پهنای باند مورد نیاز برای دوربین IP

دوربین‌های IP قابلیت‌های برتری در ارائه تصاویر با کیفیت و ویژگی‌های هوشمند را دارند. به همین خاطر می‌توانند نظارت تصویری بهتری ارائه دهند. با این حال استفاده کردن از دوربین‌های IP با یک سری چالش‌هایی همراه است که یکی از این چالش‌ها مدیریت پهنای باند شبکه است.

پهنای باند همان ظرفیت انتقال داده در یک شبکه است. برای دوربین‌های IP این ظرفیت میزان داده‌های ویدیویی را تعیین می‌کند که می‌تواند در یک زمان مشخص شده وسیله شبکه انتقال داده شود.

توجه نکردن به پهنای باند مورد نیاز می‌تواند یک سری مشکلات جدی مثل از دست دادن فریم، تاخیر در ویدیو، کیفیت تصاویر پایین و حتی قطع کامل ارتباط با دوربین را به همراه بیاورد.

پهنای باند چیست و چرا برای دوربین‌های IP حیاتی است؟

پهنای باند حداکثر نرخ انتقال داده در یک مسیر ارتباطی مشخص است. معمولاً پهنای باند را بر حسب مگابیت بر ثانیه و یا کیلومتر بر ثانیه اندازه می‌گیرند. در ارتباط با دوربین‌های IP پهنای باند برای ارسال کردن جریان‌های ویدیویی و صوتی از جانب دوربین به دستگاه‌های ضبط و یا سرورهای ابری و یا نمایشگرها لازم است.

اهمیت پهنای باند برای دوربین‌های IP

پهنای باند کافی تضمین می‌کند که شما می‌توانید جریان‌های ویدیویی را با کیفیت خوب به طور پیوسته و بدون هیچگونه تاخیر و یا قطعی انتقال دهید. اگر پهنای باند کافی نباشد، باعث می‌شود که کیفیت تصاویر کاهش یافته و یا جزئیاتی از تصاویر از بین برود.

یک سیستمی که چندین دوربین به آن وصل شده، پهنای باند کل شبکه باید بتواند مجموعه جریان‌های داده از تمام دوربین‌ها را مدیریت کند. برای آنکه ویدیوها را از راه دور و به وسیله اینترنت مشاهده کنید، لازم است که در محل دوربین پهنای باند آپلود و در محل مشاهده پهنای باند دانلود وجود داشته باشد.

عوامل مؤثر بر پهنای باند مورد نیاز

برای یک دوربین IP میزان پهنای باندی مورد نیاز است که تعیین آن به چند عامل کلیدی بستگی دارد. این عوامل به شما کمک می‌کند تا بتوانید نیازهای پهنای باند سیستم خودتان را با دقت بیشتری تخمین بزنید.

رزولوشن

هر چقدر تصاویر رزولوشن بالاتری داشته باشند، تعداد پیکسل‌های آنها در هر فریم هم بیشتر است. بنابراین شما برای انتقال داده‌ها به حجم بیشتری نیاز خواهید داشت. برای مثال در یک دوربین ۴ مگاپیکسل نسبت به یک دوربین ۲ مگاپیکسل، ۴ برابر به پهنای باند مصرفی نیاز دارد. در حالتی در نظر می‌گیریم که تمامی عوامل ثابت فرض شود.

فریم ریت

هر چقدر تعداد فریم‌هایی که در ثانیه ضبط شده بیشتر باشد، تصاویر ضبط شده روان‌تر به نظر می‌رسد، اما در مقابل شما به داده‌های بیشتری احتیاج دارید. به عنوان مثال یک دوربین با ۳۰ فریم بر ثانیه می‌تواند دو برابر دوربین‌های با ۱۵ فریم بر ثانیه پهنای باند مصرف کند.

برای کاربردهای نظارتی مثل حرکت‌های عادی، ۱۵ فیلم بر ثانیه توصیه می‌شود. برای محیط‌هایی که حرکت‌های سریع دارند، مثل ترافیک و یا ورودی‌های شلوغ توصیه می‌شود که از ۲۰ تا ۳۰ فریم بر ثانیه استفاده شود.

کدک فشرده‌سازی ویدئو

کدک فشرده سازی در حجم نهایی فایل ویدیویی و پهنای باند مورد نیاز تاثیر چشمگیری دارد. H.264  استاندارد صنعتی است که می‌تواند فشرده‌سازی خوبی ارائه دهد. H.265 نسل بعدی از H.264  است که می‌تواند پهنای باند را تا حدود ۵۰ الی ۷۰ درصد کمتر کند، در حالی که کیفیت تصویر به همان حالت باقی می‌ماند. این کدک ها برای رزولوشن‌های بالاتر از 4K مناسب هستند.

کدک‌های هوشمند همان نسخه‌های بهینه سازی شده هستند که به وسیله تولید کنندگان ارائه می‌شوند. این کدک ها با استفاده از الگوریتم‌های هوشمند مثل تشخیص هوشمند حرکت می‌توانند میزان مصرف پهنای باند را تا حد زیادی کاهش دهند.

نرخ بیت یک پارامتر نهایی است و خروجی نهایی کدک فشرده سازی به حساب می‌آید. نرخ بیت مقدار داده ای را نشان می‌دهد که در هر ثانیه برای جریان ویدیو از آن استفاده می‌کنند.

نرخ ثابت برای پهنای باند قابل پیش بینی مناسب است، اما ممکن است که در صحنه‌هایی که حرکت‌های زیادی دارد و باعث افت کیفیت تصویر شود.

نرخ بیت متغیر بر اساس پیچیدگی صحنه تنظیم می‌شود تا بتواند کیفیت تصویر را در حد ثابت نگه دارد. در این زمان پهنای باند مصرفی تغییر می‌کند.

پیچیدگی صحنه و میزان حرکت

اگر حرکت کمتر باشد، یعنی پهنای باند کمتر است. شما ممکن است صحنه‌های با حرکت کم داشته باشید. به عنوان مثال یک راهروی خالی در طول شب حرکت کمی دارد. در این زمان فشرده سازی می‌تواند کارآمد باشد، چون که بین فریم‌ها تغییرات کمی وجود دارد.

اگر حرکت بیشتر باشد، قطعاً به پهنای باند بیشتری نیاز خواهید داشت. محیط هایی که حرکت‌های زیادی دارند، مثل برگ درختان در باد و یا خیابان‌های شلوغ، قطعاً به پهنای باند بیشتری هم احتیاج دارند. در این شرایط داده‌های زیادی لازم است تا هر فریم جدید را رمزگذاری کنند. صحنه‌هایی که جزئیات بصری زیادی دارند، به پهنای باند بیشتری هم احتیاج خواهند داشت.

روشنایی محیط و نویز تصویر

زمانی که نور محیط کم باشد، نویز تصاویر بیشتر است و حسگرهای دوربین نویزهای بیشتری تولید می‌کنند. وجود نویز به عنوان یک سری داده‌های تصادفی است که فرایند فشرده سازی را دشوار می‌کند. وجود نویز نرخ بیت‌ها را بیشتر کرده و کیفیت تصاویر را کمتر می‌کند.

محاسبه و تخمین پهنای باند مورد نیاز

ممکن است تخمین دقیق پهنای بانه برای شما کمی پیچیده باشد، اما راه حل آن استفاده کردن از ماشین حساب‌های پهنای باند است. این ماشین حساب‌ها به وسیله تولید کنندگان دوربین و یا نرم‌افزارهای نظارتی ارائه می‌شود.

با کمک این ماشین حساب‌ها می‌توانید یک تخمین مناسبی به دست بیاورید. ماشین حساب های پهنای باند به شما کمک می‌کند تا بتوانید رزولوشن کدک فشرده سازی فریم ریت و تعداد دوربین‌ها را وارد کنید. شما با این کار، بیشترین فضای ذخیره‌سازی مورد نیاز و پهنای باند تقریبی را می‌توانید به دست بیاورید.

نکات مهم در تخمین

• برای ارسال کردن ویدیو از دوربین به NVR، فضای ابری و یا برای دسترسی از راه دور پهنای باند بالای آپلود شبکه محلی شما خیلی ضروری است.
• بسیاری از اتصالات اینترنتی خانگی نسبت به دانلود پهنای باند آپلود بسیار کمتری دارند. این حالات فقط برای جریان ویدیو هستند.
• ترافیک شبکه واقعی سربارهای پروتکل داده‌های کنترلی و داده‌های صوتی را دارد.
• همیشه ۱۰ الی ۲۰ درصد از پهنای باند اضافی را برای این سربارها در نظر می‌گیرند.
• شما باید ظرفیت شبکه خودتان را ارزیابی کنید و این کار با در نظر گرفتن ترافیک موجود از دستگاه‌های دیگر انجام دهید.
• در نظر داشته باشید که در ساعات اوج مصرف و یا زمانی که حرکت در صحنه بیشتر است، شما به پهنای باند بیشتری برای مصرف نیاز خواهید داشت.

بهینه‌سازی مصرف پهنای باند

برای آنکه از عملکرد روان سیستم نظارت IP مطمئن شوید و به پهنای باند کمتری احتیاج داشته باشید، می‌توانید از استراتژی‌های زیر استفاده کنید:

انتخاب کدک فشرده‌سازی کارآمد

همیشه دوربین‌ها و NVR‌ها را با پشتیبانی H.265 و یا H.265+  انتخاب کنید. مخصوصاً اگر از رزولوشن‌های بالایی استفاده کنید، این کدک‌ها می‌تواند نیاز به پهنای باند شما را تا نصف کاهش دهد.

تنظیم رزولوشن و فریم ریت بر اساس نیاز

برای هر دوربین فریم ریت و رزولوشن را دقیقاً بر اساس اهداف نظارتی آنها تنظیم کنید. اگر به شناسایی پلاک خودرو یا تشخیص چهره نیاز دارید، باید به سراغ رزولوشن‌های بالا بروید. نظارت بر یک منطقه بزرگ و کلی به رزولوشن‌های پایین با فریم ریت کمتر نیاز دارند.

برای آنکه پهنای باند را در زمان‌های بیکاری کاهش دهید، می‌توانید از فریم ریت متغیر و یا از فریم ریت هوشمند استفاده کنید. در صورتی که حرکتی وجود نداشت، می‌توانید فریم ریت را کاهش دهید.

استفاده از جریان‌های دوگانه (Dual Stream) / جریان‌های چندگانه (Multi-Stream)

بیشتر دوربین‌های IP می‌توانند چند جریان ویدیویی را با رزولوشن نرخ بیت و فریم ریت متفاوت ارائه دهند. برای NVR و یا فضای ابری با رزولوشن بالا جریان اصلی استفاده می‌شود.

برای مشاهده کردن تصاویر زنده از راه دور و یا در دستگاه‌های موبایل از رزولوشن‌های پایین و با جریان فرعی استفاده می‌شود. این کار باعث می‌شود که برای مشاهده از راه دور پهنه باند به شدت کم شود.

فعال‌سازی VBR و بهینه‌سازی پارامترها

استفاده از VBR معمولاً از CBR بهتر است، چون نرخ لیت را براساس پیچیدگی صحنه و نیزان حرکت تنظیم می کنند.

طول GOP را بهینه کنید.اگر GOP کوتاه تر باشد، تاخیر کم بوده و پهنای باند بیشتر است. زمانی هم که GOP طولانی باشد، تاخیر زیاد ولی پهنای باند کم است.

استفاده از کدگذاری ROI

شما با این ویژگی می توانید برخی از مناطق تصویر را با کیفیت بالا فشرده کنید.  این در حالی است که مناطق دیگر با کیفیت پایین فشرده میشوند.

به عنوان مثال، می توانید در ورودی یک فروشگاه روی چهره افراد تمرکز کرده و پس زمینه را کاهش دهید.

فعال‌سازی تشخیص حرکت و ضبط مبتنی بر رویداد

دوربین را طوری تنظیم کنید که به جای ضبط مداوم تنها در هنگام تشخیص حرکت بتواند فرایند ضبط را انجام دهد. این کار باعث می شود که هم در پهنای باند مصرفی صرفه جویی شود و هم در فضای ذخیره سازی صرفه جویی کنید.

جداسازی شبکه

دوربین‌های IP را می‌توانید در یک شبکه مجازی جداگانه قرار دهید. این کار باعث می‌شود که ترافیک نظارتی را از ترافیک‌های شبکه جدا کنید در نتیجه میزان ازدحام کمتر شده و امنیت سیستم‌ها بهتر می‌شود. شما باید مطمئن شوید که برای VLAN دوربین‌ها پهن باند کافی در نظر گرفته می شود.

ارتقاء زیرساخت شبکه

برای شبکه‌هایی که تعداد دوربین‌های آنها زیاد است و یا رزولوشن‌های بالایی دارند، باید از سوئیچ‌هایی در حد گیگابایت استفاده کنید. لازم است که از کابل‌های اترنت با کیفیت بالا استفاده شود تا مطمئن شوید که داده‌ها با حداکثر سرعت و بدون خطا انتقال داده می‌شوند.

اگر از دوربین‌های بی سیم استفاده می‌شود باید مطمئن باشید که سیگنال Wi_Fi  قوی در محل وجود دارد، روتر و یا اکس پوینت از استانداردهای جدیدی پشتیبانی می شود و کانال ها بهیته سازی شده اند تا مانع از تداخل شوند.

سیستم هایی که مبتنی بر ابر هستند و یا دسترسی از راه دور را دارند، نیاز به اتصال اینترنت با پهنای باند بالا و پایداری دارند.

پیامدهای پهنای باند ناکافی

اگر پهنای باند شبکه برای دوربین های IP کافی نباشد، با یک سری مشکشلاتی روبه رو می شوید:

• در زمان بین رخداد وافعی و نمایش اون در صفحه تاخیر زمانی رخ می دهد.
• فریم ها از دست رفته و ویدئوها به صورت بریده و لک دار ظاهر می شود.
• امکان دارد دوربین به صورت خودکار، نرخ بیت را کاهش دهد. در نتیجه جزئیات تصویر از دست رفته و یا تصاویر تار شود.
• به طور موقت و یا به کلی دوربین از شبکه خارج شود.
• PTZ دوربین عمل نکند و یا با تاخیر همراه باشد.
• ترافیک دوربین ها باعث ایجاد اختلال در عملکرد دستگاه های دیگر متصل به شبکه شود.

نتیجه‌گیری

برای دوربین های IP، پهنای باند یک عامل اساسی به حساب می آید. شما می توانید با درک مواردی مثل فریم ریت، رزولوشن، پیچیدگی صحنه، کدک فشرده سازی و ابزارهای محاسبه پهنای باند، نیازهای مربوط به سیستم های نظارتی خودتان را رفع کنید.

شما با به کار گرفتن یک سری استراتژی های بهینه سازی پهنای باند مثل تنظیم فریم ریت، رزولوشن و انتخاب کدک های مناسب،  می توانید میزان مصرف پهنای باند را به حداقل برسانید. این در حالی است که کیفیت تصویر حفظ می شود.

شما با سرمایه گذاری در یک ریرساخت قوی شبکه و پایدار و با مدیریت هوشمندانه پهنای باند می توانید یک سیستم نظارتی کارآمدی داشته باشید.