Calcolatore della larghezza di banda per sistemi di videosorveglianza

I calcoli relativi alla larghezza di banda alla base di ogni telecamera IP

La larghezza di banda per telecamera è il risultato di cinque fattori: la baseline risoluzione-frame rate grezzo, l'efficienza del codec, la struttura GOP, la complessità della scena e la modalità di controllo della velocità. Le schede tecniche dei produttori riportano un singolo valore CBR che quasi mai corrisponde al bitrate effettivo che si vede in rete: il valore indicato nella scheda tecnica è un valore massimo ottenuto in laboratorio con complessità della scena media, intervallo I-frame di 2 secondi e 30 fps. Le installazioni reali raggiungono valori da 0,4 a 1,6 volte superiori, a seconda della configurazione.

Il rapporto tra risoluzione e frame rate scala in modo pressoché lineare sia con il numero di pixel che con il frame rate. Una fotocamera da 4 MP a 30 fps con H.264 si attesta in genere intorno agli 8 Mbps . Raddoppiando il frame rate a 60 fps, il bitrate raddoppia. Quadruplicando i pixel a 16 MP, il bitrate quadruplica. Questo è il valore minimo: il codec e la compressione in base al contenuto lo riducono.

L'efficienza del codec rispetto a H.264 è il fattore determinante. H.265 (HEVC) raggiunge circa il 50% della larghezza di banda di H.264 con la stessa qualità percettiva grazie a una migliore predizione intra-frame, unità di codifica più grandi e partizionamento asimmetrico del movimento. H.265 + — l'estensione dinamica ROI di Hikvision e Dahua — riduce ulteriormente del 20-40% le prestazioni delle telecamere CCTV statiche, sopprimendo la codifica vettoriale del movimento nelle aree di sfondo immutabili. AV1 raggiunge circa il 35% della larghezza di banda di base di H.264 , ma è raro nelle telecamere IP a partire dal 2026; si prevede che comparirà negli aggiornamenti dei chipset a partire dal 2027.

La struttura GOP (Group of Patterns), ovvero la cadenza dei frame I completi tra i frame P/B previsti, è importante perché i frame I sono da 5 a 10 volte più grandi dei frame P. Un intervallo di 1 secondo tra i frame I a 25 fps prevede un frame I ogni 25 frame; un intervallo di 5 secondi ne prevede uno ogni 125. Dimezzare l'intervallo tra i frame I aumenta il bitrate medio di circa il 40-60%. Il compromesso riguarda la reattività della ricerca nella timeline di riproduzione del VMS: GOP più brevi consentono una ricerca precisa al frame, ma comportano un maggiore utilizzo della rete e dello spazio di archiviazione.

La complessità della scena è la variabile che nessuno prevede. Con il bitrate variabile (VBR), predefinito su ogni moderna telecamera IP, un parcheggio statico alle 3 del mattino può funzionare a un bitrate pari a 0,4 volte quello nominale, mentre un trafficato nodo di trasporto pubblico nelle ore di punta funziona a un bitrate pari a 1,6-2 volte quello nominale. Le transizioni di illuminazione (alba, tramonto, da soleggiato a nuvoloso) causano brevi picchi di bitrate mentre il codificatore ricostruisce i fotogrammi di riferimento. Due telecamere identiche in ambienti diversi possono produrre un consumo di spazio di archiviazione e di banda tre volte superiore nell'arco di un mese.

La modalità di controllo della velocità di trasmissione (VBR, CBR o VBR vincolato) è l'ultima opzione. Il CBR è preferibile quando la larghezza di banda è limitata perché i picchi sono circoscritti, ma spreca efficienza di compressione nelle scene silenziose. Il VBR è l'impostazione predefinita per le implementazioni in cui lo spazio di archiviazione è un fattore critico. Il VBR vincolato imposta sia una media target che un limite massimo, offrendo il meglio di entrambi i mondi a costo di una configurazione del codificatore più complessa.

Come utilizzare questo calcolatore di larghezza di banda

1. Inserisci il numero di telecamere e la risoluzione. Seleziona il numero di telecamere che trasmettono simultaneamente in streaming NVR o al VMS. La risoluzione corrisponde al numero di megapixel nativi del sensore della telecamera: questo è il fattore che incide maggiormente sulla larghezza di banda.
2. Imposta la frequenza dei fotogrammi e il codec. La maggior parte dei sistemi CCTV funziona a 15-25 fps; per i sistemi ANPR e di controllo accessi adiacenti, è consigliabile aumentare la frequenza a 30 fps. Scegli il codec effettivamente decodificato dal tuo VMS: H.265 è ormai quasi universale, H.265 + richiede percorsi di decodifica compatibili con Hikvision / Dahua .
3. Scegliete onestamente la complessità della scena. Non impostare sempre la modalità media per tutto. Una telecamera autostradale montata su un palo di notte è statica. Un'area commerciale alle 14:00 è di media complessità. Una banchina ferroviaria alle 8:30 è complessa. La variazione da 0,6× a 1,6× influenza la scelta della dimensione dello switch.
4. Leggi le tre schede dei risultati. La velocità Mbps per telecamera determina la selezione della porta dello switch PoE . La velocità totale in Mbps determina la velocità di uplink dello switch e la velocità di scrittura NVR . La scheda di raccomandazione per l'uplink indica la soglia di saturazione di 1 Gbps , consentendo di pianificare un'architettura NVR distribuita prima che si verifichino problemi durante l'installazione.

Esempio pratico: negozio al dettaglio con 16 telecamere

Un negozio di abbigliamento di 600 m² necessita di un sistema di videosorveglianza composto da 16 telecamere: 4 telecamere turret da 4 MP per la copertura dell'area vendita, 6 telecamere bullet da 4 MP per corridoi e camerini, 4 telecamere fisheye da 8 MP agli ingressi e alle casse e 2 telecamere bullet IR da 4 MP per il retrobottega e la zona di carico/scarico. La registrazione è a 25 fps, H.265 , con intervallo I-frame di 2 secondi e senza audio.

Le telecamere da 4 MP con H.265 a 25 fps a media complessità utilizzano circa 8 × 0,83 (scala fps) × 0,5 (codec) × 1,0 (scena) ≈ 3,3 Mbps ciascuna. Le telecamere fisheye da 8 MP utilizzano circa 16 × 0,83 × 0,5 × 1,0 ≈ 6,6 Mbps ciascuna. Totale: 12 × 3,3 + 4 × 6,6 ≈ 39,6 + 26,4 ≈ 66 Mbps . Le due telecamere di back-of-house con complessità statica notturna scendono a 0,6 × = 2 Mbps ciascuna. Carico di rete continuo totale ≈ 70 Mbps .

70 Mbps sono gestibili senza problemi su un uplink di uno switch da 1 Gbps , con una saturazione inferiore al 10%. Tuttavia, il carico istantaneo di picco, quando tutte e 16 le telecamere emettono un frame I nella stessa finestra temporale di 40 ms, può superare i 200 Mbps . Un trunk da 1 Gbps gestisce facilmente questa situazione; un trunk da 100 Mbps subirebbe perdite di frame. Anche il dimensionamento dello switch PoE è importante: 16 telecamere turret da 4 MP con un budget PoE tipico di 6-9 W richiedono circa 120 W complessivi, più i riscaldatori dome in inverno; uno switch PoE+ a 24 porte da 1 Gbps con un budget di 250 W è il minimo indispensabile.

Passando alla stessa installazione con H.265 + Smart Codec, la velocità aggregata scende a circa 42 Mbps , un valore significativo per gli scenari di visualizzazione remota in cui la sede centrale del negozio riceve i flussi live tramite un singolo collegamento in fibra da 100 Mbps . Tornando a H.264 la velocità sale a circa 130 Mbps e inizia a mettere sotto pressione il collegamento di commutazione da 1 Gbps durante le finestre di revisione multi-stream.

Errori comuni nella pianificazione della larghezza di banda

• Dimensionamento calcolato per la media, non per il picco. La media aggregata va bene per l'archiviazione. Per il collegamento in uplink dello switch e la velocità di scrittura NVR , è consigliabile prevedere un valore pari a 2-3 volte la media per assorbire i picchi di frame I quando molte telecamere si sincronizzano.
• Considerare il bitrate delle schede tecniche come verità assoluta. I valori riportati nella scheda tecnica si basano su CBR a complessità media, I-frame di 2 secondi e 30 fps. La tua installazione VBR effettiva può funzionare a 0,4× o 1,6× a seconda della scena e della configurazione.
• Ignorando le architetture a doppio flusso. I client VMS prelevano un secondo flusso a bassa risoluzione per la visualizzazione in tempo reale sul videowall. Ogni telecamera emette due flussi simultanei, non uno. Aggiungere il flusso secondario (in genere 0,5-1 Mbps ) al flusso aggregato.
• Dimenticatevi del caricamento della visualizzazione remota. La visualizzazione in diretta da remoto utilizza la velocità di upload del tuo ISP, non la tua LAN. Un carico interno di 70 Mbps potrebbe richiedere solo 5-10 Mbps in upload se la visualizzazione remota è rara e soggetta a limitazioni di velocità, ma 70 Mbps se è continuativa verso un NOC.
• Mixaggio di H.265 + con VMS non compatibile. Se il tuo VMS non decodifica nativamente H.265 +, la telecamera o NVR ricodifica in H.265 in uscita e perdi il risparmio di larghezza di banda. Verifica il supporto del decoder prima di basarti su H.265 + nei tuoi calcoli di dimensionamento.

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