Рубрикатор

IP-видеонаблюдение глазами разработчика. Часть первая: базовые понятия и IP-камера

Опубликовано пользователем Людмила Селецкая,
Avtoritet.net

Рубрикатор:

А. Бурков
технический директор Dr.Systems

Данная статья призвана стать вводной для цикла публикаций, в котором я, в меру своих сил, постараюсь доступно изобразить весь сложный внутренний мир оборудования для систем IP-видеонаблюдения. И нам не обойтись без крепкого фундамента для дальнейшего разговора - нам придется разобрать все основные термины или, другими словами, договориться о понятиях. Но начнем мы с небольшого экскурса в историю, чтобы глубже понять, каковы были предпосылки IP-ре-волюции.

ИСТОРИЯ
IP-революция - бьюсь об заклад, о ней слышал каждый специалист по СОТ. Не один десяток статей посвящен этому процессу, оказывающему решающее воздействие на всю отрасль. Уверен, что многие без труда вспомнят событие, с которого все началось, когда в далеком 1996 году небезызвестная ныне компания Axis Communications представила на рынке свою первую сетевую камеру Neteye 200. Но что предшествовало этому? Что подтолкнуло разработчиков поставить видеонаблюдение на рельсы компьютерной сети?

В первую очередь, это сделало охранное телевидение цифровым, что в современном понимании означает кодирование видеоизображения и цифровой канал передачи данных. И IP-технология для организации такого канала была выбрана как нельзя кстати. Два ключевых преимущества цифрового ТВ - интерактивность и возможность передавать помимо ТВ-сигнала другую полезную информацию -присутствовали в компьютерной сети как само собой разумеющиеся. Первое позволило осуществлять удаленное управление камерой, а второе особенно пригодилось с появлением видеоаналитики. Итак, пришло время разобрать первый термин - IP-технология.

IP - это сокращение от Internet Protocol, что дословно означает межсетевой протокол. Именно этот протокол объединил отдельные подсети в глобальную сеть Интернет. Если вкратце, то IP-технология обеспечивает работу множества разнородных сетей как единой компьютерной сети.

Вот эта особенность IP и стала решающей, позволив использовать в видеонаблюдении одновременно проводные решения типа Ethernet, беспроводные типа Wi-Fi и GSM, а также всю инфраструктуру Интернет. Последнее, в свою очередь, привело к созданию облачных решений и систем городского масштаба.

ЦИФРОВОЕ ВИДЕО
Как уже было сказано, понятие цифрового телевидения подразумевает передачу кодированного видеосигнала по цифровому каналу связи. В данном случае под кодированием понимается преобразование сигнала в вид, удобный для передачи по соответствующему каналу связи. Для снижения нагрузки на него при кодировании видеосигнала используется сжатие данных. Кроме того, это позволяет экономить объемы архива при хранении.

Методы сжатия разделяются на две группы - с потерями и без потерь. Первая группа обеспечивает лучший коэффициент сжатия, однако после него исходные данные восстановить невозможно, что выражается в искажениях, потере качества. К сожалению, сжатие без потерь показывает очень низкую эффективность применительно к графическому контенту. Так что с потерей качества в той или иной мере приходится мириться.

На данный момент наиболее распространенными стандартами сжатия видео являются H.264 и MJPEG. Важным отличием второго является то, что каждый кадр видео сжимается независимо от других, что гарантирует всегда четкую картинку на стоп-кадре. Помимо этого, MJPEG менее требователен к вычислительным ресурсам, что позволяет удешевлять конструкцию использующих его устройств или достигать недоступного для H.264 быстродействия. Обратной стороной медали является низкий коэффициент сжатия. Так, при средних настройках качества плотность записи для H.264 в 10-20 раз выше, чем для MJPEG.

В настоящее время готовится к внедрению H.265, известный также как HVEC (High Efficiency Video Coding - высокоэффективное видеокодирование). Данный стандарт сжатия был опубликован Международным консультационным комитетом по телефонии и телеграфии (ITU-T) при Международном союзе электросвязи (ITU) 18 апреля 2013 года. По сравнению со своим предшественником H.265 обеспечивает повышение сжатия более чем на 30%, а при одинаковой степени сжатия - лучшее качество и быстродействие.

Стоит также отметить свободный видеокодек DaaLa, разрабатываемый некоммерческой организацией Xiph.Org Foundation. По своим характеристикам он превосходит H.265 и после окончания разработки может вытеснить его за счет бесплатной лицензии.

Необходимо также сказать несколько слов о медиаконтейнерах - таково обобщенное название форматов файлов с мультимедийным содержанием. Наиболее известными из них являются avi, mov, mp4 (m4v) и mkv. Предназначение медиаконтейнеров в том, чтобы объединять аудио и видео дорожки, субтитры, а также нести сопутствующую информацию - сообщать об используемых кодеках, количестве кадров в секунду и т.п.

СЕТЬ
Теперь перейдем к сетевой составляющей системы IP-видеонаблюдения. Как уже было сказано, IP-технология связывает разнородные цифровые сети и каналы в единую систему связи. Из всего разнообразия существующих технологий построения цифровых сетей специалист по IP-видеона-блюдению обязан знать в первую очередь Ethernet и Wi-Fi.

Название Ethernet произошло от английского словосочетания ether net, что в переводе означает «эфирная сеть». Ассоциация с радиоэфиром неслучайна - в этой сети все устройства «прослушивают» единую среду передачи данных и могут посылать в нее сообщения только в момент «молчания» других устройств. Сегодня Ethernet настолько популярен, что о других типах локальных проводных сетей никто и не вспоминает.

Существует множество модификаций стандарта, отличающихся пропускной способностью, максимальной длинной кабеля между устройствами, а также типом самого кабеля. Для построения локальных сетей (при максимальном расстояния между устройствами в 100 метров) наиболее актуальными из них являются 100BASE-TX, 1000BASE-T и 1000BASE-TX. 100BASE-TX обеспечивает пропускную способность в 100 Мбит/c по неэкранированной витой паре (UTP) категории 5 и используется для подключения камеры к коммутатору. Для соединения коммутаторов между собой и с сетевым видеорегистратором применяются технологии 1000BASE-T и 1000BASE-TX,

гарантирующие работу на скоростях в 1 Гбит/с по UTP категории 5 и 6 соответственно. Кроме того, существуют стандарты для построения Ethernet на базе оптоволоконного кабеля. В этом случае для расстояний порядка нескольких сотен метров используется многомодовое, а для расстояний от 10 до 100 км - более дорогое одномо-довое волокно.

Отдельно стоит сказать про группу стандартов 10GBASE, выводящую скорость работы сети на уровень 10 Гбит/c. Конечному устройству, в роли которого в сетевых СОТ выступает камера, такие скорости, разумеется, ни к чему. Однако потребность в них может появиться при проектировании систем типа «безопасный город».

Для подачи питания на конечные устройства в сетях стандарта 100BASE-TX, 1000BASE-T или 1000BASE-TX может применяться технология PoE (Power over Ethernet - питание по Ethernet). PoE позволяет передавать электрическую энергию вместе с данными по одному кабелю витой пары, что существенно облегчает инсталляцию камер на объекте. Кроме того, подобное решение централизует резервное питание системы видеонаблюдения, заметно упрощая ее эксплуатацию. Начиная с версии 802.3af данная технология обеспечивает достаточную мощность (15,4 Вт) для работы наружных камер с подогревом и ИК-подсветкой.

В одной из следующих статей мы обязательно вернемся к рассмотрению применения сетевых технологий в видеонаблюдении, уделив внимание мобильным и облачным решениям, а также поговорим про Onvif и протоколы трансляции видео.

IP-КАМЕРА
Разговор о сетевых камерах лучше всего начать с их классификации. В зависимости от места установки они разделяются на уличные и внутренние, а в зависимости от конструктивного исполнения - на корпусные, купольные и поворотные. Кроме того, следует выделить беспроводные и проводные камеры. Последние в свою очередь могут быть с поддержкой питания по витой паре (PoE) или без нее.

Уличные камеры должны быть защищены от осадков и работать в широком температурном диапазоне. Как правило,такие камеры выполнены в защитном кожухе с подогревом. Также они нередко имеют встроенный ИК прожектор для работы в темное время суток.

Корпусные и купольные камеры отличаются, в первую очередь, способом крепления. Последние легко монтируются на потолке, кроме того их часто выбирают из-за более аккуратного внешнего вида. Преимуществом же корпусных камер является простой подбор объектива, так как в этом случае вы не стеснены размерами купола.

В некоторых случаях может быть полезна их броскость, способная отпугнуть злоумышленника.

Поворотные или PTZ-камеры могут изменять направление обзора под управлением оператора, а также обладают оптическим увеличением. Как правило, такие камеры используются в дополнение к фиксированным, позволяя охране оперативно рассмотреть и заснять подозрительный объект или активность.

Беспроводные камеры безусловно проще установить, однако следует помнить, что для защищенных объектов они не годятся, так как их работу легко парализовать даже без использования средств РЭБ - может хватить и ноутбука со специальной программой.

Возможность питания камеры по витой паре (технология PoE) уже была рассмотрена нами при обзоре сетевых технологий, стоит лишь подытожить - это одно из важных преимуществ сетевых технологий над видеоинтерфейсами.

Теперь подробно рассмотрим, что же такое IP-камера и каково ее внутреннее устройство. Прежде всего, IP-камера - это цифровая телевизионная камера, с другой стороны - это сетевое устройство в IP-се-тях, и в конце концов - это компактный компьютер, как правило функционирующий под управлением Unix-подобной операционной системы. Каждая из названных сторон нуждается в отдельном рассмотрении.

Ключевым элементом камеры безусловно является светочувствительная матрица. Матрица состоит из фотоячеек, преобразующих световое излучение в электрический сигнал, который в дальнейшем оцифровывается и составляет растровое изображение. После этого полученное изображение подвергается сжатию, о чем подробно говорилось выше, и отправляется адресату посредством сетевых протоколов вещания.

Как сетевое устройство IP-камера реализует стек протоколов TCP/IP. На канальном уровне обычно это Wi-Fi или Ethernet, а на прикладном - целое множество: главными являются HTTP, на котором работает веб-интерфейс; RTP/RTSP, отвечающие за вещание видео, и Onvif, обеспечивающий взаимодействие регистратора и камеры.

Редко внимание авторов заостряется на компьютерной природе IP-камеры, но для глубокого понимания предмета это сделать необходимо. В сердце любой сетевой камеры лежит микроконтроллер - электронная микросхема, как правило сочетающая в себе процессор, оперативную и постоянную память, а нередко и графический ускоритель. Другими словами - это микро ЭВМ. Наиболее распространенным семейством микроконтроллеров для сложных устройств на данный момент является ARM. Под их управлением работают многие IP-ка-меры, а также подавляющее большинство современных смартфонов и мобильных устройств. На их основе даже построены многие видеорегистраторы. От быстродействия установленного микроконтроллера зависит количество кадров в секунду при максимальном разрешении и предел возможностей встроенной видеоаналитики.

Как правило, камера работает под управлением Linux или другой *nix операционной системы. Подобные ОС в настоящее время доминируют в классе встраиваемых, серверных и даже мобильных решений. Широко известны пользователям системы Android и Mac OS X. Все чаще устанавливаются на PC такие Unix-системы, как Ubuntu. Очевидно, пришло уже время подобным системам вытеснить так называемые PC-based решения в видеорегистрации, ведь у них есть масса неоспоримых преимуществ. И почти все из них в конечном итоге повышают надежность и экономичность системы, о чем мы поговорим в следующей статье.

В программный комплекс камеры обязательно входит веб-сервер с панелью администрирования и программа, реализующая сжатие и трансляцию видео в сеть. Также важное место в нем занимают программы, реализующие Onvif и комплекс видеоаналитики, в который могут входить всевозможные детекторы и счетчики посетителей.

В следующей статье мы поговорим о возможностях камер в области видеоаналитики и завершим тему описанием процесса настройки камеры. А далее мы перейдем к сердцу системы IP-видеонаблю-дения - сетевому видеорегистратору.

  • Что нужно знать о видеоаналитике до ее внедрения / Видеонаблюдение на транспорте: автобус / Применение российской криптографии и технологий М2М в СКУД, IoT для решения проблем безопасности на объектах критической информационной инфраструктуры / Особенности применения радиоволновых средств обнаружения для охраны периметров

  • Рынок наводнен огромным количеством брендов систем видеонаблюдения. Среди всего этого разнообразия выделяются именитые мировые производители - настоящие двигатели прогресса и технологий. Однако наряду с ними существует плеяда очень похожих марок, располагающихся в среднем и низких ценовых сегментах. Участники рынка хорошо знают все эти марки благодаря агрессивному маркетингу, многие инсталляторы уже имеют опыт установки и эксплуатации всего этого многообразия. На этом оборудовании часто можно наблюдать отметку «Сделано в России». Что на самом деле кроется под всем этим многообразием имен? Как меняется рынок и почему?

  • Для крупных городов общественный транспорт является предпочтительным для ежедневных поездок. Из множества задач особой сложностью выделяется видеонаблюдение, ведущееся в движущемся транспортном средстве, ограниченном изнутри в физическом пространстве. Рассмотрим три идеи от Axis в вопросе оснащения транспортных средств системами видеонаблюдения.

  • Источники питания: как выбрать лучший? / А отвечать кто будет? Пушкин? О комплексном подходе к оборудованию объекта / Тепловизоры: реальность и ожидания. Мнения экспертов / Методология портирования и выбор технологического стека ...

  • Нестандартный взгляд на датчики угарного газа и дыма / Сетевое видеонаблюдение – новая высота аэропорта. Обзор оборудования и решений / Как инфракрасное излучение используется для биометрической идентификации / Какие задачи решает система видеонаблюдения на крупных складах ...

  • Системы антидрон / Системы видеонаблюдения в аэропортах / Специфические уязвимости инженерного оборудования ЦОДов как элемента киберинфраструктуры / Биометрическая идентификация для защиты информационных ресурсов / Видеонаблюдение в школах ...

  • IP-видеонаблюдение уже давно стало неотъемлемой частью IT-инфраструктуры предприятия. IT-сотрудники должны не только заниматься обслуживанием, но и принимать активное участие в выборе системы и формировании требований. Знания об аспектах выбора системы видеонаблюдения и принципах ее эксплуатации позволят IT- специалистам занимать проактивную позицию.

  • Видеонаблюдение сегодня – неотъемлемая часть существования государств, бизнеса, людей. Убедившись в работоспособности и эффективности работы систем видеонаблюдения, заказчик увеличивает требования к системам. Зачастую реализация этих требований выходит за границы возможностей оптики. Компания Axis Communications предлагает решения трудных задач видеоаблюдения за счет использования подходов и технологий смежных областей.

  • 25 сентября 2018 года компании Bosch Building Technologies, Hanwha Techwin, Milestone Systems, Pelco™ by Schneider Electric и VIVOTEK Inc. объявили об учреждении некоммерческого объединения Open Security & Safety Alliance, ставящего целью внедрение в отрасль безопасности общепринятых стандартов и спецификаций, которые поддержат улучшение качества услуг и предлагаемых решений. Декларация о создании Альянса совпала с десятилетним юбилеем форума ONVIF.

  • Когда существующие решения, проверенные годами и практикой, пытаются заменить видеоаналитикой: отказаться от установки охранной сигнализации и заменить ее видеоаналитикой — это огромный риск, который часто оказывается ничем не подтвержден. Так происходит с системами охраны периметра. Не стоит переоценивать возможности видеоаналитики, заменяя охранную сигнализацию, но и недооценивать тоже будет ошибкой.