При построении сети для систем IP-видеонаблюдения одним из важных показателей сети является величина максимального потока, создаваемого всеми видеокамерами системы.
Величина потока каждой камеры зависит от ее разрешающей способности, от используемых кодеков сжатия, выбранной частоты кадров, интенсивности движения в поле зрения камеры. Данные параметры зависят от назначения системы видеонаблюдения, в соответствии с которым производится выбор камер.
Для лучшего понимания рассмотрим чуть подробнее кодеки сжатия.
Кодеки сжатия
Кодеки можно поделить на два типа:
- Покадровые — выполняющие сжатие каждого кадра (MJPEG, JPEG2000) ;
- Межкадровые — выполняющие сжатие последовательности изображений - кадров (H.264, MPEG4, Motion Wavelet, MxPEG)
В IP камерах в настоящий момент преимущественно используются два типа кодека H.264 и MJPEG.
MJPEG - это формат покадрового типа для цифровой фотосъемки, где каждый кадр сжимается индивидуально (внутрикадровое сжатие) и обеспечивает хорошее качество изображения. Для формата сжатия MJPEG не требуется высокой производительности процессора, поэтому он с успехом используется для видеонаблюдения. Но такой формат имеет значимый минус - поток с камеры будет существенным, использование такого формата для записи может привести к значительной нагрузке на сеть, а также глубина архива от IP камер будет не большой и для его расширения придется использовать огромные дисковые хранилища. Тем не менее, использование кодека MJPEG актуально в тех случаях, где есть необходимость на рабочих станциях просматривать полные кадры без сжатия в лучшем качестве. К примеру, это могут быть такие объекты как общественных места, метрополитен, торговые комплексы и места с массовым скоплением людей. В общем, там, где стоит задача просматривать видео в лучшем качестве и высокой детализации объектов.
Недостатками покадровых кодеков являются более низкий коэффициент сжатия по сравнению с кодеками, выполняющими сжатие последовательности изображений и блочная структура данных у MJPEG (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей)
В кодеке H.264 (межкадрового типа) в кадре выделяются только движущиеся объекты, и информация о них и кодируется. Полное изображение передается только через заданные промежутки в качестве опорного кадра. H.264 позволяет формировать высококачественный видеосигнал со значительно меньшим цифровым потоком, чем MJPEG, но при этом требования к производительности процессора весьма высоки. Из-за ресурсоемкого процесса обработки кодека H.264 на отображение, его рекомендуется использовать для записи архива. При этом нагрузка на процессор минимальна, а глубина архива может быть увеличена в разы. Тем не менее для отображения данный кодек можно применять на объектах где не стоит задачи по слежению и нет необходимости рассматривать детальную картинку от камер. Из-за низкого цифрового потока с IP камер кодек H.264 не нагружает сеть между рабочими станциями мониторинга и сервером, что тоже немаловажно для объектов с существенным количеством камер.
Недостаток заключается в том, что за счет использования предсказательной логики, собственно и позволяющей так уменьшить средний размер кадра, не все кадры могут быть пригодными, например, для идентификации
СОВЕТ:
Каждый тип сжатия и каждый кодек служит своим целям. Выбирая камеру нужно определиться с теми задачами, которые камера будет обеспечивать. Исходя из тактики охраны, формируются требования на передачу данных. При этом не все камеры способны передавать полные данные одновременно и в H.264 и в MJPEG. Стоит заранее уточнить о возможности камер передавать требуемые Вам потоки.
Определение размера несжатого кадра
Размер несжатого кадра это произведение ширины и высоты изображения в пикселях умноженное на глубину цвета. Размер кадра не зависит от того, что изображено в кадре, т.е. размер файла без сжатия будет одинаков для любого изображения
С произведением ширины и высоты изображения сложностей не должно возникнуть, для видеокамер с разрешением 704 х 576 получим 405 504 пикселей.
Глубина цвета задаётся количеством битов, используемым для кодирования цвета точки
Для кодирования черно-белого изображения используется 1 бит (2^1 = 2 цвета), для 16 цветов — 4 бит (2^4 = 16 цветов), для 256 цветов – 8 бит (2^8 = 256 цветов), для 16 миллионов цветов — 24 бита (2^8 = 256 различных вариантов представления цвета для каждого канала (256×256×256=16 777 216 цветов).
Современные IP видеокамеры отображают изображение с глубиной 24 бита.
Таким образом, получаем следующий размер несжатого изображения 405 504 х 24 = 9 732 096 бита
1 байт = 8 бит, тогда получаем 9 732 096 / 8 = 1 216 512 байт
1 килобайт = 2^10 или = 1024 байта
В итоге получаем, что наше изображение в разрешении 704х576 пикселей в несжатом виде весит 1 216 512 / 1024 = 1 188 (тысяча сто восемьдесят восемь) кбайт
СОВЕТ:
При определении размера кадра не забывайте учитывать глубину цвета
Определение размера сжатого кадра
Для определения размера сжатого кадра удобно воспользоваться программами-калькуляторами, которые обычно можно взять на сайтах производителей камер. Для примера воспользуемся программой IP Camera CCTV Calculator Скриншот данной программы Вы видите в заголовке статьи
Для разрешения 1280х720 запишем полученные значения в таблицу:
| Кодек | Разрешение | Исходный размер, Кбайт | Размер после сжатия (max качество), Кбайт | Степень сжатия |
| MJPEG | 1280х720 | 2700 | 154,9 | 17,43060039 |
| H.264 | 1280х720 | 2700 | 27,9 | 96,77419355 |
Здесь видим, что степень сжатия H.264 на много превышает таковую в MJPEG.
Определение скорости потока от камеры видеонаблюдения
Исходные данные которые понадобятся чтобы выполнить расчет это:
- Размер 1-го кадра изображения в разрешении — 1280х720
- Частота кадров в потоке
- Кодек сжатия (коэффициент сжатия)
Требуемый объем информации для передачи по каналу определяется путем перемножения перечисленных выше параметров, после чего КБайт/c необходимо перевести в Кбит/с (умножив на 8), а затем и в МБит/c (разделив на 1024). Расчеты легко проделать в таблице Exel
| Размер 1 кадра изображения в разрешении — 1280х720 | 2700 | Кбайт |
| Частота кадров в потоке | 12 | к/с |
| Кодек сжатия (коэффициент сжатия) | 96,774 | H.264 |
| Скорость потока (2700*12/96,774) | 334,8007 | Кбайт/с |
| Первод в Кбит/с *8 | 2678,405 | Кбит/с |
| Первод в Мбит/с :1024 | 2,61563 | Мбит/с |
По данной методике мы узнали скорость одного потока от камеры 2,61 Мбит/с. Для того чтобы узнать весь поток информации от камеры необходимо аналогичным образом определить и сложить скорости всех потоков от камеры, например, потоки на «запись», на «тревожную запись» на «наблюдение»
СОВЕТ:
Самостоятельно Вы можете попробовать рассчитать скорость потока при использовании кодека MJPEG чтобы наглядно увидеть разницу в объеме передаваемой камерой инфорамции.
В следующей статье мы подробнее остановимся на построении сети для системы IP видеонаблюдения и данный материал нам будет необходим на практике для определения потоков от камер системы видеонаблюдения и правильного подбора структуры сети и оборудования.