Speicherverbrauch und wichtige Faken über die Bandbreite
Wissenswertes über den Speicherverbrauch einer Überwachungskamera, Bandbreite und Co. IP bzw. Netzwerkkameras verdanken ihren Namen der Tatsache, dass sie als vollwertige Netzwerkgeräte digitale Videodaten in einem IP-Netzwerk versenden. Somit belegen die von einer Kamera ausgehenden Datenströme eine gewisse Bandbreite. Bei diesem Wert handelt es sich um die Menge an Dateneinheiten, die pro Zeiteinheit durch das Netz geschickt werden. In einem typischen Heimnetz beträgt die maximale Bandbreite je nach eingesetzter Hardware 100 Mbit/s oder auch 1 Gbit/s, die sich alle Netzwerkclients teilen müssen. Sollen die Videodaten nicht nur angesehen, sondern auch aufgezeichnet werden, belegen sie außerdem Platz auf Datenspeichern (z. B. auf Festplatten in einem NVR). Bei der Einrichtung einer Videoüberwachung mit IP Kameras sollte daher vorab in Betracht gezogen werden, wie groß die benötigte Bandbreite und der Speicherbedarf sein werden, um eine entsprechende Infrastruktur aufbauen zu können.
Wer nur eine einzige Netzwerkkamera betreiben will, muss sich keine großen Gedanken machen: Solch geringen Datenmengen verkraften alle aktuellen Netzwerke und Aufzeichnungsgeräte mit Leichtigkeit. Bei komplexeren Systemen lohnt es sich, auf Datensparsamkeit zu achten und optimale Einstellungen vorzunehmen. Für die benötigte Speicherkapazität ist letztendlich entscheidend, wie lange und welche Daten überhaupt gespeichert werden sollen.
Bandbreite
Die Bandbreitenbelegung durch eine IP Kamera ergibt sich wesentlich aus der Qualität des Videostreams und der Beschaffenheit der aufgezeichneten Szene. Die einzelnen Parameter:
- Bildauflösung: Aus wie vielen Pixeln besteht ein einzelnes Videobild?
- Framerate: Wie viele Bilder pro Sekunde (fps) werden aufgenommen?
- Observationsbereich: Handelt es sich um eine belebte Szene mit viel Bewegung oder um einen ruhigen Bereich mit wenigen Veränderungen des Bildinhalts?
- Kompression und Bitrate: Welcher Codec wird mit welcher Bitrate eingesetzt?
Für die ersten beiden Punkte gilt ganz einfach: Je mehr, desto mehr. Die Datenmenge eines Bilds mit 2 MP ist ca. doppelt so groß wie die eines Bilds mit nur 1 MP, und 30 Bilder pro Sekunde erzeugen ein doppelt so hohes Datenvolumen wie 15 fps (bei ansonsten gleichen Bedingungen). Die Frage, welche Werte eingestellt werden sollten, muss abhängig vom Überwachungszweck und der Szene beantwortet werden. Flüssige Bewegungen wie in einem Spielfilm werden ab ca. 24 fps erreicht, was aber oftmals gar nicht nötig ist. Schon bei 15 fps in einem weniger belebten Überwachungsbereich lassen sich einzelne Personen oder Fahrzeuge gut verfolgen (sehr flinke Taschendiebe werden so aber vielleicht nicht überführt). Mit einer Auflösung von 2 MP sind auch auf mehreren Metern Abstand Gesichter gut zu erkennen. Wird aber eine Menschenmasse aus größerer Entfernung aufgezeichnet, sind eine höhere Framerate und auch eine höhere Auflösung hilfreich.
H. Codec
Die Belebtheit des Observationsbereichs, d. h. die Anzahl an Bildveränderungen pro Zeiteinheit, ist für die Bandbreite ebenfalls relevant: Komprimierte Videos enthalten nicht für jedes Bild die volle Information jedes einzelnen Pixels, sondern nur die Informationen über Veränderungen im Verhältnis zum vorhergehenden Bild. Für diejenigen Bildanteile, die in aufeinanderfolgenden Frames identisch bleiben, werden die alten Daten sozusagen recycelt, was zu erheblichen Einsparungen führt. Die Aufnahme eines unbenutzten Eingangs erzeugt nur sehr geringe Datenmengen, da sich am Bildinhalt nichts ändert. Das Gegenteil ist der Fall bei bewegten Wasserflächen, Menschenmengen und ähnlichen Szenen, bei denen sich von Frame zu Frame so gut wie jedes Pixel in Helligkeit und Farbe ändert.
Der Codec schließlich ist entscheidend für die Effektivität der Kompression. Moderne Kameras beherrschen die Codierung mit H.264 oder sogar H.265. HIKVISION hat diesen Codec nochmals verbessert und speziell auf die Bedürfnisse der Videoüberwachung angepasst mit H.265+. Bei gleicher Qualität spart H.264 gegenüber dem herkömmlichen MPEG-4 z. B. ungefähr die Hälfte an Daten, H.265 ist noch effektiver und spart wieder ca. die Hälfte, H.265+ verspricht einen ähnlichen Sprung. Die sehr gute Kompression erlaubt es, mit vergleichsweise geringen Bitraten eine hohe Bildqualität zu erhalten. Wird zusätzlich mit variabler statt konstanter Bitrate codiert, verringert sich die Datenmenge ebenfalls.
Übertragung ins Internet
Was nicht verwechselt werden darf, sind der Bandbreitenbedarf im Heimnetz und die Upload-Bandbreite, falls die Aufnahmen über das Internet übertragen und von außerhalb angeschaut werden sollen. Während im lokalen Netz die Bandbreite mit 100 Mbit/s oder mehr in der Regel kein Problem darstellt, ist der Upload an privaten Internetanschlüssen häufig sehr gering bemessen. Für einen ruckelfreien HD-Stream von mehreren Kameras reicht die zur Verfügung stehende Bandbreite dann nicht. Abhilfe schaffen in solchen Fällen nur ein schnellerer Internetzugang oder ein reduzierter Videodatenstrom.
Damit man sich nun nicht entscheiden muss zwischen einem optimalen Stream für das Heimnetz oder einem optimalen Stream für die Internetübertragung, beherrschen viele Überwachungskameras Multi-Streaming: Sie können mehrere Streams in unterschiedlichen Qualitäten gleichzeitig ausgeben. So ist es z. B. möglich, einen Full-HD-Stream auf dem Netzwerkrekorder aufzuzeichnen und gleichzeitig einen kleiner aufgelösten Stream mit geringerer Framerate in das Internet zu schicken. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass man auch unterwegs alles im Blick behalten kann und für eine genaue Auswertung eine hoch aufgelöste Aufzeichnung auf dem heimischen Rekorder hat.
Speicherplatz und selektives Speichern
Grundsätzlich wächst der benötigte Speicherplatz mit der belegten Bandbreite einerseits und andererseits mit der Dauer, für die die Aufzeichnungen verfügbar sein sollen. Beide Punkte sind einleuchtend: Je mehr Daten über das Netzwerk reinkommen, desto mehr Daten wollen gespeichert werden, und je länger es dauert, bis etwas gelöscht wird, desto größere Datenmengen sammeln sich an.
Den Speicherverbrauch einer Kamera reduzieren: es muss in vielen Fällen gar nicht alles gespeichert werden. Dank intelligenter Kamerafunktionen lässt sich die zu speichernde Datenmenge drastisch reduzieren. Wer beispielsweise die eigene Einfahrt und Haustür überwacht, ist in der Regel nicht an der Daueraufnahme eines Stilllebens interessiert. Vielmehr geht es darum, Personen und Fahrzeuge aufzeichnen, die den Privatbereich betreten bzw. befahren, sonst aber nichts. Genau für solche Zwecke sind Funktionen wie die Motion Detection (Bewegungserkennung) einer Überwachungskamera perfekt: Dann und nur dann, wenn die Kamera Bewegungen im überwachten Bereich registriert, wird eine Aufnahme gestartet. Damit in der Aufzeichnung garantiert nichts fehlt, wird immer eine kleine Zeitspanne vor und nach dem Ereignis mitgespeichert.
Der mögliche Einspareffekt von intelligent gesteuerten Videoaufzeichnungen ist immens. Wenn an einer Haustür nur wenige Minuten täglich Betrieb ist, werden auch nur wenige Minuten aufgezeichnet. Jede Minute, die nicht gespeichert werden muss, entlastet das Speicherkontingent. Dabei ist selektives Speichern für viele Szenarien geeignet: Überall da, wo es Phasen gibt, die uninteressant sind für eine Auswertung, können die intelligenten Funktionen zum Einsatz kommen. Schon verhältnismäßig kleine Festplatten können so die relevanten Szenen aus mehreren Monaten vorhalten, ohne dass die ältesten Aufnahmen gelöscht werden müssten.
Berechnung
Für eine schrittweise Beispielrechnung sei eine Videobitrate von 2000 Kbit/s (Kilobit pro Sekunde) angenommen. Bei einer Auflösung von 720p (1280 × 720 Pixel) mit einem effizienten Codec reicht dies für qualitativ gute Ergebnisse aus.
- Schritt 1: Bandbreite bei gegebener Bitrate
Allgemein:
1000 Kbit/s = 1 Mbit/sVideobitrate 2000 Kbit/s = 2 Mbit/sDie Kamera schickt also jede Sekunde ca. 2 Mbit in das Netzwerk. Bei höherer oder geringerer Bitrate erhöht oder verringert sich die Netzwerklast dementsprechend. Außerdem gilt: Werden mehrere Kameras mit identischen Einstellungen betrieben, muss dieser Wert mit der Anzahl der Kameras multipliziert werden; werden mehrere Kameras mit unterschiedlichen Bitraten betrieben, müssen die Einzelwerte addiert werden; wird eine höhere Auflösung gewählt, sollte auch die Bitrate erhöht werden; beherrscht die Kamera keine hocheffizienten Codecs, muss eine höhere Bitrate für eine gute Qualität gewählt werden.
- Schritt 2: Umrechnung Mbit/s in MByte/s
Allgemein:
8 bit = 1 Byte
Videobitrate: 2 Mbit/s ÷ 8 bit/Byte = 0,25 MByte/s.
- Schritt 3: Zeitfaktor
Allgemein:
1 Minute = 60 Sekunden, 1 Stunde = 60 Minuten
60 × 0,25 Mbyte/s = 15 MByte/Minute
60 × 15 Mbyte/Minute = 900 MByte/Stunde
Für jede Stunde Aufnahmezeit müssen also 900 MByte Speicherplatz eingeplant werden.
Zusammengefasst als Formel:
Speicherbedarf in Megabyte pro Stunde = Bitrate in Kbit/s ÷ 1000 ÷ 8 × 3600
- Schritt 4: Speicherbedarf für Daueraufnahmen oder selektives Aufnehmen und Archivierung
Allgemein: Aufnahmestunden pro Tag × Speicherbedarf pro Stunde × Dauer der Aufbewahrung = kompletter Speicherbedarf
Mit 8 Stunden täglicher Aufnahme und einer Vorhaltezeit von einer Woche:
8 Stunden × 900 MByte/Stunde × 7 Tage = 50400 MByte/Woche ~ 50 GB/WocheWird nun ein smart Feature der Überwachungskamera verwendet und viel weniger aufgezeichnet, ergibt sich entsprechend ein geringerer Speicherbedarf für die gleiche Aufbewahrungsdauer. Wird beispielsweise ein Eingang nur morgens und nach Feierabend verwendet, sind also höchstens an einer von acht Überwachungsstunden pro Tag Bewegungen im Bild, kann ein Faktor von 1/8 auf die Daueraufnahme angewendet werden:
1/8 × 50 GB/Woche = 6,25 GB/Woche