Для того, щоб визначити розмір архіву або сумарний обсяг жорстких дисків необхідний для зберігання архіву системи відеоспостереження насамперед необхідно визначиться з кодеком стиснення. Саме від нього заздрить розмір архіву.

Різні кодеки мають різну міру стиснення інформації вихідного файла. Основні кодеки, що застосовуються у системах відеоспостереження: H.264, MJPEG, MPEG4, Motion Wavelet, JPEG2000, MxPEG.

Для того, щоб визначити ступінь стиснення кодеків спочатку розповім про те, як визначається розмір стисненого кадру зображення.

Визначення розміру стисненого кадру


Розмір стисненого кадру це твір ширини та висоти зображення в пікселях помножений на глибину кольору. Розмір кадру залежить від цього, що зображено у кадрі, тобто. розмір файлу без стиснення буде однаковим для будь-якого зображення.

Глибина кольору визначається кількістю бітів, що використовується 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 кольорів), для 16 мільйонів кольорів - 24 біти (2 ^ 8 = 256 різних варіантів представлення кольору для кожного каналу (256 × 256 × 256 = 16777216 кольорів).

Сучасні IP відеокамери відображають зображення з глибиною 24 біти. Таким чином, отримуємо наступний розмір стисненого зображення 405504 х 24 = 9732096 біта.

1 байт = 8 біт, тоді отримуємо 9732096/8 = 1216512 байт.

1 кілобайт = 1024 байти

В результаті отримуємо, що наше зображення в роздільній здатності 704х576 пікселів в несжатому вигляді важить 1216512/1024 = 1188 (1188) кбайт. Для закріплення розмір зображення з 16 кольорів важитиме – 704 х 576 х 4 / 8 / 1024 = 198кбайт.



 

MJPEG та JPEG2000

Недоліками MJPEG є нижчий коефіцієнт стиснення порівняно з кодеками, що виконують стиснення послідовності зображень (H.264, MPEG4, Motion Wavelet, MxPEG) і блокова структура даних (дроблення зображення на квадрати 8х8 пікселів).

Перевагою щодо (H.264, MPEG4) є те, що дає якісні стоп-кадри, що дозволяють з більшою ймовірністю, 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 стиск із втратами, так і стиск без втрат у кодек. Стиснення без втрат забезпечується шляхом використання оборотного (цілочисельного) вейвлет-перетворення;

3. Забезпечує ефективну організацію кодового потоку, яка дозволяє переглядати файл із меншою роздільною здатністю або з меншою якістю;

Розмір кадру в MJPEG та JPEG2000

Розміру кадру взято з програми з on-line калькуляторів від Avigilon (максимально якість) і Axis (мінімальне стиснення, камера AXIS Q6035-E, сцена Stairway (максимальний розмір кадру))

У калькуляторі Axis є можливість переглянути приклад отримуваного зображення

MxPEG

На думку виробника (Mobotix) даний кодек, дозволяє отримати зображення з якістю характерним для покадрових кодеків та розміром кадру (при малій інтенсивності руху) у кадрі близьким до міжкадрових.

Алгоритм простіше ніж H.264, відповідно ресурсів потрібно менше. Простіше тим, що не намагається пророкувати вміст опорних кадрів (видно на рис.1)

Розмір кадру в MxPEG 

Таблиця 1. Усі налаштування максимуму (якість – 90%, заповненість зображення – висока, 
відсоток руху – дуже високий). 

Таблиця 1. Усі налаштування максимуму (якість – 90%, заповненість зображення – висока, 
відсоток руху – дуже високий).


 

Розмір кадру взято з калькулятора від Mobotix. 


З таблиць можна зробити висновок, що цей кодек треба застосовувати з обережністю, якщо ви знаєте, що 
частина кадру займатиме нерухома стіна вздовж якої рух буде відсутній або більшу частину часу змін у 
кадрі не передбачається, тоді на розмірі архіву можна заощадити, головне не забувати про об'єм даних, що 
змінюються, і з урахуванням цього розраховувати канал передачі даних.

H.264 та MPEG4 

За рахунок потужних математичних обчислень, вимагають більших обсягів обчислень, ніж інші кодеки. Як наслідок пристрою, обробні потоки H.264 повинні мати високу продуктивність. 
Другий нюанс, аналогічний MxPEG – складне прогнозування потоку H.264. Завдяки таким особливостям кодування, як збереження в наступному кадрі тільки змін попереднього, обсяг даних, 
що передаються, залежить від зображення, що знімається, і може змінюватися.

Розмір кадру в H.264





Тут бачимо, що ступінь стиснення набагато перевищує таку в MxPEG. При необхідності отримання архіву великої глибини за менші кошти, кодек є оптимальним варіантом.

Недолік полягає в тому, що за рахунок використання передбачуваної логіки, що дозволяє так зменшити середній розмір кадру, не всі кадри можуть бути придатними, наприклад для ідентифікації.

Motion Wavelet

Цей кодек з 2005 року використовує компанія "ITV" у програмному забезпеченні "Інтелект".

Розмір кадру (роздільна здатність 704х576) у максимальній якості при максимальній інтенсивності – 73 кБайт, високій – 27, середній – 19. Ступінь стиснення відповідно – 16,2; 44; 62,5.

Розрахунок архіву

Розрахунок зводиться до визначення розміру кадру зображення, темпу запису на кожну камеру (кількість кадрів за секунду), необхідної кількості годин запису на добу, кількості відеокамер, що встановлюються на об'єкті, та необхідної кількості доби запису.

Орієнтовний розмір кадру в найкращій якості для наведених кодеків для будь-якої роздільної здатності визначаємо шляхом визначення розміру стисненого кадру в необхідній роздільній здатності, після чого ділимо отримане зображення на ступінь стиснення для цього кодека.

Знаючи наведені вище параметри, можемо розрахувати необхідну ємність жорстких дисків.

Отже, по порядку:

  1. Визначаємо потрібне місце на жорсткому диску для запису однієї відеокамери протягом 1 години (рядок 5, см таблицю), для цього перемножуємо об'єм 1 кадру зображення (рядок 1) на кількість кадрів на годину (рядок 4);

  2. Визначаємо необхідний об'єм для запису однієї відеокамери протягом 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 у разі тривоги, відповідно до розрахунку ємності жорсткого диска немає сенсу вставляти 24 години);

  3. Визначаємо необхідний об'єм жорстких дисків для запису всіх відеокамер протягом необхідної кількості доби, множимо кількість діб (рядок 10) на необхідний об'єм для запису всіх відеокамер протягом 1 доби (рядок 9);

  4. Для зручності сприйняття перекладаємо КБайт в МБайт (рядок 12), ГБайт (рядок 13), ТБайт (рядок 14).
Таблиця - Розрахунок ємності жорстких дисків.


* Синім виділено формули відповідно до яких виконується розрахунок, (1) – посилання на номер рядка зі значенням, що вставляється у формулу.

Нюанс:

У 12-14 рядку значення поділяються на 1024, тобто. в одному Гігабайте 1024 мегабайти і т.д., якщо будете рахувати обсяг жорсткого диска в калькуляторі програми IP Video System Design Tool, то зауважте, що там значення поділяються на 1000. 
Обгрунтовано тим, що виробники накопичувачів жорстких дисків (HDD) вважають кілобайт рівним 1000 байт, а не 1024, як належить. 
Отже, при розрахунку та підборі жорстких дисків цей факт треба враховувати.