Пропускна здатність є найважливішим елементом мережі Ethernet для систем відеоспостереження. Без ретельного планування завчасно системи відеоспостереження можуть стати вузьким місцем у смузі пропускання. Це не тільки спричиняє втрату відеопакетів, затримку або тремтіння, але й погіршує якість відео або, що ще гірше, перешкоджає запису критичних інцидентів. Пропускна здатність також визначає вимоги до ємності для певного періоду зберігання. Розуміння пропускної здатності відео вимагає глибоких знань у кількох галузях. Ця технічна довідка містить фундаментальні знання про те, що впливає на продуктивність систем відеоспостереження.

І біти, і байти використовують ту саму букву для скорочення. Єдина відмінність полягає в тому, що біти використовують нижній регістр «b», а байти — верхній регістр «B». Ви можете запам’ятати це, нагадавши, що байти «більші» за біти. Ми бачимо, як люди часто плутають це, тому що на перший погляд вони виглядають схожими. Наприклад, 100 КБ/с і 100 КБ/с, остання у 8 разів більша за першу.
Ми рекомендуємо вам використовувати біти при описі пропускної здатності системи відеоспостереження, але майте на увазі, що деякі люди, часто з боку сервера/сховища, використовуватимуть байти. Через це будьте уважні та запитайте підтвердження, якщо виникне якась неясність (наприклад, «Вибачте, ви сказали X бітів або байтів»).

Кілобіт, мегабіт і гігабіти
Для надсилання відео потрібно багато біт (або байтів). На практиці у вас ніколи не буде відеопотоку 500 біт/с або навіть 500 біт/с. Відео, як правило, потребує щонайменше тисячі чи мільйонів бітів. Для агрегованих відеопотоків часто потрібні мільярди біт.
Загальні вирази/префікси для вираження великої пропускної здатності:

• Кілобіт - це тисячі, наприклад, 500 Кбіт/с дорівнює 500,000 XNUMX біт/с. Окремий відеопотік у кілобітах зазвичай має або низьку роздільну здатність, або низький кадр, або високе стиснення (або все вищезазначене).

• Мегабіт - це мільйони, наприклад, 5 Мбіт/с дорівнює 5,000,000 1 2 біт/с. Індивідуальний відеопотік IP-камери, як правило, складається з однозначних мегабіт (наприклад, 4 Мбіт/с, 10 Мбіт/с або 4 Мбіт/с є досить поширеними діапазонами). Більше 20 Мбіт/с для окремого відеопотоку зустрічається рідше, хоча це не неможливо для моделей із надвисокою роздільною здатністю (30K, 100 МП, 200 МП тощо). Однак 300 камер, які транслюються одночасно, можуть регулярно вимагати XNUMX Мбіт/с або XNUMX Мбіт/с тощо.

• Гігабіт - це мільярди, наприклад, 5 Гбіт/с дорівнює 5,000,000,000 XNUMX XNUMX XNUMX біт/с. Для відеоспостереження рідко потрібна пропускна здатність більше гігабіт, якщо у вас немає дуже великомасштабної системи відеоспостереження, яка передає все відео на центральний сайт.

Біт-тарифи

Системи відеоспостереження Пропускна здатність схожа на швидкість автомобіля. Це швидкість у часі. Так само, як ви можете сказати, що ви їхали зі швидкістю 60 миль/год (або 96 км/год), ви можете сказати, що пропускна здатність камери становить 600 Кбіт/с, тобто 600 кілобіт було передано за секунду.

Швидкість передачі даних завжди виражається як дані (біти або байти) за секунду. За хвилину або годину не застосовуються, головним чином тому, що мережеве обладнання оцінюється як те, що пристрій може обробляти за секунду.

Стиснення відео та пропускна здатність

Стиснення відео в системах відеоспостереження — це процес кодування відеофайлу таким чином, щоб він займав менше місця, ніж вихідний файл, і його було легше передавати через мережу/Інтернет. Це тип техніки стиснення, який зменшує розмір форматів відеофайлів шляхом видалення зайвих і нефункціональних даних з оригінального відеофайлу.

Після стиснення відео його вихідний формат змінюється на інший (залежно від використовуваного кодека). Відеопрогравач має підтримувати цей відеоформат або бути інтегрованим із кодеком стиснення для відтворення відеофайлу.

Рух JPEG

Motion JPEG (M-JPEG або MJPEG) – це a формат стиснення відео в якому кожен кадр відео or переплетені поле а цифрове відео послідовність є стиснене окремо як a JPEG зображення.

Спочатку розроблений для мультимедійних програм для ПК, Motion JPEG користується широкою клієнтською підтримкою: більшість основних веб-браузерів і програвачів забезпечують власну підтримку, а для решти доступні плагіни. Програмне забезпечення та пристрої, які використовують стандарт M-JPEG, включають веб-браузери, медіаплеєри, ігрові консолі, цифрові камери, IP-камери, веб-камери, потокові сервери, відеокамери та нелінійні відеоредактори.

H. 264

H.264, який також називають MPEG-4 AVC, є стандартом стиснення, який був представлений у 2003 році та є поширеним стандартом, який використовується в камерах систем відеоспостереження та багатьох комерційних медіа-додатках. На відміну від покадрового підходу MJPEG, H.264 зберігає повний кадр лише з інтервалом, наприклад, раз на секунду, а решту кадрів кодує лише з відмінностями, викликаними рухом у відео. Повні кадри називаються I-кадром (також індексним кадром або внутрішньокадровим), а часткові, що містять лише різницю з попереднім кадром, називаються P-кадром (також передбаченим кадром або міжкадром). P-кадри менші та більші, ніж I-кадри. Існує також B-кадр (двонаправлений кадр), який посилається в обох напрямках на попередні та наступні кадри для змін. Повторюваний шаблон кадрів IPB називається групою зображень (GOP). Інтервал часу для I-кадрів змінюється і може варіюватися від кількох разів на секунду до майже хвилини. Чим більше буде передано I-кадрів, тим більшим буде відеопотік, але це полегшить перезапуск декодування потоку, оскільки це може статися лише в I-кадрі.

H.265

Високоефективне кодування відео (HEVC), також відоме як H.265 і MPEG-H, частина 2, — це стандарт стиснення відео, розроблений у рамках проекту MPEG-H як наступник широко використовуваного Advanced Video Coding (AVC, H .264 або MPEG-4, частина 10). Порівняно з AVC, HEVC пропонує на 25-50% краще стиснення даних за того самого рівня якості відео або значно покращену якість відео за тієї самої швидкості передачі даних. Він підтримує роздільну здатність до 8192 × 4320, включаючи 8K UHD, і, на відміну від основного 8-бітного AVC, профіль Main 10 HEVC з високою точністю включено майже в усе підтримуюче обладнання.

H.264 проти H.265 H.265 є більш просунутим, ніж H.264 через різні причини. Найбільша відмінність тут полягає в тому, що H.265/HEVC дозволяє ще менші розміри файлів ваших потокових відео в прямому ефірі. Це значно знижує необхідну пропускну здатність. Ще однією перевагою H.265 є той факт, що він обробляє дані в одиницях дерева кодування. Хоча розміри макроблоків можуть варіюватися від 4×4 до 16×16, CTU можуть обробляти до 64×64 блоків. Це дозволяє H.265 ефективніше стискати інформацію. Додатково, H.265 також має покращену компенсацію руху та просторове передбачення, ніж H.264. Це дуже корисно для ваших глядачів, оскільки їхні пристрої вимагатимуть меншої пропускної здатності та обчислювальної потужності, щоб розпакувати всю інформацію та переглянути потік.

Постійні та змінні бітрейти (CBR і VBR)

Бітрейт вимірює кількість даних, які передаються за певний період часу. У потоковому онлайн-відео бітрейт вимірюється в кілобітах на секунду або кбіт/с. Бітрейт впливає на якість відео. Потокове передавання з вищим бітрейтом допомагає створювати потоки вищої якості.

Бітрейт також важливий на етапі кодування або перекодування процесу потокової передачі, оскільки це також стосується передачі даних.

Постійний бітрейт

Під час налаштування камери для CBR камеру налаштовано на постійне споживання смуги пропускання. Рівень застосованого стиснення збільшується, оскільки відбувається більше змін. Це може додати до зображення артефакти стиснення та погіршити якість зображення. З CBR якістю зображення буде принесено в жертву досягнення цільової пропускної здатності. Якщо ціль встановлено розумно, це погіршення може бути ледь помітним, і воно дає стабільну основу для розрахунку зберігання та планування мережі. Для IP-камер відеоспостереження, встановлених у локальній мережі (LAN) із низьким рівнем використання мережі або за наявності достатнього місця для зберігання, рекомендується VBR для підтримки найкращої якості зображення, тоді як CBR може допомогти контролювати середовища з обмеженою пропускною здатністю.

Змінний бітрейт

Силу кожного методу стиснення можна регулювати. Загалом, вищий рівень стиснення викликає більше артефактів, тому існують різні стратегії досягнення бажаної поведінки. Коли використовується стиснення VBR, розмір стисненого потоку може змінюватися, щоб підтримувати постійну якість зображення. Таким чином, VBR може бути більш придатним, коли в сцені є рух, який, як правило, не є постійним. Недоліком є ​​те, що пропускна здатність може певною мірою змінюватися залежно від ситуації. Таким чином, сховище може бути використано раніше, ніж планувалося, або можуть виникнути вузькі місця передавання, коли камерам раптово знадобиться більша пропускна здатність. У VBR бітрейт не встановлено. Користувач встановлює певний цільовий бітрейт або рівень якості зображення.

Рівень стиснення VBR може бути встановлений на дуже високий, високий, нормальний, низький і надзвичайно низький у деяких системах запису.

Споживання пропускної здатності камери

Ось кілька поширених чинників споживання пропускної здатності камери:

дозвіл: чим більша роздільна здатність, тим більша пропускна здатність.

Частота кадрів: чим більша частота кадрів, тим більша пропускна здатність

Складність сцени: чим більше активності на сцені (багато машин і людей, що рухаються, а на сцені нікого), тим більша потрібна пропускна здатність.

низької освітленості: у нічний час часто, але не завжди, потрібна більша пропускна здатність через шум від камер.

Дозвіл відео

Кожна камера в системах відеоспостереження має датчик зображення. Доступні пікселі зліва направо забезпечують горизонтальну роздільну здатність, тоді як пікселі зверху вниз забезпечують вертикальну роздільну здатність. Помножте ці два числа на загальну роздільну здатність цього датчика зображення.

Припускаючи 24 біти для значень кольору RGB пікселя:

1920 (Г) x 1080 (В) = 2,073,600 2.0 24 пікселів = 48 МП x XNUMX біти = XNUMX Мбіт/с

4096 (Г) x 2160 (В) = 8,847,360 8.0 24 пікселів = 192 МП x XNUMX біти = XNUMX Мбіт/с

Таким чином, 4096 x 2160 займає більшу пропускну здатність, оскільки містить більше пікселів або, простіше кажучи, більше даних. Але він дає чіткіші та різкіші зображення, коли потрібно ідентифікувати об’єкт, обличчя чи модель автомобіля та його колір чи номерний знак. І навпаки, нижча роздільна здатність створює меншу пропускну здатність, але компромісом є менш чітке та розмите зображення. Нижча роздільна здатність зазвичай дає операторам спостереження ситуаційну обізнаність — бачать, що відбувається, а не деталі.

Роздільна здатність — це не єдине, що визначає чіткість зображення. Оптичні характеристики об’єктива, фокусна відстань (оптичне масштабування), відстань до об’єкта, умови освітлення, забруднення та погода також є критичними факторами.

Частота кадрів

Частота кадрів у системах відеоспостереження вимірюється у кадрах за секунду (FPS), що означає кількість зображень, створених за секунду. Що вища частота кадрів, то плавніше рухається об’єкт у відео. Що нижча частота кадрів, то більш різкими стають рухи, аж до моменту, коли об’єкти перескакують з положення на положення, втрачаючи будь-що між ними. Пропускна здатність збільшується разом із частотою кадрів. Половина частоти кадрів зазвичай не зменшує пропускну здатність вдвічі, оскільки страждає ефективність кодування. Сучасні камери спостереження можуть генерувати до 60 FPS. Однак обмеження ЦП іноді обмежують FPS до нижчого значення, якщо встановлено занадто високу роздільну здатність. Пошук оптимального налаштування FPS для сцени є компромісом між цілями: захопити всю релевантну інформацію, не втрачаючи важливих деталей між кадрами, або міркувати про пропускну здатність. Якщо камера стежить за тихим оглядом, немає необхідності підніматися до 30 FPS. Налаштування від 5 до 15 FPS достатньо. За емпіричним правилом, чим швидше відбувається зміна або очікується швидший рух об’єкта, тим вищий FPS слід встановити. Відрегулюйте FPS після встановлення камер і перевірте, чи прийнятна плавність відео.

Складність сцени

Складність сцени також впливає на пропускну здатність відеокамери. Як правило, чим складніша сцена, тим більша пропускна здатність потрібна для досягнення певної якості зображення. Наприклад, сцени з листям дерев, дротяною огорожею або випадковими текстурами, як-от попкорн, збільшують складність сцени. Інші, як-от звичайна, пофарбована простим кольором стіна або маленька деталь, вважаються простою сценою. Подібним чином рух або рух збільшує складність. Прикладами є люди, що проходять повз, машини, що проїжджають, або листя дерев, які дихає вітерцем.

Кількість камер і клієнтів Кількість камер впливає на вимоги до пропускної здатності системи відеоспостереження. Якщо всі камери однакові, то подвоєна кількість камер подвоїть отримані дані. Щоб підтримувати масштабованість системи, вона повинна бути в змозі розбивати великі топології на керовані менші розділи. Структуруючи систему в багаторівневу та розподілену архітектуру, можна підтримувати масштабованість у великому діапазоні величин. Головне – розподілити пропускну здатність, щоб уникнути вузьких місць. Більше буде обговорено в розділі «Вузькі місця пропускної здатності». Кількість переглядаючих клієнтів Обговорення вище стосується смуги пропускання камери, що подається на записувач. Це лише одна сторона картини, де інша сторона підключає рекордери до клієнтів, які дивляться в прямому ефірі або відтворюють відео. Наприклад, може бути команда безпеки, яка постійно стежить за камерами 24 години на добу, сім днів на тиждень. Ця пропускна здатність дорівнюватиме всім даним, що надходять із камер. У разі відтворення потрібна навіть більша пропускна здатність, якщо використовується на додаток до прямої трансляції. Враховуючи, що до системи може одночасно підключатися багато клієнтів, домінуючою проблемою може бути трафік на стороні клієнта.