyenlő 5,000,000 1 2 b/s-mal. Az egyes IP-kamerás videofolyamok általában egyszámjegyű megabit méretűek (pl. 4 Mb/s vagy 10 Mb/s vagy 4 Mb/s meglehetősen gyakori tartományok). A 20 Mb/s-nál nagyobb sebesség az egyes videofolyamoknál kevésbé gyakori, bár a szuper-nagy felbontású modelleknél (30K, 100MP, 200MP stb.) nem lehetetlen. Azonban 300 egyszerre streamelt kamera rutinszerűen XNUMX Mb/s vagy XNUMX Mb/s stb.

• A gigabitek milliárdok, például az 5 Gb/s egyenlő 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX b/s-mal. Ritkán van szüksége egy gigabitnél nagyobb sávszélességre a videó megfigyeléshez, hacsak nem rendelkezik egy nagyon nagyszabású videó megfigyelő rendszerrel, amely az összes videót egy központi helyre visszaküldi.

Bitráták

Ivideo megfigyelő rendszerek A sávszélesség olyan, mint a jármű sebessége. Ez egy időbeli arány. Tehát ahogyan azt mondanád, hogy 60 km/h-val (vagy 96 km/h-val) haladtál, egy kamera sávszélessége 600 Kb/s, azaz 600 kilobitet küldtek át egy másodperc alatt.

A bitsebességek mindig egy másodperc alatti adatként (bitek vagy bájtok) vannak kifejezve. A percenkénti vagy óránkénti érték nem alkalmazható, elsősorban azért, mert a hálózati eszközök besorolása szerint az eszköz másodpercenként képes kezelni.

Videó tömörítés és sávszélesség

A videomegfigyelő rendszerekben a videó tömörítés az a folyamat, amikor egy videofájlt úgy kódolnak, hogy az kevesebb helyet foglaljon el, mint az eredeti fájl, és könnyebben továbbítható legyen a hálózaton/interneten keresztül. Ez egy olyan tömörítési technika, amely csökkenti a videofájl formátumok méretét azáltal, hogy kiküszöböli a redundáns és nem működő adatokat az eredeti videofájlból.

A videó tömörítése után az eredeti formátuma más formátumra változik (a használt kodektől függően). A videofájl lejátszásához a videolejátszónak támogatnia kell ezt a videóformátumot, vagy integrálnia kell a tömörítő kodekkel.

Motion JPEG

A Motion JPEG (M-JPEG vagy MJPEG) a Video tömörítési formátum amelyben mindegyik videó keret or átlapolt mezője a digitális videó szekvencia az tömörített külön mint a JPEG kép.

Az eredetileg multimédiás PC-alkalmazásokhoz kifejlesztett Motion JPEG széleskörű ügyféltámogatást élvez: a legtöbb nagyobb webböngésző és lejátszó natív támogatást nyújt, a többihez pedig beépülő modulok állnak rendelkezésre. Az M-JPEG szabványt használó szoftverek és eszközök közé tartoznak a webböngészők, médialejátszók, játékkonzolok, digitális kamerák, IP-kamerák, webkamerák, streaming szerverek, videokamerák és nemlineáris videószerkesztők

H. 264

A H.264, amelyet MPEG-4 AVC-nek is neveznek, egy tömörítési szabvány, amelyet 2003-ban vezettek be, és ez a videomegfigyelő rendszer kameráiban és számos kereskedelmi médiaalkalmazásban használt általános szabvány. Az MJPEG képkockánkénti megközelítésével ellentétben a H.264 a teljes képkockát csak például másodpercenkénti időközönként tárolja, a többi képkockát pedig csak a videó mozgásából adódó eltérésekkel kódolja. A teljes képkockákat I-frame-nek (index frame-nek vagy intra-frame-nek is), a részlegeseket pedig, amelyek csak az előző képkockához képesti különbséget tartalmazzák, P-kockának (előrejelzett keretnek vagy inter-frame-nek is) nevezzük. A P-kockák kisebbek és nagyobbak, mint az I-kockák. Létezik egy B-frame (kétirányú keret), amely mindkét irányban utal az előző és a következő képkockákra a változtatásokhoz. Az IPB-kockák ismétlődő mintáját képcsoportnak (GOP) nevezzük. Az I-kockák időintervalluma változó, és a másodpercenkénti többszöritől a közel egy percig terjedhet. Minél több I-kockát továbbítanak, annál nagyobb lesz a videofolyam, de ez megkönnyíti a stream dekódolásának újraindítását, mivel ez csak egy I-kockánál történhet meg.

H.265

A High-Efficiency Video Coding (HEVC), más néven H.265 és MPEG-H Part 2, egy videotömörítési szabvány, amelyet az MPEG-H projekt részeként terveztek, a széles körben használt Advanced Video Coding (AVC, H.264 vagy MPEG-4 Part 10) utódjaként. Az AVC-vel összehasonlítva a HEVC 25-50%-kal jobb adattömörítést kínál ugyanazon a videóminőségi szinten, vagy lényegesen jobb videóminőséget azonos bitsebesség mellett. Támogatja a 8192 × 4320-as felbontást, beleértve a 8K UHD-t is, és az elsősorban 8 bites AVC-vel ellentétben a HEVC nagyobb hűségű Main 10 profilját szinte az összes támogató hardverbe beépítették.

H.264vsH.265 H.265 különböző okok miatt fejlettebb, mint a H.264. A legnagyobb különbség itt az, hogy a H.265/HEVC még alacsonyabb fájlméretet tesz lehetővé az élő videofolyamokhoz. Ez jelentősen csökkenti a szükséges sávszélességet. Aztán a H.265 másik előnye, hogy az adatokat kódolási faegységekben dolgozza fel. Bár a makroblokkok 4×4-től 16×16-os blokkméretig terjedhetnek, a CTU-k akár 64×64-es blokkot is képesek feldolgozni. Ez lehetővé teszi a H.265 számára az információk hatékonyabb tömörítését. Ezen kívül, a H.265 jobb mozgáskompenzációval és térbeli előrejelzéssel is rendelkezik, mint a H.264. Ez nagyon hasznos a nézők számára, mivel eszközeik kevesebb sávszélességet és feldolgozási teljesítményt igényelnek az összes információ kicsomagolásához és a stream megtekintéséhez.

Állandó és változó bitsebesség (CBR és VBR)

A bitsebesség az adott időszak alatt átvitt adatmennyiséget méri. Az online videó streamingben a videó bitsebességét kilobit per másodpercben vagy kbps-ban mérik. A bitráta befolyásolja a videó minőségét. A magasabb bitsűrűségű adatfolyamok segítségével jobb minőségű adatfolyamokat készíthet.

A bitsebesség a streaming folyamat kódolási vagy átkódolási szakaszában is fontos, mivel ez is adatátvitellel foglalkozik.

Állandó bitsebesség

Amikor egy kamerát CBR-hez konfigurál, a kamera állandó sávszélesség-fogyasztásra van beállítva. Az alkalmazott tömörítés mértéke növekszik, ha több változás történik. Ez tömörítési műtermékeket adhat a képhez, és ronthatja a képminőséget. A CBR esetén a képminőséget feláldozzák a sávszélesség céljának elérése érdekében. Ha a célt ésszerűen határozzuk meg, akkor ez a degradáció alig észrevehető, és stabil alapot ad a tárhely kiszámításához és a hálózat tervezéséhez. Az alacsony hálózati kihasználtságú helyi hálózatba (LAN) telepített IP megfigyelő kamerák esetén a VBR ajánlott a legjobb képminőség fenntartása érdekében, míg a CBR segíthet a korlátozott sávszélességű környezetek szabályozásában.

Változó bitráta

Az egyes tömörítési módszerek erőssége állítható. Általánosságban elmondható, hogy a nagyobb tömörítés több műterméket okoz, ezért különböző stratégiák állnak rendelkezésre a kívánt viselkedés eléréséhez. VBR-tömörítés használata esetén a tömörített adatfolyam mérete változhat az egyenletes képminőség megőrzése érdekében. Így a VBR megfelelőbb lehet, ha mozgás van a jelenetben, és általában nem állandó. Hátránya, hogy a sávszélesség bizonyos mértékig változhat a helyzettől függően. Így a tárhely a tervezettnél korábban elhasználódhat, vagy átviteli szűk keresztmetszetek jelenhetnek meg, amikor a kamerák hirtelen nagyobb sávszélességet igényelnek. A VBR-ben nincs határozott korlát a bitrátára. A felhasználó beállít egy bizonyos cél bitrátát vagy képminőségi szintet.

A VBR tömörítési szint Extra magas, Magas, Normál, Alacsony és Extra Low értékre állítható be egyes felvevőrendszerekben.

Kamera sávszélesség fogyasztás

Íme néhány gyakori tényező a kamera sávszélesség-fogyasztásában:

Felbontás: Minél nagyobb a felbontás, annál nagyobb a sávszélesség.

Filmkocka Szám: Minél nagyobb a képkockasebesség, annál nagyobb a sávszélesség

Jelenet összetettsége: Minél több tevékenység van a helyszínen (sok autó és ember mozog, szemben a jelenetben senkivel), annál nagyobb a szükséges sávszélesség.

alacsony fény: Az éjszaka gyakran, de nem mindig, nagyobb sávszélességet igényel a kamerák zaja miatt.

Videó felbontás

A videó megfigyelő rendszerek minden kamerája rendelkezik képérzékelővel. A balról jobbra elérhető képpontok a vízszintes felbontást, míg a fentről lefelé haladó pixelek a függőleges felbontást biztosítják. Szorozzuk meg a két számot a képérzékelő teljes felbontásához.

24 bitet feltételezve egy képpont RGB színértékeihez:

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

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

Ezért a 4096 x 2160 nagyobb sávszélességet igényel, mivel több pixelt tartalmaz, vagy egyszerűen csak több adatot tartalmaz. De tisztább, élesebb képeket ad, ha szükséges egy alany, egy arc vagy egy autómodell, valamint annak színe vagy rendszáma. Fordítva, az alacsonyabb felbontás kisebb sávszélességet generál, de a kompromisszum egy kevésbé tiszta, homályosabb kép. Az alacsonyabb felbontás általában helyzetfelismerést tesz lehetővé a felügyeleti kezelők számára – a részletek helyett inkább látják, mi történik.

Nem a felbontás az egyetlen, ami meghatározza a kép tisztaságát. Az objektív optikai teljesítménye, a gyújtótávolság (optikai zoom), a tárgy távolsága, a fényviszonyok, a szennyeződés és az időjárás szintén kritikus tényezők.

Filmkocka Szám

A képkockasebességet a videó megfigyelő rendszerekben képkocka per másodpercben (FPS) mérik, ami azt jelenti, hogy hány kép készül egy másodperc alatt. Minél nagyobb a képkockasebesség, annál simábban mozog a téma a videóban. Minél alacsonyabb a képkockasebesség, annál szaggatottabbá válnak a mozgások addig a pontig, amikor a témák egyik pozícióból a másikba ugrálnak úgy, hogy közben bármit elveszítenek. A sávszélesség a képkockasebességgel nő. A fele képkockasebesség azonban általában nem egészen a felére csökkenti a sávszélességet, mivel a kódolási hatékonyság csorbát szenved. A modern térfigyelő kamerák akár 60 FPS-t is képesek generálni. A CPU-korlátozások azonban néha alacsonyabb értékre korlátozzák az FPS-t, ha a felbontás túl magas. Az optimális FPS-beállítás megtalálása egy jelenethez kompromisszum az objektívek között: rögzítse az összes releváns információt anélkül, hogy a lényeges részletek elvesznének a képkockák között a sávszélességgel szemben. Ha egy kamera csendes áttekintést figyel, akkor nem kell 30 FPS-ig menni. Az 5-15 FPS beállítás elegendő. Alapszabály, hogy minél gyorsabb változás következik be, vagy minél gyorsabb a téma mozgása, annál magasabb FPS-t kell beállítani. Állítsa be az FPS-t a kamerák telepítése után, és ellenőrizze, hogy a videó simasága elfogadható-e vagy sem.

Jelenet összetettsége

A jelenet összetettsége a videokamera által generált sávszélességet is befolyásolja. Általában minél összetettebb a jelenet, annál nagyobb sávszélességre lesz szükség egy bizonyos képminőség eléréséhez. Például a faleveleket, drótkerítést vagy véletlenszerű textúrákat, például popcorn mennyezetet tartalmazó jelenetek bonyolultabbá teszik a jelenetet. Mások, mint egy normál, sima színre festett fal vagy apró részlet, egyszerű jelenetnek számítanak. Hasonlóképpen, a mozgás vagy a mozgás növeli a bonyolultságot. Ilyenek például az arra sétáló emberek, az áthaladó autók vagy a falevelek szellőben.

Kamerák és ügyfelek száma A kamerák száma befolyásolja a videó megfigyelőrendszerek sávszélesség-igényét. Ha minden kamera azonos, akkor a kameraszámok kétszerese megduplázza a generált adatokat. A rendszer méretezhetőségének fenntartásához képesnek kell lennie arra, hogy a nagy topológiákat kezelhető kisebb partíciókra bontsa. A rendszer réteges és elosztott architektúrába való strukturálásával lehetőség nyílik a skálázhatóság fenntartására nagy mennyiségi tartományban. A kulcs a sávszélesség elosztása, így elkerülhető a szűk keresztmetszetek. Bővebben a Sávszélesség szűk keresztmetszetek című részben lesz szó. Megtekintő ügyfelek száma A fenti tárgyalás a kamera sávszélességének a rögzítőbe történő betáplálására vonatkozik. Ez csak az egyik oldala a képnek, ahol a másik oldal a felvevőket az élő vagy visszajátszott videót néző kliensekhez köti. Például lehet, hogy van egy biztonsági csapat, amely folyamatosan figyeli a kamerákat a nap 24 órájában, a hét minden napján. Ez a sávszélesség egyenlő lenne a kamerákból érkező összes adattal. Lejátszás esetén még nagyobb sávszélességre van szükség, ha élő közvetítés mellett használjuk. Tekintettel arra, hogy egy rendszerhez egyszerre több kliens is csatlakozhat, az ügyféloldali forgalom lehet a domináns probléma.