3 cách đơn giản để tối ưu hóa băng thông trong lĩnh vực giám sát an ninh

Trong lĩnh vực giám sát hình ảnh IP, quản lý hiệu quả các luồng hình ảnh truyền qua mạng là điều quan trọng cần chú ý nhằm tránh xảy ra tình trạng quá tải băng thông hiện có. Tuy các cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin (CNTT) vốn được xây dựng để xử lý bất kỳ loại dữ liệu nào, nhưng những ứng dụng tạo ra lưu lượng trên mạng IP cũng cần được tính toán phù hợp nhằm sử dụng một cách hiệu quả các nguồn tài nguyên mạng tại các tổ chức. Để đáp ứng điều này, các nhà cung cấp giải pháp giám sát hình ảnh IP đã nghiên cứu, phát triển những phương pháp khác nhau nhằm hỗ trợ việc tối ưu hóa băng thông và tài nguyên mạng như: truyền dữ liệu theo multicast, hỗ trợ đa luồng dữ liệu (multistreaming) và nén hình ảnh.

Xu hướng dễ nhận thấy trong lĩnh vực giám sát hình ảnh ngày nay là nhu cầu sử dụng camera với chất lượng hình ảnh tốt và độ phân giải cao được người dùng cuối lựa chọn nhiều hơn, với sự ưu tiên dành cho camera độ nét cao (High Definition–HD) và megapixel. Các loại camera này thường yêu cầu băng thông nhiều hơn so với camera độ nét tiêu chuẩn thông thường (Standard Definition–SD). Bên cạnh đó, ngày càng nhiều người dùng bên trong cũng như bên ngoài một tổ chức có nhu cầu truy cập vào luồng hình ảnh qua mạng internet. Trong trường hợp có một lượng lớn người dùng đồng thời truy cập vào một luồng hình ảnh cụ thể, việc sử dụng và quản lý hiệu quả nguồn tài nguyên mạng là rất quan trọng nhằm tránh khả năng bị quá tải mạng và có thể phá hỏng toàn bộ hệ thống mạng.

Việc tối ưu hóa băng thông trên mạng không nhất thiết đi đôi với chi phí đầu tư lớn. Vấn đề nằm ở việc đưa ra các giải pháp quản lý ngay tại tổ chức, tận dụng khả năng xử lý chuyên biệt và hiệu quả của những giải pháp này. Có nhiều cách đơn giản để tối ưu hóa băng thông trong lĩnh vực giám sát hình ảnh IP, dưới đây là 3 phương thức đơn giản và hiệu quả đã được kiểm chứng.

Sử dụng multicast tạo ra lợi ích đáng kể

Multicast là thuật ngữ mô tả cách thức truyền tin được gửi từ một hoặc nhiều điểm đến một tập hợp các điểm khác. Trong trường hợp này, có thể có một hoặc nhiều người gửi, và thông tin được phân phối cho một tập hợp các điểm đích. Với cách thức truyền multicast, các camera IP chỉ gửi duy nhất một tập tin hình ảnh vào địa chỉ IP được chỉ định và các điểm đích chỉ đơn giản là kết nối với các tập tin hình ảnh có sẵn trên mạng mà không làm gia tăng thêm dung lượng dữ liệu tại điểm nguồn.
Ngoài multicast, hai cách truyền tải luồng hình ảnh khác được biết đến là broadcast và unicast. Broadcast mô tả cách thức truyền tin được gửi từ một điểm đến tất cả các điểm khác. Cụ thể, chỉ có một nguồn gửi nhưng thông tin được gửi đến tất cả các nguồn nhận trong cùng một kết nối. Trong khi đó, unicast mô tả cách thức truyền tin được gửi từ một điểm đến một điểm cụ thể được quy định trước. Cả hai cách thức truyền tin này ít được sử dụng để truyền tải luồng hình ảnh trên mạng vì có thể khiến băng thông tăng nhanh khi phát sinh các nhu cầu cần thiết cho việc xem và ghi lại các luồng hình ảnh từ camera.

Trong hình 1 bên dưới, ba điểm đích cùng yêu cầu luồng hình ảnh có dung lượng giống nhau truyền trên mạng. Bằng cách sử dụng multicast, dữ liệu truyền sẽ không nhiều hơn 4 Mbps trên mỗi phân đoạn của mạng. Ngay cả với 200 điểm đích cùng yêu cầu luồng hình ảnh, cũng chỉ có một dữ liệu với dung lượng 4 Mbps được truyền tải trên hệ thống mạng.

Sử dụng multicast trong trường hợp này rõ ràng là cách truyền tải thông minh cho các ứng dụng giám sát hình ảnh IP, giúp tiết kiệm rất nhiều băng thông, đặc biệt trong việc triển khai những hệ thống giám sát quy mô lớn với số lượng các điểm đích có thể phát triển rất nhanh trong tương lai. Tuy nhiên, multicast cần phải được hỗ trợ bởi ba thành phần sau đây:

• Router và switch có hỗ trợ tính năng multicast.
• Camera IP hỗ trợ truyền multicast.
• Hệ thống quản lý hình ảnh có hỗ trợ quản lý multicast.

Hầu hết các camera IP và bộ mã hóa hình ảnh trên thị trường đều có khả năng hỗ trợ multicast. Tuy nhiên, các thiết bị IP sử dụng MJPEG là một ngoại lệ, về cơ bản chúng chỉ hỗ trợ luồng unicast. Hạn chế này không phải do định dạng nén MJPEG, mà chủ yếu do MJPEG thường được kết hợp với HTTP để truyền luồng hình ảnh, kết quả là chỉ hỗ trợ truyền bằng unicast. Tuy nhiên, khi RTSP (Real-Time Streaming Protocol–giao thức để truyền dữ liệu trên Internet và Intranet) tham gia để kiểm soát các luồng dữ liệu, tất cả những hạn chế trên sẽ sớm thay đổi và cho phép thiết bị IP sử dụng MJPEG truyền luồng hình ảnh thông qua multicast.

Phát triển multicast lên tầm cao mới: Phần mềm quản lý hình ảnh thông minh

Ngày nay, các VMS cần phải thông minh hơn nữa để cung cấp khả năng kiểm soát tốt các lưu lượng multicast, và nhờ đó sẽ có thể thực hiện được tất cả những điều sau đây:

• Quản lý nhiều phương thức truyền trong cùng một hệ thống
• Cung cấp một dịch vụ proxy (proxy làm nhiệm vụ chuyển tiếp thông tin và kiểm soát đảm bảo an toàn cho việc truy cập Internet của các máy trạm) để chuyển lưu lượng unicast sang multicast, và ngược lại
• Cung cấp tính năng tự động phát hiện các phương thức truyền trong mạng

Trong mô hình 2, một hệ thống quản lý hình ảnh thông minh có thể xử lý ghi hình từ camera có hỗ trợ multicast và unicast, chuyển đổi các camera sử dụng unicast sang multicast để đảm bảo sử dụng băng thông hiệu quả cho người dùng tại các máy trạm, đồng thời cung cấp một luồng unicast cho người dùng từ xa, và tất cả chỉ xử lý thông qua một máy chủ duy nhất.

Ngoài ra, một chức năng quan trọng khác của hệ thống quản lý hình ảnh là khả năng chuyển đổi một camera chỉ hỗ trợ unicast sang một camera multicast. Điều này rất quan trọng không chỉ cho camera truyền qua kết nối không dây, mà còn cho camera MJPEG như đề cập ở trên. Thông thường, điều này được thực hiện bởi các máy chủ quản lý hình ảnh có khả năng lấy được các luồng unicast từ camera và tạo ra một luồng multicast cho người dùng.

Lợi ích nhiều hơn với tính năng multistreaming

Trong lĩnh vực giám sát hình ảnh IP, multistreaming được hiểu là camera IP có khả năng tạo ra nhiều luồng hình ảnh cùng lúc với chất lượng hình ảnh khác nhau. Ví dụ, một camera IP có thể tạo ra một luồng hình ảnh có độ phân giải 4CIF (704x576) với 30 fps và một luồng hình ảnh CIF (352×288) với 10 fps. Nhưng trên thực tế, một camera IP có khả năng tạo ra nhiều luồng hình ảnh chưa phải là điều kiện đủ để tạo ra multistreaming tốt, mà cần dựa vào các nền tảng VMS chính có khả năng kiểm soát tốt các luồng hình ảnh này. (Hình 3)

Mục đích cơ bản multistreaming
Để có những khả năng kiểm soát đó, một hệ thống quản lý hình ảnh tiên tiến sẽ cung cấp cho người quản trị hệ thống khả năng cấu hình dễ dàng và hiệu quả các luồng hình ảnh có sẵn cho các mục đích khác nhau, chẳng hạn như xem trực tiếp tại tổ chức, quan sát từ xa (với băng thông giảm), ghi hình, hoặc bất kỳ mục đích cụ thể khác.

Cách cấu hình hệ thống đặc trưng là thiết lập một luồng để xem trực tiếp tại CIF 30 fps cho khả năng linh hoạt tối đa và một luồng thứ hai dùng để ghi lại với CIF 10 fps nhằm tiết kiệm băng thông, cho phép tất cả các camera được ghi lại cùng lúc trong khi một vài camera quan sát trong thời gian thực. Multistreaming không tạo ra khác biệt về chất lượng giữa luồng hình ảnh trực tiếp và ghi lại, có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Có thể nhận thấy ưu thế rõ ràng của cấu hình multistreaming đối với sự tiêu thụ băng thông trong trường hợp này. (Hình 4)

Multistreaming cho người dùng 
truy cập từ xa
Có thể sử dụng multistreaming để thiết lập một luồng hình ảnh chất lượng thấp hơn cho người dùng từ xa, đồng thời vẫn giữ một luồng hình ảnh có độ phân giải cao để xem tại cục bộ và ghi hình. Đây là điều cần thiết khi các quản trị viên quản lý hệ thống hình ảnh không thể kiểm soát hết khả năng vượt quá của các mạng bên ngoài. Do đó, sử dụng một luồng yêu cầu băng thông thấp sẽ đảm bảo giúp người dùng từ xa luôn luôn có thể truy cập vào hình ảnh ở bất cứ nơi nào họ đang có mặt. (Hình 5)

Quản lý các định dạng nén hình ảnh tối ưu cho việc tải lên mạng

Vấn đề cần thảo luận cuối cùng trong việc quản lý băng thông là một hệ thống quản lý hình ảnh có khả năng hỗ trợ nhiều định dạng nén có sẵn từ các camera IP. Các định dạng nén hình ảnh phổ biến nhất trong lĩnh vực giám sát hình ảnh IP hiện nay gồm: H.264, MPEG-4, MJPEG và MPEG-2. Mỗi định dạng nén đều có ưu khuyết điểm riêng, và quyết định lựa chọn định dạng nén nào thường dựa trên nhiều yếu tố như: độ trễ, chất lượng hình ảnh, dung lượng lưu trữ yêu cầu, số lượng camera, băng thông tiêu thụ.

MPEG-4 và “người kế nhiệm” H.264 là các định dạng nén hiệu quả nhất hiện nay trong việc sử dụng băng thông. Các định dạng nén này thường là lựa chọn tốt nhất khi đề cập đến vấn đề băng thông và tiết kiệm lưu trữ mà không ảnh hưởng chất lượng hình ảnh.

Quan sát hình 6 bên dưới, với cùng một chất lượng hình ảnh, chúng ta có thể thấy rõ sự khác nhau giữa các định dạng nén (H.264, MPEG-4 và MJPEG). Chỉ sử dụng khoảng một phần sáu băng thông so với MJPEG, H.264 rõ ràng là sự lựa chọn tốt nhất khi nói đến hiệu quả băng thông và tối ưu hóa lưu trữ.

Lời kết

Multicast, multistreaming và nén hình ảnh là ba trong số nhiều cách để tối ưu hóa việc sử dụng băng thông trong ứng dụng giám sát hình ảnh IP. Đi cùng với các VMS hỗ trợ công nghệ mới và các tính năng xử lý mạnh mẽ, người dùng có thể tận dụng trọn vẹn các tiến bộ mới nhất trong thiết bị giám sát hình ảnh, góp phần trực tiếp vào việc giảm nhu cầu băng thông, tối ưu tài nguyên mạng, và giảm nhu cầu lưu trữ. Cuối cùng, một VMS tiên tiến sẽ giúp người dùng cắt giảm chi phí đáng kể, giúp họ có những đầu tư hợp lý và hiệu quả khi công nghệ mới xuất hiện.

Trần Ngọc Thanh
Theo SecuritySales&Integration

Share on Google Plus

About Nguyễn Tiến Cường

This is a short description in the author block about the author. You edit it by entering text in the "Biographical Info" field in the user admin panel.