Tối ưu hóa băng thông cho hệ thống giám sát hình ảnh

PDF. In Email

Thứ hai, 03 Tháng 4 2017 15:42   |  Số truy cập: 422

 

Ngày nay, nhu cầu sử dụng camera IP tăng trưởng liên tục khiến việc quản lý băng thông mạng trở nên thiết yếu hơn, đòi hỏi nhiều phương pháp quản lý băng thông hiệu quả hơn.

Quản lý băng thông được xem là yếu tố quan trọng và là thách thức lớn khi đánh giá hiệu suất hoạt động của hệ thống giám sát hình ảnh, do việc này thường rất khó khăn và tốn kém. Nhu cầu sử dụng camera IP tăng trưởng liên tục khiến việc quản lý băng thông ngày càng thiết yếu hơn, đòi hỏi một phương pháp quản lý băng thông hiệu quả hơn.

Nhằm đáp ứng yêu cầu cân bằng giữa chất lượng hình ảnh giám sát và băng thông mạng, rất nhiều giải pháp được phát triển như cắt xén hình ảnh, lưu trữ trên camera, phân tích hình ảnh thông minh... Bài viết này sẽ cung cấp một số lời khuyên hữu ích cho việc tối ưu hóa băng thông đối với một hệ thống giám sát camera IP.

Tối ưu hóa băng thông hiện có

Thách thức chính trong việc quản lý băng thông mạng là khó phân biệt giữa hình ảnh động và hình ảnh tĩnh. Ta có thể tránh khỏi tình trạng tắc nghẽn băng thông bằng cách sử dụng nhiều công nghệ tiên tiến, giúp băng thông thay đổi linh hoạt và tự động, đồng thời thông tin quan trọng sẽ được ưu tiên truyền đi khi cảnh báo được kích hoạt.

Tình trạng tắc nghẽn mạng thường xảy ra khi băng thông hiện có không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng. Để cải thiện tình trạng này, người dùng có thể thực hiện một số phương pháp mà đơn giản nhất là nâng cấp gói dịch vụ mạng đang sử dụng. Tuy nhiên, điều này sẽ làm gia tăng chi phí định kỳ. Do đó, một giải pháp khác để tối ưu hóa băng thông là đầu tư thêm trang thiết bị cần thiết. Cách này mang lại hiệu quả sử dụng cơ sở hạ tầng và cung cấp khả năng mở rộng tốt hơn, tuy nhiên chi phí phải trả cho băng thông mạng vẫn không đổi.

Nhằm đạt hiệu quả tối đa khi đầu tư hệ thống giám sát hình ảnh, một vấn đề quan trọng khác là tối ưu hóa các luồng dữ liệu truyền từ camera đến những thiết bị lưu trữ và thiết bị giám sát. Để thực hiện điều này, người quản trị cần sử dụng tính năng QoS được tích hợp trên tất cả thiết bị mạng, bộ định tuyến và bộ chuyển mạch SNMP nhằm đảm bảo đủ băng thông truyền dữ liệu cho camera.

Giảm tiêu thụ băng thông bằng thiết lập cài đặt

Như đã đề cập, phương pháp tối ưu hóa băng thông hiện có bằng cách nâng cấp gói dịch vụ mạng hoặc mua thêm trang thiết bị hỗ trợ không hẳn là sự lựa chọn hợp lý. Bởi vì, cách trên có thể dẫn đến sự đánh đổi giữa chất lượng hình ảnh và băng thông mạng. Thay vào đó, nếu người quản trị sử dụng cài đặt thích hợp sẽ giúp giảm thiểu mức tiêu thụ băng thông mạng.

Theo một tài liệu kỹ thuật của Avigilon, sự thay đổi kích thước dữ liệu sau khi nén phụ thuộc vào phương pháp nén được sử dụng khi camera được cấu hình với bitrate cố định (CBR – Constant Bitrate) hoặc bitrate biến thiên (VBR – Variable Bitrate). Tài liệu chỉ ra rằng, khi cấu hình với bitrate cố định, kích thước dữ liệu nén sẽ tăng khi có thêm nhiều hoạt động xảy ra trong khu vực quan sát. Kết quả, những hoạt động nén giả có thể xuất hiện và làm giảm chất lượng hình ảnh. Trong khi đó, với cấu hình VBR, kích thước dữ liệu có thể thay đổi để duy trì chất lượng hình ảnh. Tuy nhiên, chính sự thay đổi kích thước dữ liệu tạo ra nhiều thách thức lớn khi thiết kế hệ thống giám sát hình ảnh và tính toán băng thông.

Song song với phương pháp CBR hoặc VBR, cấu hình GOP (Group Of Pictures) đóng vai trò quan trọng không kém, và thường được thực hiện trong phần mềm camera. Thiết lập GOP có thể giảm băng thông mạng, đồng thời tiết kiệm không gian lưu trữ đến 10 lần. Lưu ý rằng không nên sử dụng GOP ở khu vực quan sát có nhiều chuyển động hoặc trong điều kiện ánh sáng yếu, bởi vì chất lượng hình ảnh sẽ bị ảnh hưởng do việc tăng giá trị GOP và mở rộng khoảng cách giữa các khung hình.

Những hãng sản xuất camera đã phát triển một phiên bản mới của công nghệ VBR nhằm tận dụng ưu điểm và giảm thiểu khuyết điểm từ cả hai phương pháp CBR và VBR. Phiên bản mới cho phép người quản trị thiết lập giá trị bitrate tối đa, và giá trị bitrate này được thay đổi trong phạm vi giới hạn tùy theo bối cảnh giám sát. Điều này giúp quản lý tài nguyên mạng dễ dàng vì bitrate luôn đảm bảo không vượt quá giới hạn định trước.

Ngày càng nhiều sản phẩm mới được trang bị chức năng kiểm soát GOP, hỗ trợ thiết lập giá trị GOP nhằm thích ứng với những sự kiện xảy ra tại khu vực camera. Chức năng này giúp tiết kiệm không gian lưu trữ và băng thông mạng trong tình huống giám sát thông thường, và tự động chuyển sang giá trị GOP thấp hơn nhằm tăng chất lượng hình ảnh nếu đối tượng chuyển động xuất hiện trong khu vực quan sát. Ví dụ tại một khu vực hạn chế tiếp cận, ta có thể sử dụng camera với thiết lập giá trị GOP cao nhằm tiết kiệm băng thông và không gian lưu trữ. Tuy nhiên, nếu kẻ xâm nhập di chuyển vào khu vực này, hệ thống phát hiện chuyển động sẽ lập tức được kích hoạt và thay đổi thiết lập những thông số cần thiết của camera như điều chỉnh giá trị GOP xuống mức thấp để ghi lại hình ảnh đối tượng với chất lượng cao hơn.

Sử dụng phương pháp nén H.265

Lượng băng thông mạng mà camera sử dụng phần lớn phụ thuộc vào tốc độ khung hình, độ phân giải và thuật toán nén hình ảnh. Ví dụ camera sử dụng độ phân giải 1080p truyền hình ảnh với chuẩn nén H.264 sẽ chiếm băng thông khoảng 4 megabits mỗi giây (Mbps). Với cùng chuẩn nén, camera 4K sẽ tiêu tốn mức băng thông khoảng 12 Mbps. Đối với môi trường mạng hiện tại thì lượng băng thông chiếm dụng này vẫn còn khá cao. Để khắc phục vấn đề này, chuẩn nén hình ảnh H.265 ra đời.

HEVC/H.265 là thế hệ chuẩn nén hình ảnh mới nhất hiện nay, được phát triển để đáp ứng nhu cầu nén hình ảnh ngày càng cao và kế thừa ưu điểm từ công nghệ H.264. Ở cùng độ phân giải, H.265 giúp tiết kiệm 30 – 40 % băng thông so với H.264, đồng thời cung cấp nhiều tùy chọn các khối điểm ảnh khác nhau từ 8 x 8, 16 x 16 đến tối đa 64 x 64 pixel, trong khi khối điểm ảnh lớn nhất của H.264 chỉ là 16 x 16 pixel. Điều này cho phép H.265 có khả năng nén cao gần gấp đôi, hỗ trợ kích thước khung hình lớn hơn H.264.

Nhiều hãng sản xuất camera đang làm việc để tăng cường hiệu quả của chuẩn nén hình ảnh H.264 hoặc H.265, và phát triển các công nghệ của riêng họ như ACTi, Axis,… Những công nghệ sáng tạo này được sử dụng cho việc tối ưu hóa giám sát hình ảnh, giúp người dùng quản lý hiệu quả nguồn tài nguyên băng thông mạng, giảm yêu cầu băng thông và tiết kiệm không gian lưu trữ từ 30 đến 80 %, đồng thời giảm tổng chi phí đầu tư so với H.264, trong khi vẫn cung cấp độ sắc nét và hình ảnh độ phân giải cao.

Giải pháp lưu trữ biên

Giải pháp lưu trữ biên là khả năng lưu trữ hình ảnh trên camera, chẳng hạn dùng thẻ nhớ. Giải pháp này giúp người dùng tiết kiệm đáng kể băng thông sử dụng và chi phí đầu tư, đồng thời tăng độ linh hoạt và khả năng dự phòng cho hệ thống giám sát. Về cơ bản, khi lưu hình ảnh trực tiếp trên thẻ nhớ, người quản trị không cần quan tâm đến vị trí đặt camera mà chỉ chú ý đến độ lớn dữ liệu và cách thức quản lý băng thông sao cho hiệu quả. Điều quan trọng là không nên giới hạn một thiết bị duy nhất đảm nhận chức năng lưu trữ hình ảnh, mà tất cả thành phần trong hệ thống giám sát cần liên kết chặt chẽ, vận hành cùng nhau để đảm bảo khả năng hoạt động và dự phòng tốt nhất. Với mô hình lưu trữ phân tán này, người quản trị có thể tạo ra thời gian biểu cho việc gửi dữ liệu hình ảnh về trung tâm hệ thống giám sát hoặc máy trạm theo thời gian cụ thể được cài đặt, góp phần giảm tải cho hệ thống giám sát khi cao điểm.

Kết luận

Tóm lại, dựa trên những giải pháp đã giới thiệu, việc lựa chọn giải pháp phù hợp đối với từng hệ thống giám sát phải dựa vào đánh giá cơ sở hạ tầng và kiến thức của người quản trị. Từ đó, tìm ra hướng đi đúng trong việc giải quyết vấn đề băng thông mạng và chất lượng hình ảnh nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống giám sát hình ảnh.

 

Nguồn: Tamnhinmang.vn

 

DMCA.com Protection Status


Các bài viết khác

ABB
ACTi
Brother
CommScope
Emerson
Fluke Network
Fredton
Vietrack