Šírka pásma je najdôležitejším prvkom ethernetovej siete pre video monitorovacie systémy. Bez starostlivého plánovania v predstihu môžu video monitorovacie systémy skončiť s prekážkou šírky pásma. To nielenže spôsobuje stratu paketov videa, oneskorenie alebo chvenie, ale tiež znižuje kvalitu videa alebo ešte horšie, bráni zaznamenávaniu kritických incidentov. Šírka pásma tiež určuje požiadavky na úložnú kapacitu pre dané obdobie uchovávania. Pochopenie šírky pásma videa vyžaduje hĺbkové znalosti niekoľkých oblastí. Táto technická poznámka slúži na poskytnutie základných vedomostí o tom, čo ovplyvňuje výkon video monitorovacích systémov.

Bity aj bajty používajú rovnaké písmeno ako skratku. Jediný rozdiel je v tom, že bity používajú malé písmeno „b“ a bajty používajú veľké písmeno „B“. Môžete si to zapamätať pripomenutím, že bajty sú „väčšie“ ako bity. Vidíme, ako si to ľudia často pletú, pretože na prvý pohľad vyzerajú podobne. Napríklad 100 Kb/s a 100 KB/s, druhá je 8x väčšia ako prvá.
Pri popise šírky pásma video monitorovacieho systému vám odporúčame použiť bity, ale dávajte pozor, že niektorí ľudia, často zo strany servera/úložiska, budú používať bajty. Z tohto dôvodu buďte ostražití a v prípade nejasností požiadajte o potvrdenie (napr. „Prepáčte, povedali ste X bitov alebo bajtov“).

Kilobity, megabity a Gigabitov
Odoslanie videa si vyžaduje veľa bitov (alebo bajtov). V praxi nikdy nebudete mať video stream 500b/s alebo dokonca 500B/s. Video vo všeobecnosti potrebuje aspoň tisíce alebo milióny bitov. Agregované video streamy často potrebujú miliardy bitov.
Bežné výrazy/predpony na vyjadrenie veľkého množstva šírky pásma sú:

• Kilobity sú tisíce, napr. 500 kb/s sa rovná 500,000 XNUMX b/s. Jednotlivý tok videa v kilobitoch má tendenciu byť buď s nízkym rozlíšením, alebo s nízkou snímkou, alebo s vysokou kompresiou (alebo všetky vyššie uvedené).

• Megabity sú milióny, napr. 5 Mb/s sa rovná 5,000,000 1 2 b/s. Video stream z jednotlivých IP kamier má tendenciu byť v jednociferných megabitoch (napr. 4 Mb/s alebo 10 Mb/s alebo 4 Mb/s sú pomerne bežné rozsahy). Viac ako 20 Mb/s pre jednotlivý tok videa je menej bežné, aj keď nie nemožné v modeloch so super vysokým rozlíšením (30K, 100MP, 200MP atď.). Avšak 300 kamier streamovaných súčasne môže bežne vyžadovať XNUMX Mb/s alebo XNUMX Mb/s atď.

• Gigabitov sú miliardy, napr. 5 Gb/s sa rovná 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX b/s. Človek len zriedka potrebuje viac ako gigabitovú šírku pásma pre video dohľad, pokiaľ nemá veľmi rozsiahly video monitorovací systém, ktorý prenáša celé video do centrálneho miesta.

Bitové sadzby

Ivideo monitorovacie systémy Šírka pásma je ako rýchlosť vozidla. Je to miera v čase. Takže rovnako ako by ste mohli povedať, že ste išli rýchlosťou 60 mph (alebo 96 km/h), môžete povedať, že šírka pásma kamery je 600 Kb/s, tj že za sekundu bolo prenesených 600 kilobitov.

Bitové rýchlosti sú vždy vyjadrené ako dáta (bity alebo bajty) za sekundu. Za minútu alebo hodinu nie je možné použiť, predovšetkým preto, že sieťové zariadenie je hodnotené ako to, čo zariadenie dokáže spracovať za sekundu.

Kompresia videa a šírka pásma

Kompresia videa vo video monitorovacích systémoch je proces kódovania video súboru takým spôsobom, že zaberá menej miesta ako pôvodný súbor a je jednoduchšie prenášať cez sieť/internet. Ide o typ kompresnej techniky, ktorá znižuje veľkosť formátov video súborov odstránením nadbytočných a nefunkčných údajov z pôvodného video súboru.

Po skomprimovaní videa sa jeho pôvodný formát zmení na iný formát (v závislosti od použitého kodeku). Prehrávač videa musí podporovať tento formát videa alebo musí byť integrovaný s komprimačným kodekom na prehrávanie video súboru.

Pohyblivý JPEG

Motion JPEG (M-JPEG alebo MJPEG) je a formát kompresie videa v ktorom každý rám videa or prekladané pole a digitálne video postupnosť je stlačený samostatne ako a JPEG obraz.

Motion JPEG, pôvodne vyvinutý pre multimediálne PC aplikácie, má širokú podporu klientov: väčšina hlavných webových prehliadačov a prehrávačov poskytuje natívnu podporu a pre zvyšok sú dostupné zásuvné moduly. Softvér a zariadenia využívajúce štandard M-JPEG zahŕňajú webové prehliadače, prehrávače médií, herné konzoly, digitálne fotoaparáty, IP kamery, webové kamery, streamovacie servery, videokamery a nelineárne video editory.

H. 264

H.264, ktorý sa tiež nazýva MPEG-4 AVC, je kompresný štandard, ktorý bol predstavený v roku 2003 a je prevládajúcim štandardom používaným v kamerových systémoch video monitorovania a mnohých komerčných mediálnych aplikáciách. Na rozdiel od prístupu MJPEG po jednotlivých snímkach, H.264 ukladá celú snímku iba v intervaloch, napríklad raz za sekundu, a zvyšok snímok zakóduje len s rozdielmi spôsobenými pohybom vo videu. Úplné snímky sa nazývajú I-snímky (tiež indexová snímka alebo vnútrosnímková snímka) a čiastočné snímky, ktoré obsahujú iba rozdiel oproti predchádzajúcej snímke, sa nazývajú P-snímky (tiež predpovedaná snímka alebo medzirámcová snímka). P-snímky sú menšie a početnejšie ako I-snímky. Existuje aj B-snímka (obojsmerná snímka), ktorá odkazuje oboma spôsobmi na predchádzajúce a nasledujúce snímky na zmeny. Opakujúci sa vzor IPB rámcov sa nazýva skupina obrázkov (GOP). Časový interval pre I-snímky sa mení a môže sa pohybovať od niekoľkých krát za sekundu až po takmer minútu. Čím viac I-snímok sa prenesie, tým väčší bude video tok, ale uľahčí to opätovné spustenie dekódovania toku, pretože k tomu môže dôjsť len pri I-snímke.

H.265

High-Efficiency Video Coding (HEVC), tiež známy ako H.265 a MPEG-H Part 2, je štandard kompresie videa navrhnutý ako súčasť projektu MPEG-H ako nástupca široko používaného pokročilého kódovania videa (AVC, H .264 alebo MPEG-4 časť 10). V porovnaní s AVC ponúka HEVC o 25 % až 50 % lepšiu kompresiu dát pri rovnakej úrovni kvality videa alebo podstatne lepšiu kvalitu videa pri rovnakej bitovej rýchlosti. Podporuje rozlíšenie až 8192 × 4320, vrátane 8K UHD, a na rozdiel od primárne 8-bitového AVC bol profil HEVC Main 10 s vyššou vernosťou začlenený do takmer všetkého podporného hardvéru.

H.264vsH.265 H.265 je pokročilejší ako H.264 z rôznych dôvodov. Najväčší rozdiel je v tom, že H.265/HEVC umožňuje ešte menšie veľkosti súborov vašich živých video streamov. To výrazne znižuje požadovanú šírku pásma. Ďalšou výhodou H.265 je skutočnosť, že spracováva údaje v jednotkách kódovacieho stromu. Hoci makrobloky môžu mať veľkosť blokov 4×4 až 16×16, CTU sú schopné spracovať až 64×64 blokov. To umožňuje H.265 efektívnejšie komprimovať informácie. Okrem toho, H.265 má tiež vylepšenú kompenzáciu pohybu a priestorovú predikciu ako H.264. To je celkom užitočné pre vašich divákov, pretože ich zariadenia budú vyžadovať menšiu šírku pásma a výkon spracovania na dekomprimovanie všetkých informácií a sledovanie streamu.

Konštantné a premenlivé bitové rýchlosti (CBR a VBR)

Bitová rýchlosť meria množstvo dát, ktoré sa prenesú za určité časové obdobie. Pri online streamovaní videa sa bitová rýchlosť videa meria v kilobitoch za sekundu alebo kbps. Bitová rýchlosť ovplyvňuje kvalitu videa. Streamovanie s vyššou bitovou rýchlosťou vám pomáha vytvárať streamy vyššej kvality.

Bitová rýchlosť je tiež niečo, čo je dôležité vo fáze kódovania alebo transkódovania procesu streamovania, pretože sa tiež zaoberá prenosom údajov.

Konštantná bitová rýchlosť

Pri konfigurácii kamery pre CBR je kamera nastavená na konštantnú spotrebu šírky pásma. Množstvo aplikovanej kompresie sa zvyšuje, keď sa vyskytujú ďalšie zmeny. To môže pridať artefakty kompresie do obrazu a znížiť kvalitu obrazu. S CBR bude kvalita obrazu obetovaná na dosiahnutie cieľovej šírky pásma. Ak je cieľ primerane nastavený, môže byť táto degradácia sotva znateľná a poskytuje stabilný základ pre výpočet úložiska a plánovanie siete. V prípade IP monitorovacích kamier inštalovaných v lokálnej sieti (LAN) s nízkym využitím siete alebo pri veľkom úložnom priestore sa odporúča VBR na udržanie najlepšej kvality obrazu, zatiaľ čo CBR môže pomôcť kontrolovať prostredia s obmedzenou šírkou pásma.

Variabilná bitová rýchlosť

Sila každej metódy kompresie sa dá nastaviť. Vo všeobecnosti vyššia kompresia spôsobuje viac artefaktov, takže existujú rôzne stratégie na dosiahnutie požadovaného správania. Keď sa používa kompresia VBR, veľkosť komprimovaného toku sa môže meniť, aby sa zachovala konzistentná kvalita obrazu. VBR teda môže byť vhodnejšie, keď je v scéne pohyb a ten nemá tendenciu byť konštantný. Nevýhodou je, že šírka pásma sa môže do určitej miery líšiť v závislosti od situácie. Úložisko sa tak môže vyčerpať skôr, ako sa plánovalo, alebo sa môžu objaviť problémy s prenosom, keď kamery náhle vyžadujú väčšiu šírku pásma. Vo VBR nie je stanovený pevný strop na bitovú rýchlosť. Používateľ nastaví určitú cieľovú bitovú rýchlosť alebo úroveň kvality obrazu.

Úroveň kompresie VBR môže byť v niektorých systémoch rekordéra nastavená na extra vysokú, vysokú, normálnu, nízku a mimoriadne nízku.

Spotreba šírky pásma fotoaparátu

Tu je niekoľko bežných faktorov spotreby šírky pásma fotoaparátu:

rezolúcia: Čím väčšie rozlíšenie, tým väčšia šírka pásma.

Snímok za sekundu: Čím vyššia je snímková frekvencia, tým väčšia je šírka pásma

Zložitosť scény: Čím väčšia aktivita v scéne (veľa áut a ľudí sa pohybuje v porovnaní s nikým v scéne), tým väčšia je potrebná šírka pásma.

nízkej hladiny osvetlenia: Noc často, ale nie vždy, vyžaduje väčšiu šírku pásma kvôli hluku z kamier.

rozlíšenie videa

Každá kamera vo video monitorovacích systémoch má obrazový snímač. Dostupné pixely zľava doprava poskytujú horizontálne rozlíšenie, zatiaľ čo pixely zhora nadol poskytujú vertikálne rozlíšenie. Vynásobením týchto dvoch čísel získate celkové rozlíšenie tohto obrazového snímača.

Za predpokladu 24 bitov pre farebné hodnoty RGB pixelu:

1920(V) x 1080(V) = 2,073,600 2.0 24 pixelov = 48 MP x XNUMX bitov = XNUMX Mbit/s

4096(V) x 2160(V) = 8,847,360 8.0 24 pixelov = 192 MP x XNUMX bitov = XNUMX Mbit/s

Preto 4096 x 2160 vyžaduje väčšiu šírku pásma, pretože obsahuje viac pixelov, alebo jednoducho povedané, viac údajov. V prípade potreby však poskytuje jasnejšie a ostrejšie obrázky na identifikáciu objektu, tváre alebo modelu auta a jeho farby alebo poznávacej značky. Naopak, nižšie rozlíšenie generuje menšiu šírku pásma, ale kompromisom je menej jasný a rozmazanejší obraz. Nižšie rozlíšenie zvyčajne poskytuje operátorom dohľadu situačné povedomie – vidia, čo sa deje, a nie detaily.

Rozlíšenie nie je jediná vec, ktorá určuje jasnosť obrazu. Kritickými faktormi sú aj optický výkon objektívu, ohnisková vzdialenosť (optický zoom), vzdialenosť od objektu, svetelné podmienky, nečistoty a počasie.

Snímok za sekundu

Snímková frekvencia vo video monitorovacích systémoch sa meria v snímkach za sekundu (FPS), čo znamená počet obrázkov vytvorených za sekundu. Čím vyššia je snímková frekvencia, tým plynulejšie sa objekt vo videu pohybuje. Čím nižšia je snímková frekvencia, tým trhanejšie pohyby sú až do bodu, kedy objekty preskakujú z pozície do pozície so stratou čohokoľvek medzi tým. Šírka pásma sa zvyšuje so snímkovou frekvenciou. Polovičná snímková frekvencia však zvyčajne nezníži šírku pásma na polovicu, pretože tým trpí účinnosť kódovania. Moderné sledovacie kamery dokážu generovať až 60 FPS. Obmedzenia CPU však niekedy obmedzia FPS na nižšiu hodnotu, keď sú rozlíšenia nastavené príliš vysoko. Nájdenie optimálneho nastavenia FPS pre scénu je kompromisom medzi cieľmi: zachytiť všetky relevantné informácie bez toho, aby sa podstatné detaily stratili medzi snímkami a úvahami o šírke pásma. Ak kamera sleduje tichý prehľad, nie je potrebné ísť až na 30 FPS. Postačí nastavenie 5 až 15 FPS. Spravidla platí, že čím rýchlejšia zmena nastane alebo čím rýchlejší pohyb objektu sa očakáva, tým vyššie FPS by sa malo nastaviť. Po nainštalovaní kamier upravte FPS a sledujte, či je plynulosť videa prijateľná alebo nie.

Zložitosť scény

Zložitosť scény ovplyvňuje aj šírku pásma, ktorú generuje videokamera. Vo všeobecnosti platí, že čím je scéna zložitejšia, tým väčšia šírka pásma bude potrebná na dosiahnutie určitej kvality obrazu. Napríklad scény, ktoré majú listy stromov, drôtené oplotenie alebo náhodné textúry, ako sú popcornové stropy, zvyšujú zložitosť scény. Iné, ako bežná stena vymaľovaná obyčajnou farbou alebo malý detail, sa považujú za jednoduchú scénu. Podobne pohyb alebo pohyb zvyšuje zložitosť. Ľudia, ktorí idú okolo, autá idúce naprieč alebo listy stromov vo vánku sú príklady.

Počet kamier a klientov Počet kamier ovplyvňuje požiadavky na šírku pásma pre video monitorovacie systémy. Ak sú všetky kamery rovnaké, potom dvojnásobný počet kamier zdvojnásobí generované údaje. Aby sa zachovala škálovateľnosť systému, musí byť schopný rozdeliť veľké topológie na spravovateľné menšie oddiely. Štruktúrovaním systému vo vrstvenej a distribuovanej architektúre je možné zachovať škálovateľnosť vo veľkom rozsahu veličín. Kľúčom je distribúcia šírky pásma, aby sa predišlo prekážkam. Viac sa bude diskutovať v sekcii Úzke miesta šírky pásma. Počet prezerajúcich klientov Vyššie uvedená diskusia sa týka napájania šírky pásma kamery do rekordéra. Toto je len jedna strana obrazu, kde druhá strana spája rekordéry s klientmi sledujúcimi živé alebo prehrávané video. Napríklad môže existovať bezpečnostný tím, ktorý neustále monitoruje kamery 24 hodín denne, sedem dní v týždni. Táto šírka pásma by sa rovnala všetkým údajom prichádzajúcim z kamier. V prípade prehrávania je potrebná ešte väčšia šírka pásma, ak sa používa navyše k živému vysielaniu. Vzhľadom na to, že k systému sa môže súčasne pripájať veľa klientov, prevádzka na strane klienta môže byť dominantným problémom.