Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
Перспективы развития волоконно-оптических средств передачи видеоинформацииУровень современной цивилизации определяется объемом передаваемой и перерабатываемой информации. Как показывают теоретические и статистические исследования, объем передаваемой информации возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта, при этом реальный спрос на средства ее передачи постоянно превышает прогнозируемый. Бурное развитие телекоммуникационных технологий, применение оптических методов передачи информации не оставило в стороне и технику охранного телевидения. Все трудности, связанные с использованием коаксиального кабеля и витой пары (ограничение дальности передачи, частотные искажения) исчезают с внедрением широкополосных сетей с цифровыми методами передачи данных на базе волоконно-оптических линий связи. При длине линии связи свыше 500 м, применение оптоволокна оправдано даже с точки зрения затрат на создание тракта передачи видеосигнала с требуемым качеством.  Если принять во внимание другие факторы – пропускную способность, конфиденциальность, высокую степень электрической изоляции – то выигрыш в применении оптического волокна будет более ощутимым. Представляется целесообразным области применения различных способов передачи видеоинформации рассматривать в системе координат полоса пропускания – дальность передачи (см. рис. . В этом случае наиболее наглядно демонстрируются области безусловного перехода к оптоволокну – передача одного видеосигнала на расстояние более километра и передача больших потоков видеоинформации на любые расстояния при физических ограничениях на линию связи. Наиболее важные преимущества оптоволоконных линий связи общеизвестны. Подчеркнем отсутствие частотных искажений видеосигнала, невосприимчивость к помехам и наводкам и тенденцию к снижению цены. Оптоволокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния – широко распространенный, а потому недорогой материал. Запасы песка на планете, в отличие от меди, вряд ли будут истощены в ближайшем будущем. До недавнего времени многих пугали технологические трудности сращивания и оконцовки волоконно-оптических кабелей. Современные технологии стыковки оптических кабелей позволяют монтировать линии связи, не имея высокой квалификации и дорогостоящего оборудования, что делает их особенно привлекательными при выполнении работ собственными силами в условиях постоянной ротации монтажников. Основными недостатками волоконно-оптических линий связи являются подверженность световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам в волокне. Тем не менее, использование волоконно-оптических технологий является одним из ключевых направлений развития систем охранного телевидения. Принципы построения волоконно-оптических систем передачи видеоинформации и технические характеристики конкретных моделей оборудования неоднократно освещались на страницах специализированных изданий. Нам бы хотелось обратить внимание читателя на последние достижения в области волоконно-оптических технологий, пока еще мало представленные на российском рынке. Аппаратура с уплотнением оптических несущих Волоконно-оптические сети легко можно модернизировать для передачи большего объёма видеоинформации путем замены только приемопередающего оборудования. Весьма эффективным является метод уплотнения оптических несущих – WDM (Wavelength Division Multiplexing). Суть этого метода состоит в том, что ряд информационных потоков, переносимых каждый на своей оптической несущей, с помощью специальных устройств – оптических мультиплексоров объединяются в один оптический сигнал, после чего он вводится в оптическое волокно. На приемной стороне производится обратная операция демультиплексирования. Грубое спектральное мультиплексирование является технологией передачи данных, позволяющей одновременную передачу различных протоколов по одному оптическому кабелю. Оно базируется на использовании оптических каналов, отстоящих друг от друга на расстоянии 20 нм. Эти оптические каналы, лежащие в диапазоне от 1270 нм до 1610 нм специфицированы рекомендацией G-694.2 Международного телекоммуникационного союза (ITU). При расширении диапазона вниз до 1270 нм число возможных каналов передачи увеличивается до 1 Однако в этом случае возникают две проблемы.  Во-первых, на более коротких длинах волн потери на излучение почти вдвое больше, а потому максимально допустимое расстояние передачи заметно сокращается; во-вторых, приходится использовать специальные волокна, в которых кривая затухания убывает равномерно между 1310 и 1550 нм, иначе из-за водяного пика в волокне происходит сильное поглощение ионами OH (см. рис. . Поэтому на практике число возможных каналов передачи не превосходит 16. Технология CWDM продлевает время жизни существующих волоконно-оптических сетей путем использования сетки частот, не используемых традиционными приемопередатчиками. Технология инвариантна к протоколам передачи информации, что позволяет организовать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде. Увеличение частотного расстояния между каналами приводит к заметному снижению стоимости активных и пассивных компонентов по сравнению с технологией DWDM (плотное спектральное мультиплексирование с расстоянием между каналами 0,8 нм). Кроме того, грубое спектральное мультиплексирование надо обеспечивает гибкость системы передачи информации и возможность реализации различных топологий – точка-точка, соединение с ответвлениями (drop-and-insert), кольцо. В частности, на технологии CWDM базируется линейка оборудования OP-X для многоканальной передачи аудиовизуальной информации компании Teleste. Оно разработано для передачи большого числа видеосигналов совместно с аудиосигналами/данными и Ethernet-трафиком по одиночному оптоволоконному кабелю. Линейка включает в себя следующие блоки – передатчики, приемники, мультиплексоры/демультиплексоры, модули вставки/извлечения, конвертеры длины волны, повторители и Ethernet-коммутаторы. Базовые компоненты полностью соответствуют стандартам ITU и обеспечивают загрузку всего диапазона от 1270 нм до 1610 нм. Основными устройствами для создания систем видеонаблюдения являются 1-, 4- и 8-канальные передатчики и приемники, поддерживающие также двунаправленную передачу данных (2 канала), аудио (1 канал)и команд типа сухой контакт (1 канал). Информация передается в восьми верхних CWDM-каналах. Одновременная передача данных в области 1310 нм и S-, C- и L- диапазонах обеспечивает совместную работу устройств CWDM c ранее установленным оборудованием в одном оптическом волокне. Дополнительная информация (например, Ethernet/ATM трафик) может быть введена в канал передачи с помощью соответствующего интерфейсного оборудования. Все блоки серии ОР-Х выпускаются как в автономном, так и в стоечном (1 исполнении. Видеомодемы CVM используются для однонаправленной передачи 1,4 или 8 видеосигналов совместно с двунаправленной передачей аудио/данных по одному одномодовому волокну. Модемы используют CWDM-сетку частот в соответствии с рекомендацией G-694.2 ITU. Возможно также использование стандартных выходов с рабочими длинами волн 1310 нм и 1550 нм, оптический бюджет аппаратуры лежит в пределах от 16 до 29 дБ. CWDM-мультиплексоры COM служат для объединения 4 или 8 сигналов с различными длинами волн в одном волокне. Эти же устройства могут быть использованы для последующего демультиплексирования сигналов. Add/drop-версии мультиплексоров позволяют извлечь или ввести сигнал с определенной длиной волны в волокно. В настоящее время пользователям доступны 8 модификаций мультиплексоров с CWDM-каналами С11….С18. Гибкость и масштабируемость платформы ОР-Х обеспечивает возможность эффективного решения задач видеонаблюдения в различных приложениях, требующих высококачественной передачи видеоинформации в реальном масштабе времени. Возможность реализации топологии drop-and-insert и нулевая задержка при передаче видеосигналов делает оборудование ОР-Х эффективным инструментом при организации видеонаблюдения на различных транспортных магистралях. Большое число каналов передачи данных минимизирует затраты при создании систем с большим числом видеокамер и облегчает их наращивание без модернизации волоконно-оптической сети. Можно отметить следующие основные преимущества систем передачи видеоинформации с технологией CWDM.
Сетевое видео со студийным качеством 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 различным оценкам к 2008 году достигнет 150 миллионов евро. Пользователей привлекают такие свойства сетевых систем видеонаблюдения, как удаленный мониторинг и масштабируемость, возможность сопряжения с традиционными системами охранного телевидения и компьютерными сетями. Неотъемлемой частью любой сетевой видеосистемы является цифровой кодер, основным назначением которого является сокращение пространственной и временной избыточности видеосигнала. Устранение избыточности производится линейной фильтрацией, уменьшающей коррелированность отсчётов видеосигнала. 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. 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 кодирование с преобразованием, когда обработке подвергаются не отсчёты исходного изображения, а отсчёты 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. Например,при преобразовании Фурье изображение представляется в виде суммы синусоидальных и косинусоидальных функций с кратными частотами. Энергия пространственного спектра большинства изображений сосредоточена в низкочастотной области, поэтому при кодировании производится усечение коэффициентов ряда, соответствующих высокочастотным компонентам изображения. Определённое уменьшение ошибки воспроизведения при заданном коэффициенте сжатия может быть осуществлено путём учёта свойств типовых изображений без адаптации базиса. Например, большинство изображений характеризуется скорее чётной симметрией, чем нечётной. Это позволяет исключить из разложения Фурье синусоидальные базисные функции и перейти к дискретному косинусному преобразованию, лежащему в основе множества алгоритмов компрессии изображений. 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 передачиданных до 1.5 Мбит/с), MPEG-2 (обобщённое кодирование изображения и звука при скорости передачи данных от 1.5 до 50 Мбит/с), MPEG-4 (кодирование аудиовизуальных объектов).  В соответствии с используемыми методами дифференциального кодирования стандарт MPEG включает в себя три типа изображений (см. рис. :
Сокращение пространственной избыточности выполняется в изображениях типа I. 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 и пространственную и временную избыточность изображений. После компрессии объём изображений типа Р для типичных сюжетов составляет примерно 35% объема изображения типа I, а В-изображения – 25%.Таким образом, примерно в три 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 MPEG-2-кодирования, применяемое для передачи по различным сетям, – возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети. 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; 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). В последнем случае предварительно записанные видеосигналы хранятся на сервере и запрашиваются приложением конечного пользователя, например модулем расширения Web-браузера или выделенным видеоклиентом. Отимальным решением для CCTV является использование MPEG-2 кодирования 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. Одна из наиболее актуальных проблем при создании сети передачи видеоинформации состоит в следующем: достаточно ли Ethernet с TCP/IP или лучше сразу переходить к ATM? Ввиду значимости этого вопроса и последствий его решения рассмотрим те особенности сетей, которые имеют непосредственное отношение к передаче высококачественного видеосигнала. Ethernet и TCP/IP понятны подавляющему большинству пользователей вследствие их общедоступности. TCP/IP – это стек протоколов 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, к сожалению, 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 этой услуги. Поэтому в чистом виде использование Internet для передачи видеосигнала со студийным качеством более чем проблематично – более логично использовать выделенную сеть TCP/IP со скоростью передачи не ниже 10 Мбит/c. Необходимо подчеркнуть также, что к настоящему времени не существует единого стандарта коммутации со скоростью линии между подсетями – коммутации третьего уровня. Технология ATM состоит в представлении потока данных от любого источника информации – пакетами фиксированной длины – 53 байта вместе с коротким заголовком в 5 байт. Небольшая длина пакетов АТМ (cell) позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передаче с постоянным темпом, характерным для мультимедийной информации. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и процент служебной информации не был большим по отношению к данным пакета, в технологии ATM применен стандартный прием эти сети всегда работают по протоколу с установлением соединения и адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. При отказе от жестко фиксированных временных слотов для каждого канала идеальной синхронности добиться невозможно. Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и при малом размере пакета отклонение от синхронизма будет небольшое. Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. Приоритеты существуют и в других технологиях, однако наличие в них пакетов больших размеров (4096 байт и более) не позволяют им с высокой степенью вероятности выдерживать требования синхронизма для высокоприоритетных пакетов. В сети ATM конечные станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторамиболее высоких уровней каналами с уплотнением (рис. .  Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для маршрутизации трафика в сети коммутаторов. Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байтных адресов конечных станций с иерархической структурой. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface), который определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком. Стандарт ATM пользуется спецификациями стандарта физического уровня на передачу данных по оптическим линиям связи SONET (Synchronous Optical Network) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Стандарт SONET устанавливает скорости передачи данных с дискретностью 51.84 Мб/с до 2.488 Гб/с и может быть расширен до 13 Гб/с, а SDH – с дискретностью 155.52 Мб/с. Базовая скорость 51.84 Мб/с была выбрана так, чтобы включить в себя скорости линий T-3 и E-3.  Для линий со стандартными скоростями SONET введены следующие обозначения (таблица Например, для интерфейса пользователь – компьютер может использоваться канал ОС-3, а для интерфейса коммутатор – коммутатор – канал ОС-1 Эти же каналы могут быть использованы при создании систем видеонаблюдения, причем канал ОС-3 целесообразно использовать на участке кодер-коммутатор, а канал ОС-12 – для построения сети между коммутаторами. Естественно, что организация подобных каналов при передаче данных на большое расстояние невозможна без применения оптического волокна. При этом, в зависимости от дальности передачи может использоваться как многомодовый, так и одномодовый кабель. Таким образом, архитектура ATM наиболее подходит 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 видео в формате MPEG_2 по сети АТМ сталаобщепринятым стандартом для операторов кабельного ТВ и прошла многократную апробацию.  Поскольку преимущества АТМ очевидны, то производители сетевого CCTV- оборудования сосредотачиваются в настоящее время на разработке 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 сетей ATM. Каждый кодер/декодер помимо одного канала видео может мультиплексировать в единый цифровой поток два аудиоканала и 4 канала передачи RS-данных и может выпускаться как с медными, так и с оптическими выходами (многомодовыми и/или одномодовыми), обеспечивая передачу информации на расстояние до 40 км. Рассмотрим подробнее алгоритм работы АТМ-кодера. На первом этапе, все типы данных (см. рис. мультиплексируются в единый транспортный поток. На втором этапе из полученного потока формируется один виртуальный АТМ-канал. Третьем этапом является мультиплексирование в единый АТМ-трафик нескольких виртуальных каналов от предыдущих кодеров в системе (см. рис. . Далее полученный АТМ-трафик инкапсулируется в кадры канального уровня для его последующей передачи до следующего кодера в системе или до АТМ – коммутатора. Уплотнение АТМ-трафика позволяет организовать кольцевое подключение нескольких кодеров видеосигнала одним физическим каналом. Указанное обстоятельство делает АТМ-решения особенно эффективными при построении систем видеонаблюдения в условиях ограниченного бюджета на кабельные коммуникации. На базе АТМ-кодеков реализован ряд интересных проектов по созданию систем городского мониторинга и комплексов средств обеспечения безопасности. Так, кодеки компании Teleste легли в основу сетей сбора и передачи информации от разнообразных датчиков вторжения и средств наблюдения (ТВ камеры, тепловизоры, радары), расположенных на территориях ряда военных объектов США. Во всех случаях при монтаже кодеры располагаются непосредственно в местах установки видеокамер, что значительно снижает затраты как на создание системы, так и на ее обслуживание. Аппаратура интегрирована в сеть через АТМ-коммутаторы, обеспечивая при этом пользователям возможности виртуального матричного коммутатора для всех видеокамер. Другим 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. 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 и соединены между собой по схеме кольцо сетью ОС-3, что обеспечивает резервирование сети передачи видеоинформации. 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 локальной петлей ОС-3 (см. рис. . Непосредственно на перекрестках размещены АТМ-кодеки, работающие в стандарте MPEG-2, к которым помимо видеокамер подключены различные телематические устройства (светофоры, информационные табло и т.п.).  Читайте далее:  Подрядчикам по электротехнике предлагают заняться системами видеонаблюдения Как измерять разрешающую способность ,попытка осмысления, Британские системы видеонаблюдения - не только для закоренелых преступников 3.2. объективы телевизионных камер Новый видеосервер axis 250s преобразует аналоговый видеосигнал Новая телевизионная камера на поворотном устройстве cyberscout Помещение охраны Некоторые проблемы при создании систем охранного телевидения Цифровой видеорегистратор proxima le Журнал cctv фокус назвал лучшим видеосервер dx-vs1ue mitsubishi electric Новая жизнь аналогового мультиплексора robot/sensormatic в цифровых системах видеонаблюдения Новый цифровой видеорегистратор dx-nt400e компании mitsubishi electric Ежегодный анализ тайваньского рынка безопасности. cctv расширение экспорта Армо-системы представляет новые видеокамеры tk-c920e jvc с функцией super lolux Противодействуем внутренним it-угрозам
|
