Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

С пушкой по воробьям или с рогаткой на тигра? Полоса пропускания для IP-видеонаблюдения

В рубрику "IP-security" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

С пушкой по воробьям или с рогаткой на тигра?Полоса пропускания для IP-видеонаблюдения

Ведущие эксперты компаний DSSL, Milestone Systems, "АБРОН Холдинг", "КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ", "ПЕРГАМ-Инжиниринг" и "Стилсофт" дают рекомендации о расчете полосы пропускания для системы IP-видеонаблюдения и выборе сетевого оборудования

  1. Какой битрейт будет наиболее оптимальным для самых популярных разрешений 720p/25 кадр/с и 1080p/25 кадр/с (при компрессии H.264)?
  2. Сколько процентов запаса пропускной способности сети необходимо закладывать, чтобы система IP-видеоаблюдения работала эффективно?
  3. Что самое важное при выборе сетевого оборудования для системы IP-видеонаблюдения?
  4. Каких ловушек следует избегать интегратору при построении сети для системы IP-видеонаблюдения?
  5. Можно ли гарантировать стабильную полосу пропускания в беспроводных сетях?
Руслан
Шарифуллин
Региональный менеджер по продажам компании Milestone Systems (Россия и СНГ)

Какой битрейт оптимален?

Чтобы решить, каким может быть поток, необходимо понимать, как он устроен хотя бы при первом приближении.

В кодеке H.264 (MPEG-4 Part 10) построение видеоизображения идет таким образом: камера делает опорный кадр (I-фрейм) и, опираясь на него (поэтому он называется опорным), производит вычитание из кадра неподвижных частей изображения – создается P-фрейм. Затем из этого второго кадра вычитается третий, и также создается P-фрейм с изменениями. Таким образом происходит создание серии P-фреймов, которые несут в себе только изменения между двумя соседними кадрами. Поскольку в процессе "вычитания" кадров возможны ошибки, приводящие к артефактам, то через какое-то количество кадров схема повторяется, снова отправляется опорный кадр и далее отправляется по сети серия фреймов с изменениями. Опорные кадры и получившиеся P-фреймы с изменениями отправляются по локальной сети для воссоздания серии полных кадров на устройстве вывода изображения. Это происходит путем "сложения" или "наложения" P-фреймов на опорный кадр и выводом получившейся серии кадров на монитор. Примерно так выглядит работа кодеков с межкадровым сжатием. Конечно, на практике все сложнее на порядок (есть еще B-фреймы, которые на основе анализа широкого набора кадров предсказывают, куда будет двигаться тот или иной объект в поле зрения камеры, что позволяет существенно снизить поток при наблюдении за поступательным движением, например, каких-то механизмов).

При незначительном изменении наблюдаемой сцены изменения между соседними кадрами будут также минимальными, соответственно и трафик в сети минимальный. Верно и обратное: при значительном изменении сцены изменения между кадрами будут значительными, что соответствующим образом повлияет на загрузку сети.

Не стоит забывать об особенности кодеков с межкадровым сжатием, они вносят довольно заметную задержку между временем самого события и тем моментом, когда оно отображается на экране. Это связано с работой самого кодека, поскольку камере необходимо получить оба кадра, затем вычесть один из другого, переслать на устройство вывода изображения и наложить на опорный кадр, что занимает время и тем самым вносит задержку.

Говорить об оптимальных разрешениях без привязки к наблюдаемой сцене бессмысленно, так как, например, при наблюдении за пустым коридором при качестве 1080p/25 кадр/с поток может быть около 1 Мбит/с, а при наблюдении за станцией метро в час пик картинка в формате 720p/25 кадр/с может занимать до 20–30 Мбит/с

Какой запас пропускной способности необходим?

При расчете пропускной способности сети нужно ответить на несколько вопросов:

  1. Сколько камер и с какими настройками будет в системе?
  2. Сколько будет клиентских мест и где они будут расположены?
  3. Планируется ли расширять систему в перспективе?
  4. Какова загрузка сети общим трафиком и как прогнозируется его увеличение (в случае с сетями общего назначения)?

Чтобы понять влияние перечисленных вопросов, рекомендую прочесть статьи, опубликованные в журнале "Системы безопасности" № 4/2010 – "Сеть передачи данных: транспортная инфраструктура или "страшилка" для безопасников?"1 и в каталоге продукции CCTV 2012 – "Видеонаблюдение и сети"2. Это позволит узнать, какие протоколы и топологии существуют в сетях, а также даст общее понимание проблематики построения сетей для видеонаблюдения.

1. Количество камер и формат их работы помогут определить, как будут двигаться основные потоки в сети, их направление и размер.

2. Количество клиентских мест позволит спрогнозировать движение потоков для отображения видео, их направление и объем трафика. Первые два вопроса дают возможность оценить загрузку сети при внедрении системы видеонаблюдения, однако не стоит забывать о дальнейших планах, о расширении.

3. Если система будет расти, то логично заложить запас по мощности сети, превышающий это расширение, чтобы потом не возвращаться к модернизации сети. Таким образом можно сэкономить в будущем, ведь сетевой коммутатор на 48 портов стоит дешевле, чем два по 24 порта.

4. Я противник использования единой сети для общего трафика организации и трансляции видеопотоков. Видеоконтент гораздо более "тяжелый" и постоянный, что может привести к перебоям в работе других служебных программ, например 1С, что для функционирования организации возможно даже более важно. Дополнительно необходимо задуматься о безопасности: если IP- камера находится в сети общего назначения, то любой сотрудник организации может попытаться получить доступ к изображению. В том числе подобрать пароль и просмотреть/прослушать встречи в конференц-зале.

При проектировании сетей следует закладывать не менее 30% запаса от того, что потенциально может понадобиться, так как сетевое оборудование снижается в цене, а скорости возрастают постоянно. Системы безопасности активно мигрируют в сеть, как среду для передачи данных, так что лучше иметь сеть большей мощности, чем столкнуться с проблемами из-за ее недостатка

Что важно при выборе сетевого оборудования?

На мой взгляд, самое важное – это правильный выбор архитектуры, безошибочное проектирование и расстановка приоритетов. В идеале, конечно, лучше использовать сетевое оборудование только класса Hi-End, однако зачастую такие мощность, функциональность и надежность не требуются.

С другой стороны, строить сеть для видеонаблюдения стратегического объекта на самом дешевом оборудовании и китайских проводах как минимум опрометчиво, а как максимум преступно. Поэтому, на мой взгляд, самое важное – это правильное понимание целей и задач, которые ставятся перед сетевым оборудованием, и правильный подбор средств для решения поставленных задач с возможностью модернизации. То есть пушкой по воробьям можно, но неоправданно, а с рогаткой на тигра – самоубийство. Так что лучше не впадать в крайности.

Каких ловушек избегать интегратору?

Самая большая ловушка – это соблазн использовать сети общего назначения без правильной их модернизации для систем видеонаблюдения, если они изначально для этого не были рассчитаны. Так, например, один из ведущих в мире производителей IP-видеокамер в рекламных постерах говорит: все, что вам нужно для построения IP-видеонаблюдения, – это IP-камера. Маркетинг иногда имеет очень мало общего с реальностью.

Если вы задумались о видеонаблюдении в офисе и вам очень нравится идея смотреть на своих опаздывающих сотрудников через смартфон – знайте, это имеет мало общего с безопасностью. Такой подход к видео – это видеомониторинг, а не система безопасности, и эти понятия нужно четко различать.

Принципиальное отличие видеомониторинга от видеонаблюдения – надежность системы. В случае отказа первой ничего не изменится, а в случае отказа второй – последствия могут быть существенными. Исходя из такого принципиального различия, подходы к построению этих систем кардинально различаются. В частности, сеть для обеспечения видеомониторинга можно настроить с минимальной приоритезацией видеопотоков, и тогда при скачках передачи внутренних данных предприятия в сети организации видеотрафик будет отбрасываться, если для него нет ресурсов, и он не будет оказывать влияния на загрузку сети. Естественно, пострадают и запись, и просмотр.

Обратная ситуация при работе с системой охранного видеонаблюдения. Если это система безопасности, то приоритет видеоданных будет максимальным, и главная функция такой системы – обеспечить стабильную запись и просмотр картинок с камер. В данном случае о совмещении сетей общего пользования и сети для IP-видеонаблюдения не может быть и речи. Это необходимо понимать в первую очередь при проектировании и построении сетей – остальное уже дело техники.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

Ответ лежит в самом вопросе. Раз сеть беспроводная, то о стабильности полосы говорить не приходится. Влияние оказывают многие факторы: загруженность эфира на несущей частоте, препятствия на пути передачи данных, количество абонентов, наличие помех, переотражений и общая электромагнитная обстановка в зоне применения беспроводных сетей.

Так как обеспечить гарантированный канал в беспроводных сетях невозможно, то любая система, построенная с беспроводными участками, – это система видеомониторинга, а не безопасности. Поэтому максимум, что мы можем сделать для обеспечения стабильности, – это задублировать ее по проводному резервному соединению.

Единственный общий совет, который можно дать при невозможности использования проводных каналов и необходимости применения беспроводных, – старайтесь проверить все на месте, прежде чем делать какие бы то ни было расчеты. Скажем, тот факт, что вокруг вашего объекта не офисов, не гарантирует хорошей работы Wi-Fi, поскольку в соседнем лесу может находиться военная база или ЛЭП, что сделает бессмысленным построение беспроводных сетей.

Однако и тут есть варианты, помимо Wi-Fi и 3/4G, – передача данных по оптическому каналу (лазерная или с помощью ИК-передатчиков) и более экзотические, например микроволновая. Но нужно понимать оправданность применения таких систем и, конечно же, обращаться к специалистам.

Иван
Ярославов
Менеджер компании DSSL по продукции Hikvision

Какой битрейт оптимален?

Большинство современных IP-камер способно выдавать максимальный поток порядка 16 Мбит/с. Однако для задач охранного видеонаблюдения не всегда требуется столь высокое качество.

Для обзорного видеонаблюдения оптимальным будет использовать битрейт 4–6 Мбит/с для 720p/25 кадр/с и 6–8 Мбит/с для 1080p/25 кадр/с. При таком сжатии можно получить хорошее соотношение качества картинки и размера битрейта.

Технологии сжатия H.264 постоянно совершенствуются. Недавно мы сравнили мегапиксельные (720p) камеры нового и предыдущего поколений. При одинаковых условиях камеры нового поколения сжимали видеопоток в два раза эффективнее.

Какой запас пропускной способности необходим?

При расчете пропускной способности очень важно делать тестовые замеры в режиме реальной работы объекта. Однако зачастую проектирование и установка системы видеонаблюдения происходит на последней стадии строительства объекта либо летом, когда количество объектов в зоне наблюдения ограничено и проанализировать работу системы в боевом режиме не представляется возможным.

Одно дело, когда система устанавливается в офисном здании с примерно одинаковым количеством людей в течение года. Здесь рассчитать требования к пропускной способности довольно легко.

Другой подход требуется для систем, где количество объектов движения сильно зависит от различных факторов, таких как время года, политическая ситуация (к примеру, демонстрации) и др. Такими объектами могут быть площади, школы, торговые центры.

Своим клиентам я рекомендую закладывать 30% запаса пропускной способности сети для системы, тестирование которой проводилось в условиях реальной работы объекта. И оставлять до 100% запаса для систем, которые были протестированы на строящихся объектах.

Как выбирать сетевое оборудование?

Основными факторами при выборе оборудования считаю: соответствие указанным характеристикам, хорошая репутация производителя.

Если вы остановили свой выбор на камерах с технологией PoE, то отдельно уделите внимание максимальной мощности, выдаваемой коммутатором. Очень многие производители грешат тем, что выпускают коммутаторы с большим количеством портов, однако устанавливают на них слабые блоки питания. В итоге клиент может получить бюджетный PoE-коммутатор с 24 портами, который при полной нагрузке сможет потянуть не более 10–15 камер. Камеры, подключенные к такому коммутатору, будут вести себя нестабильно, либо вообще не будут работать. Так что в данном случае лучше переплатить за более качественное оборудование.

Каких ловушек избегать интегратору?

Не гонитесь за минимальной ценой комплектующих. Производительность системы определяется производительностью самого медленного ее компонента. Наглядный пример. Выбрав бюджетную кабельную систему и IP-камеры с технологией PoE, вы придете к тому, что ваша система просто не заработает и вам придется перекладывать всю кабельную трассу.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

Гарантировать постоянную стабильную полосу пропускания для беспроводных сетей практически невозможно. Стабильность беспроводной сети зависит от большого числа факторов, в том числе от наличия других сетей в зоне действия, погодных условий и т.д. Беспроводные сети особенно "страдают" в крупных городах, где их стало очень много и они накладывают дополнительные ограничения друг на друга.

Владимир
Гриценко
Инженер технической поддержки ТД "АБРОН Холдинг"

Какой битрейт оптимален?

При видеозаписи разнообразных сценариев битрейт существенно влияет на качество полученного в итоге видеофайла. Видеонаблюдение на массовых и динамичных объектах (наблюдение за потоком людей или автомобилей) существенно отличается от наблюдения, к примеру, за квартирой или офисом.

В первом случае требуются большие пропускная способность и битрейт, чем во втором.

Для условий 720p/25 кадр/с и 1080p/25 кадр/с (при компрессии H.264) стоит установить битрейт не менее 3 Мбит/с.

Какой запас пропускной способности необходим?

Беспроводные сети имеют намного меньшую пропускную способность по сравнению с проводными подключениями. Для беспроводных сетей доступная пропускная способность зачастую не превышает 5 Мбит/с. Это является важнейшим и зачастую упускаемым из внимания аспектом при проектировании беспроводного видеонаблюдения. Мы рекомендуем закладывать 30% запаса пропускной способности. Если неправильно рассчитать пропускную способность, система будет работать медленно или вовсе не будет работать.

Что важно при выборе сетевого оборудования?

При построении систем видеонаблюдения необходимо очень скрупулезно подходить к резервированию пропускной способности и объему памяти сетевого оборудования. Пропускная способность и объем памяти – одни из основных факторов, влияющих на качество передачи видеосигнала и эффективность системы. Ошибочные расчеты и неточности данных показателей имеют серьезные последствия, в том числе и экономические, то есть увеличение бюджета проекта при монтаже и подключении видеосистемы.

Каких ловушек избегать интегратору?

Ловушек множество, зачастую интегратор становится жертвой недостатка и противоречивости технической информации по построению IP-систем видеонаблюдения.

Я рекомендовал бы интеграторам обязательно консультироваться с ИТ-специалистами хотя бы в части проработки технического задания.

При подборе серверов следует закладывать небольшой процент запаса мощности процессора, так как IP-видеопоток влияет на эффективность системы, если процессор загрузить на 100%, то видеосигнал будет воспроизводиться с большой задержкой. Следует заранее продумать конфигурацию системы не только серверов, но и периферийного оборудования.

Советую также более детально подходить к выбору кабеля. Надо использовать кабель самого высокого качества с минимальным сопротивлением по меди, хорошим экраном и конструкции, исключающие накопление или проникновение статических зарядов и помехи извне. Желательно применять медные проводники центральной жилы и оплетки. Материал диэлектрика следует выбирать в зависимости от условий эксплуатации, внутри помещения или на улице.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

В отличие от проводных сетей, где пропускная способность и доступность среды являются почти константами, в беспроводных сетях эти параметры представляют собой крайне уязвимые характеристики. Частотный ресурс крайне ограничен и требуется иметь канальное оборудование, позволяющее максимально эффективно его использовать.

Гарантировать стабильность беспроводной сети возможно, но только в случае, если можно устранить влияние всех внешних помех. На практике мне такие случаи неизвестны. Если это и реально, то, бесспорно, очень дорого.

Дмитрий
Карнеев
Начальник отдела "Системы безопасности" ОАО "Пергам-Инжиниринг"

Какой битрейт оптимален?

Качество изображения и объем архива – два основных параметра, связанных с видеопотоком, которые проходят через жерло полосы пропускания. Полоса пропускания регулирует максимально возможный битрейт. Если ограничиться только двумя параметрами системы – качеством изображения и объемом архива, имея константой полосу пропускания, то оптимум для какого-то конкретного случая можно попробовать найти. Такой поиск оптимума всегда будет компромиссом: либо хорошее качество, либо малый архив. Средние значения и будут средними: и качество не самое лучшее, и архив не самый маленький. Такова специфика оптимизации битрейта. За качество нужно платить объемом, за объем нужно платить качеством. Выбирайте, что важнее, и оптимизируйте. Разрешающая способность 720р или 1080р принципиально не имеет значения для методики оптимизации и учитывается на этапе анализа полосы пропускания и максимального битрейта для этой полосы.

Какой запас пропускной способности необходим?

Практика и теория систем говорит, что при загруженности системы более 70% она начинает разрушаться. Исходя из этого фундаментального принципа стоит проектировать необходимую мощность системы, стремясь, чтобы даже в самых крайних случаях загруженность системы не достигала 70%.

Что важно при выборе сетевого оборудования?

Построение сетевой инфраструктуры – многоуровневая задача. Отличное понимание сетевых технологий, специфики данных IP-видеонаблюдения, а также знание продуктовых особенностей различного оборудования – прерогатива специалиста по сетевым технологиям. Таким образом, самое важное при выборе сетевого оборудования – найти грамотного, опытного специалиста.

Каких ловушек избегать интегратору?

Рекомендую придерживаться выбранной концепции приоритетов и все компромиссные решения принимать исходя из приоритетов при построении системы.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

Эфир нестабилен и подвержен влиянию множества независящих от системы внешних факторов. Поэтому давать гарантию на полосу пропускания можно с определенной долей вероятности.

Артем
Борисов
Инженер ЗАО "КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ"

Какой битрейт оптимален?

3000 и 4500 кбит/с – очень усредненные значения для одного потока видео загруженной сцены от камеры со сжатием H.264. Реальный битрейт с компрессией H.264 может отличаться у разных производителей даже при одинаковых настройках камер. Вышеупомянутые значения можно использовать для приблизительных оценок битрейтов от камер, для точного подсчета лучше пользоваться данными, указанными в документации производителя камер (у многих производителей есть собственные калькуляторы битрейтов и необходимой емкости архива).

Какой запас пропускной способности необходим?

Для обеспечения надежной работы системы IP-видеонаблюдения следует закладывать запас пропускной способности сети 100% от максимально возможной. Не лишним будет предусмотреть и резервирование линий связи. В таком случае у системы не будет узких мест, которые повлияют на работоспособность системы в целом, и она будет доступна для дальнейшего расширения в будущем. Все зависит от задачи, иногда целесообразно увеличивать или уменьшать это значение.

Что важно при выборе сетевого оборудования?

При выборе сетевого оборудования для системы IP-видеонаблюдения нужно принимать во внимание совокупность параметров исходя из задачи. Например, количество портов, производительность коммутационной фабрики устройств, поддержка необходимых протоколов (маршрутизации, мультикастинга, VLAN, аутентификации пользователей на сетевом уровне и пр.). Поддержка технологии стекирования, резервирования питания и пр. Немаловажную роль играет и обеспечение отказоустойчивости (поддержка технологий резервирования связей).

Каких ловушек избегать интегратору?

При проектировании системы IP-видеонаблюдения стоит очень четко согласовать ТЗ с заказчиком, чтобы у него было ясное понимание того, что система может, а что нет. Ловушек для интегратора при проектировании системы IP-видеонаблюдения может быть великое множество – как организационных, так и чисто технических. К этому стоит быть готовым.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

К проектированию беспроводных сетей для организации IP-видеонаблюдения нужно подходить с особой тщательностью. Неправильно спроектированная сеть может свести на нет все плюсы и достоинства системы видеонаблюдения. При грамотном проектировании и развертывании беспроводной сети стабильную полосу гарантировать можно. В любом случае следует четко осознавать, что это будет целый комплекс мер, и полоса пропускания будет уже, по сравнению с проводными сегментами.

Дмитрий
Братков
Ведущий специалист ОТ ЗАО "Стилсофт"

Какой битрейт оптимален?

Для разрешения 720р наиболее оптимальным значением битрейта является 3 000 000 бит/с, а для HD-разрешения 1080 – 5 000 000 бит/с. Данное значение битрейта обеспечит достаточное качество и низкое потребление места для записи архивных данных на HDD, при условии что на камере формируется не более 5 ключевых кадров в секунду. Увеличение числа ключевых кадров в секунду потребует увеличения битрейта. Снижение количества ключевых кадров увеличит качество изображения, но при нестабильности канала связи повысит шансы образования артефактов на видеоизображении при пропадании пакетов с кадрами.

Какой запас пропускной способности необходим?

Для эффективной работы системы IP-видеонаблюдения необходимо оставлять запас пропускной способности не менее 50%, в идеале эта цифра должна быть в несколько раз больше. Дело в том, что на видеокамере, помимо видеопотока, присутствует аудиопоток как минимум в одну сторону (от камеры к серверу), а то и в две стороны (от камеры к серверу и от сервера к камере), информация о входах и выходах (датчики и реле) и видеоаналитика. Эта информация также передается по тому же каналу связи, что дает дополнительную нагрузку на него.

Вышеперечисленная дополнительная нагрузка в совокупности может дать нагрузку, практически равную той, что дает видеопоток (зависит от настроек видеокамеры).

Что важно при выборе сетевого оборудования?

Следует отдавать предпочтение зарекомендовавшему себя оборудованию, которое работает в различных погодных условиях и температурных режимах. От стабильного функционирования сетевого оборудования напрямую зависит успех работы всей системы видеонаблюдения. Управляемые сетевые коммутаторы позволяют строить надежные защищенные сети для организации системы IP-видеонаблюдения.

Каких ловушек избегать интегратору?

Наиважнейшей ошибкой при построении сети для IP-видеонаблюдения является ненадежная связь между серверами и источниками видео. Самая ненадежная связь – беспроводная, так как качество канала зависит от множества факторов, которые невозможно регулировать. Поэтому при построении сети для видеонаблюдения необходимо отказаться или минимизировать использование оборудования, работающего на беспроводных соединениях.

Можно ли гарантировать стабильность беспроводной сети?

Если речь идет о нелицензированных частотах, то обеспечить стабильный и надежный канал связи невозможно. Канал связи быстро реагирует на любые изменения окружающей среды (что-то построили, что-то сдвинули и т.п.). Наличие сторонних подобных беспроводных сетей будет неблагоприятно влиять на наш канал связи и снижать его эффективность. Беспроводной канал связи также имеет уязвимость перед так называемыми глушилками – подавителями частот, что несвойственно проводным каналам связи.

Оборудование, работающее на нелицензированных частотах, имеет малую мощность, что позволяет установить полосу пропускания не выше 30 Мбит/с – для современных камер с хорошим разрешением (720, 1080, 1280) это очень мало, особенно если, помимо видеотрансляции, используется аудиотрансляция. Лицензированные частоты позволяют увеличить полосу пропускания в десятки раз и практически даже не уступать проводным каналам связи, однако такая сеть тоже подвержена изменениям погодных условий и очертаний окружающей местности в зоне видимости источников беспроводной сети.

___________________________________________
1 www.secuteck.ru/imag/ss-4-2010/130.
2 www.secuteck.ru/imag/cctv-0-2012/104.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2013
Посещений: 29406

  Автор

Шарифуллин Р. Р.

Шарифуллин Р. Р.

Менеджер по России и СНГ
NUUO

Всего статей:  33

  Автор

Иван Ярославов

Иван Ярославов

Менеджер по системам безопасности компании "Тайле"

Всего статей:  3

  Автор

Владимир Гриценко

Владимир Гриценко

Инженер технической поддержки ТД "АБРОН Холдинг"

Всего статей:  2

  Автор

Дмитрий Карнеев

Дмитрий Карнеев

Начальник отдела "Системы безопасности" ОАО "Пергам-Инжиниринг"

Всего статей:  12

  Автор

Артем Борисов

Артем Борисов

Инженер ЗАО "КОМПАНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬ"

Всего статей:  1

  Автор

Дмитрий Братков

Дмитрий Братков

Ведущий специалист ОТ ЗАО "Стилсофт"

Всего статей:  1

В рубрику "IP-security" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций