如何優化網路中IP攝影機的頻寬和資料存取
概述
在設計包含IP攝影機的網路架構時，了解其頻寬使用情況是相當重要的。IP攝影機會顯著影響整體網路頻寬，而攝影機的位元率直接影響頻寬消耗和儲存需求。妥善管理和優化攝影機的位元率使用對於確保網路效能和有效的儲存管理有著關鍵性的影響。而透過對位元率的仔細評估，網路設計師可以避免頻寬瓶頸，進一步將確保流暢、高品質的影片串流。
了解IP攝影機位元率
多種因素會影響IP攝影機在網路上串流的位元率。為簡化起見，本指南將會重點介紹解析度、幀率和位元率之間的關係。然而，其他重要因素也會影響位元率，但在這裡我們將不作討論，包括：
- 壓縮方法 (Compression methods)
- I 幀間隔 (I-frame intervals)
- 場景活動和動態狀況 (Scene activity and motion)
- 照明條件
- 速率控制選項（如恆定位元率與可變位元率）
關於頻寬和儲存管理的關鍵見解
位元率，即資料速率，在網路頻寬使用和儲存需求中，有著關鍵作用，特別是在錄製影片時。位元率總是以每秒位元數（bps）來衡量，對於現代 IP 攝影機，主要影片串流通常以每秒百萬位元（Mb/s）來衡量。一百萬位元等於一百萬位元。
需要注意的是位元和位元組之間的區別。一位元組（1B）等於8位元（8b）。例如，位元率為8Mb/s 的串流對應的資料速率為 1MB/s。如果 IP 攝影機以 1MB/s 的速率連續錄製，儲存需求將如下累積：每分鐘6 0MB，10分 鐘 600MB，依此類推。
以下是一個低位元率圖像與高位元率圖像的比較示例。
位元率直接影響影片串流的品質以及所需的頻寬和儲存量。為了比較，以下範例展示了低位元率和高位元率圖像之間的差異。
影片解析度對圖像品質和網路效能的影響
影片解析度是通過將圖像高度的像素數乘以寬度的像素數來決定的。像素數越多，解析度越高，圖像品質越好。
在顯示尺寸方面，較大的螢幕需要更多的像素來填充顯示區域。例如，將智慧型手機的解析度從高解析度（1080p）升級到4K可能不如在較大電視螢幕上那麼明顯，因為智慧型手機的螢幕尺寸有限。
在影片術語中，解析度可以被視為觀看圖像的"窗口"的"容量"或大小。雖然解析度與圖像品質密切相關，但它並不完全決定整體品質，因為壓縮和幀率等其他因素也起著重要作用。
以下是一個比較相同場景不同解析度的範例。這有助於說明不同解析度如何影響影片品質和網路需求。
了解幀率：FPS如何影響影片品質和運動捕捉
幀率是指每單位時間內捕捉的幀數或"窗口"數，通常以秒為單位。幀率的常用術語是"FPS"（每秒幀數）。
較高的幀率在一秒鐘內捕捉更多幀，特別是在有快速移動物體的環境中，影片更流暢。例如，在快速運動的場景中，較高幀率的影片在一秒鐘內捕捉更多細節和流暢度，與較低幀率的影片相比。
以上是一個比較低幀率和高幀率影片品質的示例，以展示運動捕捉的差異。
平衡解析度、幀率和位元率以提高網路效率
有一個常見的謬思是誤以為影片解析度是決定圖像品質的唯一因素。實際上，實現最佳影片品質需要平衡三個關鍵因素：解析度、幀率和位元率。這些元素必須仔細考慮，以避免網路和儲存過載。需要考慮的關鍵因素包括：
- 監控系統的儲存容量
- 網路頻寬容量
- 錄製方法—連續、計劃、基於事件等
- 場景中的活動水平
- 場景中的細節捕捉程度
如果解析度不變，提高位元率會提高圖像品質。以下為範例：
另一方面，如果位元率不變，增加解析度會降低圖像品質。同樣，由於位元率是按每秒幀數劃分的，增加幀率而位元率固定會降低圖像品質。例如，要保持相同的影片品質，30fps影片需要的位元率是15fps影片的兩倍。
為了在不過度負擔網路的情況下獲得最佳效果，請考慮監控系統的具體需求。如果對較小物體的高細節要求不高，降低解析度可以減少所需的位元率。如果場景活動較少，降低幀率也可以在不影響品質的情況下優化系統。
通過戰略性地平衡解析度、幀率和位元率，可以在保持影片品質的同時，實現網路效率和有效的儲存管理。
4K 攝影機需求的增加
市場趨勢顯示，解析度超過5MP的IP攝影機，特別是4K解析度攝影機的採用迅速增加。然而，這些高解析度攝影機會對網路頻寬產生重大影響。例如，4K攝影機的突發位元率在任何給定時間點都可能輕易超過快速乙太網（100Mbps）的最大頻寬，可能導致網路擁塞。
所以顯而易見的最重要的是，規劃這樣的網路架構需要考慮各種攝影機解析度所需的位元率，包括突發資料。由於快速乙太網的理論頻寬限制低於4K影片所需的突發位元率，因此4K攝影機需要 Gigabit 乙太網連接，才能有更穩定的支援。
下圖顯示了支持不同解析度所需的位元率，考慮了影片突發資料。如圖所示，4K攝影機由於其高突發資料速率，所以需要 Gigabit 網路能力以避免頻寬瓶頸，確保流暢的影片串流。
有關影片突發和頻寬需求的更多資訊，請參閱文章 您的 ITS 網路支援影片的最佳頻寬是多少？
結論
解析度、幀率和位元率是決定影片品質的關鍵因素。它們也影響網路頻寬。所以找到合適的平衡對於獲得可接受品質的影片同時適合網路，將是成功的網路規劃的關鍵。
根據攝影機的解析度和位元率，可能需要千兆速度來支持所需的頻寬，益網科技是關鍵基礎設施網路設備和應用的領導者，品牌下產品功能齊全，效能強大可提供全系列支持4K及以上攝影機的 Gigabit PoE（乙太網供電）交換機。
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