جمعه , ۲۸ مهر ۱۳۹۶
خانه / مقالات / مقالات نظارت تصویری / ویدئواستریم‌های نظارتی: مقایسه میان بیت‌ریت ثابت و متغیر
BitRate

ویدئواستریم‌های نظارتی: مقایسه میان بیت‌ریت ثابت و متغیر

چگونگی برقرار کردن ویدئواستریم تاثیر بسزایی بر روی کیفیت و پهنای باند دارد. معمولاً وقتی صحبت از جریان داده یا کدگذاری اطلاعات پیش می‌آید ناخودآگاه ذهن به سمت کدگذارهایی چون H.264 و MPEG-4 و از این دست سوق پیدا می‌کند. اما فارق از نوع کدک مورد استفاده، همچنان لازم است که فرد چگونگی تعامل ویدئواستریم و تغییرات دائمی صحنه‌های پیچیده را انتخاب کند. در اینجا است که گزینه‌های سرعت انتقال اطلاعات مانند بیت‌ریت ثابت[i] و بیت‌ریت[ii] متغیر وارد عمل می‌شوند. این گزینه‌ها تاثیر بسزایی بر کیفیت تصویر و اشغال پهنای باند دارند. در این مقاله‌، نکات آموزشی و توصیه‌هایی را ارائه نموده‌ایم که در انتخاب بهینه‌ گزینه‌های انتقال اطلاعات به کار خواهد آمد.

________________________________________________________________________________________

بیت‌ریت ثابت در برابر بیت‌ریت متغیر

برای انتخاب سرعت ثابت یا متغیر برای انتقال اطلاعات در ابتدا باید با این مفاهیم آشنا شویم:

  • بیت‌ریت ثابت (CBR) به معنی انتقال اطلاعات با سرعت ثابت و یا به عبارت دیگر پهنای باند ثابت است.
  • بیت‌ریت متغیر (VBR) به معنی انتقال اطلاعات با سرعت متغیر است.

پس لازم است که شما متغیر بودن بیت‌ریت و این که این تغییر به چه میزان خواهد بود را تعیین نمایید.

این تفاوت از کجا ناشی می‌شود

سوژه‌های مورد فیلمبرداری از لحاظ پیچیدگی متفاوت هستند:

  • دیوار سفید رنگی که کادر دوربین را بر روی آن تنظیم کرده‌اید صحنه‌ بسیار ساده‌ای است. برای داشتن تصویری با کیفیت “خوب”، رزولوشن تصویر ۷۲۰P HD/30fps و جریان داده‌ای به میزان ۲۰۰ کیلوبیت بر ثانیه کفایت می‌کند.
  • در مقابل اگر دوربین شما صحنه‌ای شامل یک تقاطع پرتردد را پوشش داده باشد، این مورد حکایت از صحنه‌ای پیچیده دارد و با همان تنظیمات استفاده شده در صحنه‌ اول ممکن است به ۲۰ برابر پهنای باند قبلی که معادل با ۴۰۰۰ کیلو بیت بر ثانیه است نیاز داشته باشید.

مهم نیست که کدک شما تا چه حد خوب یا پیشرفته باشد، هرچه پیچیدگی‌های تصویر بیشتر باشد به همان میزان به پهنای باند بیشتری نیاز دارید تا بتوانید کیفیت تصویر را در حد مطلوب نگه دارید.

چالش‌های نظارتی

یک چالش اصلی در نظارت ویدئویی این است که میزان پیچیدگی صحنه‌ تحت پوشش یک دوربین واحد می‌تواند ظرف چند ساعت دچار تغییرات چشمگیر شود. در صورتی که تنظیمات دوربین بر اساس کمترین میزان اشغال پهنای باند انجام شده باشد، با پیچیده شدن صحنه از کیفیت تصویر دچار لطمه خواهد شد. برعکس اگر تنظیمات روی مصرف بیش از حد پهنای باند باشد، موجب صراف مبالغ هنگفتی در جهت ذخیره‌سازی داده‌ها خواهد شد.

مسائل مرتبط با پیاده‌سازی دوربین‌های آی‌پی

برای چالش برانگیزتر شدن امر انتخاب، دو مسئله سر بر می‌آورد:

  • تولیدکنندگان دوربین تنظیمات پیش فرض‌ کاملاً متفاوتی از قبیل مدهای کدگذاری و بیت‌ریت مورد استفاده را بر روی تولیدات خود قرار می‌دهند. بنابراین حتی اگر دقت تصویر و نرخ فریم‌ دو دوربین مختلف با هم برابر باشد بازهم بازده‌ آن‌ها در پهنای باند مصرفیشان بسیار متفاوت خواهد بود.
  • تولیدکنندگان از اصطلاحاتی چون بیت‌ریت ثابت یا متغیر استفاده نمی‌کنند بلکه واژه‌ها و اصطلاحات اختصاصی خود را ارائه‌ نموده که می‌تواند گیج کننده باشد. بروز اشتباهات ناشی از درک نادرست اصطلاحات هریک و امکاناتی که در اختیار می‌گذارند می‌تواند بسادگی موجبات بروز اشتباهات را فراهم آورند.

در ادامه توصیه‌ها و توضیحات روشنی را پیرامون انتخاب مدهای مختلف و تنظیمات دوربین‌هایی چون آرکونت، آویجیلون، اکسیس، بوش، پاناسونیک و سونی ارائه خواهیم نمود.

پیشنهادات

  • درحالی که بیت‌ریت ثابت و متغیر جزو شناخته شده‌ترین شیوه‌ها هستند، توصیه ما این است که برای مقاصد نظارتی از روش کدگذاری ترکیبی (هیبرید) استفاده کنید که VBR-C نام دارد. در این شیوه بهترین قسمت‌های هر دو روش کدگذاری وی‌بی‌آر و سی‌بی‌آر با هم ترکیب شده‌اند.
  • حالت هیبرید در مقایسه باسی‌بی‌آر (بیت‌ریت ثابت) باید بتواند مصرف پهنای باند را بین ۳۰% تا ۷۰% کاهش دهد. حالت هیبرید در زمانی که صحنه از نظر تصویری ساده است میزان استفاده از پهنای باند را کاهش می‌دهد (در حالی که در حالت سی‌بی‌آر، مقدرا بیت‌ریت در همه شرایط ثابت است)
  • حالت هیبرید در مقایسه با وی‌بی‌آر (بیت‌ریت متغیر) مصرف پهنای باند را بین ۲۵% تا ۵۰% کاهش می‌دهد. حالیت هیبرید در اینجا با تعیین حد بالای پهنای باند و محدود نمودن آن جلوی افزایش بیش از حد پهنای باند را (بخصوص شب هنگام) می‌گیرد. در این شیوه عملاً آسیبی به کیفیت تصویر وارد نمی‌شود چرا که خواه‌ناخواه در ساعات شب از جزئیات تصویر کاسته می‌شود.
  • حالت هیبرید توسط برخی تولیدکنندگان و نه تمامی آن‌ها پشتیبانی می‌شود که تولیدکنندگان ارائه دهنده‌ اکسیس، آویجیلون و بوش را شامل می‌شود.
  • دوربین‌هایی که امکان VBR-C را ارائه می‌دهند دارای مزایای بسیاری بوده و لازم است به عنوان عاملی مثبت در انتخاب دوربین مد نظر قرار گیرد. دوربین‌های دارای حالت هیبرید (VBR-C) می‌توانند و باید در تمامی صحنه‌ها مورد استفاده قرارگیرند. در مقایسه با حالت هیبرید، سی‌بی‌آر تنها بیت‌ها را تلف می‌کند. همچنین اگر می‌خواهید VBR-C خود را‌ به یک وی‌بی‌آر “خالص” مبدل کنید تنها لازم است سقف پهنای باند مصرفی را روی ماکزیمم‌ خود تنظیم کنید.

 تنظیمات مختص هر تولیدکننده

آرکونت ویژن

دوربین‌های آرکونت‌ویژن فقط دارای حالت بیت‌ریت متغیر هستند. در نتیجه تنظیماتی برای بیت‌ریت وجود ندارد.

در آزمایشاتی که روی دوربین‌های آرکونت انجام شده بود، مشخص شد که پهنای باند مصرفیشان در صحنه‌های پر تحرک و همچنین کم نور اوج می‌گیرد. بعلاوه نقاط ماکزیمم‌ پهنای باند این دوربین‌ها نیز نسبت به رقیبان به طور چشمگیری بالاست. تنها دوربین صوتی تصویری تولید این شرکت که این عملکرد را بروز نمی‌دهد دوربین ۲۰ مگاپیکسلی جدید آن‌هاست (که متوجه شدیم از حسگر تصویر جدیدی استفاده می‌کند).

آویجیلون

مورد بعدی دوربین‌های سری H.264 آویجیلون هستند. این دوربین‌ها از VBR-C پشتیبانی می‌کنند. این عمل توسط بکارگیری قسمت ”Max Bitrate” یا همان “ماکزیمم نرخ بیتی” قابل انجام است.

با آویجیلون می‌توانید ماکزیمم پهنای باند مصرفی را تعیین کنید که در اصل همان سقف مورد استفاده در VBR-C می باشد.

اکسیس

این شرکت دو گزینه‌ اساسی را پیشنهاد می‌دهد. دوربین‌های اکسیس به صورت پیش فرض دارای تنظیمات کدگذاری وی‌بی‌آر (بیت‌ریت متغیر) خالص هستند که پهنای باند بنا بر نیاز و برای تثبیت کیفیت تصویر در حد مطلوب بین کمترین و بیشترین حد خود متغیر است. توصیه‌ ما این است که دوربین‌های اکسیس را بر روی گزینه‌ “Constant bit rate mode” یا همان “بیت‌ریت ثابت” تنظیم نمایید.

گزینه‌ “بیت‌ریت ثابت” اکسیس عملکردی برابر آنچه از نامش بر می‌آید نداشته و اندکی گیج کننده است. خوشبختانه این مد در اصل همان VBR-C است. مسئول تجهیزات ماکزیمم سرعت بیت مورد نظر خود را در قسمت “Target bit rate” وارد نموده و با اینکار در اصل سقف پهنای باند اشغالی توسط دوربین تعیین می‌شود. سپس دوربین اکسیس می‌تواند پهنای باند خود را بنابر نیاز تا کمترین حد ممکن پایین ‌آورد اما برای افزایش پهنای باند فقط قادر است تا سقف تعیین شده در این قسمت را بالا ببرد.

بوش

دوربین‌های شرکت بوش در بین تمامی دوربین‌هایی که مورد بررسی قرار داده‌ایم یچیده‌ترین تنظیمات کدگذاری را داراست. این دوربین‌ها از هر سه مد کدگذاری پشتیبانی می‌کنند.

در صورتی که خواستار استفاده از حال سی‌بی‌آر (سرعت بیت ثابت) هستید می‌توانید مقدار بیت‌ریت هدف و بیت‌ریت بیشینه را نزدیک به هم قرار دهید. دوربین‌های بوش به شما اجازه می‌دهند تا این مقادیر را با حداقل ۱۰% اختلاف نزدیک به هم تعیین کنید. (به عنوان مثال اگر بیت‌ریت هدف ۵۰۰۰ باشد، مقدار بیت‌ریت بیشینه برابر با ۵۵۰۰ خواهد بود)

در صورتی که تمایل به استفاده از وی‌بی‌آر (بیت‌ریت متغیر) را دارید باید مقدار بیت‌ریت هدف را پایین و بیت‌ریت بیشینه را بالا در نظر بگیرید. در نظر داشته باشید که این دوربین‌ها بیت‌ریت هدف را بعنوان حداقل مقدار بیت‌ریت در نظر گرفته و آن را به طور موثری مورد استفاده قرار می‌دهند. همچنین لازم به تذکر است که بوش به طور پیش‌فرض میزان بیت‌ریت هدف را بالا در نظر می‌گیرد، لذا بهتر است که در هر صورت این مقدار پیش‌فرض را کاهش دهید.

و نهایتاً برای تنظیم دوربین بوش روی VBR-C تنها لازم است مقدار بیت‌ریت هدف را بعنوان حداقل مقدار بیت‌ریت خود در نظر گرفته و سقف بیت‌ریت را بنابر نیاز خود در محل بیت‌ریت ماکزیمم وارد نمایید.

پلکو

شرکت پلکو از شیوه‌ای پشتیبانی می‌کند که خود نام CVBR یا “نرخ بیتی متغیر مقید شده” را به کدگذار آن داده است. اساساً این شیوه همان کدگذاری با بیت‌ریت ثابت است که البته اجازه می‌دهد بیت‌ریت تا حدی تغییر کند، بعنوان مثال تا مثبت یا منفی۱۰%. اما در کل می‌توان آن را کم و بیش دوربینی با بیت‌ریت ثابت (سی‌بی‌آر) دانست. مقادیر اختصاصی بیت‌ریت در قسمت Bit Rate قابل تنظیم هستند.

سونی

سونی تنها از کدگذاری سی‌بی‌آر پشتیبانی می‌کند. تنظیمات مربوطه در بخش Bit Rate انجام می‌شود.

البته سونی گزینه‌ای با عنوان “adaptive rate control” یا “نرخ تطبیقی” را در اختیار گذاشته است که چندان مشابه VBR نیست. نرخ تطبیقی تنها در مواقعی که پهنای باند با ازدحام روبرو شود اقدام به کاهش نرخ بیتی جریان داده‌ها می‌کند و توجهی به سادگی یا پیچیدگی صحنه ندارد. البته نرخ تطبیقی می‌تواند در شبکه‌هایی که دارای پهنای باند محدود و ترافیک بالا هستند به کار آید، شبکه‌های وای‌فای و دی‌اس‌ال از این دست هستند. اما بر خلاف وی‌بی‌آر (بیت‌ریت متغیر) این گزینه در شرایط عملیاتی نرمال چندان سودمند نخواهد بود.

کار با دوربین‌های CBR پاناسونیک، پلکو، سونی و…

هنگام کار با دوربین‌های CBR و بخصوص دوربین‌هایی که تازه خریداری کرده‌اید این مسئله را در نظر داشته باشید که معمولاً تولیدکنندگان مقادیر پیش فرض بیت‌ریت را بالاتر از مقادیر معمول در نظر می‌گیرند، که در نتیجه کیفیت تصویر را بالا می‌برد. بعد منفی این امر این است که در اصل پهنای باند شماست که به هدر می‌رود.

برای تعیین نرخ بیتی صحیح در کدگذاری سی‌بی‌آر می‌توانید یکی از دو روش زیر را دنبال کنید:

  • مقدار بیت‌ریت را بالا در نظر بگیرید و در نتیجه از بروز مشکلات ناشی از کاهش کیفیت تصویر جلوگیری کنید و در عین حال ۳۰% تا ۷۰% از پهنای باند مصرفی را به هدر دهید.
  • با امتحان پهنای باندهای مختلف در ساعات مختلف روز پیچیدگی صحنه و کیفیت تصویر را بررسی کرده و از بین شرایط محیطی و پهنای باند مناسب آن حد متوسطی را برای بیت‌ریت در نظر بگیرید.

اگر صحنه مورد نظرتان ۷ روز هفته و ۲۴ ساعت در روز ثابت و بدون تغییر (از لحاظ پیچیدگی‌های بصری) باشد که مشکل خاصی وجود ندارد، اگر نه به هر صورت ناچار به سازش با سی‌بی‌آر هستید، یعنی هر دو مورد هدر رفتن پهنای باند و کاهش کیفیت تصویر را در مواقعی از روز خواهید داشت. این کار چندان ساده نیست و به همین خاطر است که ترجیح ما بر استفاده از VBR-C است، چراکه نیاز به چنین تصمیمات حساسی را از بین می‌برد.

کمی بیشتر بدانیم

هر دو روش بیت‌ریت ثابت و متغیر بر میزان فشرده‌سازی داده‌ها اثرگذارند و علیرغم اهمیتی که در ویدئواستریم دارند چندان مورد توجه واقع نمی‌شوند. فارغ از اینکه چه رزولوشن تصویری مدنظر باشد (‌۷۲۰p یا  ۱۰۸۰pو…‌) هرچه میزان فشرده‌سازی تصویر بالا رود به همان میزان از کیفیت تصویر کاسته می‌شود و معمولاً ظاهر تصویر بدنماتر می‌گردد. در بیت‌ریت متغیر (VBR) میزان فشرده‌سازی تصویر ثابت بوده و پهنای باند تغییر می‌کند تا مطمئن باشیم میزان فشرده‌سازی متناسب با پهنای باند باشد.‌ اما برعکس در بیت‌ریت ثابت (CBR) پهنای باند ثابت بوده و عمل فشرده‌سازی است که باید با تغییرات صحنه تطبیق یابد.

(i] Constant Bit Rate (CBR]

(ii] Variable Bit Rate (VBR]

چگونگی برقرار کردن ویدئواستریم تاثیر بسزایی بر روی کیفیت و پهنای باند دارد. معمولاً وقتی صحبت از جریان داده یا کدگذاری اطلاعات پیش می‌آید ناخودآگاه ذهن به سمت کدگذارهایی چون H.264 و MPEG-4 و از این دست سوق پیدا می‌کند. اما فارق از نوع کدک مورد استفاده، همچنان لازم است که فرد چگونگی تعامل ویدئواستریم و تغییرات دائمی صحنه‌های پیچیده را انتخاب کند. در اینجا است که گزینه‌های سرعت انتقال اطلاعات مانند بیت‌ریت ثابت[i] و بیت‌ریت[ii] متغیر وارد عمل می‌شوند. این گزینه‌ها تاثیر بسزایی بر کیفیت تصویر و اشغال پهنای باند دارند. در این مقاله‌، نکات آموزشی و توصیه‌هایی را…

User Rating: Be the first one !

پیشنهاد برای مطالعه:

judge-court

اهمیت تصاویر دوربین‌های مداربسته در دادگاه

استفاده از تصاویر ویدیویی در دادگاه­های کیفری همواره از حساسیت خاصی برخوردار بوده­ است و …

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *