Оптимизация пропускной способности сети: экономичные способы максимизации производительности системы видеонаблюдения

Оптимизация пропускной способности сети: экономичные способы максимизации производительности системы видеонаблюдения

Управление пропускной способностью удалённой системы видеонаблюдения набирает свою важность из-за продолжающегося роста и широкомасштабного развертывания именно IP-систем, что приведет к ещё большей потребности в улучшении управления параметрами пропускной способности.

Чтобы сбалансировать растущий спрос на четкое качество изображения в видеонаблюдении и дополнительную пропускную способность сети, которая будет использоваться, был разработан ряд решений, которые помогут клиентам получить наилучшее качество изображения. Эти решения экономят пропускную способность сети за счет использования таких функций, как обрезка, хранение видео на камере, интеллектуальный анализ видео и адаптивный потоковый битрейт. Ниже приведены советы по оптимизации полосы пропускания для IP-системы видеонаблюдения. 

1.  Оптимизация существующей пропускной способности

Основной проблемой управления пропускной способностью сети является сложность распознавания/разграничения постоянно изменяющихся динамических изображений и статических изображений. Таким образом, система не может автоматически регулировать пропускную способность, не полагаясь на определенные технологии. Используя сложные методы, можно избежать перегрузки сетевого трафика и гибко, в автоматическом режиме, настраивать полосу пропускания; а при срабатывании тревоги задать повышенные параметры приоритетности информации и временно повысить нагрузку на сеть нужного видеопотока. 

Конечно, Вы можете сказать, что один из лучших способов попытаться устранить проблемы с перегрузкой сети - это прямое противодействие отсутствию доступной пропускной способности. Например, операторы могут попытаться увеличить доступную пропускную способность с помощью дополнительных выделенных линий, каналов и т.п. К сожалению, это связано с неизбежными затратами. Поэтому оптимизация существующей полосы пропускания рассматривается как путь выбора для большинства, поскольку она может обеспечить эффективное использование существующих инфраструктур и обеспечить расширение емкости при одновременном сохранении одной и той же стоимости предварительно оптимизированной полосы пропускания. Однако для этого возможно требуется покупка нескольких устройств или использование дополнительных сервисов в существующем оборудовании.

Чтобы получить максимальную отдачу от цифровых технологий в системах видеонаблюдения, важно оптимизировать потоковое видео с разных камер только на места назначения в сегментах наблюдения, которые необходимы. Для этого QoS (Quality of Service), используемый во всём сетевом оборудовании, наряду с маршрутизатором управления пропускной способностью и простым процессором управления сетью (SNMP) являются обязательными. Коммутатор SNMP может обеспечить достаточную пропускную способность для определенного количества каналов. При соответствующей настройке QoS битрейт передачи может быть ограничен определенным значением.

Оптимизация сети

2.  Снижение потребления полосы пропускания по настройкам

Как уже упоминалось выше, вариант №1 - это не всегда доступный вариант для увеличения пропускной способности по причине возможной необходимости в новом оборудовании для системы наблюдения. Это конечно приводит к некоторому компромиссу между качеством изображения и пропускной способностью сети. Но вместо этого, давайте ещё подумаем – а вдруг правильные параметры конфигурации могут помочь снизить потребление пропускной способности сети. 

Согласно теории IP-видеонаблюдения, технологии временного сжатия основаны на изменениях сцены в рамках методологии сжатия. Эти технологии также могут вносить изменения в размер сгенерированного сжатого потока данных, который зависит от используемого метода сжатия - если камера видеонаблюдения настроена на использование постоянного битрейта (CBR) или настроена на переменную скорость передачи (VBR). Почти вся аппаратура видеонаблюдения торговой марки RV-ZAFT® позволяет производить в тонких настройках переключение между режимами CBR и VBR. В теории отмечается, что при настройке системы для постоянного степень применяемого сжатия увеличивается по мере увеличения количества действий и динамичности картинки. В результате артефакты сжатия могут быть добавлены к изображению и ухудшить качество изображения. Но с другой стороны, для поддержания стабильного качества изображения при использовании сжатия с переменным битрейтом, размер сжатого потока может меняться, и при большой динамичности картинки его также может не хватить в определённый момент.

Наряду с настройкой CBR / VBR также важно настроить GOP (период следования опорных кадров), которая относится к группе настроек в прошивке камеры. Этот параметр позволяет дополнительно сократить потребление полосы пропускания и хранения видеопотоков до 10 раз, в то время как концепция постоянного битрейта основана на том, что уровень битрейта будет фиксирован независимо от других настроек. Важно отметить, что большой GOP не следует устанавливать для сцен с большим количеством движения или при плохих условиях освещения, поскольку это может повлиять на качество видео. Поэтому увеличение значения GOP и, следовательно, расширение разрыва между кадрами может привести к потере определенного количества кадров под CBR. Однако GOP можно использовать в сочетании с CBR, если приоритетом является качество изображения. При большом периоде следования опорного кадра требуются большие вычислительные ресурсы видеосерверов, видеорегистраторов, камер видеонаблюдения и объем памяти для хранения последовательности кадров для восстановления. Опытному настройщику цифрового видеонаблюдения под силу настроить оптимальный GOP. 

Новая версия технологии кодирования VBR была разработана вендорами, предоставляя пользователям преимущества как кодирования CBR, так и VBR, одновременно минимизируя недостатки. Согласно мнению специалистов высокого класса, эта новая технология кодирования функционирует как VBR с ограничениями - администраторы устанавливают максимальное значение для допустимых битрейтов, а битрейт может меняться в этом диапазоне в соответствии со сценами видеомониторинга. Это упрощает управление сетевыми ресурсами, поскольку скорость передачи закодированного видео не должна превышать установленный предел и, следовательно, пропускную способность сети, необходимую для передачи.

Некоторые новые аппаратные продукты видеонаблюдения имеют функцию контроля GOP, поддерживающую адаптивные настройки GOP, в ответ на определенные события на сайте камеры. Эта функция поможет сохранить потребление памяти и полосы пропускания в обычных ситуациях и автоматически переключиться на более низкое значение GOP для лучшего качества видео, если появится движущийся объект. Возьмем, к примеру, камеру, контролирующую объект с ограниченным доступом. Поскольку в ограниченных зонах обычно не так много людей, перемещаются внутри них, для экономии пропускной способности и объема памяти рекомендуется использовать высокое значение GOP. Однако, если злоумышленник осуществляет несанкционированный доступ на объект, система обнаружения движения немедленно обнаружит его и предпримет необходимые действия в соответствии с настройками IP-камеры, одна из которых - возможность установить более низкое значение GOP, чтобы обеспечить наивысшее качество видео с движущимся нарушителем. Функция адаптивного GOP – это серьёзный шаг для дальнейшего развития торговой марки RV-ZAFT®.

3.  Принятие высокоэффективного кодирования видеосжатия H.265

Объем пропускной способности, потребляемой камерой, во многом зависит не только от ее частоты кадров, разрешения, а также и от алгоритма сжатия. Например, камеры с разрешением 1080p, передающие с кодировкой H.264, будут использовать пропускную способность около 4 мегабит в секунду (Мбит/с). С другой стороны, передача 4K-камеры с использованием той же кодировки будет потреблять 12 Мбит/с. Даже с улучшенной степенью сжатия высокоэффективного видеокодирования (HEVC), также известного как H.265, передача в разрешении 4К по-прежнему довольно сложно реализуется для существующей сетевой среды. 

Кодирование H.265 - это стандарт сжатия видео, предназначенный для повышения эффективности кодирования. В зависимости от требований приложения, HEVC-кодеры могут компрометировать вычислительную сложность, степень сжатия, устойчивость к ошибкам и время задержки кодирования. HEVC может существенно улучшить эффективность кодирования, чтобы уменьшить требования к битрейту вдвое, по сравнению с H.264, при том же качестве изображения. Этот метод кодирования также имеет ключевые преимущества наследования от предыдущих стандартов, включая B-кадры, которые обычно приводят к тому, что в потоках они меньше всего кодируются. Именно поэтому провайдеры SoC объединили эти два элемента и запустили новые механизмы обработки видео, поддерживающие HEVC и кодирующие B-кадры на основе прямого предсказания с использованием методов автоматической привязки для повышения скорости сжатия, не вызывая задержек системы.

Все большее число вендоров работают с улучшенными стандартами сжатия H.264 или HEVC / H.265 и также разрабатывают свои собственные интеллектуальные технологии кодирования видео, такие как технология Zipstream от Axis Communications, технология Smart Coding от Panasonic, технологии Smart Stream II и Smart H. 265 от VIVOTEK. Эти инновационные технологии оптимизированы для видеонаблюдения и повышения эффективности, снижения пропускной способности и требований к хранению видеоданных для многих распространенных случаев использования. Эти технологии помогут пользователям лучше управлять ресурсами пропускной способности сети, снижая требования к хранилищу на 30-80 процентов и заметно снижая общую стоимость эксплуатации системы видеонаблюдения по сравнению с H.264, сохраняя при этом четкие изображения с высоким разрешением.

 4.  Использование преимуществ режущих функций

Возрастающие ожидания производительности технологий и систем безопасности только еще больше подпитывают давление на разработчиков для улучшения управления пропускной способностью. Как характерный пример, возьмите 4K-разрешение. Производители учитывали потребление сети при разработке камер наблюдения 4K, оснащая их интеллектуальными технологиями для улучшения качества и снижения затрат на видеонаблюдение. Например, интеллектуальный анализ видео отслеживает и фокусируется на соответствующих ситуациях и добавляет аналитический смысл и структуру видео, позволяя быстро извлекать правильные данные. Области максимального интереса (ROI) позволяют сосредотачивать максимальное качество на некоторых деталях полного изображения. Эти детали крупным планом передаются в отдельном потоке, поэтому видеоизображение и детали могут просматриваться одновременно. ROI также позволяет автоматически отслеживать людей или объекты, представляющие интерес, в одном кадре. Почти все камеры IP-видеонаблюдения торговой марки RV-ZAFT® оснащены функцией настройки зон ROI.

Пользователи быстро акклиматизируются к новым технологиям видеонаблюдения. Качество HDTV и качество полнокадрового интернет-видео Full HDTV стали нормой. Для получения полной пользы от наблюдения 4K требуется современная платформа для камеры, которая может отвечать супервысоким разрешениям картинки, при одновременно низких показателях производительности аппаратуры видеонаблюдения для обработки 4K изображений. Несмотря на то, что есть только несколько камер безопасности, обеспечивающих истинное разрешение 4K, истинную оптику 4K, истинную динамику 4K и истинную матрицу 4K, предназначенные для передачи полной оптической полосы пропускания, необходимой для создания образцовых изображений 4K, узкое место в высокой пропускной способности каналов видеонаблюдения все еще существует. Но стремление к идеалу продолжается, и, возможно, широкое распространение 4К-видеонаблюдения в системах безопасности – не за горами. Специалисты, обслуживающие торговую RV-ZAFT®, следят за развитием технологий, идут в ногу со временем и будут всячески этому способствовать.