La larghezza di banda è l'elemento più cruciale della rete Ethernet per i sistemi di videosorveglianza. Senza un'attenta pianificazione in anticipo, i sistemi di videosorveglianza potrebbero ritrovarsi con un collo di bottiglia della larghezza di banda. Ciò non solo causa perdita di pacchetti video, ritardo o jitter, ma degrada anche la qualità del video o, peggio ancora, inibisce la registrazione di incidenti critici. La larghezza di banda determina anche i requisiti di capacità di archiviazione per un determinato periodo di conservazione. Comprendere la larghezza di banda video richiede una conoscenza approfondita di diversi campi. Questa nota tecnica è internata per fornire una conoscenza fondamentale di ciò che influenza le prestazioni dei sistemi di videosorveglianza.

Bit e byte usano entrambi la stessa lettera come riferimento abbreviato. L'unica differenza è che i bit usano una 'b' minuscola ei byte usano una 'B' maiuscola. Puoi ricordarlo ricordando che i byte sono "più grandi" dei bit. Vediamo che le persone lo confondono spesso perché a prima vista sembrano simili. Ad esempio, 100Kb/s e 100KB/s, quest'ultimo è 8 volte maggiore del primo.
Ti consigliamo di utilizzare i bit quando descrivi la larghezza di banda del sistema di videosorveglianza, ma fai attenzione che alcune persone, spesso dal lato server/archiviazione, utilizzeranno i byte. Per questo motivo, fai attenzione e chiedi conferma in caso di dubbi (ad es. "Scusa, hai detto X bit o byte").

Kilobit, Megabit e Gigabit
Occorrono molti bit (o byte) per inviare un video. In pratica, non avrai mai un flusso video di 500b/s o addirittura 500B/s. Il video generalmente richiede almeno migliaia o milioni di bit. I flussi video aggregati spesso richiedono miliardi di bit.
Le espressioni/prefissi comuni per esprimere una grande quantità di larghezza di banda sono:

• I kilobit sono migliaia, ad esempio, 500 Kb/s è pari a 500,000 b/s. Un singolo flusso video in kilobit tende ad essere a bassa risoluzione o frame basso o compressione elevata (o tutto quanto sopra).

• I megabit sono milioni, ad esempio, 5 Mb/s è pari a 5,000,000 b/s. Il flusso video di una singola telecamera IP tende a essere nell'ordine dei megabit a una cifra (ad esempio, 1 Mb/s o 2 Mb/s o 4 Mb/s sono intervalli abbastanza comuni). Più di 10 Mb/s per un singolo flusso video è meno comune, sebbene non impossibile nei modelli ad altissima risoluzione (4K, 20 MP, 30 MP, ecc.). Tuttavia, 100 telecamere in streaming contemporaneamente possono richiedere abitualmente 200 Mb/s o 300 Mb/s, ecc.

• Gigabit è miliardi, ad esempio, 5Gb/s è pari a 5,000,000,000 b/s. Raramente è necessario più di un gigabit di larghezza di banda per la videosorveglianza, a meno che non si disponga di un sistema di videosorveglianza su larga scala che riporti tutti i video a un sito centrale.

Bit Rate

Isistemi di videosorveglianza La larghezza di banda è come la velocità del veicolo. È un tasso nel tempo. Quindi, proprio come si potrebbe dire che si sta guidando a 60 mph (o 96 km/h), si potrebbe dire che la larghezza di banda di una telecamera è di 600 Kb/s, ovvero che sono stati trasmessi 600 kilobit in un secondo.

I bit rate sono sempre espressi come dati (bit o byte) su un secondo. Al minuto o all'ora non sono applicabili, principalmente perché le apparecchiature di rete sono classificate come ciò che il dispositivo può gestire al secondo.

Compressione video e larghezza di banda

La compressione video nei sistemi di videosorveglianza è il processo di codifica di un file video in modo tale da occupare meno spazio rispetto al file originale e da renderlo più facile da trasmettere in rete/Internet. È un tipo di tecnica di compressione che riduce le dimensioni dei formati di file video eliminando i dati ridondanti e non funzionali dal file video originale.

Una volta compresso un video, il suo formato originale viene modificato in un formato diverso (a seconda del codec utilizzato). Il lettore video deve supportare quel formato video o essere integrato con il codec di compressione per riprodurre il file video.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG o MJPEG) è un file Formato di compressione video in cui ciascuno fotogramma video or interlacciato campo di a video digitale la sequenza è compressa separatamente come a JPEG Immagine.

Originariamente sviluppato per applicazioni PC multimediali, Motion JPEG gode di un ampio supporto client: la maggior parte dei principali browser Web e lettori fornisce supporto nativo e plug-in sono disponibili per il resto. Il software e i dispositivi che utilizzano lo standard M-JPEG includono browser web, lettori multimediali, console di gioco, fotocamere digitali, telecamere IP, webcam, server di streaming, videocamere e editor video non lineari

H.264

H.264, chiamato anche MPEG-4 AVC, è uno standard di compressione introdotto nel 2003 ed è lo standard prevalente utilizzato nelle telecamere dei sistemi di videosorveglianza e in molte applicazioni multimediali commerciali. Contrariamente all'approccio fotogramma per fotogramma di MJPEG, H.264 memorizza l'intero fotogramma solo a intervalli, ad esempio, di una volta al secondo e codifica il resto dei fotogrammi solo con le differenze causate dal movimento nel video. I frame interi sono detti I-frame (anche frame indice o intra-frame) e quelli parziali che contengono solo la differenza rispetto al frame precedente sono chiamati P-frame (anche frame previsto o inter-frame). I P-frame sono più piccoli e più numerosi degli I-frame. C'è anche un fotogramma B (fotogramma bidirezionale), che rimanda in entrambi i modi ai fotogrammi precedenti e successivi per le modifiche. Lo schema ricorrente dei frame IPB è chiamato gruppo di immagini (GOP). L'intervallo di tempo per gli I-frame varia e può variare da più volte al secondo a quasi un minuto. Più I-frame vengono trasmessi, più grande sarà il flusso video, ma rende più facile riavviare la decodifica di un flusso poiché ciò può avvenire solo in un I-frame.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), noto anche come H.265 e MPEG-H Part 2, è uno standard di compressione video progettato come parte del progetto MPEG-H come successore del diffuso Advanced Video Coding (AVC, H.264 o MPEG-4 Part 10). Rispetto ad AVC, HEVC offre una compressione dei dati migliore dal 25% al ​​50% allo stesso livello di qualità video o una qualità video notevolmente migliorata allo stesso bit rate. Supporta risoluzioni fino a 8192 × 4320, incluso 8K UHD e, a differenza dell'AVC principalmente a 8 bit, il profilo Main 10 ad alta fedeltà di HEVC è stato incorporato in quasi tutto l'hardware di supporto.

H.264 contro H.265 H.265 è più avanzato di H.264 per vari motivi. La più grande differenza qui è che H.265/HEVC consente dimensioni di file ancora inferiori dei tuoi flussi video live. Ciò riduce significativamente la larghezza di banda richiesta. Quindi, un altro vantaggio di H.265 è il fatto che elabora i dati nelle unità dell'albero di codifica. Sebbene i macroblocchi possano avere dimensioni di blocco comprese tra 4×4 e 16×16, i CTU sono in grado di elaborare blocchi fino a 64×64. Ciò consente a H.265 di comprimere le informazioni in modo più efficiente. Inoltre, H.265 ha anche una migliore compensazione del movimento e previsione spaziale rispetto a H.264. Ciò è molto utile per i tuoi spettatori in quanto i loro dispositivi richiederanno meno larghezza di banda e potenza di elaborazione per decomprimere tutte le informazioni e guardare uno streaming.

Bit rate costanti e variabili (CBR e VBR)

Il bitrate misura la quantità di dati trasferiti in un periodo di tempo. Nello streaming video online, il bitrate video viene misurato in kilobit al secondo o kbps. Il bitrate influisce sulla qualità di un video. Lo streaming con un bitrate più elevato ti aiuta a produrre flussi di qualità superiore.

Il bitrate è anche qualcosa di importante nella fase di codifica o transcodifica del processo di streaming poiché anche questo si occupa del trasferimento dei dati.

Bitrate costante

Quando si configura una telecamera per CBR, la telecamera è impostata per avere un consumo di larghezza di banda costante. La quantità di compressione applicata aumenta man mano che si verificano ulteriori modifiche. Ciò può aggiungere artefatti di compressione all'immagine e degradare la qualità dell'immagine. Con CBR, la qualità dell'immagine verrà sacrificata per raggiungere l'obiettivo di larghezza di banda. Se l'obiettivo è ragionevolmente fissato, questo degrado potrebbe essere appena percettibile e fornisce una base stabile per il calcolo dello storage e la pianificazione della rete. Per le telecamere di sorveglianza IP installate in una rete locale (LAN) con basso utilizzo della rete o quando lo spazio di archiviazione è abbondante, si consiglia VBR per mantenere la migliore qualità dell'immagine, mentre CBR può aiutare a controllare gli ambienti con larghezza di banda limitata.

Bitrate variabile

La forza di ciascun metodo di compressione può essere regolata. In generale, una compressione maggiore causa più artefatti, quindi esistono diverse strategie per ottenere il comportamento desiderato. Quando viene utilizzata la compressione VBR, la dimensione del flusso compresso può variare per mantenere una qualità dell'immagine costante. Pertanto, VBR può essere più adatto quando c'è movimento nella scena e tende a non essere costante. Lo svantaggio è che la larghezza di banda può, in una certa misura, variare a seconda della situazione. Pertanto, lo spazio di archiviazione può essere utilizzato prima del previsto o possono verificarsi colli di bottiglia nella trasmissione quando le telecamere richiedono improvvisamente più larghezza di banda. In VBR, non viene posto alcun limite fisso al bitrate. L'utente imposta un determinato bitrate target o livello di qualità dell'immagine.

Il livello di compressione VBR può essere impostato su Extra alto, Alto, Normale, Basso ed Extra basso in alcuni sistemi di registrazione.

Consumo di larghezza di banda della fotocamera

Ecco alcuni driver comuni del consumo di larghezza di banda della fotocamera:

Risoluzione: Maggiore è la risoluzione, maggiore è la larghezza di banda.

Frequenza dei fotogrammi: Maggiore è il frame rate, maggiore è la larghezza di banda

Complessità della scena: Maggiore è l'attività nella scena (molte macchine e persone in movimento rispetto a nessuno nella scena), maggiore è la larghezza di banda necessaria.

di scarsa illuminazione: La notte spesso, ma non sempre, richiede più larghezza di banda a causa del rumore delle telecamere.

Risoluzione video

Ogni telecamera nei sistemi di videosorveglianza ha un sensore di immagine. I pixel disponibili da sinistra a destra forniscono la risoluzione orizzontale, mentre i pixel dall'alto verso il basso forniscono la risoluzione verticale. Moltiplica i due numeri per la risoluzione totale di questo sensore di immagine.

Supponendo 24 bit per i valori di colore RGB di un pixel:

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

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

Pertanto, 4096 x 2160 richiede più larghezza di banda poiché contiene più pixel o, semplicemente, più dati. Ma fornisce immagini più chiare e nitide quando necessario per identificare un soggetto, un volto o un modello di auto e il suo colore o la targa. Viceversa, una risoluzione inferiore genera meno larghezza di banda, ma il compromesso è un'immagine meno nitida e sfocata. Una risoluzione inferiore di solito offre agli operatori di sorveglianza una consapevolezza situazionale, vedendo cosa sta succedendo piuttosto che i dettagli.

La risoluzione non è l'unica cosa che determina la nitidezza di un'immagine. Anche le prestazioni ottiche dell'obiettivo, la lunghezza focale (zoom ottico), la distanza dall'oggetto, le condizioni di illuminazione, lo sporco e le condizioni meteorologiche sono fattori critici.

Frequenza dei fotogrammi

La frequenza dei fotogrammi nei sistemi di videosorveglianza viene misurata in fotogrammi al secondo (FPS), ovvero il numero di immagini prodotte in un secondo. Maggiore è la frequenza dei fotogrammi, più agevole sarà il movimento del soggetto nel video. Più basso è il frame rate, più i movimenti a scatti diventano fino al punto in cui i soggetti saltano da una posizione all'altra con una perdita di qualsiasi cosa nel mezzo. La larghezza di banda aumenta con la frequenza dei fotogrammi. La metà del frame rate di solito non riduce del tutto la larghezza di banda della metà, tuttavia, poiché l'efficienza della codifica ne risente. Le moderne telecamere di sorveglianza possono generare fino a 60 FPS. Tuttavia, le limitazioni della CPU a volte limitano l'FPS a un valore inferiore quando le risoluzioni sono troppo alte. Trovare l'impostazione FPS ottimale per una scena è un compromesso tra gli obiettivi: acquisire tutte le informazioni rilevanti senza che i dettagli essenziali vadano persi tra i fotogrammi rispetto alle considerazioni sulla larghezza di banda. Se una telecamera sta monitorando una panoramica silenziosa, non è necessario salire a 30 FPS. È sufficiente un'impostazione da 5 a 15 FPS. Come regola generale, più rapido è il cambiamento o più rapido è il movimento del soggetto, più alto dovrebbe essere impostato l'FPS. Regola l'FPS dopo l'installazione delle telecamere e monitora se la fluidità del video è accettabile o meno.

Complessità della scena

La complessità di una scena influisce anche sulla larghezza di banda generata da una videocamera. In generale, più complessa è la scena, maggiore sarà la larghezza di banda necessaria per ottenere una certa qualità dell'immagine. Ad esempio, le scene con foglie di alberi, recinzioni metalliche o trame casuali come i soffitti di popcorn aumentano la complessità della scena. Altri, come un normale muro dipinto in tinta unita o un piccolo dettaglio, sono considerati una semplice scena. Allo stesso modo, il movimento o il movimento aumenta la complessità. Le persone che passano, le macchine che attraversano o le foglie degli alberi al vento sono esempi.

Numero di telecamere e client Il numero di telecamere influenza i requisiti di larghezza di banda per un sistema di videosorveglianza. Se tutte le telecamere sono uguali, il doppio dei numeri delle telecamere raddoppierà i dati generati. Per mantenere la scalabilità di un sistema, deve essere in grado di suddividere grandi topologie in partizioni più piccole gestibili. Strutturando il sistema in un'architettura stratificata e distribuita, è possibile mantenere la scalabilità su un'ampia gamma di quantità. La chiave è distribuire la larghezza di banda in modo da evitare i colli di bottiglia. Altro sarà discusso nella sezione sui colli di bottiglia della larghezza di banda. Numero di client di visualizzazione La discussione di cui sopra si riferisce alla larghezza di banda della telecamera che alimenta il registratore. Questo è solo un lato dell'immagine, dove l'altro lato collega i registratori ai client che guardano dal vivo o riproducono video. Ad esempio, potrebbe esserci un team di sicurezza che monitora costantemente le telecamere 24 ore al giorno, sette giorni alla settimana. Questa larghezza di banda sarebbe uguale a tutti i dati provenienti dalle telecamere. Nel caso della riproduzione, è necessaria ancora più larghezza di banda se utilizzata in aggiunta allo streaming live. Considerando che possono esserci molti client che si connettono a un sistema contemporaneamente, il traffico lato client può essere la preoccupazione principale.