انتخاب رزولوشن و نرخ فریم مناسب در پروژه های امنیتی سازمانی

در این مقاله به صورت مهندسی بررسی می کنیم انتخاب رزولوشن و نرخ فریم مناسب در پروژه های امنیتی سازمانی چگونه انجام می شود؛ از الزامات استاندارد IEC 62676 و کلاس های چگالی پیکسلی تا تاثیر نرخ فریم بر تحلیل رویداد، پهنای باند، ظرفیت ذخیره سازی و طراحی پروفایل های ضبط در سناریوهای واقعی سازمانی.

اهمیت رزولوشن و نرخ فریم در طراحی سیستم نظارت تصویری سازمانی

در پروژه های سازمانی، رزولوشن و نرخ فریم انتخاب تصادفی نیستند؛ این دو پارامتر مستقیم روی قابلیت استفاده قضایی تصویر، امکان تحلیل هوشمند، بار شبکه و هزینه استوریج تاثیر می گذارند. در استانداردهای حرفه ای نظیر IEC 62676-4، رزولوشن و نرخ فریم به عنوان پارامترهای کلیدی برای تحقق نیاز عملیاتی (Operational Requirement) هر نما تعریف شده اند، نه صرفا مشخصات کاتالوگی دوربین.

در واقع، اگر رزولوشن پایین تر از حد لازم باشد تصویر برای شناسایی چهره یا خواندن پلاک کافی نخواهد بود و اگر نرخ فریم بیش از حد کم انتخاب شود، احتمال از دست دادن فریم های بحرانی و ناتوانی در بازسازی سکانس حادثه بالا می رود. از سوی دیگر، انتخاب بیش از حد بالا برای هر دو پارامتر، شبکه و استوریج را تحت فشار قرار می دهد و ممکن است پایداری کل سیستم را کاهش دهد.

بنابراین، انتخاب رزولوشن و نرخ فریم مناسب در پروژه های امنیتی سازمانی باید بر پایه یک متدولوژی رسمی انجام شود: تعریف سطح جزئیات مورد نیاز، تخمین سرعت اهداف، محاسبه چگالی پیکسلی، سپس تطبیق با محدودیت های شبکه و ذخیره سازی و در نهایت آزمون و مستندسازی عملکرد در فاز کمیسیونینگ.

مبانی رزولوشن در سیستم های ویدئو نظارتی

رزولوشن در سیستم های ویدئو نظارتی فقط یک عدد مگاپیکسلی نیست؛ آن چه اهمیت دارد تعداد پیکسل های موثر روی سوژه (Pixel Density) است. دو دوربین 4 مگاپیکسل یکی با میدان دید بسیار باز و دیگری با میدان دید تنگ، رزولوشن یکسان دارند اما چگالی پیکسلی آنها روی چهره یا پلاک کاملا متفاوت است. به همین دلیل استانداردها رزولوشن را همیشه در کنار میدان دید و فاصله تا هدف بررسی می کنند.

چگالی پیکسلی و کلاس های کاربری بر اساس IEC 62676-4

در راهنماهای مبتنی بر IEC 62676-4، کلاس های کاربری تصویر (مانیتور، تشخیص، مشاهده، شناسایی، احراز هویت، بازرسی) بر اساس چگالی پیکسلی روی هدف تعریف می شوند. به طور ساده، برای مانیتورینگ عمومی به چگالی پیکسلی پایین، برای شناسایی چهره به مقدار متوسط رو به بالا و برای بازرسی دقیق (مثلا خواندن ارقام کوچک یا جزئیات دست ها) به چگالی پیکسلی بسیار بالاتر نیاز است.

در طراحی، ابتدا باید برای هر نمای دوربین کلاس کاربری هدف تعریف شود، سپس با استفاده از رزولوشن افقی دوربین، عرض صحنه و فاصله تا هدف، چگالی پیکسلی محاسبه شود. اگر PPM به حد استاندارد نرسد، باید یکی از سه گزینه را تغییر داد: کاهش FoV، افزایش رزولوشن یا نزدیک کردن محل نصب. این رویکرد باعث می شود رزولوشن به صورت مهندسی انتخاب شود و از اعداد تصادفی در نقشه جلوگیری شود.

تاثیر رزولوشن بر پهنای باند و حجم ذخیره سازی

هر افزایش در رزولوشن، به صورت مستقیم بیت ریت مورد نیاز را بالا می برد؛ به ویژه زمانی که کدک و نرخ فریم ثابت بمانند. در سامانه های سازمانی، ده ها یا صدها دوربین همزمان در حال ارسال استریم هستند و مجموع بیت ریت ورودی به NVR یا سرور VMS و استوریج، تابعی از رزولوشن، نرخ فریم، کدک، سطح فشرده سازی و پیچیدگی صحنه است.

برای طراحی اصولی باید ابتدا رزولوشن را بر اساس چگالی پیکسلی مورد نیاز انتخاب کرد، سپس با استفاده از پروفایل های H.264/H.265 و ضرایب فشرده سازی، بیت ریت متوسط هر جریان محاسبه شود. در ادامه مجموع بیت ریت ورودی بر روی هر لینک شبکه و مجموع بیت ریت نوشتن روی استوریج بررسی می شود تا اطمینان حاصل گردد که ظرفیت سوئیچ ها، Uplink ها و دیسک ها از حد مجاز عبور نمی کند.

مبانی نرخ فریم در پروژه های امنیتی

نرخ فریم (FPS) تعیین می کند در هر ثانیه چند تصویر مجزا روی سنسور ثبت و ذخیره می شود. در امنیت، بر خلاف صنعت سینما، هدف زیبایی بصری نیست؛ هدف ثبت کافی حرکت برای تحلیل رویداد و استفاده حقوقی است. بنابراین نرخ فریم باید متناسب با سرعت اهداف، نوع رویداد و نیاز به بازبینی دقیق انتخاب شود.

رابطه نرخ فریم با نوع رویداد و سرعت هدف

در نماهایی که حرکت آرام است، مثل راهروهای اداری یا اتاق های جلسه، نرخ 8 تا 12 فریم بر ثانیه معمولا برای تشخیص و پیگیری مسیر افراد کافی است. در نماهای با حرکت سریع تر، مانند ورودی های پر تردد، محوطه های پیرامونی یا دروازه های خودرو، نرخ 15 تا 20 فریم بر ثانیه کنترل بسیار بهتری روی حرکت فراهم می کند و احتمال از دست رفتن جزئیات کلیدی را کاهش می دهد.

در سناریوهای ویژه مانند پلاک خوان در سرعت بالاتر، صحنه های بانکی حساس یا محیط های که احتمال سوءاستفاده حقوقی زیاد است، نرخ های 25 فریم بر ثانیه و بالاتر ممکن است توجیه شود؛ به شرطی که شبکه و استوریج برای این بار طراحی شده باشند. نکته مهم این است که نرخ فریم باید برای هر نما به صورت مستقل و بر اساس تحلیل ریسک همان نما انتخاب شود، نه یک مقدار ثابت برای کل سیستم.

نرخ فریم، شاتر و تارشدگی حرکت

نرخ فریم و سرعت شاتر دو پارامتر متفاوت اما مرتبط هستند. نرخ فریم مشخص می کند در هر ثانیه چند تصویر ثبت می شود، در حالی که شاتر تعیین می کند هر تصویر چه مدت نور دریافت می کند. در صحنه های با حرکت سریع، اگر زمان شاتر طولانی باشد، حتی با نرخ فریم بالا نیز تصویر سوژه محو خواهد شد. در مقابل، زمان شاتر کوتاه تر حرکت را فریز می کند اما نیاز به نور بیشتری دارد.

در پروژه های حرفه ای، ابتدا بر اساس سرعت هدف و حداکثر محو شدگی قابل قبول، محدوده شاتر تعریف می شود، سپس نرخ فریم به گونه ای انتخاب می شود که تعداد کافی فریم شارپ از حرکت در هر ثانیه ثبت گردد. این تنظیمات باید با نور موجود، قابلیت WDR دوربین و محدودیت های نویز تصویر هماهنگ شود تا تعادل بین وضوح حرکت و کیفیت تصویر کلی برقرار گردد.

ترکیب رزولوشن و نرخ فریم در سناریوهای سازمانی

در عمل، رزولوشن و نرخ فریم را نمی توان جداگانه تنظیم کرد؛ هر ترکیبی باید برای سناریوی عملیاتی مشخصی بهینه شود. در ادامه الگوهای رایج برای چند سناریوی سازمانی را مرور می کنیم تا چارچوب ذهنی روشنی برای طراحی به دست آید.

ورودی اصلی، لابی و گیت های تردد

در لابی ها و ورودی های اصلی، معمولا هدف شناسایی چهره و ثبت جریان ورود و خروج است. در این نقاط، رزولوشن حداقل 1080p با لنز و میدان دید مناسب برای تامین چگالی پیکسلی روی چهره پیشنهاد می شود و نرخ فریم در بازه 12 تا 20 فریم بر ثانیه، بسته به ترافیک و سرعت حرکت افراد، انتخاب می گردد. در گیت های کنترل دسترسی، چگالی پیکسلی بالاتر و نرخ فریم 15 تا 20 فریم بر ثانیه ترکیب مرسومی است.

پارکینگ ها و پلاک خوان

در پارکینگ های سازمانی، برای نمای کلی فضا، رزولوشن 2 تا 4 مگاپیکسل و نرخ 8 تا 12 فریم بر ثانیه غالبا کافی است. اما برای پلاک خوان در رمپ ها و دروازه ها، باید رزولوشن و لنز طوری انتخاب شود که چگالی پیکسلی روی پلاک به حد توصیه شده برسد و نرخ فریم در بازه 15 تا 25 فریم بر ثانیه قرار گیرد تا تغییرات سریع پلاک در حین حرکت خودرو به خوبی ثبت شود. در این سناریو، تنظیم شاتر و نور IR نیز نقش کلیدی دارد.

راهروها، فضاهای عمومی و طبقات اداری

در راهروها و فضاهای عمومی داخلی، هدف اصلی ثبت مسیر حرکت و حضور افراد است، نه جزئیات بسیار ریز. در نتیجه رزولوشن 2 مگاپیکسل با میدان دید مناسب و نرخ 8 تا 12 فریم بر ثانیه معمولا کفایت می کند. اگر در بخشی از راهرو نیاز به سطح بالاتر جزئیات (مثلا در نزدیکی درب های حساس) وجود دارد، می توان یا از یک دوربین با FoV محدودتر و رزولوشن بیشتر استفاده کرد یا نرخ فریم را در آن ناحیه کمی افزایش داد.

اتاق سرور، صندوق و نواحی حساس

در فضاهای بسیار حساس مانند اتاق های سرور، بایگانی های محرمانه یا صندوق های مالی، معمولا انتظار می رود نه تنها ورود و خروج بلکه جزئیات عملکرد افراد (باز کردن رک، دستکاری تجهیزات، جابجایی اسناد) قابل مشاهده باشد. در این نقاط، رزولوشن بالاتر (4 مگاپیکسل یا بیشتر) با میدان دید کنترل شده و نرخ فریم 12 تا 20 فریم بر ثانیه انتخاب منطقی است؛ به شرطی که طراحی استوریج و شبکه این سطح بیت ریت را پوشش دهد.

راهنمای تنظیم پروفایل های ضبط و استریم

در سامانه های سازمانی حرفه ای، معمولا از چند پروفایل ویدئویی برای هر دوربین استفاده می شود: یک پروفایل اصلی برای ضبط آرشیو، یک یا چند پروفایل سبک تر برای نمایش زنده روی کلاینت ها و گاهی پروفایل های ویژه برای دسترسی موبایلی. این معماری امکان بهینه سازی جداگانه رزولوشن و نرخ فریم برای هر نوع استفاده را فراهم می کند.

برای مثال، می توان ضبط آرشیو را با رزولوشن کامل و نرخ فریم متوسط (مثلا 1080p در 12 fps) تعریف کرد، در حالی که استریم زنده برای اپراتورها با رزولوشن پایین تر و نرخ فریم بالاتر (مثلا 720p در 15 fps) اجرا شود تا تجربه کاربری روان تری روی مانیتورهای متعدد ایجاد شود. همچنین می توان در ساعات کم تردد نرخ فریم ضبط را کاهش و در ساعات پیک یا هنگام آلارم آن را افزایش داد.

در سطح NVR یا VMS نیز باید سیاست ضبط (دائم، حرکتی، بر اساس رویداد) دقیق طراحی شود. ضبط دائم با نرخ فریم متوسط برای نواحی حساس و ضبط مبتنی بر حرکت با نرخ فریم پایین تر برای نواحی کم اهمیت، ترکیب رایجی است که تعادل خوبی بین کیفیت و ظرفیت استوریج ایجاد می کند. مهم است که تمام این تنظیمات در مستندات طراحی و کمیسیونینگ ثبت و توسط کارفرما تایید شود.

اشتباهات رایج در انتخاب رزولوشن و نرخ فریم

• استفاده از یک مقدار ثابت رزولوشن و نرخ فریم برای تمام نماها بدون توجه به سرعت هدف، کلاس کاربری و سطح ریسک هر ناحیه.
• انتخاب رزولوشن بسیار بالا بدون محاسبه بیت ریت و ظرفیت استوریج، و در نتیجه کاهش ناخواسته سطح فشرده سازی و افت کیفیت در عمل.
• تنظیم نرخ فریم بسیار پایین برای نماهای با حرکت سریع (مانند دروازه خودرو) و از دست دادن فریم های کلیدی در سکانس حادثه.
• عدم استفاده از پروفایل های مجزا برای ضبط و نمایش زنده و تحمیل بیت ریت غیرضروری به لینک های شبکه و کلاینت ها.
• عدم مستندسازی تنظیمات رزولوشن و نرخ فریم در طرح اجرایی و کمیسیونینگ، که بعدا تحلیل کیفیت و تطبیق با نیاز عملیاتی را دشوار می کند.

سوالات متداول