Основные функции камер RV-ZAFT®: Битрейт для IP-камер, DVR и NVR.

Основные функции камер RV-ZAFT®: Битрейт для IP-камер, DVR и NVR.

            Что же такое битрейт (скорость передачи битов)?

    Начнем с «краткой теории» и «почему мне нужно это знать?». Бит предназначен для передачи двоичной цифры, т.е. наименьшей единицы информации в вычислениях или передаче любого цифрового сигнала в телекоммуникациях, в том числе и видеоданных.  В бите может содержаться только два значения: «0» или «1», что соответствует двоичной системе счисления. Таким образом, с помощью нулей и единиц мы можем закодировать любое количество медиаданных. Для создания байта информации требуется 8 бит. Битрейт вычисляется как число бит данных, передаваемых в канале за определенный промежуток времени, обычно измеряемый в количестве «бит в секунду» или сокращённо «бит».

    Постоянная скорость передачи битов (CBR) и переменная скорость передачи (VBR) являются основными типами алгоритмов регулировки скорости передачи битов. Сложность сцены может значительно различаться в течение нескольких часов записанного видео, а скорость передачи, выбранная вами для записи, будет влиять на качество изображения, потребление полосы пропускания и объём хранения на жестком диске. Сложная сцена с движущимися объектами и насыщенным действием, такая как трафик на городской улице, или сцена с множеством изменяемых во времени контрастных цветов, повлияет на качество изображения и потребление полосы пропускания значительно больше, чем менее простая сцена, такая ​​как интерьер комнаты с редким действием или движением. Все сетевые видеорегистраторы и IP-камеры торговой марки RV-ZAFT® и большинство устройств видеонаблюдения других производителей позволяют выбирать либо постоянную, либо переменную скорость передачи битов для записи видео, и именно поэтому вы должны знать, в чём заключается различие этих алгоритмов обработки видеопотока в системах видеонаблюдения.

            Постоянная скорость передачи битов (CBR)

    При кодировании с постоянной скоростью передачи данных фиксированная скорость передачи и ширина полосы пропускания используются во всем кодированном видеофайле. При постоянной скорости передачи данных качество изображения может колебаться в ходе обработки видеопотока, потому что некоторые сцены сложнее визуализировать, чем другие. Для того, чтобы скорость передачи битов оставалась постоянной, видео может быть закодировано с меньшим количеством бит в некоторых сценах или большим количеством бит в других сценах, что приводит к несогласованному и переменному качеству изображения. Поскольку потребление полосы пропускания с постоянными скоростями передачи битов не меняется, размер файла ограничен и более предсказуем, чем с переменными скоростями передачи.

    Чаще всего CBR используется для фиксированного и прогнозируемого ограничения потока данных, чтобы максимально сократить использование сети. Если у вас, например, установлено 10 IP-камер видеонаблюдения, настроенных на 8000K (8 мегабит), то в сети 100 LAN, вы используете 80% доступной полосы пропускания. Регулируя CBR, вы можете уменьшить эту скорость передачи до 5000K, а ваше использование сети составит уже около 50%. Но тогда вы рискуете потерять в качестве картинок при транслировании динамичных сцен, особенно – если в системе видеонаблюдения используются камеры с высоким и очень высоким разрешением.

    Предварительный расчёт архива для хранения и оценка требований к безопасности видеоданных проще с постоянной скоростью передачи битов, поскольку количество записанных видеоданных никогда не изменяется.

        Переменная скорость передачи (VBR)

    При кодировании с переменной скоростью передача видеопотока происходит с изменяемым, в зависимости от сложности сцены, битрейтом внутри неизменной ширины полосы пропускания канала или сети. Изменчивость скорости передачи битов позволяет записывать видео с более низкой битовой скоростью, когда сцена на экране менее сложна и с более высокой скоростью передачи, когда сцена более сложна. Сложные сцены (например, движущийся поток посетителей в супермаркете, спортивные сцены) требуют больше данных и большего битрейта для обеспечения качества изображения. Соответственно, менее сложные сцены, такие как стена или коридор с очень небольшим движением или действием, экономят полосу пропускания сети. С переменными скоростями передачи данных качество видео более высокое и согласованное во всем видеопотоке по сравнению с постоянными скоростями передачи, но размер файла менее предсказуем. Обычно, устройство позволяет вам устанавливать режим VBR с дополнительным параметром максимально допустимой скорости передачи (Bitrate Limit, см. рисунок ниже) для управления ограничением битрейта. Кроме того, IP-камеры RV-ZAFT® имеют возможность настройки качества (параметр Quality, см. рисунок ниже) с помощью индекса от 1 до 9. Чем выше индекс, тем лучше качество картинки, и тем выше потребность в более широкой полосе пропускания. 

Настройка VBR, CBR |  RV-ZAFT

    Качество изображения лучше с переменными скоростями передачи бит, чем с постоянными скоростями передачи, однако предварительное планирование размера видеопамяти сложнее, потому что изменение скорости передачи битов и более сложные сцены потребуют большей пропускной способности и объёма хранения.

            Вот обобщённый взгляд на то, как постоянный и переменный битрейты влияют на наш выбор:

Постоянная скорость передачи бит (CBR)

Переменная скорость передачи бит (VBR)

Характеризуется переменным качеством видеоизображения.

Достигается допустимое или постоянное качество видеоизображения, но обеспечивается, прежде всего, экономия скорости и пропускной способности.

Размер файла видеозаписи предсказуем, потому что скорость передачи битов и пропускная способность сети фиксированы.

Размер файла непредсказуем, так как скорость передачи битов и пропускная способность варьируются в зависимости от сложности и динамики сцены.

Наиболее полная совместимость с большинством систем видеонаблюдения (по сравнению с переменной скоростью передачи), включая и устаревшие системы.

Менее предсказуемая совместимость (по сравнению с постоянной скоростью передачи).

Когда использовать: 1. Если вам нужно ограничить размер файла и предсказать его размер, даже за счёт ухудшения качества видео. 2. Нет необходимости экономить на ширине полосы пропускания в гонке за достижением наилучшего качества видео.

Когда следует использовать: когда постоянное качество изображения имеет решающее значение, а предсказание или ограничение размера файла менее важно.

 

            Вот наши рекомендации для расчёта постоянной скорости передачи бит в Кбит/сек:

Низкая активность сцены

компрессия

Частота кадров

VGA / D1

720P / 1.3MP

1080P / 3МП

H.264

25 ~ 30

768K

2000K

3000K

15 ~ 20

512K

1500K

2000K

8 ~ 10

386K

1000K

1500K

2 ~ 5

256K

768K

1000K

MPEG4

25 ~ 30

1000K

3000K

5000K

15 ~ 20

768K

2000K

4000K

8 ~ 10

512K

1500K

3000K

2 ~ 5

386K

1000K

2000K

 

Обычная активность сцены

компрессия

Частота кадров

VGA / D1

720P / 1.3MP

1080P / 3МП

H.264

25 ~ 30

1000K

3000K

5000K

15 ~ 20

768K

2000K

4000K

8 ~ 10

512K

1500K

3000K

2 ~ 5

386K

1000K

2000K

MPEG4

25 ~ 30

1500K

4000K

6000K

15 ~ 20

1000K

3000K

5000K

8 ~ 10

768K

2000K

4000K

2 ~ 5

512K

1500K

3000K

 

Высокая активность сцены или PTZ-камера в режиме «тур»

компрессия

Частота кадров

VGA / D1

720P / 1.3MP

1080P / 3МП

H.264

25 ~ 30

2000K

4000K

6000K

15 ~ 20

1500K

3000K

5000K

8 ~ 10

1000K

2000K

4000K

2 ~ 5

768K

1500K

3000K

MPEG4

25 ~ 30

3000K

6000K

8000K

15 ~ 20

2000K

4000K

6000K

8 ~ 10

1500K

3000K

4000K

2 ~ 5

1000K

2000K

3000K

    Использование алгоритма видеосжатия H.265 или HEVC предполагает уменьшение необходимой полосы пропускания сети, а значит и битрейта в 2 раза по сравнению с H.264. При этом подразумевается сохранение качества видео. Более высокая производительность нового кодека по сравнению с предшественниками обусловлена несколькими значительными структурными улучшениями. Определяющими из них являются три — изменение максимального размера блока, введение параллельного декодирования и реализация произвольного доступа к изображениям внутри видеопотока. Инженеры от торговой марки RV-ZAFT® рекомендуют, при использовании кодека H.265 (HEVC) уменьшать значения битрейтов, указанные в таблице для H.264, в 1,5 – 2 раза.

    В вычислительной технике 1024K = 1Mb и 2048K = 2Mb, но поскольку большинство устройств CCTV не позволят указывать в настройках точные коэффициенты, мы просто округляем их до ближайших тысяч. Эти цифры важны для ознакомления с управлением сетевой нагрузкой. Например, 1 камера с высоким битрейтом 8000 Кбит/с (или 8 Мбит/с) не приносит проблем в сети 10/100. А вот 10 камер с такой же скоростью передачи данных требуют полосы 80 Мбит/с, что составляет 80% использования в локальной сети 10/100 LAN. Этого достаточно, чтобы увидеть заметное замедление видеозаписи, и могут возникнуть некоторые проблемы, особенно – если локальная сеть используется не только для передачи видео в системе видеонаблюдения предприятия.

    Переключитесь на Gigabit LAN, и это станет 8% -ным использованием сети. Всегда проверяйте возможности сети, в которую вы интегрируете систему видеонаблюдения - это может избавить вас от множества головных болей. При использовании IP-камер всегда используйте гигабитные маршрутизаторы и коммутаторы, везде - где это только возможно. Кроме того, убедитесь, что ваш сетевой видеорегистратор подключен именно к гигабитным входам коммутатора. 

    И, наконец, команда RV-ZAFT® рекомендует «свободное эмпирическое правило» для вычисления и настройки битрейта. Выражается оно в виде формулы:

    [ширина изображения] x [высота изображения] x [частота кадров] x [индекс движения] x 0,07 = [желаемая скорость передачи]

    Ширина и высота изображения представляются в пикселях, а индекс движения - это число между 1 и 4, где 1 – медленное или редкое движение, 2 - движение средней степени, 3 – динамика выше среднего, а 4 – быстрое или массовое движение. Индекс движения условно характеризует количество данных изображения, которое изменяется между соседними кадрами.

    Так, например, если мы возьмем видео с разрешением 1280 × 720 при 24 FPS, при среднем движении (фильм с медленными движениями людей, не так много изменений сцены ...), ожидаемая идеальная скорость передачи битов будет:

    1280 x 720 x 24 x 2 x 0,07 = 3 096 576 бит/с, что приблизительно составит 3000 Кбит/сек или 3 Мб.

     Помните - битовые скорости не являются «универсальными» - разные камеры видеонаблюдения будут давать разные результаты из-за различий в методах кодирования, аппаратных средствах и условиях окружающей среды. При оценке качества картинки в системе видеонаблюдения, следите за артефактами, такими как «ореол» или «размазывание» движущихся объектов. В приведенном чуть выше эмпирическом примере расчёта, значительное повышение динамики сцены при настройке CBR, равным 3 Мб, или ограничении VBR, не более 3 Мб, может привести к характерным искажениям изображения, например:

     1. Непроизвольные деформации, когда движущийся объект заставляет стационарные объекты вокруг него меняться по внешнему виду.

    2. Пикселизация картинки, когда объекты становятся неясными - может проявляться как «мазок» или слегка не в фокусе. В худшем случае, вы начнете видеть блоки похожих цветов вместо самого объекта.

    3. Призрачный объект, когда движущийся объект становится прозрачным, а за ним движется повторяющийся контур этого объекта в том месте, где его нет.

     4. Задержки, «перескоки» движения объекта, «выпадение» серии кадров.