Pokud máte na starosti správu zabezpečovacích systémů, měli jste již pravděpodobně možnost podílet se i na tvorbě zajímavého výtvarného díla. To znamená, že jeden nebo více snímků z bezpečnostní kamery, které původně měly zobrazovat přesně definovanou scénu, bylo záhadně transformováno v něco, na co by byl hrdý i sám mistr Picasso.

Co ale způsobuje občasný výskyt těchto špatně vykreslených snímků? Hlavním důvodem je, že mnoho provozovatelů bylo oklamáno myšlenkou, že CBR (Constant Bit Rate) konfigurace zajistí trvale kvalitní obrazový stream v sítích s omezenou šířkou pásma. Realita je ale složitější. Pokud se IP kamera pokouší dostat do sítě příliš mnoho paketů, může v extrémním případě dojít k zahození paketů. To se nejčastěji stává při náhodném zvýšeném provozu ve snímané oblasti.

Problém je takový, že pokud váš systém vykazuje příliš mnoho takových „Picasso momentů“, může nastat situace, že nebudete moci poskytnout vyšetřujícím orgánům snímky, které by jim pomohly identifikovat osobu, která se vloupala do vaší budovy. V tomto článku si vysvětlíme, co způsobuje poškození videosnímků, a popíšeme si řešení, které nabízí Moxa k zabránění popisovaného problému.

Co způsobuje zahození paketů

Pokud váš zabezpečovací systém obsahuje několik kamer, které sdílejí společné přenosové pásmo a které je navíc sdíleno pro další síťový provoz, pak k zahození paketů může dojít v okamžiku kdy jedna nebo více kamer začne přenášet složitější obraz.

Běžný provoz bezpečnostní kamery může být kombinovaný s prudkými nárůsty aktivity, během kterých kamera zpracovává velmi složité snímky, což vede k nadbytku paketů a to by vedlo k zaplavení sítě. Toto chování je zřejmé na grafu obr. 1, který obsahuje několik vrcholů v množství generovaných dat v krátkém časovém intervalu, blížících se nebo překračujících 50Mbps.

Obr. 1: V tomto případě okamžitá bitová rychlost v milisekundových časových úsecích překračuje 50Mbps

Pro ilustraci předpokládejme, že máme 10 kamer, které jsou současně připojeny do 100Mbps sítě. Pokud při klidném provozu potřebují kamery dohromady více než 50Mbps přenosové pásmo a pak dojde k události v místě na které je zaměřeno více kamer současně, pak 100Mbps síť nemusí být schopna všechny pakety z kamer přenést.

Porovnání CBR a VBR

Kompresní mechanismy MPEG-4 a H.264 dávají uživatelům možnost výběru mezi CBR (Constant Bit Rate) a VBR (Variable Bit Rate). Rozhodnutí, které kódování použít závisí na typu sítě, kterou používáte a na typu aplikace.

CBR je často používán v zabezpečovacích systémech, které mají omezenou šířku pásma. V tomto případě je bitová rychlost nastavena na hodnotu, kterou je síť schopna pojmout. Nevýhodou CBR je, že pokud se zvýší pohyb v obraze zabíraném kamerou, nemusí být přenesena všechna data která by měla být přenesena, protože dojde k zahození paketů a vzniku znehodnocených snímků.

VBR se používá v zabezpečovacích systémech, které mají relativně velkou šířku přenosového pásma a potřebují často předávat obraz ze scény se zvýšeným pohybem. V tomto případě je definovaná průměrná bitová rychlost a video systém se snaží udržovat stabilní kvalitu obrazu změnou rychlosti, kterou se přenáší obrazová data.

Obr. 2: Porovnání CBR a VBR

Mýty kolem CBR

Vzhledem k tomu, že obraz z dohledových kamer je vysílán po síti, zdá se rozumné nastavit kameru na CBR (Constant Bit Rate), při které se nastavuje maximální přenosová rychlost (například 5Mbps). Přesto není dobré se nechat zmást předpokladem, že CBR je vždy zárukou dobrého přenosu obrazu v síti s omezenou šířkou přenosového pásma.

U CBR je videostream zredukovaný na maximální přenosovou rychlost nakonfigurovanou provozovatelem. Když je ve sledovaném prostoru minimální aktivita a kamera nepřetržitě přenáší v podstatě stejný obraz, bude mít sekvence snímků na přijímací straně vysokou kvalitu. Pokud se ale v prostoru pohyb zvýší, například vnikne do prostoru jeden nebo více vetřelců, kvalita snímků se snižuje.

Obr. 3: Přestože se CBR zdá být v dlouhém časovém intervalu stabilní, je jeho chování v krátkém časovém intervalu mnohem víc nevyrovnané

Obr. 4: Nevyrovnané množství generovaných dat vede k zahození paketů a degraduje kvalitu obrazu pod užitečnou mez

Samozřejmě můžeme změnit konfiguraci CBR na maximální dostupnou bitovou rychlost, tak abychom maximálně využili dostupné přenosové pásmo. Otázkou ale je, jestli máme možnost nastavit CBR tak aby byla minimalizováno riziko ztráty paketů a zároveň mohla síť umožňovat spolehlivý provoz všech síťových zařízení a uživatelů.

Moxa CBR Pro™: stabilizace množství přenášených dat

I když je zřejmé, že nějaké omezení množství přenášených dat pro CBR je nutné, není už tak jasné, které nastavení je úplně ideální.

Zjednodušeně řečeno ukládá algoritmus pro řízení toku dat CBR Pro™, všechny pakety do vyrovnávací paměti a pak je odesílá v pravidelných časových intervalech a v množství odpovídajícím konfigurované maximální přenosové rychlosti. Ve skutečnosti algoritmus pozná, kdy je počet paketů tak velký že dojde ke ztrátě dat a pak upraví vysílací schéma pro zachování kvality obrazu.

Přínos pro obsluhu zabezpečovacího systému je ten, že tzv. „Picasso momenty“ jsou omezeny na minimum a drtivá většina přenášených snímků bude k dispozici pro budoucí použití.

Srovnejme grafy okamžité přenosové rychlosti pro „běžný CBR“ a "CBR Pro™" přenos. Rozdíl je zřejmý.

• U "běžné CBR" (Obr. 5) je graf okamžitého množství generovaných dat poset hroty s velkou aktivitou přenosu paketů.
• U "CBR Pro™" (Obr. 6) je okamžitá přenosová rychlost správně definovaná a množství generovaných paketů je rovnoměrně rozloženo.

Obr. 5: Graf okamžité bitové rychlosti pro“běžnou CBR”

Obr. 6: Graf okamžité bitové rychlosti pro “CBR Pro™”