SECURITY 106

50 ΑΦΙΕΡΩΜΑ Εύρος Ζώνης | Σεπτέμβριος 2020 Το εύρος ζώνης που απαιτείται κάθε φορά, μετράται συνήθως ανά κάμερα και το εύρος ζώνης που χρειάζεται κάθε κάμερα μπορεί να διαφέρει σημαντικά. Για να προσδιορίσουμε το συ- νολικό φορτίο ενός δικτύου, θα πρέπει να αθροίσουμε το σύνολο του εύρους ζώνης κάθε κάμερας σε ένα δίκτυο. Για παράδειγμα, εάν έχουμε 10 κάμερες σε ένα δίκτυο και 3 από αυτές χρησιμοποιούν 4Mb/s, 4 από αυτές χρησιμοποιούν 2Mb/s και 3 από 1Mb/s, τότε το συνολικό φορτίο του δικτύου για αυτές τις 10 κάμερες θα είναι 23Mb/s. Το μέγεθος του εύρους ζώνης που χρειάζεται μια κάμερα για να διατηρήσει ένα συγκεκριμένο επίπεδο ποιότητας, ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου. Για παράδειγμα, μια κάμερα μπορεί να χρειαστεί 1Mb/s όταν καταγράφει έναν άδειο διάδρομο ενός σχολείου την Κυριακή το απόγευμα, αλλά μπορεί να χρειαστεί 4Mb/s για το ίδιο σημείο τη Δευτέρα το πρωί. Ανεξάρτητα από τη συμπίεση, πρέπει ακόμη να επιλέξουμε τον τρόπο με τον οποίο θα χειριστούμε αυτές τις αλλαγές σε μία «πολύπλοκη σκηνή». Υπάρχουν τρεις βασικές λειτουργίες, (CBR, VBR, MBR) οι οποίες επηρεάζουν δραστικά το εύρος ζώνης της κάμερας. O μεταβλητός ρυθμός bit (VBR- Variable bit rate), όπου αλλάζει ο ρυθμός bit για να διατηρηθεί η συμπίεση σε ένα καθορισμένο επίπεδο ανεξάρτητα από τη δραστηριότητα, ο σταθερός ρυθμός bit (CBR- Constant bit rates), όπου ο ρυθμός bit της κάμερας παραμένει ίδιος ακόμα κι αν η σκηνή αλλάξει και ο μέγιστος ρυθμός bit (MBR- Maximum bit rate), όπου ο ρυθμός bit αλλάζει αλλά όχι περισσότερο από αυτό που έχει καθορίσει ο χρήστης. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ποια λειτουργία ανταποκρίνεται καλύτερα στις ανάγκες μας, καθώς το εύρος ζώνης επηρεάζεται σημαντικά, όπως εξίσου σημαντικό είναι να γνωρίζουμε και ορισμένους ακόμα παράγοντες που επηρεάζουν το εύρος ζώνης. Μερικοί από αυτούς είναι: Το πρότυπο συμπίεσης: Η συμπίεση δεδομένων, η μείωση του κόστους αποθήκευσης και παράλληλα η διατήρηση της ποιότητας μετάδοσης βίντεο ακόμα και σε χαμηλές ταχύτητες, εξαρτάται από την πρόοδο της τεχνολογίας συμπίεσης βίντεο. Αυτός ήταν και ο λόγος για τον οποίο οι 4Κ κάμερες δεν είχαν την αναμενόμενη απήχηση όταν πρωτοεμφανίστηκαν. Λίγο πριν είσοδο της ανάλυσης 4Κ στις συσκευές των συστη- μάτων επιτήρησης, οι τύποι συμπίεσης Η264+ και Η.265, κα- τάφεραν να δώσουν λύση στο πρόβλημα που παρουσιάστηκε κατά τη διάρκεια της μετάδοσης Full HD βίντεο. Ωστόσο, με τον ερχομό του 4Κ οι απαιτήσεις όσο αφορά τη ποιότητα με- τάδοσης και γενικότερα τη διαχείριση της πληροφορίας μεγά- λωσαν. Τη λύση στο πρόβλημα έδωσαν και πάλι τα νέα πρότυπα συμπίεσης όπως το Η.265+, του οποίου η τεχνολογία κωδικο- ποίησης προέρχεται από το γνώριμο πρότυπο Η.265/HEVC (το οποίο αναπτύχθηκε από τον οργανισμό JCT-VC, συνεργασία δύο τεχνολογικών οργανισμών τυποποίησης, της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU) και του ομίλου MPEG). Το πρότυπο Η.265+ κατάφερε να μειώσει ριζικά το απαιτούμενο bitrate του βίντεο επιτήρησης UHD έως και 67% έναντι του H.265 και 80% έναντι του Η.264, μειώνοντας παράλληλα και το απαιτούμενο εύρος ζώνης και αποθήκευσης. Η μείωση του ρυθμού μετάδοσης σημαίνει μείωση του κόστους για τους κα- ταναλωτές, και παράλληλα αυξημένη αποδοτικότητα, σταθε- ρότητα και αξιοπιστία σε ένα σύστημα επιτήρησης. Η πολυπλοκότητα σε μία σκηνή: Η πολυπλοκότητα μιας σκηνής επηρεάζει επίσης το εύρος ζώνης. Γενικά όσο πιο πε- ρίπλοκη είναι μία σκηνή, τόσο μεγαλύτερο εύρος ζώνης θα απαιτείται ώστε να επιτύχουμε μια συγκεκριμένη ποιότητα εικόνας. Για για παράδειγμα, σκηνές με φύλλα δέντρων, μία περίφραξη, άτομα που διασχίζουν ένα δρόμο, κ.λπ. , θα αυ- ξήσουν τις απαιτήσεις. Η ανάλυση: Κάθε κάμερα διαθέτει έναν αισθητήρα. Τα δια- θέσιμα pixels από αριστερά προς τα δεξιά παρέχουν την ορι- ζόντια ανάλυση, ενώ τα pixel από πάνω προς τα κάτω παρέχουν την κατακόρυφη ανάλυση. Πολλαπλασιάζοντας αυτούς τους δύο αριθμούς και διαιρώντας τους στη συνέχεια με το 1.000.000, θα βρούμε τη ανάλυση του αισθητήρα σε Megapixel. Τι σχέση έχει όμως η ανάλυση με το εύρος ζώνης? Υποθέτοντας ότι για τις τιμές χρώματος RGB ενός pixel έχουμε 24 bit, τότε για το SD θα είναι: 640(H)x480(V) = 307,200 pixels = 0.3 MP x 24 bits = 7.2 Mbit/s και αντίστοιχα για το HD είναι: 1920(H)x1080(V) = 2,073,600 pixels = 2.0 MP x 24 bits = 48 Mbit/s. Επομένως, η ανάλυση 1920x1080 απαιτεί μεγαλύτερο εύρος ζώνης, δεδομένου ότι περιέχει περισσότερα pixel και άρα περισσότερες πληροφορίες. Ο ρυθμός καρέ: Ο ρυθμός καρέ μετράται σε FPS, υποδηλώ- νοντας τον αριθμό των εικόνων που παράγονται ανά δευτερό- λεπτο. Όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός καρέ, τόσο πιο ομαλή φαίνεται και η κίνηση σε ένα βίντεο. Έτσι, αντιλαμβανόμαστε ότι σε ορισμένες εφαρμογές, όπως π.χ. σε ένα καζίνο, απαιτείται η χρήση καμερών με υψηλό ρυθμό καρέ. Σε ένα τέτοιο σενάριο οι απαιτήσεις του εύρους ζώνης θα είναι εξίσου υψηλές. Άλλοι παράγοντες που επηρεάζουν το bandwidth είναι ο φωτισμός, ο αριθμός των καμερών σε μία εγκατάσταση και οι ταυτόχρονοι χρήστες που παρακολουθούν μία ζωντανή ροή βίντεο. n Σε εφαρμογές, όπως π.χ. ένα καζίνο, απαιτείται η χρήση καμερών με υψηλό ρυθμό καρέ, ωστόσο οι απαιτήσεις του εύρους ζώνης θα είναι εξίσου απαιτητικές. 5 Υπάρχουν τρεις βασικές λειτουργίες, (CBR, VBR, MBR) οι οποίες επηρεάζουν δραστικά το εύρος ζώνης της κάμερας. 6