Bandbreedte is het meest cruciale element van ethernetnetwerken voor videobewakingssystemen. Zonder zorgvuldige planning van tevoren kunnen de videobewakingssystemen een knelpunt in de bandbreedte krijgen. Dit veroorzaakt niet alleen videopakketverlies, vertraging of jitter, maar verslechtert ook de videokwaliteit, of erger nog, verhindert de opname van kritieke incidenten. Bandbreedte bepaalt ook de behoefte aan opslagcapaciteit voor een bepaalde bewaartermijn. Het begrijpen van videobandbreedte vereist een grondige kennis van verschillende gebieden. Deze technote is geïnterneerd om fundamentele kennis te verschaffen over wat de prestaties van videobewakingssystemen beïnvloedt.

Bits en bytes gebruiken beide dezelfde letter voor steno-referentie. Het enige verschil is dat bits een kleine letter 'b' gebruiken en bytes een hoofdletter 'B'. U kunt dit onthouden door te onthouden dat bytes 'groter' zijn dan bits. We zien dat mensen dit vaak verwarren omdat ze in één oogopslag op elkaar lijken. Bijvoorbeeld 100Kb/s en 100KB/s, de laatste is 8x groter dan de eerste.
We raden u aan bits te gebruiken bij het beschrijven van de bandbreedte van het videobewakingssysteem, maar pas op dat sommige mensen, vaak van de server-/opslagkant, bytes zullen gebruiken. Wees daarom alert en vraag om bevestiging als er enige onduidelijkheid is (bijv. "Sorry, zei u X bits of bytes").

Kilobits, Megabits en gigabit
Er zijn veel bits (of bytes) nodig om een ​​video te verzenden. In de praktijk zul je nooit een videostream van 500b/s of zelfs maar 500B/s hebben. Video heeft over het algemeen minstens duizenden of miljoenen bits nodig. Geaggregeerde videostreams hebben vaak miljarden bits nodig.
De algemene uitdrukking/voorvoegsels voor het uitdrukken van een grote hoeveelheid bandbreedte zijn:

• Kilobits is duizenden, bijvoorbeeld 500Kb/s is gelijk aan 500,000b/s. Een individuele videostream in kilobits heeft meestal een lage resolutie, een laag frame of een hoge compressie (of al het bovenstaande).

• Megabits is miljoenen, bijvoorbeeld 5Mb/s is gelijk aan 5,000,000b/s. Een videostream van een individuele IP-camera heeft de neiging om in megabits van één cijfer te zijn (bijv. 1Mb/s of 2Mb/s of 4Mb/s zijn vrij gebruikelijke bereiken). Meer dan 10Mb/s voor een individuele videostream is minder gebruikelijk, maar niet onmogelijk bij modellen met superhoge resolutie (4K, 20MP, 30MP, enz.). Echter, 100 camera's die tegelijkertijd worden gestreamd, kunnen routinematig 200 Mb/s of 300 Mb/s, enz. vereisen.

• Gigabits is miljarden, bijvoorbeeld 5Gb/s is gelijk aan 5,000,000,000b/s. Je hebt zelden meer dan een gigabit aan bandbreedte nodig voor videobewaking, tenzij je een zeer grootschalig videobewakingssysteem hebt dat alle video naar een centrale locatie stuurt.

Bitsnelheden

Ivideobewakingssystemen Bandbreedte is als voertuigsnelheid. Het is een tarief in de tijd. Dus net zoals je zou kunnen zeggen dat je 60 mph (of 96 km/u) reed, zou je kunnen zeggen dat de bandbreedte van een camera 600 Kb/s is, dat wil zeggen dat er 600 kilobits in een seconde werden verzonden.

Bitsnelheden worden altijd uitgedrukt als gegevens (bits of bytes) over een seconde. Per minuut of uur zijn niet van toepassing, voornamelijk omdat netwerkapparatuur wordt beoordeeld als wat het apparaat per seconde aankan.

Videocompressie en bandbreedte

Videocompressie in videobewakingssystemen is het proces waarbij een videobestand zodanig wordt gecodeerd dat het minder ruimte in beslag neemt dan het originele bestand en gemakkelijker via het netwerk/internet kan worden verzonden. Het is een soort compressietechniek die de grootte van videobestandsindelingen verkleint door overbodige en niet-functionele gegevens uit het originele videobestand te verwijderen.

Nadat een video is gecomprimeerd, wordt het oorspronkelijke formaat gewijzigd in een ander formaat (afhankelijk van de gebruikte codec). De videospeler moet dat videoformaat ondersteunen of geïntegreerd zijn met de comprimerende codec om het videobestand af te spelen.

Motion JPEG

Motion JPEG (M-JPEG of MJPEG) is een Video compressie formaat waarin elk videoframe or doorweven veld van a digital video volgorde is gecomprimeerde afzonderlijk als een JPEG beeld.

Oorspronkelijk ontwikkeld voor multimedia pc-toepassingen, geniet Motion JPEG brede clientondersteuning: de meeste grote webbrowsers en spelers bieden native ondersteuning, en plug-ins zijn beschikbaar voor de rest. Software en apparaten die de M-JPEG-standaard gebruiken, zijn onder meer webbrowsers, mediaspelers, gameconsoles, digitale camera's, IP-camera's, webcams, streamingservers, videocamera's en niet-lineaire video-editors

H.264

H.264, ook wel MPEG-4 AVC genoemd, is een compressiestandaard die in 2003 werd geïntroduceerd en de gangbare standaard is die wordt gebruikt in videobewakingssysteemcamera's en veel commerciële mediatoepassingen. In tegenstelling tot de frame-voor-frame-benadering van MJPEG, slaat H.264 het volledige frame alleen op met intervallen van bijvoorbeeld één keer per seconde en codeert de rest van de frames alleen met de verschillen die worden veroorzaakt door beweging in de video. Volledige frames worden I-frame genoemd (ook indexframe of intraframe) en de gedeeltelijke frames die alleen het verschil met het vorige frame bevatten, worden P-frame genoemd (ook voorspeld frame of interframe). P-frames zijn kleiner en talrijker dan I-frames. Er is ook een B-frame (bidirectioneel frame), dat voor wijzigingen in beide richtingen verwijst naar vorige en volgende frames. Het terugkerende patroon van IPB-frames wordt een groep afbeeldingen (GOP) genoemd. Het tijdsinterval voor I-frames varieert en kan variëren van meerdere keren per seconde tot bijna een minuut. Hoe meer I-frames worden verzonden, hoe groter de videostream zal zijn, maar het maakt het herstarten van het decoderen van een stream gemakkelijker, aangezien dit alleen kan gebeuren bij een I-frame.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), ook bekend als H.265 en MPEG-H Part 2, is een videocompressiestandaard die is ontworpen als onderdeel van het MPEG-H-project als opvolger van de veelgebruikte Advanced Video Coding (AVC, H .264 of MPEG-4 deel 10). In vergelijking met AVC biedt HEVC 25% tot 50% betere datacompressie bij hetzelfde videokwaliteitsniveau of aanzienlijk verbeterde videokwaliteit bij dezelfde bitsnelheid. Het ondersteunt resoluties tot 8192 × 4320, inclusief 8K UHD, en in tegenstelling tot de voornamelijk 8-bit AVC, is HEVC's hogere betrouwbaarheid Main 10-profiel opgenomen in bijna alle ondersteunende hardware.

H.264vsH.265 H.265 is om verschillende redenen geavanceerder dan H.264. Het grootste verschil hier is dat H.265/HEVC zelfs kleinere bestandsgroottes van uw live videostreams mogelijk maakt. Dit verlaagt de benodigde bandbreedte aanzienlijk. Dan is een ander voordeel van H.265 het feit dat het gegevens verwerkt in coderingsboomeenheden. Hoewel macroblokken overal van 4 × 4 tot 16 × 16 blokgroottes kunnen gaan, kunnen CTU's tot 64 × 64 blokken verwerken. Hierdoor kan H.265 informatie efficiënter comprimeren. Daarnaast, heeft H.265 ook een verbeterde bewegingscompensatie en ruimtelijke voorspelling dan H.264. Dat is erg handig voor uw kijkers, omdat hun apparaten minder bandbreedte en verwerkingskracht nodig hebben om alle informatie te decomprimeren en een stream te bekijken.

Constante en variabele bitsnelheden (CBR en VBR)

Bitrate meet de hoeveelheid gegevens die over een bepaalde periode wordt overgedragen. Bij online videostreaming wordt de videobitsnelheid gemeten in kilobits per seconde of kbps. Bitrate beïnvloedt de kwaliteit van een video. Streamen met een hogere bitsnelheid helpt je streams van hogere kwaliteit te produceren.

Bitrate is ook iets dat belangrijk is in de coderings- of transcoderingsfase van het streamingproces, aangezien ook dit betrekking heeft op de overdracht van gegevens.

Constante bitrate

Bij het configureren van een camera voor CBR is de camera ingesteld op een constant bandbreedteverbruik. De toegepaste hoeveelheid compressie neemt toe naarmate er meer veranderingen plaatsvinden. Dit kan compressieartefacten aan het beeld toevoegen en de beeldkwaliteit verminderen. Met CBR wordt de beeldkwaliteit opgeofferd om aan de bandbreedtedoelstelling te voldoen. Als het doel redelijk is vastgesteld, is deze degradatie mogelijk nauwelijks merkbaar en biedt het een stabiele basis voor het berekenen van opslag en het plannen van het netwerk. Voor IP-bewakingscamera's die zijn geïnstalleerd in een lokaal netwerk (LAN) met een laag netwerkgebruik of wanneer er veel opslagruimte is, wordt VBR aanbevolen om de beste beeldkwaliteit te behouden, terwijl CBR kan helpen bij het beheersen van omgevingen met beperkte bandbreedte.

Variabele bitrate

De sterkte van elke compressiemethode kan worden aangepast. Over het algemeen veroorzaakt hogere compressie meer artefacten, dus er zijn verschillende strategieën om het gewenste gedrag te bereiken. Wanneer VBR-compressie wordt gebruikt, mag de grootte van de gecomprimeerde stream variëren om een ​​consistente beeldkwaliteit te behouden. VBR kan dus geschikter zijn wanneer er beweging in de scène is en deze niet constant is. Het nadeel is dat de bandbreedte tot op zekere hoogte kan variëren, afhankelijk van de situatie. Het kan dus voorkomen dat de opslagruimte eerder opgebruikt is dan gepland of er kunnen transmissieknelpunten optreden wanneer camera's plotseling meer bandbreedte nodig hebben. In VBR wordt er geen vaste limiet op de bitsnelheid geplaatst. De gebruiker stelt een bepaalde doelbitsnelheid of beeldkwaliteit in.

Bij sommige recordersystemen kan het VBR-compressieniveau worden ingesteld op Extra High, High, Normal, Low en Extra Low.

Verbruik camerabandbreedte

Hier volgen enkele veelvoorkomende oorzaken van het bandbreedteverbruik van camera's:

Resolutie: Hoe groter de resolutie, hoe groter de bandbreedte.

Frame Rate: Hoe groter de framesnelheid, hoe groter de bandbreedte

Scène-complexiteit: Hoe meer activiteit in de scène (veel auto's en bewegende mensen versus niemand in de scène), hoe groter de benodigde bandbreedte.

weinig licht: 's Nachts is vaak, maar niet altijd, meer bandbreedte nodig vanwege ruis van camera's.

Video resolutie

Elke camera in videobewakingssystemen heeft een beeldsensor. De beschikbare pixels van links naar rechts zorgen voor de horizontale resolutie, terwijl de pixels van boven naar beneden voor de verticale resolutie zorgen. Vermenigvuldig de twee getallen voor de totale resolutie van deze beeldsensor.

Uitgaande van 24 bits voor de RGB-kleurwaarden van een pixel:

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

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

Daarom neemt 4096 x 2160 meer bandbreedte in beslag omdat het meer pixels bevat, of simpelweg meer gegevens. Maar het geeft duidelijkere, scherpere foto's wanneer dat nodig is om een ​​onderwerp, een gezicht of een automodel en zijn kleur of nummerplaat te identificeren. Omgekeerd genereert een lagere resolutie minder bandbreedte, maar de wisselwerking is een minder helder, waziger beeld. Een lagere resolutie geeft bewakingsoperators meestal situationeel bewustzijn: ze zien wat er aan de hand is in plaats van details.

Resolutie is niet het enige dat de helderheid van een afbeelding bepaalt. De optische prestaties van de lens, brandpuntsafstand (optische zoom), afstand tot het object, lichtomstandigheden, vuil en weer zijn ook kritische factoren.

Frame Rate

Framesnelheid in videobewakingssystemen wordt gemeten in frames per seconde (FPS), wat betekent dat het aantal foto's dat in een seconde wordt gemaakt. Hoe hoger de framesnelheid, hoe vloeiender het onderwerp in de video beweegt. Hoe lager de framesnelheid, hoe schokkeriger bewegingen worden tot het punt waarop onderwerpen van positie naar positie springen met verlies van alles daartussenin. De bandbreedte neemt toe met de framesnelheid. De helft van de framesnelheid vermindert de bandbreedte echter meestal niet helemaal met de helft, omdat de coderingsefficiëntie eronder lijdt. Moderne bewakingscamera's kunnen tot 60 FPS genereren. CPU-beperkingen beperken de FPS soms echter tot een lagere waarde wanneer de resoluties te hoog zijn ingesteld. Het vinden van de optimale FPS-instelling voor een scène is een compromis tussen doelstellingen: alle relevante informatie vastleggen zonder dat essentiële details verloren gaan tussen frames versus bandbreedteoverwegingen. Als een camera een rustig overzicht bewaakt, hoeft u niet naar 30 FPS te gaan. Een instelling van 5 tot 15 FPS is voldoende. Als vuistregel geldt: hoe sneller de verandering plaatsvindt of hoe sneller de beweging van het onderwerp wordt verwacht, hoe hoger de FPS moet worden ingesteld. Pas de FPS aan nadat camera's zijn geïnstalleerd en controleer of de vloeiendheid van de video acceptabel is of niet.

Scène-complexiteit

De complexiteit van een scène heeft ook invloed op de bandbreedte die een videocamera genereert. Over het algemeen geldt dat hoe complexer de scène is, hoe meer bandbreedte er nodig is om een ​​bepaalde beeldkwaliteit te bereiken. Scènes met bijvoorbeeld boombladeren, prikkeldraad of willekeurige texturen zoals popcornplafonds verhogen de complexiteit van de scène. Anderen, zoals een normale, effen geverfde muur of een klein detail, worden als een eenvoudige scène beschouwd. Evenzo verhoogt beweging of beweging de complexiteit. Mensen die voorbij lopen, auto's die overrijden of bladeren van bomen in een briesje zijn voorbeelden.

Aantal camera's en clients Het aantal camera's beïnvloedt de bandbreedtevereisten voor een videobewakingssysteem. Als alle camera's hetzelfde zijn, verdubbelen tweemaal de cameranummers de gegenereerde gegevens. Om de schaalbaarheid van een systeem te behouden, moet het in staat zijn om grote topologieën op te splitsen in beheersbare kleinere partities. Door het systeem te structureren in een gelaagde en gedistribueerde architectuur, is het mogelijk om schaalbaarheid te behouden over een groot aantal hoeveelheden. De sleutel is om bandbreedte te verdelen zodat knelpunten worden vermeden. Meer zal worden besproken in de sectie Bandbreedteknelpunten. Aantal bezichtigingen De discussie hierboven heeft betrekking op camerabandbreedte die wordt ingevoerd in de recorder. Dit is slechts één kant van het beeld, waar de andere kant de recorders verbindt met de klanten die live kijken of video afspelen. Er kan bijvoorbeeld een beveiligingsteam zijn dat 24 uur per dag, zeven dagen per week constant toezicht houdt op de camera's. Deze bandbreedte zou gelijk zijn aan alle gegevens die van de camera's komen. In het geval van afspelen is nog meer bandbreedte vereist als het naast livestreaming wordt gebruikt. Aangezien er veel clients tegelijkertijd verbinding kunnen maken met een systeem, kan het verkeer aan de clientzijde de belangrijkste zorg zijn.