Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Современные тенденции в развитии IP-устройств

В рубрику "Видеорегистрация (DVR)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Современные тенденции в развитии IP-устройств


Пешков Н.Н.

Заместитель руководителя отдела разработки систем видеонаблюдения ЗАО "Стилсофт", к.т.н.

Сегодня в СМИ принято говорить едва ли не о "революции" систем безопасности, вызванной развитием индустрии IP-серверов. Причем чаще других об этом пишут либо сами производители данных устройств, либо компании, прямо заинтересованные в продвижении на рынок их продукции. Предлагаю вниманию читателей анализ причин и следствий популяризации IP-устройств, с точки зрения разработчика программного обеспечения систем безопасности.

История вопроса

В первую очередь необходимо определиться с самим понятием IP-сервера, так как до сих пор функциональность данного устройства настойчиво ограничивают возможностями Web-камеры. Это неудивительно, ведь еще в недалеком прошлом модуль с "прошитым" в памяти незатейливым HTML-интерфейсом и процессором, осуществляющим сжатие картинки в формат JPEG, не только становился украшением "продвинутых" Интернет-сайтов, но и активно использовался для наблюдения за удаленными объектами в серьезных системах видеонаблюдения. С развитием базы микроэлектронных элементов появилась возможность интеграции проводных и беспроводных сетевых интерфейсов в устройства любой сложности и ценовой категории: от простейших контроллеров с парой релейных выходов до сложных систем, сочетающих процессы обработки аудио- и видеоинформации, контроля доступа и многие другие функции.

Основное преимущество модулей с сетевыми интерфейсами - возможность объединения устройств различного назначения в единую систему посредством общей транспортной сети. При этом допускается использование как уже существующих сетей, в том числе Интернета, так и построение собственной сети для закрытой системы безопасности.

Сетевые устройства видеозахвата

Прежде всего рассмотрим сетевые устройства видеозахвата, использование которых сопряжено с наибольшим количеством проблем. Существует серьезный недостаток подобных устройств, связанный с ограниченной пропускной способностью сетевых интерфейсов. Даже максимальная теоретическая скорость передачи данных по сети существенно уступает скорости шины PCI и, тем более, относительно молодой и многообещающей PCI Express. Однако и устройства, работающие на данных шинах, также не лишены недостатков. Основной сложностью для разработчика программного обеспечения в этом случае является взаимодействие с драйвером устройства на уровне ядра операционной системы. Как ни странно, многие производители достаточно качественных PCI-плат для систем безопасности не особо заботятся о разработке стабильного и эффективно работающего драйвера устройства. Таким образом, разработчику программного обеспечения систем безопасности зачастую приходится самостоятельно заниматься оптимизацией работы устройства, что представляет собой весьма трудоемкую задачу, требующую досконального знания, как аппаратной структуры устройства, так и особенностей используемой операционной системы. С этой точки зрения устройства с сетевым интерфейсом находятся в выигрышном положении, так как позволяют разработчику использовать уже отлаженные и оптимизированные под заданное программно-аппаратное окружение библиотеки, осуществляющие не только управление самой транспортной сетью, но и кодирование-декодирование видео- и аудиоданных с помощью стандартных алгоритмов.

"Интеллектуализация" систем безопасности

Другой весьма важной чертой современных систем безопасности является их "интеллектуализация", которая заключается во внедрении различного рода алгоритмов, облегчающих жизнь охранника или диспетчера мониторингового центра, вынужденных непрерывно часами всматриваться в изображения на множестве мониторов. На сегодняшний день таких алгоритмов существует великое множество -от простейших детекторов движения до сложнейших методов распознавания номеров, человеческих лиц, моделей поведения объектов и тому подобное.

Характерными особенностями подавляющего большинства подобных алгоритмов являются высокие требования к быстродействию процессора, объему оперативной памяти и, что наиболее важно, к качеству входного изображения. В том случае, когда используются платы без аппаратной компрессии на базе шин PCI и PCI Express, все довольно просто - быстрый процессор, почти неограниченное количество   памяти   уже   подразумеваются.

А главное - изображение с аналоговой камеры подается на обработку практически в первозданном виде, если пренебречь потерями при оцифровке сигнала. При использовании же IP-сервера на входе принимающего компьютера мы имеем изображение с искажениями на линиях контуров объектов, а при активном изменении ситуации или нестабильной загрузке сети появляются "выпавшие" блоки изображения или пропускаются целые кадры. Такого рода проблемы являются довольно существенными даже для визуального анализа изображения оператором, не говоря уже об автоматизированных алгоритмах обработки, эффективность которых в этом случае многократно падает. Правда, нужно заметить, что данная задача сегодня также не является неразрешимой. Процессоры, размещаемые на платах IP-устройств, стремительно набирают вычислительную мощность, сохраняя при этом такие необходимые характеристики, как компактность, экономичность и невысокая стоимость. Сегодня IP-серверы способны выполнять не только узкоспециализированный алгоритм сжатия изображения, но и работать под управлением серьезной операционной системы (обычно используются специально адаптированные сборки UNIX-подобных систем, как это реализовано, например, в IP-сервере STS-301). Такие решения позволяют существенно расширить функционал IP-устройства (например, возложить часть алгоритма анализа изображения на его процессор, чтобы получить доступ к несжатому изображению). Кроме того, появляется возможность оперативного обновления логики работы устройства в соответствии с пожеланиями потребителей.

Хранение данных

Выбор хранилища для полученных данных -важная задача при использовании IP-устройства видеозахвата. Хранение данных на клиентском компьютере, как правило, является неэффективным, поскольку из-за уже упомянутых проблем связи возможны потери довольно значительного объема архивных записей. Данное обстоятельство относится к достаточно критичным показателям надежности системы безопасности.

Однако, благодаря стремительному прогрессу в области накопителей информации (как на базе магнитных дисков, так и современных Flash-накопителей), данная проблема постепенно уходит в прошлое. Большой объем хранимых данных, малые габариты и энергопотребление (IP-устройства зачастую размещаются в удаленных местах с ограниченным электроснабжением) позволяют размещать запоминающее устройство в непосредственной близости от источника данных. Причем возможно как непосредственное встраивание контроллера накопителя в IP-модуль видеозахвата, так и использование накопителя с сетевым интерфейсом для включения в общую сеть системы безопасности. При этом необходимо выбрать сегмент сети, в котором потеря данных от обслуживаемого устройства наименее вероятна. Первый предложенный вариант является более надежным и недорогим, тогда как второй - позволяет сделать систему более гибкой (например, вести накопление данных от нескольких устройств).

Входной сигнал IP-устройства

Необходимо также рассмотреть характеристики входного сигнала IP-устройства видеозахвата. Сегодня рынок все еще переполнен аналоговыми видеокамерами и, как следствие, устройствами видеозахвата с аналого-цифровыми преобразователями. Существуют очевидные сложности с обеспечением качества передачи аналогового сигнала от видеокамеры до устройства видеозахвата. Кроме того, оцифровка сигнала на входе, по сути, является повторным преобразованием, поскольку большинство современных видеокамер построено на основе ПЗС-матриц, фактически выдающих цифровой сигнал. Суммарные потери при таком двойном преобразовании и передаче сигнала могут быть весьма существенными. Вполне очевидно, что приведение сигнала к рамкам морально устаревших аналоговых стандартов существенно ограничивает его разрешение несколькими сотнями линий, тогда как уже сегодня разрешение матриц, представленных в приемлемой ценовой категории, значительно выше. Также стоит отметить, что применяемые аналоговые стандарты рассчитаны на вывод изображения на мониторы с чересстрочной разверткой, в то время как большинство современных мониторов используют прогрессивную развертку.

Несоответствие типов входного сигнала и формата отображения приводит к появлению на активно изменяющемся изображении интерлейсинга, часто называемого эффектом "гребенки". Компенсация данного эффекта с помощью программных средств требует существенных вычислительных затрат и неизбежно приводит к ухудшению качественных показателей изображения.

Таким образом, в настоящее время гораздо более перспективно выглядят IP-серверы, получающие данные непосредственно с цифровой камеры. Причем, как правило, саму камеру и модуль сжатия изображения целесообразно совмещать в одном устройстве, поскольку передача несжатого потока изображения высокого разрешения на большое расстояние является технически сложной задачей.

Кодирование

Еще одной чертой некоторых современных IP-серверов является возможность кодирования нескольких потоков одновременно. Например, сжатие изображения с высоким разрешением и скоростью потока (битрейтом) для хранения архива при одновременном формировании потока меньшего качества - для трансляции по узкополосной сети. Данные функциональные возможности требуют дополнительной мощности процессора IP-сервера, что в свою очередь может существенно увеличить его стоимость. Поэтому целесообразность наличия такой возможности у IP-сервера следует рассматривать отдельно в каждом конкретном случае. Необходимо также заметить, что просмотр изображения "в реальном времени" на клиентском компьютере сопряжен с вычислительными затратами на декодирование сигнала. Загрузка процессора при этом растет пропорционально количеству одновременно просматриваемых каналов. В данном случае IP-серверы существенно проигрывают PCI-платам, которые позволяют трансляцию текущего изображения непосредственно в память видео-карты. Однако указанное преимущество PCI-устройств актуально лишь для достаточно простых систем, когда просмотр и хранение данных производится на том компьютере, к которому непосредственно подключены сигналы с видеокамер.

Что же такое современный IP-сервер?

Итак, обобщим полученный образ современных IP-серверов. Это довольно широкий класс устройств различной сложности и функциональности.

В основе устройства - цифровой процессор, в качестве которого может выступать как специализированный сигнальный процессор, так и процессор общего назначения, работающий под управлением операционной системы. Входным интерфейсом устройства может являться как аналого-цифровой преобразователь для оцифровки аудио- и видеосигналов от аналоговых источников, так и непосредственно модуль цифровой видеокамеры. Выходным интерфейсом является контроллер проводной или беспроводной сети (Ethernet, WLAN, PLC и т.п.). Дополнительно IP-сервер может быть оборудован контроллером запоминающих устройств, что в сочетании с необходимым программным обеспечением позволяет использовать такой сервер не только в качестве автономного видеорегистратора (DVR), но и в качестве узла распределенной системы безопасности. Не стоит также забывать о контроллерах устройств телеметрии, охранно-пожарной сигнализации, исполнительных устройствах, которые могут быть интегрированы в основное IP-устройство (STS-301 включает в себя контроллер шины RS-485, дискретные входы для подключения различного рода датчиков и систему двухсторонней аудиосвязи), а также выполнены в виде автономных устройств с сетевым интерфейсом.

Рыночный потенциал IP-устройств

Выше мы описали широкие технические возможности IP-устройств. Однако важно знать их рыночный потенциал, особенно в условиях мирового экономического кризиса. Как ни странно, даже в этих сложных условиях не наблюдается значительного смещения интересов потребителя в область систем безопасности низкой ценовой категории. Это можно объяснить тем, что системы безопасности являются товарами длительного использования, поэтому потребителю необходимо учитывать не только расходы на первоначальную установку и наладку системы, но и возможности ее будущей модернизации и расширения. Ключевыми факторами при построении систем безопасности, особенно у крупных заказчиков, являются ее надежность, гибкость структуры и логики функционирования. С этой точки зрения построение системы на базе IP-устройств является, на наш взгляд, наиболее перспективным.

Опубликовано: Каталог "Системы цифровой видеорегистрации (DVR)" #1, 2009
Посещений: 9089

  Автор

Пешков Н. Н.

Пешков Н. Н.

Заместитель руководителя отдела разработки систем видеонаблюдения ЗАО "Стилсофт", к.т.н.

Всего статей:  1

В рубрику "Видеорегистрация (DVR)" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций