Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
Сети передачи видео со студийным качествомСовременное развитие информационных технологий привело к появлению различных способов передачи видеоинформации на большие расстояния. Кроме ставших уже традиционными способов передачи несжатого видеосигнала по волоконно-оптическим линиям связи все шире применяется передача данных по различным сетевым протоколам. Рынок сетевого видеонаблюдения в настоящее время непрерывно растет и, по оценкам IMS Research, к 2008 году достигнет 151,1 млн евро (www.imsresearch.com). Пользователей привлекают такие свойства сетевых систем видеонаблюдения, как удаленный мониторинг и масштабируемость, возможность сопряжения с традиционными системами охранного телевидения и компьютерными сетями. В то же время следует отметить, что в нашей стране сетевое видео пока еще не получило должного развития. С одной стороны, это объясняется достаточно высокой ценой IP-камер и видеосерверов. С другой стороны, опыт эксплуатации имеющегося на рынке оборудования приводит некоторых авторов к выводу о недостаточности качества IP-изображения для решения ряда практических задач. Для повышения эффективности сетевых видеосистем представляется актуальным использование в них алгоритмов кодирования информации, обеспечивающих высококачественную передачу видео- и аудиосигналов. Настоящая публикация показывает возможности построения сетей передачи видеоинформации со студийным качеством для мониторинга протяженных объектов. Цифровое кодирование сигналов изображения. Целью цифрового кодирования является сокращение пространственной, временной и спектральной избыточности видеосигнала. Устранение избыточности производится линейной фильтрацией, уменьшающей коррелированность отсчетов видеосигнала. Первый этап сокращения избыточности осуществляется в телекамере в ходе операций накопления по площади элемента разложения, времени кадра и длине волны фотонного изображения. Второй этап сокращения избыточности, также характеризующийся необратимыми потерями информации, производится в ходе аналого-цифрового преобразования. Цифровой видеосигнал может быть подвергнут как обратимой (с нулевой ошибкой восстановления), так и необратимой компрессии. В IP-системах используется, как правило, необратимое сжатие цифрового потока, сопровождающееся возникновением дополнительной по отношению к содержащейся в исходном видеосигнале ошибки передачи видеоинформации. В соответствии с фундаментальным учением В.К. Зворыкина, численное значение допустимой ошибки передачи изображений определяется свойствами зрения человека. Это положение можно распространить и на кодирование при передаче по различным сетям – восстановленное изображение субъективно не должно отличаться от исходного. В устройствах компрессии видеосигнала производится так называемое кодирование с преобразованием, когда обработке подвергаются не отсчеты исходного изображения, а отсчеты его коэффициентов разложения в ряды по различным базисам. Главными операциями по сокращению избыточности являются усечение числа членов ряда, адаптивное квантование оставленных коэффициентов разложения и статистическое кодирование. Коэффициент сжатия при заданной ошибке воспроизведения зависит от выбранного базиса, который может выбираться одинаковым для всех изображений или быть адаптивным к характеристикам изображения. Например, при преобразовании Фурье, не зависящем от кодируемого сигнала, изображение представляется в виде суммы синусоидальных и косинусоидальных функций с кратными частотами. Энергия пространственного спектра большинства изображений сосредоточена в низкочастотной области, поэтому при кодировании обычно производится усечение коэффициентов ряда, соответствующих высокочастотным компонентам изображения. Определенное уменьшение ошибки воспроизведения при заданном коэффициенте сжатия может быть осуществлено путем учета свойств типовых изображений без адаптации базиса. Например, большинство изображений характеризуется скорее четной симметрией, чем нечетной. Это позволяет исключить из разложения Фурье синусоидальные базисные функции и перейти к дискретному косинусному преобразованию, лежащему в основе множества алгоритмов компрессии изображений. Технология сжатия изображений на основе дискретного косинусного преобразования первоначально была разработана применительно к задаче хранения фотографических изображений в памяти компьютера. Стандарт, разработанный Объединенной группой экспертов по фотографии (Joint Photographic Experts Group) Международной организации по стандартизации (ISO) получил название JPEG. Несмотря на то, что алгоритм JPEG разработан для сжатия неподвижных изображений, он применяется и в системах цифровой видеозаписи; коэффициент сжатия этого алгоритма при пренебрежимой ошибке восстановления достигает При большей степени сжатия ошибка воспроизведения становится заметной и проявляется в виде паразитных узоров, потерь деталей изображения – так называемых артефактов. Специально для кодирования подвижных изображений Группой экспертов по вопросам кинотехники (Motion Picture Experts Group) был разработан ряд стандартов для компрессии и обработки изображения, звука и их комбинации (MPEG). В настоящее время Международной организацией по стандартизации утверждены три стандарта: MPEG-1 (кодирование изображения при скорости передачи данных до 1,5 Мбит/с), MPEG-2 (обобщенное кодирование изображения и звука при скорости передачи данных от 1,5 до 50 Мбит/с) и MPEG-4 (кодирование аудиовизуальных объектов). В соответствии с используемыми методами дифференциального кодирования стандарт MPEG включает в себя три типа изображений:
Сокращение пространственной избыточности выполняется в изображениях типа I и достигается на уровне блоков размером 8 8 элементов. Набор операций такого кодирования – дискретное косинусное преобразование, взвешенное квантование и энтропийное кодирование серии коэффициентов косинусного преобразования. При кодировании типов P и B изображений используется межкадровое кодирование, устраняющее пространственную и временную избыточность изображений. После компрессии объем изображений типа Р для типичных сюжетов составляет примерно 35% объема изображения типа I, а В-изображения – 25%. Таким образом, примерно в 3 раза уменьшается скорость потока данных при такой же заметности искажений компрессии. В результате может быть достигнута степень сжатия до 100. Стандарт MPEG-2 используется при студийном вещании и записи видеоинформации на DVD-носители. Наиболее ценное достоинство кодирования в стандарте MPEG-2, применяемое для передачи по различным сетям, – возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети. Именно это и стало решающим фактором для выбора MPEG-2 в качестве фактического стандарта для передачи цифровых видеосигналов по различным сетям. В кодеке MPEG-4 сохранены многие достоинства, характерные для MPEG-1 и MPEG- Однако эти алгоритмы были усовершенствованы, особенно в части их работы в сетях с низкой скоростью передачи данных, были предложены более качественный анализ параметров движения и новый вариант фильтра для распаковки блоков информации. Используя разные параметры кодирования изображения в MPEG-2 и MPEG-4, можно добиться различного соотношения цена/качество, что делает эти алгоритмы основными при создании как видеосетей реального времени, так и сетей потокового видео (видео по запросу). Во втором случае предварительно записанные видеосигналы хранятся на сервере и запрашиваются приложением конечного пользователя, например модулем расширения web-браузера или выделенным видеоклиентом. Исходя из практических наблюдений и анализа выпускаемой аппаратуры, можно сказать, что оптимальным решением для CCTV является использование кодирования в стандарте MPEG-2 со скоростью потока 6–8 Мбит/c. При этом скорость доставки и объем дискового пространства для создания видеоархива в сочетании со стоимостью транспортной среды дают самую выгодную схему функционирования системы видеонаблюдения. ATM и IP-сети. Одна из наиболее актуальных проблем при создании сети передачи видеоинформации заключается в следующем: достаточно ли Ethernet с IP или лучше сразу переходить к ATM? Ввиду значимости этого вопроса и последствий его решения рассмотрим те особенности ATM и IP-сетей (http://kunegin.narod.ru/works.htm), которые имеют непосредственное отношение к передаче высококачественного видеосигнала. Необходимо подчеркнуть, что архитектура ATM подходит естественным образом для сетевого видео в силу своих основных особенностей. Во-первых, коммутируемые виртуальные соединения (Switched Virtual Circuit – SVC) позволяют создавать высокоскоростные соединения между узлами по необходимости, например между камерой и монитором или между видеосервером и клиентом. Во-вторых, ATM позволяет определить уровень качества услуг из конца в конец во время установления SVC, гарантируя таким образом достаточную пропускную способность при минимальном времени задержки. Кроме того, создание эффективной транспортной среды облегчается наличием стандарта Multiprotocol over ATM (MPOA),активно продвигаемого производителями активного сетевого оборудования. MPOA является первым стандартом для коммутации третьего уровня и расширяет эмуляцию локальной сети на втором уровне за счет создания виртуальных соединений практически со скоростью линии через несколько подсетей. В-третьих, многие операторы связи имеют магистрали ATM и предлагают сервисы на 155 Мбит/с, а некоторые другие собираются модернизировать свою магистраль до ATM на 622 Мбит/с. В результате передача MPEG-2 по сети АТМ стала общепри¬нятым стандартом для операторов кабельного ТВ и прошла многократную апробацию. Ethernet и IP понятны гораздо большему числу пользователей вследствие их общедоступности. IP – это стандартный протокол Internet, и, он также может быть использован для передачи видеоинформации. Преимущества Internet, на первый взгляд, очевидны – свобода доступа и совместимость с огромным числом аппаратно-программных средств. Но в отличие от ATM, Internet не имеет стандартных средств для обеспечения качества услуг из конца в конец. Кроме того, Internet – услуга асинхронная – поток данных к клиенту, как правило, значительно превышает поток данных от клиента. Поэтому провайдеры, декларируя предоставление высокоскоростного Internet (например, 8 Мбит/c), направляют свои усилия на поддержание скорости именно входящего потока. Также следует отметить, что телекоммуникационные особенности предоставления услуги Internet не гарантируют постоянную скорость получения данной услуги. Поэтому в чистом виде использование Internet для передачи видеосигнала со студийным качеством более чем проблематично – более логично использовать выделенную IP-сеть со скоростью передачи не ниже 10 Мбит/c. Необходимо подчеркнуть также, что в настоящее время не существует единого стандарта коммутации со скоростью линии между подсетями – коммутации третьего уровня. Таким образом, на данный момент не существует стандартной структуры сети в отношении систем охранного телевидения. Тем не менее, ясно, что конфигурация и правильная настройка сети имеют решающее значение для функционирования системы в целом. Преимущества АТМ очевидны – качество услуг встроено в этот протокол, накопленный опыт в обеспечении качества услуг и жесткая конкуренция между производителями привели к оптимизации его характеристик. С другой стороны, протокол IP является на сегодняшний день основным протоколом построения компьютерных сетей и вследствие этого чрезвычайно популярен. Поэтому производители сетевого CCTV- оборудования поддерживают, как правило, линейку как IP-кодеков, так и АТМ-кодеков. Например, компания Teleste (Финляндия) предлагает пользователям платформу EASY (Edge Access – System Interface), включающую в себя MPEG-2 кодеры/декодеры, терминальные серверы и сетевые коммутаторы для IP-решений c интерфейсом 100Base-X, а также аналогичное оборудование для сетей ATM/SDH/SONET. Каждый кодер/декодер, помимо одного канала видео, имеет два аудиоканала и несколько каналов передачи RS-данных (3 канала – для IP и 4 – для ATM) и может выпускаться как с медными, так и с оптическими выходами (многомодовыми и/или одномодовыми), обеспечивая передачу информации на расстояние до 40 км. В 2004 году платформа EASY была дополнена 8-канальным кодером MPEG-4, имеющим встроенный трехпортовый терминальный сервер, два двунаправленных аудиоканала и два порта Fast Ethernet. Ниже будут приведены конкретные примеры реализации сетевых видеосистем на базе указанного оборудования. IP-система управления движением. Сетевое видеонаблюдение часто используется при создании систем, контролирующих автомобильные потоки на шоссе и городских улицах. Примером IP-системы может служить система мониторинга движения на шоссе Е18 Турку – Хельсинки, являющегося частью трансъевропейской магистрали, соединяющей Россию и Скандинавию. В соответствии с генеральной концепцией, IP-сеть стала платформой, объединяющей ТВ-систему, различные телематические устройства (светофоры, информационные табло) и локальные метеостанции. Проектом предусмотрена установка более чем 250 сканирующих камер и организация двух основных (Турку и Хельсинки) и нескольких локальных центров мониторинга. Разработка базируется на масштабируемой высокоскоростной (1 Гбит) сети, в которой обеспечивается передача видео в режиме реального времени в стандарте MPEG-2 совместно с различными данными (рис. . Для снижения нагрузки на сеть в системе применены многоабонентская IP-коммутация и маршрутизация. Все кодеры MPEG-2 производства Teleste интегрированы в сеть через коммутаторы (Extreme Alpine 380 и обеспечивают при этом все возможности виртуального матричного коммутатора. Использовать данную схему особенно рекомендуется тогда, когда несколько постов наблюдения запрашивают изображения с одной и той же телекамеры. Кодеры расположены непосредственно в местах установки видеокамер, что значительно снижает затраты как на создание системы, так и на ее обслуживание. Поскольку основным видом связи между кодерами является оптический Fast Ethernet, в системе применены медиаконвертеры 10/100 Base-T.  Кодеры MPEG-2 обеспечивают возможность организации видеопотоков с DVD-качеством при скорости передачи 4–7 Мбит/c. Каждый из кодеров подключается к ближайшему Ethernet-коммутатору посредством выделенной оптоволоконной пары. Кодеры обеспечивают передачу видео-, аудио- и RS-данных, успешно решая таким образом проблему последней мили.Основные характеристики кодеров:
Система контроля ДТП является независимой и предназначена для обеспечения безопасности в туннелях и путепроводах. Она основана на стационарных камерах, подключаемых по оптоволокну к центрам анализа движения по архитектуре точка-точка. Все возможные события категорируются, в случае ДТП сигнал тревоги передается в основную сетевую систему для позиционирования сканирующей камеры, включения тревожной видеорегистрации и соответствующего отображения. В целом рассмотренная система может служить моделью для построения адаптивных масштабируемых сетей передачи видеоданных на базе IP-прото¬кола, обеспечивая студийное качество изображений при минимальной задержке (сотни миллисекунд). ATM-система управления движением. Примером ATM-системы может служить система мониторинга движения в городе Остин (штат Техас, США), также построенная на сетевом оборудовании компании Teleste. Коммутируемая АТМ-сеть создана на серийно выпускаемой аппаратуре и объединяет 240 сканирующих камер и 720 светофоров. Полноформатное видео с DVD-качеством передается со скоростью 6,7 Мбит/c. Характерная особенность сети аналогична рассмотренной выше – кодеры также установлены в местах установки видеокамер и непосредственно подключены к сети; преимущества подобной архитектуры очевидны. Сеть включает в себя 8 АТМ-коммутаторов, два из которых расположены в основном и резервном центрах управления движением, шесть остальных – на территории города. Периферийные коммутаторы подключены к основному по схеме звезда сетью ОС-12 (622 Мбит/c) и соединены между собой по схеме кольцо сетью ОС-3 (155 Мбит/с), что обеспечивает резервирование сети передачи видеоинформации (рис. .  В центре управления движением операторы могут визуально оценивать ситуацию на любом из 120 перекрестков и контролировать текущее состояние светофоров. Информация отображается как на мониторах рабочих станций, так и на информационном табло из 25 плазменных панелей.  Управление системой осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, обеспечивающего индивидуальное управление каждой из сканирующих камер и ее коммутацию к рабочей станции оператора или на табло отображения. Программное обеспечение позволяет также контролировать работу всех светофоров и изменять их временные циклы в зависимости от времени суток и интенсивности дорожного движения. Каждый из шести периферийных коммутаторов обеспечивает работу до 120 перекрестков, объединенных в группы по 10 перекрестков локальной петлей ОС-3 (рис. . Непосредственно на перекрестках размещены АТМ-кодеки, работающие в стандарте MPEG-2 (рис. . Каждый из кодеков обеспечивает:
Другим примером реализации АТМ-системы может служить комплекс средств обеспечения безопасности военно-морской базы Сан-Диего (США). В этом случае АТМ-кодеки Teleste легли в основу сети сбора и передачи информации от разнообразных датчиков вторжения (периметровая сигнализация, гидрофоны) и средств наблюдения (ТВ-камеры, теплови¬зоры, радары), расположенных на территории порта (http://www.telesteus.com). Особенностью сети является организация ряда точек беспроводного доступа в местах расположения АТМ-кодеков, что позволило существенно снизить затраты на инсталляцию системы на площадном объекте.  Основными преимуществами передачи видеосигнала в формате MPEG-2 по рассмотренным сетям АТМ являются практически нулевое время задержки и менее жесткие требования на полосу пропускания линии связи. Таким образом, сетевое видео со студийным качеством изображения реализовано в настоящее время в виде конкретных проектов. Очевидно, что в ближайшее время передача цифрового видео и аудио по локальным и глобальным сетям получит еще более широкое распространение. Думается, такая перспектива соответствует устремлениям подавляющего большинства разработчиков и пользователей систем безопасности. Читайте далее:  Dx-tl304e – новый dvr компании mitsubishi electric Взгляд на видео сжатие h.264 Сомнения по поводу системы видеонаблюдения в вашингтоне Пентиум и безопасность Видеосерверы от atv inc. - мифы и реальность Тайваньские производители цифровых видеорегистраторов Японские производители объективов борются за мировые рынки Защита добавочной сзи нсд Цифровой видеорегистратор dms 180 iii компании dallmeier electronic Система передачи видеосигналов adpro fastvu ,vision fire & security, Сетевая видеокамера ex82dx-ip ,компания extremecctv, Видеокамера vcc-zm400 компании sanyo Новый видеоархиватор kalatel со встроенным cd-r приводом для охранных систем видеонаблюдения Охранная сигнализация уличной видеокамеры Видеодетекторы - взгляд изнутри
|
