Что такое битрейт в видеонаблюдении

Качество трансляции с камер охранного видеонаблюдения напрямую связано с понятием “битрейт”. В системе безопасности он отвечает за эффективную скорость передачи видео- и аудиоданных, которая соотносится с требованиями детализации и четкости каждого кадра. Высокий битрейт подходит для фиксации активного движения в метрополитене, на скоростных трассах и для полноценной передачи метаданных. Оптимальная скорость обеспечивает плавное течение видеоряда, высокую четкость, цветность и контрастность.

В локациях, где объектив фиксирует низкую активность, например, в частных домах, небольших автомастерских или офисных пространствах, битрейт может быть минимальным. Камеры, установленные в подобных местах, передают небольшое количество информации и предъявляют незначительные требования к сети.

Помимо сценариев на уровень обработки данных влияют настройки разрешения и частоты кадров в секунду. Даже при высоком битрейте качество записи может сильно разниться. Разберемся, что представляет из себя битрейт, какое оборудование отвечает за способность сети передавать сигнал с IP-камер и как определить оптимальные параметры.

Битрейт в системах видеонаблюдения

Измеряется битрейт в битах и равен скорости их передачи за конкретное время. Биты отвечают за измерение количества информации и являются наименьшей единицей ее исчисления.

Скорость передачи видео- и аудиоданных чаще обозначают в килобитах/секунду. Нагрузка на сетевые ресурсы системы видеонаблюдения характеризуется объемом информации, переданной с камер за одну секунду. Ее изменения могут исказить видео или, наоборот, повысить цветность, четкость и детализацию картинки.

Передача видеосигнала

Высокий битрейт не всегда равен идеальной картинке с камер. Более того, неоправданные экстремальные нагрузки могут впустую расходовать ресурсы охранной системы. Вместе с хорошим разрешением и четкостью растет нагрузка на процессор, но далеко не все охраняемые объекты нуждаются в видеонаблюдении уровня 4K.

Высокий битрейт эффективен, когда мощность оборудования соответствует нагрузке. В этом случае качественный сигнал способен передать искомое изображение без подвисания и помех. Появление перед камерой активных сцен и движущихся объектов требует больших сетевых ресурсов, чем статичные сценарии с постоянным освещением.

Стабильные системы видеонаблюдения отличаются точностью настройки. Нагрузка на сеть с двадцати камер наблюдения может превысить скорость интернета, что повлечет за собой перегрузку оборудования, искажение обработки видеопотока, потерю несохраненных записей и отключение метаданных.

На уровень битрейта влияют все основные настройки камер:

• Глубина цвета
• Количество кадров в секунду
• Динамичность сцены
• Разрешение
• Степень сжатия

Важно соблюдать баланс между показателями качества и скорости, которые напрямую зависят от задач видеонаблюдения.

Камеры TRASSIR с разрешением 2-4  Мп      Камеры TRASSIR с разрешением 5-8 Мп

VBR и CBR

Bitrate — это еще и степень сжатия видеоданных. Обычное сжатие "съедает" качество, и в итоге на экран оператора выводится нечеткое видео с трудноразличимыми деталями. Сохранить характеристики картинки и оптимальные требования к каналу передачи позволяют алгоритмы декодирования. Преобразование видео- и аудиосигналов происходит в одном из двух режимов — переменном (VBR) или постоянном (CBR).

CBR

CBR формирует постоянный выходной поток, то есть скорость остается неизменной вне зависимости от активности в кадре (по факту, изменения могут колебаться в рамках +-10%). В камерах разных брендов задано конкретное ограничение пропускной способности, обычно 2-4 Мбит/с. Благодаря CBR качество материала остается на одном уровне до тех пор, пока не изменится динамика сценария. Если на видео ничего не происходит, после чего возникает активность, изображение в рамках CBR теряет четкость и плавность перехода от кадра к кадру. Это происходит, так как запись движения требует большей пропускной способности, а ее изменение в формате не предусмотрено.

Если камеры направлены на пространство малой проходимости, то достаточно установить минимальный битрейт. В случаях, когда видеокомплекс фиксирует динамичные сценарии (перемещение объектов в кадре), логично выбрать максимальный уровень передачи. С его помощью запись активного движения можно будет просмотреть детально, распознать мелкие элементы и увеличить важные области.

С CBR можно вычислить потенциальные объемы данных, спрогнозировать свободное место на диске. Перед установкой новой системы наблюдения формат позволяет рассчитать мощность оборудования и коммутаторов. Недостаток CBR состоит в том, что пользователю придется выбирать между непрерывным онлайн-просмотром худшего качества или хорошим изображением с периодическими помехами и пропуском кадров. Определить, по какому сценарию будет работать устройство, можно с помощью опции Priority. Пользователю доступен один из приоритетов CBR.

Скорость. Быстрая передача сигнала с камеры легко фиксирует простую картинку, а при ее усложнении (пролетела птица, изменилось освещение, прошел человек) устройство продолжит поддерживать стабильную скорость, но из-за утяжеления видеоданных начнет сжимать изображение, ухудшая его качество. На экран оно будет передаваться в нечетком, искаженном виде.

Качество. Приоритет качества программирует камеру поддерживать стабильный уровень заданной нагрузки на линию. При усложнении изображения частота кадров в секунду замедляется, что неприемлемо в локациях, где важно быстро реагировать на ситуации. Например, в сфере банкинга или на особо охраняемых объектах.

Качество кадра и скорость. Если установить приоритет двух параметров одновременно, то при достижении установленного предела сетевой передачи устройство начнет ухудшать сразу оба показателя.

Очевидное решение вопроса — установить высокую пропускную способность, но появляется риск, что затраты на дорогое оборудование, линию связи и серверы с объемным хранилищем не оправдают монтаж видеонаблюдения. Важно обратить внимание на то, что CBR уменьшает нагрузку на сеть, но не снижает нагрузку на процессор.

VBR

Переменный поток данных подразумевает противоположный подход к изменениям битрейта. VBR позволяет каналу связи отвечать адекватно ситуации в кадре. Если камеры неподвижны, нет движения в поле зрения объектива и наблюдается стабильная освещенность, то затраты сети могут не превосходить нескольких мегабит. Противоположный сценарий: в кадре происходит активное движение, в объектив попадает свет фар автомобилей, меняется освещение — это увеличивает объем информации соразмерно изменениям, сохраняя заданный уровень качества и скорости.

VBR работает следующим образом: в настройках камеры необходимо установить параметры съемки, которые не изменятся вне зависимости от сценария. Тогда интенсивность сетевого потока будет корректироваться автоматически сообразно сложности картинки.

С одной стороны, VBR может значительно сэкономить трафик, моментально адаптируясь к смене обстановки. С другой же, постоянный битрейт, в особенности без установленной верхней границы, при работе зума или повороте камеры легко вызовет резкий скачок уровня передачи данных, который способен перегрузить процессор. Это приведет к пропуску кадров, удалению необработанных материалов и отключению метаданных.

Ознакомьтесь со всеми доступными поворотными IP-камерами TRASSIR

Ограничение битрейта зависит от производительности камеры. Некоторые модели оснащены настройкой VBR, которая ограничивает верхние пределы пропускной способности. Это гарантирует защиту от перегруза и позволяет рассчитать будущий трафик при разработке охранной видеосистемы.

Переменный формат актуален в локациях с непостоянным уровнем динамики в кадре, когда отсутствие активности переходит в движение и обратно. Лабильная система VBR актуальна в торговых залах, заводских цехах, офисных помещениях и других локациях с изменениями сценариев.

Запись с камер в формате VBR способна выдавать материалы высокого качества, которые в разы превосходят результаты работы CBR. Проблемой же является сравнительно большой размер файлов и непредсказуемость количества данных, что мешает прогнозировать объемы хранилища.

Интеллектуальные решения TRASSIR для локаций с высоким уровнем динамики

Баланс качества и пропускной способности сети

Задачи наблюдения определяют необходимые качество и характеристики изображения с камер. Здесь пользователь неизбежно встретится с выбором оборудования, которое отвечает будущей нагрузке. Чем качественнее кадры, тем они "тяжелее", а соответственно, понадобятся:

• процессор большей мощности для обработки материала
• высокая пропускная способность при передаче сигнала на сервер и выводе картинки на экран
• пространство для хранения на облаке или дисковом пространстве

Поддерживать интенсивность входящего и исходящего сетевого потока позволяют правильно рассчитанные ресурсы. Установка процессора и интернет-каналов на объектах с высокими требованиями к надежности будет отличаться от организации системы безопасности в квартире. При передаче сигнала с камеры сверхвысокого качества пользователь сталкивается с проблемой сжатия файлов без потери качества — для снижения потребления ресурсов разработаны программы, декодирующие медиафайлы.

Ознакомьтесь с преимуществами облачного решения TRASSIR Cloud!

Кодеки для сжатия медиаданных

Алгоритмы декодирования подразделяют на потоковые и покадровые.

Потоковые

• H.264 — популярный кодек среди производителей сферы видеонаблюдения. Он обладает оптимальным балансом качество-размер и подходит для широкой системы камер с высоким разрешением и для сетей с небольшой пропускной способностью.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодеков H.264 и H.264+

• H.265 — необходимость в нем появляется только при работе с камерами видеонаблюдения 4К. Он способен "облегчить" данные до 50%, сохранив качество кадра, аналогичное его предшественнику.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодеков H.265 и H.265+

• MPEG-4 — общепринятый на мировом уровне стандарт декодирования. Требует высоких технических и сетевых ресурсов и может вызывать задержки.

Покадровые

• MJPEG — подходит для видеоустройств не самого высокого разрешения, это простой и быстрый способ оцифровки при минимальных мощностях.

Камеры TRASSIR с поддержкой кодека MJPEG   

Часть изготовителей закладывают в камеры кодирование собственной разработки, которое совместимо исключительно с продукцией компании. Однако большинство представителей рынка все же предпочитают оснащать охранные камеры известными кодеками. Иногда это только один стандарт, но чаще бренды встраивают поддержку двух и более вариантов кодирования.

Цели использования CBR VBR

В зависимости от режимов кодирования размеры исходящих данных могут сильно различаться, что серьезно отражается на работе всей системы. Верный подбор CBR или VBR режима позволит точнее определить требования к сети и оборудованию.

CBR эффективен в ограниченных условиях канала связи, он поможет избежать перегрузки и уложиться в твердо определенную пропускную способность. Постоянный битрейт подходит для объектов с малым передвижением людей, автомобилей и постоянным освещением в поле зрения камеры. Существуют программное обеспечение, которое идеально работает именно с требованием стабильности CBR.

Переменный битрейт подходит для задач, не привязанных к ограничениям пропускной способности линий связи. VBR рассчитан на вывод высококачественного видео с необходимой скоростью в различных эксплуатационных условиях.