استریم های ویدئویی دوربین های مداربسته : مقایسه ی VBR ، CBR و MBR
استریم های ویدئویی دوربین مداربسته تأثیر زیادی بر روی کیفیت و پهنای باند دارد. این مسئله تنها به انتخاب کدک هایی چون H.264 یا H.265 ختم نمی شود. صرف نظر از کدک مورد استفاده، باید بتوان نحوه ی مدیریت تغییرات در پیچیدگی صحنه توسط استریم های ویدئویی دوربین های مداربسته را نیز انتخاب کرد. سه حالت اصلی برای استریمینگ ویدئویی (VBR، CBR و MBR) و یک ویژگی مرتبط (کدک های هوشمند) وجود دارد، که به میزان قابل توجهی بر پهنای باند مورد نیاز دوربین مداربسته تأثیر می گذارند. در این نوشته که با عنوان”استریم های ویدئویی دوربین های مداربسته : مقایسه ی VBR ، CBR و MBR” تهیه شده، به مقایسه این استریم ها خواهیم پرداخت.
استریم های ویدئویی VBR ، CBR و MBR
در اینجا به منظور آشنایی بیشتر با انواع استریم های ویدئویی دوربین های مداربسته تعریف مختصری از VBR ، CBR و MBR عنوان می شود.
- CBR مخفف عبارت Constant Bit Rate، به معنای بیت ریت ثابت است و هدف آن دست یابی به یک سطح پهنای باند ثابت است، که برای این کار تغییر کیفیت تصویر ویدئویی مجاز است.
- VBR مخفف عبارت Variable Bit Rate، به معنای بیت ریت متغیر است و در آن بیت ریت مجاز به تغییر است. اما سطح کیفیت تصویر ویدئویی ثابت نگه داشته می شود.
- MBR مخفف عبارت Maximum Bit Rate، به معنای بیت ریت حداکثری است که در آن تغییر بیت ریت تا حداکثر مقدار تعیین شده مجاز است، که می توان آن را VBR کراندار (Bounded) در نظر گرفت.
با توجه به نیازتان باید تعیین کنید که آیا بیت ریت می تواند تغییر کند. اگر بله میزان تغییر آن تا چه حد می تواند باشد؟
نحوه ی تغییر پیچیدگی صحنه
استریم های ویدئویی دوربین های مداربسته از نظر پیچیدگی می تواند به نحو چشم گیری تغییر کنند. اگر دوربینی داشته باشید که در طول روز بر روی یک دیوار سفید زوم شده باشد، صحنه ای بسیار ساده ای خواهیم داشت. برای داشتن سطح کیفی خوب، استریم ویدئویی اچ دی P720 با فریم ریت (Frame Rate) ۳۰ فریم در ثانیه به پهنای باند ۲۰۰ کیلوبیت در ثانیه نیاز خواهد داشت. در نقطه ی مقابل، اگر دوربینی داشته باشید که به یک تقاطع پر تردد نگاه می کند، صحنه ای بسیار پیچیده خواهید داشت.
با فرض تنظیماتی دقیقا مشابه صحنه ی قبلی، ممکن است به بیست برابر پهنای باند بیشتر (۴۰۰۰ کیلوبیت در ثانیه) نیاز داشته باشید تا کیفیت را در همان سطح خوب حفظ کنید. هر چه صحنه پیچیده تر شود، بیت های بیشتر پهنای باند بیشتر مورد نیاز خواهد بود تا همان سطح کیفیت حفظ شود. در این جا اهمیتی ندارد که کدک شما تا چه حد خوب و یا پیشرفته است.
چالش های نظارت تصویری
چالش عملی اصلی استریم های ویدئویی در نظارت تصویری این است که پیچیدگی صحنه ممکن است حتی در یک دوربین و فقط در طی چند ساعت به میزان قابل توجهی تغییر کند. تنظیم دوربین مداربسته برای استفاده از پهنای باند کمتر باعث خواهد شد کیفیت تصویر از دست برود. از سوی دیگر تنظیم دوربین برای استفاده از پهنای باند بسیار زیاد باعث اتلاف مقدار قابل توجهی فضای ذخیره سازی خواهد شد.
مسائل مرتبط با پیاده سازی دوربین IP
دو عامل رایج دیگر انتخاب دوربین مداربسته بر اساس استریم های ویدئویی را چالش برانگیزتر می سازند. این دو عامل را می توان به شرح زیر توصیف نمود.
- پیش فرض های متفاوت: تولید کنندگان دوربین، هم از حیث حالت های کدگذاری و هم از نظر بیت ریت مورد استفاده، پیش فرض های بسیار متفاوتی دارند. همین طور، حتی در صورتی که فریم ریت و رزولوشن دو دوربین یکسان باشد، باز هم ممکن است عملکرد آن ها در استفاده از پهنای باند به شکل چشم گیری متفاوت باشد.
- ترمینولوژی متفاوت (اصطلاحات متفاوت): بیشتر تولید کنندگان از اصطلاحات استاندارد VBR ، CBR یا MBR استفاده نمی کنند و در بیشتر مواقع با خلق واژه های جدید و متفاوت، باعث سر در گمی کاربران می شوند. این واژه ها به سادگی می توانند باعث سوء برداشت یا اشتباه کاربران در مورد کنترل های مجاز شوند.
ازاستریم های ویدئویی MBR استفاده کنید
توصیه ی IPVM در مورد استریم های ویدئویی این است که از استریمینگ MBR که گاهی آن را VBR کراندار نامیده می شود، استفاده کنید. زیرا MBR ترکیبی از بهترین مزایای کد گذاری VBR و CBR را ارائه می کند. در زیر به چندی از مزایای استفاده از MBR اشاره می شود.
مزایای استفاده از MBR
کدگذاریMBR در مقایسه با تنظیمات معمول CBR باعث کاهش مصرف پهنای باند به میزان ۳۰ تا ۷۰ درصد می شود. این کاهش به این دلیل رخ می دهد که به دوربین مداربسته اجازه ی کاهش پهنای باند مورد استفاده در شرایط ساده بودن صحنه داده می شود. این در حالی است که CBR همیشه در یک بیت ریت ثابت قفل می شود.
کدگذاری MBR در مقایسه با تنظیمات معمول VBRمی تواند مصرف پهنای باند را به مقدار ۲۰ تا ۵۰ درصد کاهش دهد. MBR این کار را با جلوگیری از مصرف بیش از اندازه و انفجاری پهنای باند VBR و اعمال سطح حداکثری پهنای باند انجام می دهد. در این حالت به احتمال زیاد عملا شاهد کاهش کیفیت تصویر نخواهیم بود. زیرا به هر حال جزئیات تصویر ضبط شده در یک صحنه ی تاریک کاهش می یابد.
علاوه بر موارد مذکورMBR امکان استفاده ی بهتر از کدک های هوشمند را فراهم می آورد. در حالی که CBR این کار را نمی کند. با توجه به این که کدک های هوشمند در آزمایش ها باعث صرفه جویی هایی در پهنای باند شدند (به طور میانگین بیش از ۵۰ درصد) این مورد یک دلیل متقاعد کننده ی دیگر برای استفاده از MBR است.
صرفه جویی های بیشتر کدک های هوشمند
در چند سال گذشته، کدک های هوشمند متداول شده اند و بسیاری از تولید کنندگان دوربین این کدک ها را در دوربین های خود گنجانده اند. کدک های هوشمند فشرده سازی را با توجه به آنچه که در صحنه است، تغییر می دهند. بنابراین، بخش های ثابت پس زمینه ی تصویر ممکن است بسیار فشرده و دارای کیفیت پایین باشند. در حالی که تصویر سوژه های متحرک با فشرده سازی کمتر ارائه می شود. همچنین، آن ها می توانند بازه ی I فریم را تغییر دهند و زمانی که فعالیت ناچیزی در صحنه وجود دارد باعث کاهش بازه ی I فریم و مصرف پهنای باند کمتر شوند.
چون کدک های هوشمند فشرده سازی، بازه ی I فریم و سایر تنظیمات کدک را تغییر می دهند، ذاتا نیازمند VBR یا MBR هستند و به طور کلی با CBR مورد استفاده قرار نمی گیرند. در حقیقت، بیشتر دوربین ها هنگام استفاده از کدک های هوشمند، به صورت خودکار حالت استریم های ویدئویی را به VBR تغییر می دهند. توجه داشته باشید که برخی دوربین ها این امکان را فراهم می آورند که پس از فعال شدن کدک هوشمند، استریم های ویدئویی به صورت CBR تنظیم شود. اما آزمایش ها نادرستی این گزاره را نشان دادند. چرا که استریم های ویدئویی هنگام استفاده از VBR با کدک های هوشمند واکنشی مشابه داشتند.
گزینه های پیکربندی تولید کننده
نمودار زیر مرجع سریعی را ارائه می کند که می توانید وضعیت پشتیبانی تولید کنندگان از روش های مختلف استریمینگ را بررسی کنید در ادامه، گزینه های پیکربندی کدگذاری هر تولید کننده را بررسی می کنیم.
ارکانت ویژن
دوربین های مداربسته ارکانت ویژن (Arecont Vision) از هر سه حالت استریم های ویدئویی پشتیبانی می کنند. در این دوربین های مداربسته حالت پیش فرض MBR با کران بالای ۱۰٫۰۰۰ کیلوبیت در ثانیه است. ارکانت ویژن این کران را حد سرعت (Rate Limit) می نامد. که در تصویر نشان داده شده است. توجه داشته باشید که برخی از نسخه های قدیمی تر دوربین های مداربسته ارکانت ویژن فقط از VBR پشتیبانی می کنند، و هیچ راهی برای تعیین کران بالای بیت ریت و همچنین استفاده از حالت CBR در آن ها وجود ندارد.
اویجیلون
دوربین های کنونی اویجیلون (Avigilon) به صورت پیش فرض از استریم های ویدئویی MBR استفاده می کنند و هیچ راهی برای استفاده از استریم های ویدئویی CBR یا VBR وجود ندارد. در دوربین های اویجیلون، پهنای باند مصرفی تا بیت ریت حداکثری تنظیم شده توسط بیت ریت ماکزیمم، که به عنوان کران بالا عمل می کند، تغییر خواهد کرد.
اکسیس
دوربین مداربسته اکسیس در حال حاضر برای استریم های ویدئویی از دو رابط وب متفاوت استفاده می کند. زیرا هنوز بسیاری از دوربین ها به رابط کاربری مبتنی بر HTML5 جدید انتقال نیافته اند. با این حال، در هر دو رابط وب قدیمی و جدید اکسیس پیش فرض تنظیمات به یک شکل و آن هم VBR بدون کران بالا است، که در تصویر زیر از رابط جدید نشان داده می شود. گزینه ی Maximum Bitrate این امکان را فراهم می آورد که بیت ریت تا مقدار حداکثر تعیین شده تغییر کند. توجه داشته باشید که اکسیس هرگز از CBR “واقعی” پشتیبانی نکرده است. پیش از این نیز تنظیمات بیت ریت ثابت آن ها در واقع همان MBR با برچسب CBR بود.
بوش
نسبت به تمامی دوربین هایی که تا کنون بررسی کرده ایم دوربین مداربسته بوش پیچیده ترین گزینه های پیکربندی را برای اینکد کردن دارد. به طور کلی بوش می تواند هر ۳ حالت را انجام دهد. با این حال، باید چگونگی تنظیم فیلدهای Target bitrate و Maximum Bit Rate را بدانیم، که در شکل زیر نشان داده شده است:
برای تنظیم MBR کافی است حداکثر بیت ریت را به همان میزانی که در نظر دارید تنظیم کنید. میزان بیت ریت هدف عملأ حداقل بیت ریت است. اگر می خواهید تنظیمات به VBR بدون کران بالا نزدیک تر باشد، باید بیت ریت هدف را پایین و حداکثر بیت ریت را بالا تنظیم کنید. این مقدار را می توانید حداکثر تا ۴۰ , ۰۰۰ کیلوبیت در ثانیه تنظیم کنید. به این ترتیب، امکان تغییرات گسترده ی بیت ریت فراهم می شود. معمولا دوربین ها هرگز به این بیت ریت ۴۰ مگابیت در ثانیه نمی رسند.
در نهایت، اگر بخواهید به مقداری نزدیک به CBR دست پیدا کنید، بیت ریت هدف و حداکثر بیت ریت را به هم نزدیک کنید. این کار باعث می شود پهنای باند در بازه ای بسیار محدود باقی بماند. دوربین مداربسته بوش امکان نزدیک شدن این دو عدد را به اندازه ی ۱۰ درصد اختلاف فراهم می سازد. برای مثال، می توانید بیت ریت هدف و حداکثر بیت ریت را به ترتیب ۵۰۰۰ و ۵۵۰۰ تعیین کنید.
داهوا
دوربین مداربسته تحت شبکه داهوا (Dahua) از استریم های ویدئویی MBR و CBR پشتیبانی می کنند. لازم به ذکر است که استریم های ویدئویی پیش فرض داهوا CBR است. کاربران می توانند بیت ریت های حداکثری از پیش تعریف شده را انتخاب کنند یا این که خودشان آن را وارد کنند. در این دوربین ها هیچ راهی برای دستیابی به استریم های VBR بدون کران وجود ندارد.
هانوا
مدل های جدید دوربین مداربسته هانوا (Hanwha) دارای استریم های ویدئویی CBR و یک حالتی دیگر هستند که آن را VBR برچسب گذاری کرده اند. با این حال، برخلاف پیاده سازی های واقعی VBR، در دوربین های هانوا هیچ راهی برای ثابت کردن فشردگی دوربین وجود ندارد و هم بیت ریت و هم کوانتیزاسیون تغییر می کنند.
با این همه، مدل های قدیمی تر هانوا از CBR و MBR پشتیبانی می کنند و کران بالای بیت ریت آن ها حداکثر می تواند ۳۰ مگابیت در ثانیه باشد.
هایک ویژن
دوربین مدار بسته هایک ویژن تحت شبکه (Hikvision) نیز از استریم های ویدئویی MBR (پیش فرض) و CBR پشتیبانی می کنند. در آن ها هیچ راهی برای دستیابی به VBR بدون کران وجود ندارد.
پاناسونیک
دوربین مداربسته تحت شبکه پاناسونیک (Panasonic) از CBR و MBR (پیش فرض) پشتیبانی می کنند. توجه داشته باشید که در این دوربین ها نیز هیچ راهی برای رسیدن به VBR بدون کران وجود ندارد. اما می توان در حد بسیار بالایی (۲۴ مگابیت در ثانیه یا بالاتر، بسته به مدل) تنظیم کرد. دوربین مداربسته تحت شبکه پاناسونیک شامل حالت های دیگری نیز هست. اما توصیه می کنیم که همانند دیگر دوربین ها از MBR بهره ببرید. توجه داشته باشید که مدل های جدید پاناسونیک با نام i-PRO EXTREME یکی از معدود دوربین هایی هستند که به صورت پیش فرض از H.265 برای استریم اصلی خود بهره می برند. کاربران باید مراقب این مسئله باشند. زیرا اگر VMS ها و NVR ها از این استریم پشتیبانی نکنند، اتصال دوربین به آن ها با مشکل روبرو خواهد شد.
پلکو
دوربین مداربسته پلکو (Pelco) از هر ۳ حالت استریم های ویدئویی پشتیبانی می کند. اما از حالتی که آن را CVBR (Constrained Variable Bit Rate) می نامد، استفاده می کنند. به طور کلی CVBR نوعی کدک CBR است که اجازه می دهد بیت ریت به طور جزئی تغییر کند که تقریبا به اندازه ی ۱۰ درصد بالاتر یا پایین تر خواهد بود. همینطور، این حالت کم و بیش همان حالت CBR است. مطابق شکل زیر، بیت ریت ویژه یا هدف در فیلد بیت ریت تنظیم می شود:
حداکثر بیت ریتی که در تصویر نشان داده شده به عنوان حجم حداکثر یا کران حجم عمل می کند.
سونی
سونی (Sony Video Security Products) نیز از هر ۳ حالت استریم های ویدئویی پشتیبانی می کند. اما چون سونی از سال ۲۰۱۳ یا ۲۰۱۴ پشتیبانی خود را از این سه حالت آغاز کرده است، بنا بر این ممکن است دوربین های قدیمی که سخت افزارشان به روزرسانی نشده است از VBR یا MBR پشتیبانی نکنند. برای فعال کردن MBR در دوربین مداربسته سونی، ابتدا باید VBR را انتخاب کنید و سپس حداکثر بیت ریت مجاز را به طور مناسب وارد کنید. در این تصویر این عمل نشان داده شده است.
تصویر زیر هر ۳ حالت را برای سونی نشان می دهد.
با این حال، توجه داشته باشید که در دوربین های نسل هفتم سونی شامل SNC-VM772R و SNC-VB770 هیچ راهی برای تثبیت فشرده سازی هنگام تنظیم دوربین بر روی حالت VBR وجود ندارد. به جای آن تنها میزان بیت ریت هدف تعیین می شود. با این حال، حتی این تنظیمات نیز گیج کننده هستند. چرا که در آزمایش ها، صرف نظر از میزان فعالیت در صحنه، دوربین پهنای باند کمتری نسبت به بیت ریت هدف مصرف کرده و هرگز به کران بالای بیت ریت نرسیده است.
یونی ویو
دوربین مدرابسته یونی ویو (Uniview) از استریم های ویدئویی MBR(اگرچه بانام VBR) و CBR پشتیبانی می کنند. حداکثر بیت ریت محدود به حد بالای ۱۶ مگابیت در ثانیه است، که در تصویر زیر نشان داده شده است.
ویوتک
دوربین مداربسته ویوتک (VIVOTEK) از VBR پشتیبانی می کند. این استریم ویدئویی در رابط کاربری به نام Fixed quality مشخص می شود. همچنین ویوتک نسخه ای از MBR که آن را Constrained bitrate می نامد نیز پشتیبانی می کند. Constrained bitrate عملکردی مشابه با VBR دارد. در این مورد دوربین فشردگی را در یک سطح مشخص تثبیت می کند و بیت ریت آزادانه تا حد مشخص شده (حداکثر تا ۴۰ مگابیت در ثانیه) مطابق تصویر تغییر می کند. زمانی که بیت ریت به این حد نزدیک می شود، فشرده سازی با فریم ریت ممکن است تغییر کند، که در بخش Policy تصویر زیر نشان داده شده است.
کار با دوربین های CBR
اگر چه اکنون دوربین هایی که فقط از استریم های ویدئویی CBR پشتیبانی کنند نادر هستند، اما ممکن است کاربران هنوز با مدل های جدید آشنا نشده باشند. یا ممکن است که سیستم هایی را ببینید که هنوز فقط از CBR استفاده می کنند. در این مورد، در این بخش توصیه هایی ارائه شده است از همان ابتدا، تولید کنندگان دوربین های CBR به طور معمول بیت ریت پیش فرض را روی مقداری بالا نسبت به کاربردهای معمول تنظیم می کردند. این بدان معنا است که کیفیت تصویر باید خوب به نظر برسد. جنبه ی منفی نیز این است که در حال هدر دادن پهنای باند هستید. با حالت CBRتعیین مقدار بیت ریت مناسب با یکی از دو رویکرد زیر قابل انجام است. با استریم های ویدئویی CBRتعیین مقدار بیت ریت مناسب با یکی از دو رویکرد زیر قابل انجام است.
رویکرد های تعیین مقدار بیت ریت در اسریم ویدوئویی CBR
- بیت ریت را روی مقدار بالا تنظیم کنید و به این ترتیب از هر گونه مشکلات کیفی اجتناب کنید. اما در نظر داشته باشید که احتمالا حدود ۳۰ تا ۷۰ درصد از پهنای باند مورد استفاده را هدر داده اید.
- پیچیدگی صحنه و کیفیتی را که نیاز دارید با آزمودن چند سطح پهنای باند در زمان های متفاوت روز ارزیابی کنید. سپس یکی از این آنها را انتخاب کنید.
به هر ترتیبCBR کاربران را مجبور می کند به یک حدی رضایت دهند. اگر صحنه در تمام ساعات شبانه روز و ایام هفته یکنواخت باقی نماند، یکی از دو مشکل هدر رفتن پهنای باند یا افت کیفیت در برخی از ساعات روز رخ خواهد داد. این ایراد ساده نیست و به همین دلیل است که بیشتر افراد MBR را ترجیح می دهند. زیرا MBR کار بر اساس حدس و گمان و احتمال بروز خطا را حذف می کند.
تأثیراستریم های ویدئویی VBR و CBR بر روی کیفیت
هر دو استریم های ویدئویی VBR و CBR بر روی سطوح فشرده سازی تأثیر می گذارند و این امر جنبه ای مهم و نادیده گرفته شده از استریمینگ ویدئویی است. بدون توجه به رزولوشن انتخابی (نظیر P1080، P720 و غیره) مقدار فشرده سازی تصاویر تغییر می کند و هرچه فشرده سازی بیشتر شود، تصویر بی کیفیت تر به نظر خواهد رسید. با استفاده از VBR سطح فشرده سازی ثابت باقی می ماند و پهنای باند تغییر می کند تا تضمین شود که هر صحنه در آن سطح فشرده می شود.
با CBR پهنای باند ثابت می شود. بنابراین سطح فشرده سازی باید در زمان تغییر صحنه تنظیم شود.
نکته: این مطلب در سال ۲۰۱۷ به روزرسانی شده تا پیشرفت هایی که در کدک های هوشمند رخ داده و تغییراتی که در پیکربندی ها و امکانات تولید کنندگان اعمال شده در آن گنجانده شود.
برای دریافت اطلاعات بیشتر در مورد استریم های ویدئویی دوربین مداربسته مایلسایت و دوربین مداربسته کی دی تی با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
