CCTV帯域幅計算ツール

IPカメラの背後にある帯域幅の計算

カメラごとの帯域幅は、解像度とフレームレートのベースライン、コーデックの効率、GOP構造、シーンの複雑さ、レート制御モードという5つの要素の積です。メーカーのデータシートには単一のCBR値が記載されていますが、これは実際にネットワーク上で表示されるビットレートと一致することはほとんどありません。仕様書の数値は、中程度のシーンの複雑さ、2秒のIフレーム間隔、30fpsという条件下で、管理されたラボ環境で得られた最大値です。実際の設置環境では、構成によってその数値の0.4倍から1.6倍程度になります。

解像度とフレームレートのベースラインは、画素数とフレームレートの両方に対してほぼ線形にスケーリングします。4メガピクセルのカメラで30fps、 H.264を使用した場合、ビットレートは通常約Mbpsになります。フレームレートを60fpsに倍増するとビットレートも倍増します。画素数を16メガピクセルに4倍にするとビットレートも4倍になります。これは最低値であり、コーデックやコンテンツに応じた圧縮によってさらに低下します。

H.264に対するコーデック効率は、最大の改善点です。H.265（HEVC） H.265 、イントラ予測の改善、符号化単位の拡大、非対称モーション分割により、同じ知覚品質でH.264の帯域幅の約50%を実現していますHikvisionとDahuaの動的ROI拡張機能であるH.265 +は、背景領域の動きベクトル符号化を抑制することで、静止カメラCCTVの帯域幅をさらに20～40%削減します。AV1はH.264のベースラインの約35%を実現していますが、2026年時点ではIPカメラではまだ普及していません。2027年以降のチップセットの刷新で登場すると予想されます。

GOP構造（予測されるP/Bフレーム間の完全なIフレームの間隔）は、IフレームがPフレームの5～10倍大きいため重要です。25fpsで1秒のIフレーム間隔では、25フレームごとに1つのIフレームが配置されます。5秒間隔では、125フレームごとに1つのIフレームが配置されます。Iフレーム間隔を半分にすると、平均ビットレートは約40～60%増加します。トレードオフは、VMS再生タイムラインでのシーク応答性です。GOPを短くすると、フレーム単位で正確なシークが可能になりますが、ネットワークとストレージにコストがかかります。

シーンの複雑さは、誰も想定していない変数です。可変ビットレート（VBR）は、最新のIPカメラのデフォルト設定ですが、午前3時の静止した駐車場では定格ビットレートの0.4倍で動作するのに対し、ラッシュアワーの混雑した交通ハブでは定格ビットレートの1.6～2倍で動作します。照明の変化（夜明け、夕暮れ、晴れから曇りへ）によってエンコーダーが参照フレームを再構築するため、ビットレートが一時的に急上昇します。同じカメラでも、異なる環境に設置すると、1か月でストレージと帯域幅の使用量が3倍も異なる可能性があります。

レート制御モード（VBR、CBR、制約付きVBR）は最後の手段です。帯域幅が制限されている場合は、ピークが制限されるためCBRが望ましいですが、静かなシーンでは圧縮効率が低下します。ストレージ容量が重要な環境では、VBRがデフォルトです。制約付きVBRは、目標平均値と最大上限値の両方を設定するため、エンコーダーの設定がより複雑になるという欠点はあるものの、両方の利点を兼ね備えています。

この帯域幅計算ツールの使い方

1. カメラの台数と解像度を入力してください。 NVRまたはVMSに同時にストリーミングするカメラの台数を選択してください。解像度はカメラのネイティブセンサーのメガピクセル数であり、これが帯域幅を左右する主な要因となります。
2. フレームレートとコーデックを設定します。 ほとんどのCCTVは15～25fpsで動作しますが、ANPRやアクセス制御の隣接システムでは30fpsに上げてください。VMSが実際にデコードするコーデックを選択してくださいH.265は現在ほぼ普遍的に使用されていますが、 H.265 +ではHikvision / Dahua対応のデコードパスが必要です。
3. シーンの複雑さを正直に選んでください。 何でもかんでも中程度に設定してはいけません。夜間のポール設置型高速道路カメラは静止画像です。午後2時の小売店の床は中程度です。午前8時30分の駅のプラットフォームは複雑です。0.6倍から1.6倍のスイング幅によって、スイッチのサイズ決定が変わってきます。
4. 結果カードを3枚読んでください。 カメラごとのMbps値はPoEスイッチポートの選択に影響します。合計Mbps値はスイッチのアップリンクとNVR書き込みスループットに影響します。アップリンク推奨カードにはGbpsの飽和しきい値が記載されているため、インストール時に問題が発生する前に分散型NVRアーキテクチャを計画できます。

実例：カメラ16台を備えた小売店

600平方メートルのファッション小売店では、16台のカメラを設置する必要があります。販売フロアをカバーする4台の4メガbullet turret 、通路と試着室の廊下をカバーする6台の4メガピクセルバレットカメラ、入口とレジに4台の8メガピクセル魚眼レンズカメラ、そしてバックヤードと搬入口に2台の4 IR bulletバレットカメラです。録画は25fps、 H.265 、Iフレーム間隔2秒、音声なしです。

H.265 25 fps 中複雑度の 4 MP カメラは、それぞれ約 8 × 0.83 (fps スケール) × 0.5 (コーデック) × 1.0 (シーン) ≈ 3.3 Mbpsで動作します。8 MP 魚眼レンズは、それぞれ約 16 × 0.83 × 0.5 × 1.0 ≈ 6.6 Mbpsで動作します。合計: 12 × 3.3 + 4 × 6.6 ≈ 39.6 + 26.4 ≈ 66 Mbps 。静的夜間複雑度のバックヤードカメラ 2 台は、それぞれ 0.6 × = 2 Mbpsに低下します。合計連続ネットワーク負荷 ≈ 70 Mbps 。

1 Gbpsスイッチのアップリンクでは、70 Mbps飽和率 10% 未満で快適です。しかし、16 台のカメラすべてが同じ 40 ms のウィンドウで I フレームを送信するときの瞬間的なピーク負荷は 200 Mbpsを超える可能性があります。1 Gbpsトランクはこれを容易に処理しますが、100 MbpsトランクではフレームPoEドロップされます。PoE スイッチのサイズも重要です。16 台の 4 MP turretは、一般的な 6～9 W のPoEバジェットで、冬にはdomeヒーターを含めて合計約 120 W が必要です。250 W バジェットの 24 ポート 1 Gbps PoE+スイッチが最低限必要です。

同じインストール環境でH.265 + Smart Codecに切り替えると、合計速度は約Mbpsに低下します。これは、店舗本社がMbpsの光ファイバーアップリンク1本でライブストリームを受信するリモート視聴シナリオでは大きな問題となります。H.264に戻すとH.264速度は約Mbpsに上昇し、マルチストリームレビュー時にGbpsのスイッチアップリンクに負荷がかかり始めます。

帯域幅計画におけるよくある間違い

• 平均的なサイズ設定であり、ピーク時のサイズ設定ではありません。 ストレージに関しては、集計平均値で十分です。スイッチのアップリンクとNVR書き込みスループットについては、多数のカメラが同期する際に発生するIフレームのバーストに対応するため、平均値の2～3倍の余裕を持たせてください。
• データシートに記載されているビットレートを絶対的な真実として信じる。 データシートの数値は、中程度の複雑さ、2秒のIフレーム、30fpsのCBRを想定しています。実際のVBR環境では、シーンや構成によって0.4倍または1.6倍のレートで動作する可能性があります。
• デュアルストリームアーキテクチャは無視する。 VMSクライアントは、ライブウォール表示用に低解像度のセカンダリストリームを取得します。各カメラは1つではなく、2つのストリームを同時に出力します。セカンダリストリーム（通常0.5～ Mbps ）をアグリゲートに追加してください。
• 遠隔視聴アップロードを忘れる。 オフサイトからのライブビューは、ローカルネットワーク（LAN）ではなく、インターネットサービスプロバイダ（ISP）のアップロード速度を使用します。リモートビューイングがまれで速度制限がある場合は、内部負荷がMbpsでもアップロード速度は5～ Mbpsで済む可能性がありますが、ネットワークオペレーションセンター（NOC）への接続が継続的に行われる場合はMbpsが必要になります。
• H.265 + と非対応 VMS を混在させる。 VMSがH.265 +をネイティブにデコードできない場合、カメラまたはNVR出力時にH.265に再エンコードするため、帯域幅の節約効果が失われます。サイジング計算でH.265 +を前提とする前に、デコーダーのサポート状況を確認してください。

続きを読む