Основні функції камер RV-ZAFT®: Бітрейт для IP-камер, DVR и NVR

Що таке бітрейт (швидкість передачі бітів)?

    Почнемо з «короткої теорії» та «чому мені потрібно це знати?». Біт призначений передачі двійкової цифри, тобто. найменшої одиниці інформації у обчисленнях чи передачі будь-якого цифрового сигналу в телекомунікаціях, у тому числі й відеоданих. У біті може міститися лише два значення: "0" або "1", що відповідає двійковій системі числення. Таким чином, за допомогою нулів та одиниць ми можемо закодувати будь-яку кількість медіаданих. Для створення байта інформації потрібно 8 біт. Бітрейт обчислюється як число біт даних, що передаються в каналі за певний проміжок часу, який зазвичай вимірюється в кількості «біт за секунду» або скорочено «біт».

    Постійна швидкість передачі бітів (CBR) та змінна швидкість передачі (VBR) є основними типами алгоритмів регулювання швидкості передачі бітів. Складність сцени може значно відрізнятися протягом декількох годин записаного відео, а швидкість передачі, вибрана вами для запису, впливатиме на якість зображення, споживання смуги пропускання та обсяг зберігання на жорсткому диску. Складна сцена з рухомими об'єктами і насиченою дією, така як трафік на міській вулиці, або сцена з безліччю контрастних кольорів, що змінюються в часі, вплине на якість зображення і споживання смуги пропускання значно більше, ніж менш проста сцена, така як інтер'єр кімнати з рідкісним дією чи рухом. Всі відеореєстратори та IP-камери торгової марки RV-ZAFT® і більшість пристроїв відеоспостереження інших виробників дозволяють вибирати або постійну, або змінну швидкість передачі бітів для запису відео, і саме тому ви повинні знати, в чому полягає відмінність цих алгоритмів обробки відеопотоку в системах відеоспостереження.

            Постійна швидкість передачі бітів (CBR)

    При кодуванні з постійною швидкістю передачі даних фіксована швидкість передачі та ширина смуги пропускання використовуються у всьому кодованому відеофайлі. При постійній швидкості передачі даних якість зображення може коливатися під час обробки відеопотоку, оскільки деякі сцени складніше візуалізувати, ніж інші. Для того, щоб швидкість передачі бітів залишалася постійною, відео може бути закодовано з меншою кількістю біт в деяких сценах або більшою кількістю біт в інших сценах, що призводить до неузгодженої та змінної якості зображення. Оскільки споживання смуги пропускання з постійними швидкостями передачі бітів не змінюється, розмір файлу обмежений і передбачуваний, ніж зі змінними швидкостями передачі.

    Найчастіше CBR використовується для фіксованого та прогнозованого обмеження потоку даних, щоб максимально скоротити використання мережі. Якщо у вас, наприклад, встановлено 10 IP-камер відеоспостереження, налаштованих на 8000K (8 мегабіт), то в мережі 100 LAN ви використовуєте 80% доступної смуги пропускання. Регулюючи CBR, ви можете зменшити цю швидкість передачі до 5000K, а використання мережі складе вже близько 50%. Але тоді ви ризикуєте втратити як картинки при транслюванні динамічних сцен, особливо якщо в системі відеоспостереження використовуються камери з високою і дуже високою роздільною здатністю.

    Попередній розрахунок архіву для зберігання та оцінка вимог до безпеки відео простіше з постійною швидкістю передачі бітів, оскільки кількість записаних відео ніколи не змінюється.

        Змінна швидкість передачі (VBR)

    При кодуванні зі змінною швидкістю передача відеопотоку відбувається зі змінним, залежно від складності сцени, бітрейтом усередині постійної ширини лінії пропускання каналу або мережі. Мінливість швидкості передачі бітів дозволяє записувати відео з нижчою бітовою швидкістю, коли сцена на екрані менш складна і з вищою швидкістю передачі, коли сцена складніша. Складні сцени (наприклад, потік відвідувачів, що рухається в супермаркеті, спортивні сцени) вимагають більше даних і більшого бітрейту для забезпечення якості зображення. Відповідно менш складні сцени, такі як стіна або коридор з дуже невеликим рухом або дією, економлять смугу пропускання мережі. Зі змінними швидкостями передачі якість відео більш висока і узгоджене у всьому відеопотоці порівняно з постійними швидкостями передачі, але розмір файлу менш передбачуваний. Зазвичай пристрій дозволяє вам встановлювати режим VBR з додатковим параметром максимально допустимої швидкості передачі (Bitrate Limit, див. малюнок нижче) для керування обмеженням бітрейту. Крім того, IP-камери RV-ZAFT® мають можливість налаштування якості (параметр Quality, див. малюнок нижче) за допомогою індексу від 1 до 9. Чим вище індекс, тим краща якість картинки, і тим вища потреба у ширшій смузі пропускання. 

    Якість зображення краще зі змінними швидкостями передачі біт, ніж з постійними швидкостями передачі, проте попереднє планування розміру відеопам'яті складніше, тому що зміна швидкості передачі бітів і складніші сцени вимагатимуть більшої пропускної здатності та обсягу зберігання.

            Ось узагальнений погляд на те, як постійний та змінний бітрейти впливають на наш вибір:

            Ось наші рекомендації для розрахунку постійної швидкості передачі біт у Кбіт/сек:

    Використання алгоритму відеостиснення H.265 чи HEVC передбачає зменшення необхідної смуги пропускання мережі, отже, і бітрейту вдвічі проти H.264. При цьому передбачається збереження якості відео. Вища продуктивність нового кодека проти попередниками обумовлена ​​кількома значними структурними поліпшеннями. Визначальними є три — зміна максимального розміру блоку, введення паралельного декодування і реалізація довільного доступу до зображень всередині відеопотоку. Інженери від торгової марки RV-ZAFT® рекомендують при використанні кодека H.265 (HEVC) зменшувати значення бітрейтів, зазначені в таблиці для H.264, в 1,5 – 2 рази.

    У обчислювальній техніці 1024K = 1Mb та 2048K = 2Mb, але оскільки більшість пристроїв CCTV не дозволять вказувати в налаштуваннях точні коефіцієнти, ми просто округляємо їх до найближчих тисяч. Ці цифри є важливими для ознайомлення з керуванням мережним навантаженням. Наприклад, 1 камера з високим бітрейтом 8000 Кбіт/с (або 8 Мбіт/с) не дає проблем у мережі 10/100. А ось 10 камер з такою самою швидкістю передачі даних вимагають смуги 80 Мбіт/с, що становить 80% використання в локальній мережі 10/100 LAN. Цього достатньо, щоб побачити помітне уповільнення відеозапису, і можуть виникнути деякі проблеми, особливо якщо локальна мережа використовується не тільки для передачі відео в системі відеоспостереження підприємства.

    Перейдіть на Gigabit LAN, і це стане 8%-ним використанням мережі. Завжди перевіряйте можливості мережі, в яку ви інтегруєте систему відеоспостереження - це може позбавити вас безлічі головних болів. При використанні IP-камер завжди використовуйте гігабітні маршрутизатори та комутатори, скрізь - де це можливо. Крім того, переконайтеся, що ваш мережевий відеореєстратор підключений саме до гігабітних входів комутатора. 

    І, нарешті, команда RV-ZAFT® рекомендує «вільне емпіричне правило» для обчислення та налаштування бітрейту. Виражається воно у вигляді формули:

    [ширина зображення] x [висота зображення] x [частота кадрів] x [індекс руху] x 0,07 = [бажана швидкість передачі]

    Ширина і висота зображення подаються в пікселях, а індекс руху - це число між 1 і 4, де 1 - повільний або рідкісний рух, 2 - рух середнього ступеня, 3 - динаміка вище середнього, а 4 - швидкий або масовий рух. Індекс руху умовно характеризує кількість даних зображення, що змінюється між сусідніми кадрами.

    Так, наприклад, якщо ми візьмемо відео з роздільною здатністю 1280 × 720 при 24 FPS, при середньому русі (фільм з повільними рухами людей, не так багато змін сцени…), очікувана ідеальна швидкість передачі бітів буде:

    1280 x 720 x 24 x 2 x 0,07 = 3096576 біт/с, що приблизно складе 3000 Кбіт/сек або 3 Мб.

     Пам'ятайте – бітові швидкості не є «універсальними» – різні камери відеоспостереження будуть давати різні результати через відмінності в методах кодування, апаратних засобах та умовах довкілля. Оцінюючи якість зображення в системі відеоспостереження, слідкуйте за артефактами, такими як «ореол» або «розмазування» об'єктів, що рухаються. У наведеному трохи вище емпіричному прикладі розрахунку, значне підвищення динаміки сцени при налаштуванні CBR, що дорівнює 3 Мб, або обмеження VBR, не більше 3 Мб, може призвести до характерних спотворень зображення, наприклад:

     1. Мимовільні деформації, коли об'єкт, що рухається, змушує стаціонарні об'єкти навколо нього змінюватися на вигляд.

    2. Пікселізація картинки, коли об'єкти стають неясними – може виявлятися як «мазок» або трохи не у фокусі. У гіршому випадку, ви почнете бачити блоки схожих кольорів замість об'єкта.

    3. Примарний об'єкт, коли об'єкт, що рухається, стає прозорим, а за ним рухається повторюваний контур цього об'єкта в тому місці, де його немає.

     4. Затримки, "перескоки" руху об'єкта, "випадання" серії кадрів.