پهنای باند دوربین مداربسته چگونه محاسبه می‌شود؟ راهنمای کامل محاسبه Bandwidth
در یک سیستم مداربسته، انتخاب دوربین با رزولوشن بالا فقط به معنی داشتن تصویر بهتر نیست؛ هرچه رزولوشن، نرخ فریم و کیفیت تصویر افزایش پیدا کند، حجم اطلاعاتی که دوربین تولید می‌کند نیز بیشتر می‌شود. اگر ظرفیت شبکه متناسب با این حجم داده انتخاب نشده باشد، مشکلاتی مثل تأخیر تصویر، افت فریم، قطع‌و‌وصل شدن تصویر و حتی از دست رفتن بخشی از تصاویر ضبط‌شده به وجود می‌آید.به همین دلیل، محاسبه پهنای باند دوربین‌های مداربسته قبل از طراحی شبکه یکی از مراحل مهم در پروژه‌های IP است.
در این مقاله با یک روش ساده اما دقیق یاد می‌گیریم چگونه پهنای باند موردنیاز دوربین‌ها را محاسبه کنیم و بررسی کنیم یک شبکه 100Mbps، 1Gbps یا 10Gbps ظرفیت کافی برای پروژه ما دارد یا خیر.
پهنای باند دوربین مداربسته چیست؟
پهنای باند (Bandwidth) در سیستم دوربین مداربسته به مقدار داده‌ای گفته می‌شود که دوربین در هر ثانیه از طریق شبکه ارسال می‌کند.این مقدار معمولاً با واحد Mbps یا Gbps بیان می‌شود.
برای مثال، اگر یک دوربین با Bitrate برابر با 8Mbps کار کند، تقریباً 8 مگابیت داده در هر ثانیه به شبکه منتقل می‌کند. بنابراین در یک پروژه با چندین دوربین، پهنای باند موردنیاز برابر با مجموع Bitrate تمام جریان‌های ویدئویی خواهد بود.
چه عواملی روی پهنای باند دوربین تأثیر می‌گذارند؟
مقدار پهنای باند یک دوربین عدد ثابتی نیست و به چند عامل مهم وابسته است:
- رزولوشن تصویر
- تعداد فریم در ثانیه (FPS)
Bitrate-
- نوع فشرده‌سازی مانند H.264 یا H.265
- میزان جزئیات موجود در تصویر
- حرکت موجود در صحنه
- تعداد Streamها
- تنظیمات ضبط و نمایش تصویر
نکته مهم این است که رزولوشن به‌تنهایی تعیین‌کننده پهنای باند نیست.مثلاً دو دوربین 5MP ممکن است به دلیل تنظیم Bitrate متفاوت، پهنای باند کاملاً متفاوتی مصرف کنند.
سریع‌ترین روش محاسبه پهنای باند
اگر Bitrate هر دوربین را داشته باشیم، ساده‌ترین روش این است که Bitrate تمام دوربین‌ها را با یکدیگر جمع کنیم.
فرمول:
پهنای باند کل = تعداد دوربین Bitrate× هر دوربین
برای مثال، فرض کنیم در یک پروژه 20 دوربین داریم و Bitrate هر دوربین روی 6Mbps تنظیم شده است:
20 × 6 = 120Mbps
بنابراین دوربین‌ها در مجموع حدود 120Mbps پهنای باند نیاز دارند.اما این فقط مقدار خام است و در طراحی واقعی شبکه بهتر است برای ترافیک‌های اضافی، نوسان Overhead،Bitrate پروتکل‌ها و افزایش احتمالی حجم داده، مقداری ظرفیت رزرو در نظر گرفته شود.
برای مثال اگر 20 تا 30 درصد ظرفیت اضافه در نظر بگیریم:
120 × 1.25 = 150Mbps
بنابراین بهتر است مسیر شبکه حداقل حدود 150Mbps ظرفیت عملی داشته باشد.
تأثیر H.264 و H.265 بر پهنای باند
نوع فشرده‌سازی نیز تأثیر زیادی بر حجم داده دارد.
در شرایط مشابه، H.265 می‌تواند نسبت به H.264 حجم داده کمتری تولید کند و در نتیجه پهنای باند و فضای ذخیره‌سازی کاهش پیدا کند.البته میزان کاهش Bitrate عدد ثابتی نیست و به صحنه، تنظیمات Encoding، کیفیت تصویر، حرکت و جزئیات تصویر بستگی دارد.بنابراین نباید صرفاً بر اساس رزولوشن یا نام Codec، یک عدد ثابت برای پهنای باند تمام دوربین‌ها در نظر گرفت.
Main Stream و Sub Stream چه تأثیری دارند؟
بسیاری از دوربین‌های IP چند Stream تولید می‌کنند.
معمولاً:
Main Stream برای ضبط با کیفیت اصلی استفاده می‌شود.
Sub Stream برای نمایش تصویر با حجم کمتر، مخصوصاً در نمایش چندتصویری یا دسترسی از راه دور، استفاده می‌شود.
بنابراین اگر هر دو Stream از شبکه عبور کنند، باید مصرف هر دو در محاسبه لحاظ شود.
مثلاً:
Main Stream = 6Mbps
Sub Stream = 0.5Mbps
مصرف تقریبی:
6 + 0.5 = 6.5Mbps
برای 20 دوربین:
20 × 6.5 = 130Mbps
این مقدار با حالتی که فقط Main Stream را حساب کنیم متفاوت خواهد بود.
آیا رزولوشن بالاتر همیشه یعنی پهنای باند بیشتر؟
نه به صورت مستقیم.
برای مثال یک دوربین 8MP ممکن است با Bitrate پایین تنظیم شده باشد و دوربین 5MP دیگری با Bitrate بالا کار کند. در این حالت ممکن است دوربین 5MP پهنای باند بیشتری مصرف کند.
به همین دلیل در طراحی شبکه، Bitrate واقعی یا Bitrate تنظیم‌شده معیار مهم‌تری از صرفاً رزولوشن دوربین است.
حرکت تصویر و تغییرات صحنه
Bitrate بعضی دوربین‌ها به صورت Variable Bitrate یا VBR تنظیم می‌شود.در این حالت حجم داده بر اساس میزان جزئیات و حرکت صحنه تغییر می‌کند.
برای مثال:
یک دوربین که یک راهروی تقریباً خالی را مشاهده می‌کند، ممکن است Bitrate کمتری مصرف کند.اما دوربینی که در ورودی یک فروشگاه نصب شده و افراد و خودروهای زیادی در تصویر آن حرکت می‌کنند، می‌تواند Bitrate بیشتری تولید کند.
بنابراین در پروژه‌های واقعی بهتر است برای طراحی شبکه، فقط به مقدار لحظه‌ای Bitrate اکتفا نکنیم و Peak Bitrate یا مقدار حداکثری قابل انتظار را نیز در نظر بگیریم.
جمع‌بندی
محاسبه پهنای باند یکی از مراحل مهم در طراحی یک سیستم دوربین مداربسته IP است.برای یک محاسبه ساده می‌توان Bitrate تمام دوربین‌ها را با یکدیگر جمع کرد:
پهنای باند کل = مجموع Bitrate دوربین‌ها
اما برای طراحی حرفه‌ای باید عوامل دیگری مانند:
- Main Stream و Sub Stream
- H.264 یا H.265
- تعداد فریم
- VBR یا CBR
- میزان حرکت صحنه
- Peak Bitrate
- Overhead شبکه
- ظرفیت رزرو
را نیز در نظر گرفت.
در نهایت، هدف این نیست که ظرفیت شبکه دقیقاً برابر با مصرف دوربین‌ها باشد؛ بلکه باید ظرفیت کافی برای مصرف فعلی، نوسانات ترافیک و توسعه آینده سیستم در نظر گرفته شود.
به همین دلیل، محاسبه دقیق پهنای باند می‌تواند از بسیاری از مشکلاتی مانند افت فریم، تأخیر تصویر، قطع تصویر و فشار بیش از حد روی Uplinkها جلوگیری کند.