پهنای باند در هنگام نصب دوربین مداربسته و محاسبه نیازمندیهای پروژه راه اندازی سیستمهای نظارت تصویری تبدیل به کابوس بسیاری از پیمانکاران و نصابهای دوربین مدار بسته می شود. بخشی پیچیده همراه با جنبه های پنهان که می تواند در هنگام نصب دوربین مداربسته و بطور کلی یک سیستم نظارتی امنیتی تمام مهارت گروه را زیر سوال ببرد.
بسیاری معتقدند که موضوع پهنای باند دوربین مداربسته یک رابطه خطی با رزولوشن و میزان فریم تصویر دوربین مدار بسته دارد. این نظر خیلی هم اشتباه نیست اما در نظر نگرفتن بسیاری از عوامل حیاتی در کنار آنها می تواند کار دست نصاب دوربین مداربسته دهد. اصلا از این جا شروع کنیم که آیا در تصویر زیر شما فرقی بین پیچیدگی تصاویر سمت راست و چپ سیستمهای نظارت تصویری نمی بینید؟
اما اگر همه چیز هم یکسان در نظر بگیرید و شرایط یکسان باشد (دوربین مداربسته یکسان و تنظیمات مشابه) پیچیدگی فضای یک پارکینگ بطور معمول به پهنای باندی بیشتر از ۳۰۰% نسبت به یک فضای داخلی از اتاق خواهد داشت که علت آنهم به میزان فعالیتها و تغیرات بیشتر محیط پارکینگ و جزئیات بسیار بالا بر می گردد.
وقتی صحنه های متفاوتی مثل بالا داشته باشید شرایط سخت تر شده و راه آسانی برای ارزیابی و محاسبه پیچیدگی این شرایط وجود ندارد. حتی قرار گرفتن در محیطهایی با این پیچیدگی تصویری عوامل بسیار مهم دیگری هم وجود خواهند داشت.
در این مقاله آموزشی دوربین مداربسته می خواهیم ۱۰ عامل مهم تاثیرگذار بر روی پهنای باند دوربین مداربسته را توضیح دهیم :
• رزولوشن دوربین مداربسته : آیا دو برابر کردن میزان پیکسلهای دوربین مداربسته پهنای باند را نیز دوبرابر می کند؟
• فشرده سازی دوربین مدار بسته : میزان فشرده سازی تصویر دوربین مدار بسته چقدر روی پهنای باند تاثیر می گذارد؟
• کدک تصویر دوربین مداربسته : انتخاب کدک چقدر بر روی پهنای باند دوربین مداربسته تاثیر می گذارد؟
• نرخ فریم تصویر : آیا میزان ۳۰ فریم در ثانیه نسبت به نرخ ۱۰ فریم بر ثانیه با ۳ برابر شدن پهنای باند روبروست؟
• نور کم : چقدر میزان لوکس نور محیط بر روی پهنای باند اثر می گذارد؟
• میدان دید دوربین مداربسته (FOV) : آیا صحنه های Wide و عریض تر از میزان استاندارد بمعنی نیاز به پهنای باند بیشتر است؟
• تنظیمات Sharpness : چقدر تنظیمات Sharpness یا چشم پوشی از جزئیات مبهم می تواند بر روی Bitrate دوربین مدار بسته تاثیر گذار باشد؟
• WDR : چقدر میزان نرخ انتقال بیت بالاتر (Bitrate) می تواند با فعال یا غیر فعالسازی WDR بوجود آید؟
• رنگ تصویر : میزان رنگ تصویر چقدر می تواند بر روی پهنای باند دوربین مداربسته اثر گذار باشد؟
• کارایی مدلهای شرکتهای مختلف : وقتی شرکت سازنده، رزولوشن و میزان فریم ضبط شده در ثانیه دو دوربین مداربسته یکسان باشد بمعنی یکسان شدن Bitrate در دو دوربین مداربسته خواهد بود؟
درک و شناخت پهنای باند دوربین مداربسته بسیار مهم است زیرا می تواند بر روی میزان لود شبکه (ترافیک شبکه) و استفاده از حافظه ذخیره سازی و هزینه ها تاثیر داشته باشد.
رزولوشن دوربین مداربسته
تقریبا می توان گفت که بین میزان پیکسلهای تصویر یک دوربین مداربسته(۱ مگاپیکسل، ۲ مگاپیکسل و .. ) و پهنای باند آن دوربین مداربسته یک رابطه خطی وجود دارد. اما تفاوت شرکتهای سازنده دوربین مداربسته و مدلهای متفاوت تمایزات بسیاری وجود دارد. البته بسیاری از استثناعات هم وجود دارد که دوربین مداربسته ای با ۲ برابر میزان پیکسل بیشتر تنها ۶۰% پهنای باند بیشتر نیاز داشته است. هیچ عامل یا پارامتری وجود ندارد که بتواند بر اساس آن تفاوت قطعی بین این تغییرات میزان بیت ریت را مشخص کرد.
بعنوان یک قانون کلی معمولا در محاسبه تفاوت پهنای باندها در دو رزولوشن، این پارامتر را بصورت ضریب ۱x در نظر می گیرند. البته بصراحت توصیه می کنیم که خیلی روی این قانون نباید حساب کرد زیرا معمولا از برندی با برندی دیگر و از مدلی تا مدل دیگر می تواند متفاوت باشد.
فشرده سازی تصویر دوربین مداربسته
فشرده سازی که با اصطلاح Quantization (بسته بندی شده) هم شناخته می شود یک رابطه معکوس با پهنای باند در دوربین مداربسته دارد. بدین معنا که هر چه فشرده سازی تصویر دوربین مداربسته بیشتر باشد پهنای باند کمتری نیاز خواهد داشت.
نکته مهم : فشرده سازی تصویر و رزولوشن دو موضوع کاملا مجزا هستند که بطور حرفه ای درباره آنها در مقالات دوربین مداربسته سی سی تی وی آنلاین توضیحاتی داده ایم. رزولوشن به شکلی که در مشخصات تجاری محصولات آورده شده بمعنای میزان پیکسلهای تصویر/ویدئو شناخته می شود. فشرده سازی در این بخش یعنی پیکسلهای تصویری چقدر فشرده و کم حجم شده اند؟!
برای مثال در جدول زیر تاثیر فشرده سازی را در چهار دوربین مداربسته نشان داده ایم (بر اساس فشرده سازی H.264 که از میزان ۰ تا ۵۱ در حد استاندارد قابل تغییر است و عدد بالا یعنی فشردگی بیشتر و کیفیت پایینتر ).
فشرده سازی با میزان ۳۴ (فشرده سازی بالا) و میزان ۲۸ (متوسط) به پهنای باندی ۳ برابری نیاز دارد و فشرده سازی کمتری مثل میزان ۲۲ (فشرده سازی بسیار کم) باعث می شود بسته به نوع دوربین مداربسته به پهنای باندی ۵ تا ۱۱ برابر بیشتر نیاز باشد.
بعلاوه شرکتهای سازنده دوربین مداربسته از روشها و میزانهای متفاوتی برای سطوح مختلف فشرده سازی استفاده می کنند که اغلب پارامتر دقیقی برای تعیین میزان فشرده سازی به کاربر نمی دهند. بعضی شرکتهای دوربین مدار بسته از درجه بندی (میزان) ۰ تا ۱۰۰ و برخی دیگر از اسامی مشابهی مثل “Low” ، “High” ، “Best” و از این دست معادل سطوح ۰ تا ۵۱ استفاده می کنند. جدول زیر بعضی از این Option ها را نشان می دهد:
تفاوت کلیدی کدکها به پشتیبانی از تکنیک فریم میانی یا inter-frames (درکدکهای H.264 و MPEG-4) در مقابل تکنیک فریم داخلی یا intra-frame ,MJPEG) و JPEG2000 و .. ) بر می گردد.
• کدکهای Inter-Frame مثل کدک H.264 پیکسلهای مشابه را در یک تصویر فشرده می کنند اما ارسال نمی کنند و تنها تفاوتها در هر صحنه از فریمی به فریم دیگر منتقل و ارسال می شود و باعث صرفه جویی بزرگی در مصرف پهنای باند می شود. برای مثال اگر یک شئی در راهروی خالی حرکت کند تنها پیکسلهایی که تغییرات را بین دو فریم متفاوت دربردارد تغییر و ارسال می شوند و از آنجاییکه صحنه پس زمینه کاملا ثابت بوده است نیازی به انتقال داده تکراری آن نخواهد نبود.
• در کدکهایی بر مبنای Intra-Frame هر فریم تصویر بصورت یک تصویر مجزا با فشرده سازی ساده پیکسلها برای کاهش نرخ جابجایی داده ها منتقل می شوند. این روش باعث افزایش استفاده از پهنای باند موجود در ارسال هر فریم شده و بدون وجود کوچکترین تغییر یا فعالیتی در صحنه، هر فریم باید مجددا بصورت کامل انکد شود.
بخش عمده ای از دوربینهای مداربسته که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند از H.264 استفاده می کنند و علت آن هم به مزیت صرفه جویی در پهنای باند نسبت به کدکهای قبلی مثل MPEG-4 و Motion JPEG بر می گردد. در تصویر زیر می توانید به تفاوت مصرف پهنای باندها در صحنه ای یکسان بین دو کدک تصویری MJPEG و H.264 پی ببرید :
تفاوتهای تکنیک I-Frames و P-Frames
در کدکهایی بر مبنای inter-frame، فریمهایی که یک میدان دید را بطور کامل پوشش می دهند اصطلاحا I-frames یا فریمهای I خوانده می شوند و فریمهای Pیا P-frames درواقع تنها شامل تغییرات و تفاوتهای صحنه نسبت به فریمهای I خواهند بود. یعنی شما می توانید فریم I را یک تصویر کامل در نظر بگیرید و فریم P هم تنها شامل اجسام یا اجزاء متغیر صحنه ها نسبت به تصویر پایه ای موجود در فریم I است.
به نکته اول برسیم، تفاوتها به اینجا بر می گردد که در کدکهای intra-Frames بیشترین کمیت فریمها در جریان تصویری به فریمهای I مربوط می شود و این یعنی افزایش حجم پهنای باند مصرفی دوربین مدار بسته که مشکل اصلی ماست.
در بیشتر موارد برای هر ثانیه از جریان تصویری یک فریم I در نظر گرفته می شود و این معمولا بهترین توازن بین مصرف پهنای باند و کیفیت تصاویر بوجود خواهد آورد. در نظر داشتن تعداد فریمهای I کمتر از این میزان می تواند بر روی کیفیت تصاویر بشدت تاثیر منفی داشته و در واقع دنباله های بلند انکدینگ مجازی را تشکیل دهد و این یعنی تغییرات طولانی به ایجاد تغییرات غیر واقعی و توهمی بینجامد. همان چیزی که در بسیاری از تصاویر منتشر شده دوربینهای مداربسته در روی اینترنت از آن به نام حاله عجیب یا … یاد می شود. حال اگر بیش از یک فریم I در هر ثانیه داشته باشید تقریبا در کیفیت تصاویر دوربین مداربسته تمایز خاصی رخ نخواهد داد.
کاهش بیشتر تعداد فریمهای I در ثانیه باعث کاهش پهنای باند ناچیزی می شود اما همانطور که گفتیم بلعکس تاثیر ملموس بدی بر روی کیفیت تصاویر خواهد گذاشت.
نرخ ضبط فریم تصاویر (Frame Rate)
میزان نرخ ضبط فریم تصاویر بر روی پهنای باند اثر می گذارد اما در مورد کدکهای Inter-frame مثل H.264 این میزان تقریبا رابطه ای غیر خطی داشته و اثری کمتر خواهد داشت. اگر شما میزان نرخ فریم تصاویر را بیش از ۱۰ برابر افزایش دهید افزایش پهنای باند کمتر از این میزان و شاید چیزی در حدود ۳ تا ۵ برابر بیشتر شود. با توجه به این موضوع ما در زیر نشان می دهیم که مثلا در نرخ ضبط تصاویر با ۱ ، ۱۰ یا ۳۰ فریم در ثانیه چقدر پهنای باند تغییر خواهد کرد. میانگین میزان نرخ انتقال بیتها در زیر آورده شده است :
• ۱ فریم در ثانیه : ۰٫۱۷۹ مگابیت در ثانیه
• ۱۰ فریم در ثانیه : ۰٫۶۹۳ مگابیت در ثانیه (افزایش ۱۰ برابر میزان فریمهای بالا باعث افزایش ۴ برابری پهنای باند قبلی)
• ۳۰ فریم در ثانیه : ۱٫۲۹۹ مگابیت در ثانیه (افزایش ۳ برابری از میزان قبلی با ۱۰ فریم در ثانیه ولی تنها میزان پهنای باند
مصرفی دوربین مداربسته دوبرابر شده است. ۳۰ فریم در ثانیه نسبت به ۱ فریم در ثانیه در واقع ۳۰ برابر رشد سرعت ضبط داشته اما تنها پهنای باند مصرفی دوربین مدار بسته ۷ برابر شده است.)
I (در محاسبات بالا همه جریانهای تصویری با میزان ۱ فریم در ثانیه در نظر گرفته شده بودند.)
تمام رنگی یا تک رنگ (Monochrome)
در تجربه عملی بدون افزایش یا کاهش افکت Saturation یا اشباع رنگ، رنگها حداقل ترین تاثیر ممکن را روی پهنای باند دوربین مداربسته داشتند. در مثال زیر،با تغییر تنظیمات پیش فرض رنگ به حالت تصاویر تک رنگ، پهنای باند تقریبا ۲۰ کیلوبیت بر ثانیه کاهش پیدا کرد که یعنی ۸% کاهش داشته است.
اما با اشباع یا Oversaturation با افزایش شدید پهنای باند روبرو شدیم.
در این مثال تغییر تنظیمات رنگ از حالت پیش فرض به بیشترین میزان ممکن همراه با تاثیراتی مثل قرمز شدگی تصاویر (صندلی در تصویر)، باعث افزایش ۲۰۰ درصدی مصرف پهنای باند شد.
تفاوتها در دوربینهای مدار بسته مختلف هر شرکت سازنده
با توجه به ویژگیهای هر محصولی در خط تولید دوربین مدار بسته، تفاوتهایی در میزان نرخ انتقال بیتها یا Bitrate رخ می دهد که خیلی هم ربطی
به رزولوشن و سرعت فریم ضبط تصاویر ندارد. خیلی موارد دو مدل دوربین مداربسته متفاوت از یک برند با دو سری متفاوت با مشخصات تقریبا یکسان بازهم میزان مصرف پهنای باند متفاوت می شود. این تمایز می تواند بخاطر تفاوتها در سنسور تصویر برداری یا پردازشگر بکار رفته در آن دوربینهای مداربسته در مدلهای مختلف، یا استفاده از تنظیمات پیش فرض مختلف در هر مدل، کارایی بالاتر یا ضعیفتر در نور کم یا هر یک از عوامل دیگری از این دست باشد.
برای مثال در تصویر زیر می بینید که دو دوربین مداربسته که یکی Axis Q1604 و دیگری Axis M3004 هستند با رزولوشن ۷۲۰P با سرعت ۱۰ فریم بر ثانیه و میدان دید افقی ۲۰ درجه ای و فشرده سازی تقریبی Q28 نتایجی متفاوت می دهند. با توجه به عوامل استاندارد یاد شده در تصویر صحنه داخل اتاق میزان نرخ انتقال بیتها در Q1604 عدد ۴۸۸ کیلوبیت درثانیه است درحالی که M3004 مصرفی برابر ۱٫۳۲ مگابیت در ثانیه داشته که سه برابر پهنای باندQ1604 بحساب می آید.
البته باید دقت کنید که تفاوتها در بسیاری از مدلها خیلی بیشتر از چیزی است که در صحنه تصویر بالا دیدید و بعضی دوربینهای مداربسته بخاطر بهره مندی از کدکهای هوشمند تصویری نتایجی بسیار متفاوت تر و بهینه تری نسبت به رقبا دارند.
میزان پهنای باند دوربین مداربسته را حدودی تخمین بزنید
در این مقاله آموزش دوربین مداربسته تقریبا فهمیدیم که چه پارامترهایی می تواند بر روی پهنای باند دوربین مدار بسته تاثیر بسزایی داشته باشد و برای تخمین یا محاسبه میزان پهنای باند و مصرف حافظه هم قوانینی را یاد گرفتیم. اگرچه این قوانین تقریبا مجازی است و همیشه صادق نیست اما ساختار و دید خوبی برای تخمین در ذهن شما شکل می دهد. با توجه به پارامترهای فراوانی که بر روی پهنای باند دوربین مداربسته تاثیر می گذارد و بسیاری از همین عوامل هم توسط فاکتورها و پارامترها قابل تعیین یا اندازه گیری نیستند، بنابراین بهترین حالت این است که محدوده ای از حداقلها و حداکثرها را برای هر پارامتر محاسبه کنید و حاشیه امنی هم برای شرایط خاص به آن بیفزایید تا نتیجه کار معقول باشد.
جمع بندی و توصیه های مهم در بهینه سازی پهنای باند دوربین مداربسته :
• اگر پروژه ویژه ای دارید حتما دوربین مداربسته مورد نظر را در محل و با میدان دید مورد نظر تست کنید. این حرکت مهم ترین کاری است که می شود انجام داد زیرا تفاوتها در میدان دید می تواند تفاوتهای بسیار بیشتری نسبت به بقیه عوامل در پهنای باند دوربین مداربسته بهمراه داشته باشد که اتفاقا اغلب قابل پیش بینی هم نیستند.
• حتما میزان Sharpness را کنترل کنید تا با پیک عجیب در مصرف پهنای باند روبرو نشوید.
• دقت کنید که افت Sharpness هم می تواند در اشغال یکباره تمام پهنای باند موثر باشد.
• اگر با کاهش Sharpness بدنبال کاهش مصرف پهنای باند هستید، حتما این تجربه را با دوربین مداربسته مورد نظر در محل و میدان دید مورد نظر تست کنید تا بین کیفیت و مصرف منابع شبکه تعادل برقرار کنید.
• امروزه دیگر استفاده از پروژکتورهای نور اضافی برای داشتن تصویر بهتر بسیار بصرفه تر از استفاده ویژگیهای خاص دوربین مداربسته است و چوننور کم شدت مصرف پهنای باند دوربین مداربسته را بالا می برد خیلی مهم است که این نقیصه را با نور بیشتر جبران کنید.
• تنظیم کنتراست می تواند بین ۳۰ تا ۵۰ درصد نیاز پهنای باند دوربین مداربسته را کاهش دهد. افزایش کنتراست اغلب با افزایش پهنای باند همراه است در صورتی که تغییر کمی در کیفیت و جزئیات تصویر بوجود می آود. در صورت نبود نیاز به تفکیک ویژه می توانید آنرا مناسب با شرایط تنظیم و بالانس نمایید.