Размер кадра
Разрешающая способность («разрешение» записи или «размер кадра»)…
Определяется количеством пикселей при оцифровывании изображения (по горизонтали и вертикали соответственно). Наиболее часто используются следующие разрешения записи и их условные обозначения:
D1 — «полный» кадр, размер изображения 704х576 — позволяет получить максимальное качество изображения при использовании аналоговой камеры высокого разрешения (540 ТВЛ и более) и дает возможность различать в видеозаписи наименьшие детали. Однако хранение записей с таким разрешением требует большего объема дискового пространства, и поэтому разрешение D1 используется в ответственных местах видеорегистрации — контроль операции и процессов (кассы – контроль купюр и материальных ценностей, места пропуска людей – регистрация лиц посетителей, транспорт – регистрация номерных знаков).
DCIF — «расширенный» кадр, размер изображения 528х384. По сравнению с D1 характеризуется 30% потерей исходной информации, но позволяет получить высокое качество, как по вертикали, так и по горизонтали. Может применяться в менее ответственных местах, где не требуется регистрация мелких деталей.
2CIF — «длинный» кадр, размер изображения 704х288 — используется одно поле изображения, но с максимальным разрешением по горизонтали. Характеризуется хорошим горизонтальным разрешением и позволяет почти в 2 раза уменьшить объем создаваемого архива по сравнению с D1. Однако низкое вертикальное разрешение, не позволяет вести видеорегистрацию в узких зонах наблюдения (наблюдение вдоль коридора). Используется в основном при панорамном обзоре.
CIF — «четверть» кадр, размер изображения 352х288 — усеченное поле. Обычно используется только при наблюдении по сети при ограниченной пропускной способностью канала, а также регистрации общей ситуации при малых зонах обзора (от 3 до 5 м). При этом малый объем видеопотока позволяет резко увеличить продолжительность архива и снизить нагрузку на сетевой канал передачи видеоинформации.
QCIF — размер изображения 176х144 — используется только при сетевом мониторинге по низкоскоростным каналам связи с потоком до 56-128 Кбит/с. О качестве изображения можно сказать только то, что «видно какое то движения», и более ничего.
Скорость записи
Скорость записи видеорегистратора определяется количество кадров, записываемых в секунды. Стандартный видеосигнал в системе PAL (CCIR) формируемый аналоговыми видеокамерами, используемыми в Европе и России, несет 25 кадров/с. Поэтому запись со скорость 25 кадр/с называют «живим» видео. Уменьшение количества записываемых кадров приводит к потере видеоинформации, и при скорости 4 кадр/с видеозапись представляет собой набор кадров с резко выраженными изменениями между ними.
Как правило, в видеорегистраторах используются следующие скорости видеозаписи:
-
6 кадр/с – для наблюдения за периметром и объемами помещений,
9-12 кадр/с – для фиксации действий персонала, посетителей и технологических процессов,
15-25 кадр/с – для регистрации быстро изменяющихся процессов.
Расчет объема трафика и объема записи
Форматы сжатия видеоинформации, расчет объема архива и скорости трафика H.264
Для уменьшения объема хранимой видеоинформации в видеорегистраторах применяются различные алгоритмы ее компрессии.
Основным преимуществом алгоритма H.264 является межкадровое сжатие, при котором для каждого следующего кадра определяются его отличия от предыдущего, и только эти отличия после компрессии сохраняются в архиве. При работе алгоритма периодически в архиве сохраняются опорные кадры (I-кадры), представляющие собой сжатое полное изображение, а затем на протяжении 25-100 кадров сохраняются только изменения, называемые промежуточными кадрами (P- и B-кадрами). Такой способ компрессии позволяет получить высокое качество изображения при малом объеме, но требует большего объема вычислений, чем компрессия в стандарте MJPEG.
При использовании алгоритма MJPEG компрессии подвергается каждый кадр не зависимо от наличия в нем отличий от предыдущего. Поэтому единственным способом уменьшения объема сохраняемых данных является увеличение компрессии и тем самым снижение качества записи. Такой способ используется только в простых автономных видеорегистраторах, не требующих длительного хранения информации.
Еще одним преимуществом алгоритма H.264 является его возможность работы в режим постоянного потока (CBR — constant bit rate) при котором степень компрессии видеоинформации изменяется динамически и таким образом четко фиксируется объем создаваемого архива за одну секунду. Такая особенность алгоритма позволяет однозначно определить максимальный объем архива за час непрерывной работы системы, а также необходимый сетевой трафик при удаленном доступе.
Ниже приведена таблица, отражающая соответствие между размером кадра и скоростью записи одной видеокамеры и объемом архива записываемого регистратором за 1 час (измеряется в Мбайт/ч) и сетевым трафиком передачи по сети (измеряется в Мбит/с). Реальные значения могут устанавливаться пользователем в указанных пределах самостоятельно, при этом меньшие значения соответствуют меньшему качеству изображения.
Трафик = (1500-2000) Кбит/с |
Тарфик = (1024-1400) Кбит/с |
Трафик = (720-1200) Кбит/с |
|
Трафик = (960-1400) Кбит/с |
Трафик = (550-820) Кбит/с |
Трафик = (350-530) Кбит/с |
|
Трафик = (1200-1400) Кбит/с |
Трафик = (680-820) Кбит/с |
Трафик = (440-530) Кбит/с |
|
Трафик = (480-760) Кбит/с |
Трафик = (270-450) Кбит/с |
Трафик = (160-280) Кбит/с |
|
Трафик = (150-200) Кбит/с |
Трафик = (90-120) Кбит/с |
Трафик = (40-56) Кбит/с |
При реальной настройке видеорегистратора скорость потока (объем архива) сильно зависит и от информативности изображения. Так, если изображение содержит множество мелких деталей или движущихся (изменяющийся) предметов, то оно всегда требует большего сетевого потока (объема архива) чем статическое изображение без мелких деталей. Таким образом, при расчете емкости дисков видеорегистратора и требуемого сетевого трафика для подключения к нему рекомендуем использовать максимальные значения параметров, приведенных в таблице.
Как рассчитать емкость HDD
Как рассчитать емкость жестких дисков и необходимый сетевой канал?
Для точного ответа на этот вопрос необходимо знать следующие параметры видеосистемы:
-
— количество видеокамер, подключаемых к видеорегистратору (существуют модели видеорегистраторов позволяющие подключить 4, 8 или 16 видеокамер),
— режим работы видеосистемы (круглосуточный, 12-часовой рабочий день, периодический, запись по детектору движения),
— желаемое разрешение и скорость записи видеоинформации в архив,
— пропускную способность сетевого канала по которому будет осуществляться доступ к видеорегистратору.
Знание этих параметров позволит с высокой точностью определить объем требуемых жестких дисков.
Расчет выполним на примере системы построенной на базе видеорегистратора AVTECH с алгоритмом компрессии H.264.
Пример. Рассчитать объем жестких дисков необходимых для хранения 30-и дневного видеоархива системы видеорегистрации торгового предприятия, оборудованного 7 внутренними и 4 уличными видеокамерами. Обеспечить запись с разрешением D1 и скоростью 6 кадров в секунду на каждый канал. Запись осуществлять только по детектору движения.
Из таблицы определяем объем архива, создаваемого одной камерой при разрешении D1 и скорости записи 6 кадр/с. Используя для расчета максимальное значение 530 Мбайт/ч. Таким образом, для 1-часовой непрерывной записи всех 7 внутренних камер потребуется 7 * 530 Мбайт/ч = 3,6 Гбайт/ч, а для записи всех 4 уличных — 4 * 530 = 2 Гбайт/ч.
Так как запись ведется по детектору движения, то для офиса можно предположить, что внутренние камеры будут осуществлять запись не более 50% от общего времени, а значит для их хранения необходимо 3,6 Гбайт/ч * 50% = 1,8 Гбайт/ч. Камеры расположенные на улице сильнее подвержены сработкам детектора движения, поэтому для них оставляем расчетное значение объема 2 Гбайт/ч без изменений.
Теперь определим объем архива, создаваемого видеорегистратором за 1 сутки. Так как рабочий день длится порядка 10 часов, то для хранения записей внутренних камер необходимо 10 ч * 1,8 Гбайт/ч = 18 Гбайт. Уличные же камеры работают круглые сутки, поэтом для хранения их видеозаписей необходимо 24 ч * 2 = 48 Гбайт. Таким образом, за одни сутки видеорегистратор будет записывать 18 + 48 = 66 Гбайт информации. В итого получаем, что для хранения 30 суток необходимо порядка 66 Гбайт * 30 = 1980 Гбайт.
Получить такой объем дискового пространства можно при помощи 1 диска емкостью 2 Тбайт.
Так как запись ведется в разрешении D1 со скоростью 6 кадр/с, то по таблице определяем сетевой поток одной камеры, который составит 1,2 Мбит/с, а соответственно для одновременного просмотра 11 камер потребуется трафик 13,2 Мбит/с.
При записи подвижного объекта можно часто наблюдать смазанные изображения, т.е. изображения с низким разрешением. Почему так происходит, когда, казалось бы, все предусмотрено — используются камеры высокого разрешения, в программе установлены: высокое разрешение и высокая скорость оцифровки?
Причина кроется в том, что камера работает в режиме накопления. Величина накопления может изменяться в камерах различного типа от 1 секунды до 1/100000 секунды. Именно перемещение предмета за время накопления будет определять «смаз» изображения. Камеры с автоматической регулировкой диафрагмы объектива чаще всего работают с накоплением по длительности равным одному полукадру, т.е. 1/50 секунды. Перемещение изображения на 1-3 пикселя на матрице с 768 пикселями в строке может привести к уменьшению разрешения на подвижном объекте в 2-3 раза. При записи кадров, т.е. изображений состоящих из 2 полей разрешение для подвижного предмета соответственно ухудшится еще в 2 раза — до 4-6 раз с выраженной «елочкой». Например, при наблюдении в поле зрения 384 см на 288 см идущего со скоростью 4-5 км/час человека при записи полей разрешение снизится не мене чем в 2 раза, а при записи кадров в 4 раза. Это значит, что, имея камеру с разрешением 600 ТВЛ, мы можем «загубить» разрешение для идущего человека в данном примере до 150 ТВЛ.
Очевидно, что для улучшения разрешения необходимо задавать соответствующее накопление (менее длительности полукадра = 1/50 сек). Следует учитывать, однако, что при этом пропорционально упадет чувствительность камеры. Если создать достаточную освещенность объекта возможности нет — применять высокое разрешение для записи подвижных предметов не имеет смысла.
Отсюда следует еще один очевидный вывод: при записи с высоким разрешением малоподвижных предметов применять высокие скорости записи (близкие к реальному времени — 25 полей или кадров в секунду) также нет никакой необходимости.
В особенности эти рассуждения касаются записи кадров, т.к., ухудшения разрешения за счет сдвига между полями («елочки») избежать не удастся, даже применяя малые времена накопления. Рекламируемые способы «деинтерлейса», т.е. программной ликвидации «елочки» разрешения не только не добавят, а, наоборот, при некоторых алгоритмах могут его уменьшить даже для неподвижных предметов. Цель подобных обработок не «вернуть» разрешение, а улучшить восприятие, что имеет смысл только при просмотре ТВ — фильмов.
Так как охрана по своей сути связана с подвижными объектами, внимательно проанализировав проект, можно оптимизировать систему с точки зрения выбора оборудования и дискового пространства архива. В любом случае, необходимо придерживаться правил:
1. Для избежания «елочки» на движущихся предметах записывать только поля.
2. Изображения высокого разрешения достаточно записывать со скоростью не выше 1/2 — 1/4 от реального времени — т.к. быстрые перемещения будут «смазаны», а для записи медленных перемещений высокая скорость не требуется.
3. Если заведомо необходима информация о подвижных объектах, достаточно вести запись с невысоким разрешением, — т.к. подвижные объекты итак будут с низким разрешением.
4. Записывать только активные изображения (имеющие какие-либо изменения в поле зрение) – т.к. записанные не изменившиеся изображения являются избыточной информацией.
5. Задавать разрешение и скорость записи индивидуально для каждой камеры – т.к. на объекте могут быть различные камеры и различные требования к разрешению и скорости записи.
6. Запись с высоким разрешением и скоростями близкими к реальному видео потребует специальных камер, повышенного освещения, мощных процессоров и больших архивов – это предмет для создания специального проекта.
Выполнение вышеперечисленных рекомендаций приведет к уменьшению объема архивов и снизит требования к производительности процессора в несколько раз, что существенно сократит расходы на создание системы.
Не забывайте, что создание «крутых» систем требует комплексной разработки проекта от камер, освещения до хранения и анализа архивов больших объемов.
Разрешающая способность: 4K? или 2160p? или 8.3MP?
Обозначения 4K, 2160p и 8.3MP по существу относятся к одному и тому же – это всего лишь различные варианты измерений.
В то время, как исторически наиболее часто использовалось общее количество пикселов (например, 1MP, 2MP, 3MP, 5MP и т.д.), в последние несколько лет стало приобретать популярность обозначение изображения по вертикали (например, 720p или 1080p).
Однако в настоящее время все более популярным становится обозначение изображения по горизонтали (например, 2K, 4K и т.д.).
Обозначение «р»
Число рядом с символом «p» (например, 720p или 1080p) соответствует полному числу строк в данном видео. Например, видео, обозначаемое как 720p, содержит 720 строк пикселов (при общей площади 1.3Mp). Видео, обозначаемое как 1080p, содержит 1080 строк пикселов (при общей площади 2.1Mp). Наконец, видео, обозначаемое как 2160p, содержит 2160 строк пикселов (при общей площади 8.3Mp).
Сам по себе значок «р» указывает на прогрессивную развертку (в отличие от чересстрочной). В настоящее время практически все камеры для видеонаблюдения имеют прогрессивную развертку, так что значок «р» в этом смысле уже не играет особого значения.
Обозначение «К»
Обозначение «K» (например, 2K или 4K) указывает на полное число столбцов в данном видео, выраженное в тысячах. Например, видео с обозначение 4K содержит около 4000 столбцов пикселов. Реально видео «4К» содержит или 3840 столбцов, или 4096 столбцов, хотя в видеонаблюдении это почти всегда 3840 (следует помнить, что 3840 — это для телевидения сверхвысокой четкости UHD-1, в то время как 4096 для цифрового кино DCI).
Конечно, жаль, что в условных обозначениях для столбцов (р) и строк (К) используются различные измерения – «р» измеряется в разах, а «К» в тысячах. Как бы то ни было, но в видеонаблюдении приходится постоянно помнить, о чем идет речь.
Обозначение «МР
MP – это общее число пикселов, полученное перемножением числа столбцов «р» на число строк «К». Например, для камеры 1080p: 1920 столбцов (то есть 2К) умножаем на 1080 строк и получаем 2МР (точнее, 2.07МР, но обычно это обозначают как 2MP или 2.1MP).
Что лучше
Наименее удобным для видеонаблюдения является обозначение вида «р», поскольку в большинстве измерений не используется значение по вертикали. К примеру, такой параметр, как «плотность пикселов» (PPF / PPM) основывается на значении по горизонтали. В этом смысле значение «К» является более полезным, поскольку позволяет понять разницу в количестве пикселов по горизонтали, что является ключевым для оценки плотности пикселов. Например, 4К-камера при всех прочих равных дает в 2 раза большую плотность пикселов по сравнению с 2К-камерой.
Обозначение «К» меньше используется, оно мало знакомо, поскольку только начинает использоваться на рынке, обычно для 4К-камер.
На рынке по-прежнему широко используется обозначение МР. Например, 2К-камера – это примерно 2МР, а 4К-камера – это около 8МР. Заметим, что число «К» удвоилось, а «МР» при этом увеличилось в 4 раза (вследствие перемножения столбцов на строки). Большее число звучит, конечно, более впечатляюще.
Примечание относительно частоты кадров (для компании «Avigilon»)
Хотя до этого мы говорили только о числе пикселов, но 4К – это стандарт, в котором оговаривается также и частота кадров, которая должна составлять 24 кадра в секунду и более.
Однако у многих мегапиксельных камер для видеонаблюдения частота кадров намного ниже. Например, компания «Avigilon» производит 4K-камеры, однако у них максимальное значение лишь 12 кадров в секунду. Действительно, компания «Avigilon» демонстрирует 7K-камеру (то есть, это примерно 7000 столбцов или горизонтальных пикселов), однако это реализовано примерно при 5 кадрах в секунду, при заметных рывках в смене кадров (заметных на их собственном демонстрационном видео).
С другой стороны, большинство пользователей оказывается более терпимыми к низкой частоте кадров, нежели к низкому разрешению. К примеру, в настоящее время большинство отвергнет камеру с разрешением ниже 720р, однако многие были бы вполне удовлетворены 10 кадрами в секунду.
Соображения по качествуизображения
В завершение сказанного: все время важно иметь ввиду, что количество пикселов/разрешение – это еще не гарантия качества изображения.
У многих мегапиксельных камер имеются проблемы с динамическим диапазоном и чувствительностью, что является следствием сложности обработки изображений.
Перевод: Ю. Гедзберг
