محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند دوربین مداربسته
محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند دوربین مداربسته کاری پیچیده است. به همین دلیل ممکن است کاربران بی تجربه پهنای باند را کمتر از مقدار واقعی تخمین بزنند و همین امر منجر به کاهش طول مدت زمان ضبط فیلم و ذخیره سازی یا بارگذاری بیش از حد بر روی شبکه شود. رایج ترین روش متخصصان برای تخمین فضا و تجهیزات ذخیره سازی مورد نیاز این است که از ابزارهای محاسباتی تولید کننده یا شرکت های ثالث استفاده کنند. با این حال، این ابزار در برابر عوامل پیچیده ای که پهنای باند و فضای ذخیره سازی را تحت تأثیر قرار می دهند، بسیار ساده است. در این نوشته، مسائل کلیدی توضیح داده شده و توصیه های خود را برای دقیق تر کردن محاسبات فضای ذخیره سازی مورد نیاز ارائه می دهیم.
استفاده از ماشین حساب در محاسبه ی فضای ذخیره سازی
به رغم احتمال بالای اشتباه ماشین حساب ها محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند دوربین مداربسته، بیشتر کاربران از آن ها استفاده می کنند. استفاده از این ابزارها، حتی برای تازه کارها نیز ساده است. این ماشین حساب ها معمولا فقط اطلاعات پایه ای، نظیر تعداد دوربین های رزولوشن و فریم ریت را از کاربر درخواست می کنند و بلافاصله تخمینی را ایجاد می کنند. در یک نظرسنجی اعضای IPVM، مشخص شد که اکثر افراد از ابزار محاسبات فضای ذخیره سازی بهره می برند، که به تفکیک در شکل زیر نشان داده شده است.
با این حال، تقریبا غیر ممکن است که این ابزارهای محاسباتی منعکس کننده ی طیف وسیعی از شرایطی که دوربین ها تحت آن ها نصب می شوند و نیز تنوع مدل های دوربین ها باشند. برای مثال، وقتی از کاربران پرسیده شده که یک دوربین P1080 با کدک H.264 از چه میزان پهنای باندی استفاده می کند؟ نتایج زیر به دست آمد. توجه کنید که تخمین پهنای باند مصرفی، حتی با وجود یکسان بودن رزولوشن، فریم ریت و کدک، تا چه اندازه متفاوت است.
با این که پاسخ ها تا ۳۰۰ درصد اختلاف داشت، اما باز هم پاسخ تمامی پاسخ دهندگان ممکن است «صحیح» باشد. تفاوت در مدل دوربین های مداربسته استفاده شده و محل نصب دوربین ها می تواند به راحتی منجر به اختلافی عظیم در پهنای باند یا فضای ذخیره سازی واقعی مصرف شده گردد. این همان چیزی است که ماشین حساب آن ها را منعکس نمی کند.
دقیق ترین روش محاسبه ی فضای ذخیره سازی
برای محاسبه ی پهنای باند و فضای ذخیره سازی به شکلی دقیق، سه توصیه ی مهم وجود دارد.
- دوربین ها را در صحنه های مختلف آزمایش و پهنای باند مصرفی را اندازه گیری کنید.
- پیچیدگی صحنه را برای هر زاویه ی دید پیشنهاد شده ثبت کنید.
- نحوه ی تأثیرگذاری تنظیمات کلیدی دوربین را بر مصرف پهنای باند و فضای ذخیره سازی درک کنید.
این سه نکته برای به دست آوردن تخمینی صحیح ضروری است و به کاربران کمک خواهد کرد تا از اشتباهات سر نوشت ساز در محاسبات خود جلوگیری کنند. برای مثال، ممکن است یک ماشین حساب برای یک صحنه مقدار ۲ مگابیت در ثانیه را تخمین زده باشد. اما بر اساس تجربیات گذشته و آگاهی از عملکرد دوربینی خاص، متوجه شوید که بیت ریت ارسالی احتمالا بیش از ۴ مگابیت در ثانیه خواهد بود، که به معنی افزایش ۱۰۰ درصدی نسبت به تخمین ماشین حساب است.
آزمایش دوربین ها
به دلایلی که گفته شد، دانستن میزان پهنای باند مصرفی و محاسبه ی فضای ذخیره سازی هر مدل دوربین، که در صحنه های مختلف، از ساده تا پیچیده، نصب شده است اهمیت ویژه ای دارد.
- ساده ترین: دیوار سفید.
- ساده: راهروی خالی.
- متوسط: یک لابی یا بخش پذیرش با نورپردازی خوب.
- پیچیده: پارکینگ.
- پیچیده تر: تقاطع پر تردد.
برای آزمایش این موارد ابتدا بیت ریت هر یک از این سطوح، پیچیدگی سطح نور و اسکرین شاتی از تصویر دوربین های مداربسته را ثبت کنید. پس از این کار، این نتایج می تواند به عنوان پایگاه داده ای از اندازه گیری ها و اسکرین شات ها برای رجوع آسان جهت مقایسه استفاده شود. مطمئن شوید که به زمان های خیزش یا افت شدید پهنای باند (زمان های خاص روز، تحرک شدید در صحنه و غیره) توجه کافی کرده اید. در صورت لزوم تنظیمات خاص را ثبت کنید.
پیچیدگی ضبط و تاثیر آن بر محاسبه ی فضای ذخیره سازی
توصیه می کنیم در محاسبه ی فضای ذخیره سازی و در زمان بازدید از محل نصب دوربین های مداربسته پیچیدگی صحنه را دنبال کنید. چند لحظه زمان برای مشاهده ی میزان ترافیک، حرکت شاخ و برگ ها، وجود یا عدم وجود نور مناسب، و سایر عوامل صحنه، که ممکن است بر روی پهنای باند تاثیرگذار باشند، اختصاص دهید. پس از مشاهده ی صحنه، زاویه ی دید مورد نظر دوربین و سطح پیچیدگی صحنه را ثبت کنید و برای مراجعات بعدی از آن عکس بگیرید. این کار می تواند به سادگی جدول زیر باشد.
پس از این که این جدول را ایجاد کردید، می توانید آن را با پهنای باند واقعی حاصل از صحنه های آزموده شده مقایسه کنید. اسنپ شات های دوربین های آزمایش شده را می توان به راحتی با عکس های گرفته شده از صحنه ی پیشنهاد شده مقایسه کرد تا امکان مقایسه ی دقیق تر فراهم شود.
پیچیدگی های بیشتر محاسبه ی فضای ذخیره سازی
عوامل متعددی وجود دارند که باعث پیچیده تر شدن محاسبه ی فضای ذخیره سازی می شوند و ممکن است تغییرات جزئی تا شدید در بیت ریت ایجاد کنند. این عوامل را می توان به شرح زیر عنوان نمود:
- تفاوت مدل های دوربین های مداربسته.
- سطح کوانتیزاسیون یا فشرده سازی.
- کدک های هوشمند.
- تشخیص حرکت و ابزارهای تحلیلی.
- ساعات شب / شرایط کم نور.
تفاوت مدل های دوربین
تصور نکنید چون محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند را برای یک دوربین آزمایش کرده اید، می توانید این یافته ها را به دوربین های دیگر با همان رزولوشن و فریم ریت تعمیم دهید. این کار را حتی در دوربین های یک تولید کننده نیز نمی توان انجام داد. مدل های مختلف دوربین ها، حتی مدل های یک تولید کننده، می توانند بیت ریت های بسیار متفاوتی تولید کنند.
برای مثال، تصویر زیر دو دوربین اکسیس Q1604 و اکسیس M3004 را مقایسه می کند. هر دوی آنها P720، ۳۰ فریم در ثانیه، تنظیم شده برای میدان دید افقی در حدود ۲۰ فوتی و فشرده سازی در حدود Q28 بودند. با وجود این که این عوامل در این محیط داخلی با نور مناسب استانداردسازی شده اند، اما بیت ریت دوربین Q1604 برابر با ۴۸۸ کیلوبیت در ثانیه بود. در حالی که دوربین M3004 پهنای باند ۱٫۳۳ مگابیت در ثانیه، یعنی تقریبا سه برابر پهنای باند بیشتری را مصرف می کرد.
توصیه: گستره ی وسیعی از انواع دوربین ها را آزمایش کنید. این تفاوت ها، وقتی از تولید کننده ای به تولید کننده ی دیگر می رسیم، حتی شدیدتر از مثال های فوق می شوند. به همین دلیل، آگاهی از پهنای باند استفاده شده توسط هر مدل دوربین اهمیت بسیار دارد.
کوانتیزاسیون یا فشرده سازی
حتی اگر از دو مدل دوربین مشابه -که از کدکH.264 و رزولوشن یکسان بهره می برند- استفاده کنید، باز هم سطوح فشرده سازی، با اختلاف قابل توجه می توانند باعث تفاوت های چشم گیر در محاسبه ی فضای ذخیره سازی و مصرف پهنای باند شوند. همچنین، در نظر داشته باشید که تولید کنندگان سطوح فشرده سازی بسیار متفاوتی را بدون هیچ گونه استانداردسازی خاصی به عنوان پیش فرض در نظر می گیرند. این مسئله محاسبه ی فضای ذخیره سازی بر مبنای یک مدل را غیر دقیق می سازد.
بر اساس نتایج آزمایش های IPVM، کوانتیزاسیونی در حدود ۲۸ تا ۳۰ تقریبأ نقطه ی تعادل مطلوب بین کیفیت تصویر و پهنای باند است. سطوح بالاتر کوانتیزاسیون بر روی کیفیت تصویر تأثیر منفی دارند. در حالی که سطوح پایین تر پهنای باند را افزایش می دهند. این در شرایطی است که عملا بهبودی در کیفیت تصویر پدید نمی آید. استاندارد سازی دوربین های مداربسته در این سطح امکان دستیابی به نتایج قابل کنترل تری را نسبت به مقادیر پیش فرض تولید کننده فراهم می سازد.
کدک های هوشمند چگونه بر محاسبه ی فضای ذخیره سازی اثر می گذارند؟
دوربین ها در گذشته تقریبا همیشه از تنظیماتی ثابت برای فشرده سازی، بازه ی I فریم و فریم ریت بهره می بردند. این امر انجام محاسبه ی فضای ذخیره سازی را ساده تر می کرد. اما با معرفی کدک های هوشمند در چند سال گذشته، دوربین ها می توانند این تنظیمات را به صورتی پویا و با توجه به آنچه که در صحنه وجود دارد، مدیریت کنند.
کدک های هوشمند در کل از سه روش اصلی استفاده می کنند (البته همه ی دوربین ها از هر سه روش استفاده نمی کنند) که در زیر توضیح مختصری در مورد آنها رائه می شود.
فشرده سازی پویا
با این روش کدک های هوشمند می توانند به جای استفاده از یک سطح فشرده سازی یکسان در کل میدان دید، فشرده سازی را بر روی اجسام ثابت و پس زمینه افزایش و برای سوژه های متحرک و پیش زمینه کاهش دهند. به این ترتیب، به طور کلی پهنای باند کاهش می یابد.
بازه ی پویای I فریم
در حالی که استریم های ویدئویی H.264 به طور معمول از یک بازه ی ثابت I فریم استفاده می کنند (برای مثال، ۱ ثانیه یا ۳۰ فریم)، کدک های هوشمند هنگامی که هیچ حرکتی در صحنه وجود ندارد، فاصله ی بین I فریم ها را افزایش می دهند. و بلافاصله پس از شروع فعالیت در صحنه آن را کاهش می دهند. با توجه به اندازه ی بسیار کوچکتر Pفریم ها، با این روش پهنای باند به میزان قابل توجهی کاهش پیدا می کند.
فریم ریت پویا
نهایتا این که برخی کدک های هوشمند، در زمانی که حرکتی در صحنه وجود ندارد، فریم ریت را کاهش می دهند و آن را به حداقل ۱ فریم در ثانیه یا مقدار آستانه ی تنظیم شده توسط کاربر می رسانند.
در آزمایش هایی که IPVM انجام داده است، مشخص شده که استفاده از یک یا چند مورد از این سه روش باعث صرفه جویی در بیت ریت تا ۹۵ درصد خواهد شد. در کمترین حالت، فشرده سازی پویا، حتی در صحنه های بسیار شلوغ و پر جنب و جوش، بیت ریت را بین ۱۰ تا ۱۵ درصد کاهش می دهد.
متأسفانه، پیش بینی دقیق نتیجه ی استفاده از یک کدک هوشمند در یک صحنه ی مشخص امکان پذیر نیست. حتی حرکت های کوچک، نظیر سایه یا شاخ و برگ درختان، ممکن است فعالیتی کافی برای جلوگیری از عملکرد پویای I فریم و فریم ریت محسوب شوند. در نتیجه، بهترین کار این است که دوربین و کدک هوشمند را در صحنه ای که برای آن در نظر گرفته شده است آزمایش کنید.
توصیه می کنیم، در صورتی که موفق به چنین کاری نشدید، بیت ریت کدک هوشمند را تنها به میزان حداقلی (یعنی ۵ تا ۱۵ درصد) کاهش دهید تا از برآورد کمتر از واقع و متعاقبا بارگذاری بیش از اندازه بر روی حافظه ی ذخیره سازی جلوگیری به عمل آورید.
عملکرد تجزیه و تحلیل تصویر و تشخیص حرکت به منظور محاسبه ی فضای ذخیره سازی
تنظیم اشتباه تشخیص حرکت و تجزیه و تحلیل تصویر می تواند به یکی از بزرگ ترین علل اشتباه در محاسبه ی فضای ذخیره سازی تبدیل شود. برای مثال، اگر در صد حرکت واقعی را در یک اتاق سرور تخمین بزنید، احتمالا به یک عدد بسیار پایین (کمتر از ۵ درصد) خواهید رسید. با این حال، LED های چشمک زن محافظ های صفحه نمایش، بازتابش ها و غیره می توانند باعث شوند ضبط تصاویر در حالت حساس به حرکت تقریبا به صورت مستمر انجام شود و نتایج میدانی بسیار بدتر از برآوردها خواهند شد.
کاربران باید در چنین شرایطی باید آماده باشند تا به شکلی منظم و مستمر VMD (Visual Molecular Dynamics) و ابزارهای تجزیه و تحلیل تصویر را بهینه سازی کنند. بررسی و بهینه سازی باید حداقل در حدود یک هفته پس از نصب انجام شود. پس از چنین زمانی می توان برخی از معیارهای عمومی پهنای باند و فضای ذخیره سازی را تعیین و آن ها را بررسی کرد.
با این حال، تغییرات در فصل، محوطه ی تحت پوشش، دکوراسیون دفتر و غیره باز هم ممکن است باعث شود که محاسبه ی فضای ذخیره سازی اولیه نا درست باشد. بنا بر این کاربران باید به صورت دوره ای (تقریبا بین ۶۰ تا ۹۰ روز) یا به محض اعمال تغییرات عمده این تنظیمات را بررسی کنند و در صورت لزوم تنظیمات مورد نیاز را انجام دهند.
مصرف پهنای باند در ساعات شب و شرایط کم نور
با برابر بودن سایر شرایط، در نور کم یا ساعات شب، محاسبه ی فضای ذخیره سازی تغییر یافته و پهنای باند بالا می رود. این افزایش پهنای باند گاهی مواقع بسیار بالاتر (برای مثال، ۱۰ برابر بیشتر از روز) می شود. روش ساده و آسانی برای تخمین این افزایش وجود ندارد، زیرا چند عامل در آن نقش دارند. در زیر به تعدادی از این عوامل خواهیم پرداخت.
سطوح نویز قابل مشاهده
به عنوان یک قاعده ی سرانگشتی تقریبی، هرچه نویز بیشتری بر روی تصویر قابل مشاهده باشد، پهنای باند بیشتری مصرف می شود. البته این نویز را می توان با برخی از تکنیک های تقلیل نویز دیجیتال یا DNR (Digital Noise Reduction) جبران کرد.
IR یکپارچه
در نور پایین دوربین های یکپارچه با IR پهنای باند بیشتری را نسبت به روز مصرف می کنند. اما باز هم این افزایش به مقدار قابل توجهی کمتر از دوربین های بدون IR است. با این حال، این امر تحت تأثیر کیفیت و بازه ی پوشش IR و پیچیدگی صحنه قرار دارد.
حساسیت دوربین به نور کم
برخی از دوربین ها، خواه به دلیل پردازش تصویر بهتر در نور کم یا به واسطه ی داشتن سنسور تصویر بزرگتر یا داشتن لنز هایی با عد F (F-Stop) پایین تر، نسبت به دیگر دوربین ها در شب پهنای باند بسیار کمتری مصرف می کنند.
به منظور پیش بینی بهتر پهنای باند شبانه، به کاربران توصیه می کنیم بیت ریت را در ساعات شب کراندار کنند. حتی زمانی که کران های تعیین شده بسیار کمتر از بیت ریت های بی کران است، باز هم در عمل کیفیت دو تصویر بسیار شبیه به هم خواهد بود، زیرا سطوح بالای نویز دیجیتال و تصاویر تیره تر، به اندازه ی تصاویری با نور کامل، از افزایش فشرده سازی رنج نمی برند.
نمونه های ماشین حساب ذخیره سازی
بسیاری از تولید کنندگان دوربین و VMS ماشین حسابی را جهت محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند برای محصولات خود ارائه می دهند. ویژگی های دقیق این ماشین حساب ها، با در نظر گرفتن سطوح مختلف پیچیدگی و سفارشی سازی، با یکدیگر متفاوت است. سه نمونه ی متداول، که به صورت آنلاین و رایگان در دسترس هستند (بدون نیاز به ورود به سیستم به مانند برخی دیگر)، مورد بررسی قرار گرفته اند:
ابزار Supercircuits
ابزار محاسبه ی پهنای باند Supercircuits، که در بیشتر جستجوهای گوگل جزو نتایج اول ذکر می شود، ابزاری ساده با ورودی ها و پارامترهای محدود است.
اگر ماشین حساب سر راستی می خواهید و با دوربین ها هم آشنایی ندارید، این ابزار برای محاسبه ی فضای ذخیره سازی مناسب است. اما این ماشین حساب نمی تواند تفاوت مدل های دوربین، صحنه ها، سطوح فعالیت در صحنه و غیره را مد نظر قرار دهد. همچنین، در این ماشین حساب فرض بر این است که رابطه ای خطی بین فریم ریت و پهنای باند وجود دارد. یعنی دو برابر شدن تعداد فریم باعث دو برابر شدن پهنای باند می شود. با وجود این، باید در نظر داشته باشید که در عمل معمولا چنین فرضی درست نیست.
ابزار طراحی اکسیس
ابزار طراحی اکسیس (Axis Design Tool) برای محاسبه ی فضای ذخیره سازی پیچیده تر از Supercircuits است. این ابزار گزینه هایی برای پخش زنده، پیوسته و استریم های ضبط رویداد، نمونه های ویدئویی از صحنه های مختلف، تنظیمات فشرده سازی و کدک و غیره دارد. علاوه بر این، ابزار طراحی اکسیس امکان سفارشی سازی چند تنظیم مختلف را فراهم می کند. بنا بر این، کاربران می توانند آن را مطابق با شرایط آزمایش خود در جهان واقعی تنظیم کنند. دو عنصر غیر متداول که ابزار طراحی اکسیس از آنها پشتیبانی می کند، سطوح فشرده سازی ویژه و صحنه ها هستند.این سطوح فشرده سازی ویژه و صحنه ها داخل کادر های قرمز رنگ تصویر زیر مشخص شده اند.
انتخاب سناریو ها با ابزار طراحی اکسیس
ابزار طراحی اکسیس اجازه می دهد تا صحنه هایی که سناریو نامیده می شوند، از بین صحنه ها انتخاب شوند. از این طریق مصرف پهنای باند برنامه ریزی شده به صورت پویا تنظیم می شود. برای مثال، یک ایستگاه راه آهن پهنای باند بیشتری نسبت به پلکان استفاده می کند، که معمولا در حالت VBR تنظیم می شود. تصویر زیر گزینه ها و ویدئوهای نمونه ای را که ابزار طراحی اکسیس ارائه می دهد، نشان می دهد.
با این حال، حتی در ابزار طراحی اکسیس نیز انتخاب سناریوها گاهی سناریوی مورد نظر را انعکاس نمی دهد. برای مثال، سناریوی “تقاطع” دارای ترافیک بسیار پایینی است و پیش زمینه های خالی زیادی در تصویر وجود خواهد داشت، که باعث می شود پهنای باند کمتر از سناریوی پلکان باشد.
تقاطع های دیگر ممکن است مشابه این سناریو بوده، اما شلوغ تر باشد. در این صورت پهنای باند آن بسیار بالاتر خواهد بود. این امر باعث نمی شود که عملکرد ابزار اکسسیس را اشتباه بدانیم. اما نشان دهنده ی چالش های اساسی تخمین پهنای باند به صورت انتزاعی و غیر عملی است. همچنین سناریوهای اکسیس از حالت های کم نور و غیر کم نور پشتیبانی می کنند. اما فرض های اکسیس ساده انگارانه هستند و به این نکته توجهی ندارند که دوربین هایی یکپارچه با IR تقریبا همیشه در نور کم پهنای باند کمتری نسبت به آنهایی که بدون IR هستند مصرف می کنند.
معایب ابزار طراحی اکسیس
نکته ی نهایی این که در آزمایش ها، ابزار طراحی اکسیس به طور کلی پهنای باند مشابهی را برای همه دوربین های دارای رزولوشن و تنظیمات مشابه در نظر می گیرد و اختلاف ها بین مدل های مختلف با استفاده از سنسورها را در نظر نمی گیرد.
ماشین حساب پیکربندی Exacq
ماشین حساب پیکربندی Exacq همانند بسیاری از پیاده سازی های VMS امکان انتخاب مدل های گوناگون یک تولید کننده ی دوربین را فراهم می آورد. مزیت اصلی این ابزار در این است که می توانید مدل های تحت پشتیبانی را بررسی و از بین آن ها انتخاب کنید. هم چنین، محاسبه ی فضای ذخیره سازی و حداکثر پهنای باند مدل ها به طور خودکار توسط این ابزار انتخاب می شود. برای مثال:
با این حال، یکی از مسائل مهم این است که محاسبه ی فضای ذخیره سازی و پهنای باند تخمین زده شده در عمل بسیار زیاد است. برای مثال، پهنای باند مصرفی هر کدام از این دوربین های ۳ مگا پیکسلی با فریم ریت ۱۵ فریم در ثانیه ۷٫۵ مگابیت در ثانیه تخمین زده می شود. این در حالی است که، حتی بدون استفاده از کدک های هوشمند هم این نتیجه در عمل غیر عادی است. باید توجه داشت که بسیاری از ماشین حساب های ارائه دهندگان فضای ذخیره سازی و سرور مقادیر بسیار بیشتری از مقادیر معمول را در نظر می گیرند. که معمولا به عنوان یک تمهید ایمنی برای جلوگیری از اعتراض خریداران نسبت به برآورده نشدن مشخصات مورد نیاز برای ذخیره سازی انجام می شود.
خلاصه
اگر بخواهید محاسبات پهنای باند و محاسبه ی فضای ذخیره سازی شما صحیح باشند، باید مدل های دوربین مورد نظر خود را در مکان هایی که قصد استفاده از آن ها را دارید آزمایش کنید. گرچه این کار ممکن است چند ساعت زمان ببرد، اما برای هر پروژه ای که حجم قابل توجهی فضای ذخیره سازی نیاز دارد. تخمین زدن توسط خودتان، به جای وابستگی به ماشین حساب هایی که نمی توانند به طور کامل و دقیق دوربین ها و صحنه ها را باهم تطبیق دهند، باعث صرفه جویی در زمان شما خواهد شد و از بروز مشکلات آتی جلوگیری خواهد نمود.
