Для того, щоб визначити розмір архіву або сумарний обсяг жорстких дисків, необхідний для зберігання архіву системи відеоспостереження, насамперед необхідно визначитися з кодеком стиснення. Саме від нього буде залежати розмір архіву.
Різні кодеки мають різну ступінь стиснення інформації вихідного файлу. Основні кодеки застосовуються в системах відеоспостереження: H.264, MJPEG, MPEG4, Motion Wavelet, JPEG2000, MxPEG.
Для того, щоб визначити ступінь стиснення кодеків, для початку розповімо про те, як визначається розмір не стиснутого кадру зображення.
Визначення розміру не стиснутого кадру
Розмір не стиснутого кадру - це добуток ширини і висоти зображення в пікселях, помножений на глибину кольору. Розмір кадру не залежить від того, що зображено в кадрі, тобто розмір файлу без стиснення буде однаковий для будь-якого зображення.
З твором ширини і висоти зображення труднощів не повинно виникнути, для відеокамер з роздільною здатністю 704 х 576 отримаємо 405 504 пікселів.
Глибина кольору задається кількістю бітів, що використовуються для кодування кольору точки.
Для кодування чорно-білого зображення використовується 1 біт (2 ^ 1 = 2 кольори), для 16 кольорів - 4 біт (2 ^ 4 = 16 кольорів), для 256 кольорів - 8 біт (2 ^ 8 = 256), для 16 мільйонів кольорів - 24 біта (2 ^ 8 = 256 різних варіантів представлення кольору для кожного каналу (256 × 256 × 256 = 16 777 216 кольорів).
Сучасні IP відеокамери відображають зображення з глибиною 24 біта.
Таким чином, отримуємо наступний розмір не стиснутого зображення 405 504 х 24 = 9 732 096 біта.
1 байт = 8 біт, тоді отримуємо 9 732 096/8 = 1 216 512 байт.
1 кілобайт = 1024 байта
У підсумку отримуємо, що наше зображення в роздільній здатності 704х576 пікселів в стиснутому вигляді важить 1 216 512/1024 = 1 188 (тисяча сто вісімдесят вісім) кбайт.
Для закріплення, розмір зображення із 16 кольорів буде важити - 704 х 576 х 4/8 / +1024 = 198кбайт.
Визначення розміру стисненого кадру
Розмір залежатиме від типу використаного кодека. Кодеки можна поділити на два типи:
1. Покадрові - виконують стиснення кожного кадру (MJPEG, JPEG2000);
2. Міжкадрові - виконують стиснення послідовності зображень (H.264, MPEG4, Motion Wavelet, MxPEG).
Переваги покадрових перед міжкадровими кодеками полягає в тому, що дають чіткі кадри без артефактів і передбачувальної логіки. Будь-який момент можна чітко розглянути. Немає залежності від ключових кадрів.
Переваги міжкадрових - менший розмір кадру, відповідно зменшення необхідної пропускної здатності каналу.
MJPEG и JPEG2000
Недоліками MJPEG є більш низький коефіцієнт стиснення в порівнянні з кодеками, що виконують стиснення послідовності зображень (H.264, MPEG4, Motion Wavelet, MxPEG), і блокова структура даних (дроблення зображення на квадрати 8х8 пікселів).
Перевагою, відносно (H.264, MPEG4) є те, що MJPEG дає якісні стоп-кадри, які дозволяють з більшою вірогідністю, наприклад з'ясувати номер автомобіля, що проїхав.
Переваги JPEG2000 перед MJPEG:
1. Зображення, при високих ступенях стиснення, не містять артефактів у вигляді "решітки" з блоків розміром 8х8 пікселів;
2. Забезпечує як стиснення з втратами, так і стиснення без втрат в кодек. Стиснення без втрат забезпечується шляхом використання оборотного (цілочисленного) вейвлет-перетворення;
3. Забезпечує ефективну організацію кодового потоку, яка дозволяє переглядати файл з меншою роздільною здатністю або з меншою якістю.
Розмір кадру в MJPEG і JPEG2000
Розмір кадру взятий з програми з on-line калькуляторів від Avigilon (максимальна якість) і Axis (мінімальне стиснення, камера AXIS Q6035-E, сцена Stairway (максимальний розмір кадру))
У калькуляторі Axis є можливість подивитися приклад одержуваного зображення.
MxPEG
На думку виробника (Mobotix) даний кодек, дозволяє отримати зображення з якістю, характерною для покадрових кодеків і розміром кадру (при малій інтенсивності руху в кадрі) близьким до міжкадрових.
Алгоритм простіший ніж у H.264, відповідно ресурсів потрібно менше. Простіше тим, що не намагається прогнозувати вміст опорних кадрів (видно на рис.1).
Розмір кадру в MxPEG
Таблиця 1. Всі настройки по максимуму (якість - 90%, заповненість зображення - висока, відсоток руху - дуже високий).
Таблиця 2. Всі налаштування по максимуму, крім заповнювання зображення руху (якість - 90%, заповненість зображення - середня, відсоток руху - дуже високий).
Розміри кадру взяті з калькулятора від Mobotix.
З таблиць можна зробити висновок, що даний кодек треба застосовувати з обережністю, якщо ви знаєте, що частина кадру буде займати нерухома стіна, вздовж якої рух буде відсутній, або більшу частину часу змін в кадрі не передбачається, то тоді на розмірі архіву можна заощадити, головне не забувати про те, що змінюється обсяг переданих даних і з урахуванням цього розраховувати канал передачі даних.
H.264 і MPEG4
За рахунок потужних математичних обчислень, вимагає великих обсягів обчислень, ніж інші кодеки. Як наслідок пристрої, що обробляють потоки H.264, повинні володіти високою продуктивністю.
Другий нюанс, аналогічний MxPEG - складне прогнозування потоку H.264. Завдяки таким особливостям кодування, як збереження в подальшому кадрі тільки змін попереднього, обсяг переданих даних залежить від зображення, що знімається, і може змінюватися.
Розмір кадру в H.264
Розміру кадру узятий з програми IP Video System Design Tool (всі настройки максимальні).
Тут бачимо, що ступінь стиснення на багато перевищує таку в MxPEG. При необхідності отримання архіву великої глибини за менші кошти, даний кодек є оптимальним варіантом.
Недолік полягає в тому, що за рахунок використання предсказательной логіки, власне і дозволяє так зменшити середній розмір кадру, не всі кадри можуть бути придатними, наприклад для індетіфікацію.
Motion Wavelet
Даний кодек з 2005 року використовує компанія "ITV" в програмному забезпеченні "Інтелект".
Розмір кадру (роздільна здатність 704х576) в максимальній якості при максимальна інтенсивності - 73 кбайт, високою - 27, середньої - 19. Ступінь стиснення відповідно - 16,2; 44; 62,5.
Розрахунок архіву
Розрахунок зводиться до визначення розмір кадру зображення, темпу записи на кожну камеру (кількість кадрів в секунду), необхідну кількість годин запису на добу, кількість відеокамер встановлюються на об'єкті та необхідну кількість діб записи.
Орієнтовний розмір кадру в кращій якості для наведених кодеків для будь-якого дозволу визначаємо шляхом визначення розміру не стиснутого кадру в необхідному дозволі, після чого ділимо отримане зображення на ступінь стиснення для даного кодека.
Знаючи наведені вище параметри можемо розрахувати необхідну ємність жорстких дисків.
Отже, по порядку:
-
Визначаємо необхідну місце на жорсткому диску для запису однієї відеокамери протягом 1 години (рядок 5, см таблицю), для цього перемножуємо обсяг 1 кадру зображення (рядок 1) на кількість кадрів в годину (рядок 4);
-
Визначаємо необхідний обсяг для запису однієї відеокамери на протязі 1 доби (7 рядок) для цього нам необхідно знати - потрібне місце на жорсткому диску для запису однієї відеокамери протягом 1 години (5 рядок), кількість годин запису на добу (6 рядок, є сенс записувати інформацію з камери відеоспостереження встановленої, наприклад, в магазині в робочий час постійно, вночі тільки в разі тривоги, відповідно до уваги ємності жорсткого диска немає сенсу вставляти 24 години);
-
Визначаємо необхідний обсяг жорстких дисків для запису всіх відеокамер в перебігу необхідної кількості діб, множимо кількість діб (рядок 10) на необхідний обсяг для запису всіх відеокамер на протязі 1 доби (рядок 9);
-
Для зручності сприйняття переводимо КБ в КБ (рядок 12), Гбайт (рядок 13), Тбайта (рядок 14).
Таблиця - Розрахунок ємності жорстких дисків.
* Синім виділені формули відповідно до яких виконується розрахунок, (1) - посилання на номер рядка із значенням вставляються в формулу
Нюанс:
У 12-14 рядку значення поділяються на 1024, тобто в одному гігабайті 1024 мегабайта і т.д., якщо будете вважати обсяг жорсткого диска в калькуляторі програми IP Video System Design Tool, то помітите, що там значення поділяються на 1000.
Обґрунтовано, тим, що виробники накопичувачів жорстких дисків (HDD) вважають кілобайт рівним 1000 байт, а не 1024, як годиться.
Так, що це при розрахунку і підборі жорстких дисків цей факт треба враховувати.
Розрахунок архіву системи відеоспостереження можна виконати за допомогою Online калькулятора.