В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
В своей статье я постараюсь рассмотреть несколько трендов, которые, на мой взгляд, будут определять направление развития систем IP-видеонаблюдения в следующие несколько лет.
Все чаще мелькают сообщения о следующем поколении 4К и 8К. Что же это такое? Это следующий шаг в погоне за пикселями, вернее, за их количеством в видеонаблюдении.
4K изменяет восприятие
Формат 4К – это стандарт для цифрового кинематографа и компьютерной графики, подразумевающий, что в горизонтальной строке порядка 4000 пкс (рис. 1). Обозначается он обычно как Ultra High Definition, UltraHD или UHD, иногда с добавлением 4К.
Метод подсчета пикселей выбран потому, что, в отличие от телевидения, где считается количество строк по горизонтали и вертикали, в цифровом кинематографе применяется различная высота кадра. Самой большой и при этом наиболее удобной высотой является уже принятое повсеместно соотношение сторон 16:9, что соответствует разрешению 3840х2160 пкс и обозначается как UltraHD 4K. Стандарт 4К превосходит разрешение FullHD примерно в два раза по вертикали и горизонтали, что соответствует примерно в 4 раза большему количеству пикселей.
Это новое слово в отображении изображений и фильмов. В то время как 3D в разрешении FullHD – всего лишь забавное преображение картинки, 4K – изменение восприятия.
В 2012 г. Ассоциация потребителей электроники (CEA) определила, что помимо разрешения стандарт также характеризует дополнительные требования к устройствам, работающим в разрешении 4К, а именно – разрешение не менее 8 Мпкс, скорость обновления от 24 до 120 кадр/с и глубину цвета не менее 8 бит, передающихся по HDMI-порту.
Еще четче с 8K
Значительно большее разрешение показывает стандарт 8К, используемый в цифровом кинематографе и компьютерной графике, что соответствует примерно 8000 пкс по горизонтали (рис. 2).
Стандарт 8K UHD (4320p) имеет разрешение 7680х4320 пкс (33,1 Мпкс), превосходя стандарт 4K примерно в 2 раза по ширине и высоте и в 4 раза по площади изображения. По сравнению с FullHD формат 8К имеет в 4 раза больше пикселей по вертикали и горизонтали и в 16 раз больше по площади.
Первый телевизор, работающий в формате 8K, представила компания Sharp на выставке потребительской электроники CES 2013.
Последствия для потребителей
Компании рынка видеонаблюдения активно включаются в гонку за пикселями, и киты индустрии уже демонстрируют на выставках IP-видеокамеры, формирующие картинку в разрешении 4K, не за горами и камеры, работающие в 8К. Однако, наблюдая за борьбой в этом сегменте, куда неизбежно будет двигаться вся отрасль, стоит задуматься, что помимо видеокамер потребителю понадобятся мощная сеть передачи данных, средства обработки видеопотока, хранения и отображения. В итоге набегает значительная сумма как раз из-за дополнительных затрат на обработку и хранение данных в формате 4K.
К слову об отображении и телевизорах: первые модели UHD TV 4K стоили порядка 30 000 долларов, сейчас производители находятся в жесточайшей ценовой борьбе, и пробрести телевизор с поддержкой такого разрешения можно всего за 3000–5000 долларов. Однако нужно понимать, что такие телевизоры не предназначены для круглосуточного наблюдения, поэтому прямо сейчас использовать подобные решения для видеомониторинга можно только на свой страх и риск.
Что же с форматом 8K? С ним история еще более печальна, на сегодня массовое применение таких систем совершенно неоправданно с точки зрения соотношения цена/качество. Слишком большие ресурсы необходимо будет вложить для построения системы видеонаблюдения с разрешением 8K. С этим форматом точно нужно подождать несколько лет, чтобы производители подтянули свои линейки под новые стандарты качества картинки, и разработчики внедрили новые чипы с новыми стандартами сжатия видеоконтента. А пока первые счастливчики, приобретшие телевизоры UHD 4К, смотрят интерполированные фильмы в разрешении FullHD, и, должен сказать, хоть и с интерполяцией – смотрится отлично! Так что это однозначно новый тренд, и движение рынка в этом направлении очевидно, так что готовимся к переходу на новые форматы изображения.
Что происходит? Компании, традиционно занимавшиеся видеонаблюдением, например Axis Communications и Panasonic, выпускают собственные СКУД, а разработчики ПО активно интегрируют сторонние системы, так что оператору видеонаблюдения предоставляется интерфейс, где сразу не разобрать, в какой системе он работает: в системе видеонаблюдения или в интерфейсе СКУД – так все переплелось (рис. 4).
Как правило, самая дорогая и самая эффектная из всех подсистем охраны объекта – это видеонаблюдение. Большое число производителей работает в данном сегменте, и они уверены, что видео – это самая главная система из всех присутствующих на объекте, остальные должны быть объединены именно на ее базе. Обычно основной упор делается на "видеоцентричном" контроле доступа.
Соглашусь по части наглядности и эффектности видеонаблюдения, но не важности. Почему? Попробуем разобраться. Для иллюстрации предлагаю подумать об объекте типа гостиницы, где имеются обе упомянутых системы, и сравнить ситуации, когда система видеонаблюдения или СКУД выходит из строя.
1. Вышла из строя система видеонаблюдения. Последствия
Объект функционирует в обычном режиме, лифты, кондиционирование и все остальное работает штатно. Сотрудники продолжают перемещаться по объекту, двери открываются и закрываются, то есть все бизнес-процессы продолжаются без перебоев, по сути отсутствует только возможность верификации тех или иных событий с помощью видео и ограничен оперативный контроль со стороны охраны. Но важный момент! Сотрудники и посетители не знают о случившемся, и наличие камер продолжает оставаться для них сдерживающим фактором. То есть предприятие работает штатно.
2. Вышла из строя система СКУД. Последствия
Сотрудник охраны видит на мониторах видеонаблюдения скопление людей на входах в здание и понимает, что нужно принимать меры, и максимум, что он может, – это либо не пускать никого никуда, то есть фактически остановить все бизнес-процессы и тем самым остановить работу предприятия, либо пропустить всех, что грозит проникновением на территорию посторонних. Такое событие совершенно неприемлемо, поэтому СКУД является более важной системой безопасности на предприятии.
Главная задача видеосистемы при работе со СКУД – это оперативная верификация соответствия владельца карточки и человека, входящего в здание, как онлайн, так и в архиве, что особенно важно на режимных предприятиях. Очень интересно выглядят разработки по совмещению видеоанализа и СКУД, например помимо карточки – применение биометрии, такой как трехмерное распознавание лиц. Подобные решения, однако, совсем недешевы.
В связи со стремлением компаний в конкурентной борьбе увеличить количество пикселей в камерах в полный рост встает проблема передачи, отображения и хранения этих данных. Своеобразным прорывом явилось внедрение кодека H.264, который позволил производителям и пользователям перейти на разрешение FullHD, или 2 Мпкс. В связи с наметившимся трендом к переходу на формат 4K, или Ultra HD 4K, задача сжатия данных снова выдвигается на первый план.
Новейший формат High Efficiency Video Codec (HEVC) был утвержден в апреле 2013 г. и является следующим поколением популярного кодека H.264 Advanced Video Codec. Причем кодек H.265 эффективнее на 30–35% кодека предыдущего поколения и позволяет работать с видеоконтентом с разрешением до 8К, то есть может сжимать видео с разрешением до 8192х4320 пкс, или 35 Мпкс. Важное отличие в том, что кодек H.265 подразумевает работу с прогрессивной разверткой, так как в современных дисплеях чересстрочная развертка применяется все реже, хотя поддержка режимов для чересстрочной развертки сохранилась. В кодеке H.265 используется три профиля: main (основной), main 10 (основной 10) и профиль для работы со статичными изображениями.
Внедрение нового кодека – вопрос времени, однако пользователей это приведет к новым затратам. В частности, для отображения видео, сжатого в новом формате, необходимы гораздо более мощные процессоры для программного декодирования, что вынуждает менять не только камеры, но и оборудование для отображения.
Тем не менее, для перехода на кодек H.265 в IP-видеонаблюдении имеются все предпосылки. Некоторые производители анонсировали и даже выпустили образцы, работающие в новом формате сжатия данных, хотя на практике такие камеры пока работают довольно плохо и сжимают даже хуже, чем камеры с поддержкой кодека H.264. И все же я уверен, что это временное явление, и в течение пары-тройки лет произойдет переход на новый кодек.
Виртуализация – это предоставление набора вычислительных ресурсов или их логическое объединение, абстрагированное от аппаратной реализации и обеспечивающее при этом логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе (рис. 5).
Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких операционных систем на одном компьютере. Каждый из экземпляров таких гостевых операционных систем работает со своим набором логических ресурсов (процессорных, оперативной памяти, устройств хранения), предоставлением которых из общего пула управляет хостовая операционная система, или гипервизор. Виртуализации могут быть подвергнуты сети передачи данных, сети хранения данных, платформенное и прикладное ПО. Тем самым обеспечивается независимость программной (виртуальной) среды, в которой выполняется прикладное ПО, от физической. Это открывает широкие просторы для так называемых виртуальных машин, виртуализации ресурсов и виртуализации приложений – трех основных областей применения виртуализации.
Виртуализация в системах видеонаблюдения – это возможность как более эффективного использования существующих ресурсов при независимой системе, так и задействования общих вычислительных ресурсов предприятия для задач видеонаблюдения при совместном использовании инфраструктуры, что несомненно выгодно для пользователя.
Облака – их можно рассматривать как частный случай виртуализации, примененный совместно с новой парадигмой использования аппаратных ресурсов, а именно – предоставление части инфраструктуры в аренду (вычислительных ресурсов, ресурсов передачи и хранения данных) для решения конкретной задачи, например организации видеосистемы.
На практике это выглядит так: пользователь устанавливает у себя видеокамеры, а сервисы по передаче, обработке, хранению видеоданных и предоставлению доступа к архиву предлагает сторонняя компания, на территории которой находятся серверы и хранилища (парадигма VSaaS – видеонаблюдение как сервис (рис. 6).
Все облачные сервисы роднят общие проблемы и свойства.
Условно облачные сервисы
Особняком стоят условно облачные сервисы от производителей ПО и оборудования для IP-видеонаблюдения. При их использовании нет необходимости делать сложные настройки в маршрутизаторе. Не нужен "белый" статический IP-адрес, который зачастую стоит дополнительных денег После регистрации вашего NVR либо сервера с ПО на странице настроек можно напрямую зайти на сайт производителя или включить мобильное приложение и зачастую бесплатно получить доступ ксерверу или NVR для просмотра видео и воспроизведения архива из любой точки мира.
Для крупных систем видеонаблюдения очень важен вопрос их надежности. Особенно актуально это для систем, установленных на объектах особой важности, где она должна работать в режиме 24/7.
Можно пойти двумя путями - через виртуализацию (кластеризацию) или выбор системы, которая имеет встроенную реализацию отказоустойчивости. Рассмотрим оба варианта
Отказоустойчивость на базе кластера
Одним из плюсов виртуализации является возможность кластеризации, то есть объединения нескольких однородных элементов, например серверов, что может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами, а именно - избыточностью ресурсов (рис. 7). Некоторые платформы позволяют переносить виртуальную машину с одного физического севера на другой, не прекращая ее работы, то есть осуществлять процесс миграции.
Отказоустойчивость на уровне приложения
В этом случае программно-аппаратный комплекс, используемый для видеонаблюдения, должен иметь возможность заменять вышедший из строя север "своими силами", то есть функция отказоустойчивости должна быть заложена и реализована разработчиками
При выборе системы, обладающей механизмом отказоустойчивости, нужно обращать внимание на характеристики:
Схема N+1
В первом случае используется структура отказоустойчивости N+1, когда встроенная функция Failover Server позволяет вводить один запасной сервер в серверную группу из ограниченного количества серверов, как правило, не более восьми, что характерно для VMS на базе Windows. При выходе из строя сервера в группе запасной сервер может взять на себя запись камер с вышедшего из строя. Главная проблема данной схемы в том, что зачастую сервера вводятся в строй группами, то есть время наработки на отказ каждого сервера в группе примерно одинаково Значит, и вероятность выхода из строя нескольких серверов в один промежуток времени высока. Таким образом, при структуре N+1 при выходе из строя второго сервера IP-видеокамеры "повиснут в воздухе" - запись вестись не будет, и произойдет потеря видеоархива (рис. 8, слева.
Схема N+M
Структура N+M позволяет не разделять рабочие и запасные сервера на группы, что обеспечивает повышенную надежность (рис. 8, справа). При выходе из строя первого рабочего сервера нагрузку берет первый север отказоустойчивости, при выходе второго - следующий запасной север готов к работе. Несложно увидеть, что надежность такого решения на несколько порядков выше.
Наиболее интересным выглядит решение, когда можно сочетать и комбинировать отказоустойчивые сервера как на базе кластеризации (виртуальных машин), так и на базе приложения, что позволяет не идти на компромиссы при проектировании отказоустойчивых систем IP-видеонаблюдения.
Ежедневно нам попадаются рекламные картинки и ролики, рассказывающиео новых технологиях и развитии продуктов на рынке IP-видеонаблюдения. Отчасти мы сталкиваемся с маркетинговыми уловками, но другая часть - действительно тренд, по которому будет двигаться вся индустрия В публикации рассмотрены основные направления, которые будут определять развитие рынка IP-видеонаблюдения наследующие несколько лет.
1. Количество мегапикселей в видеокамерах будет и дальше расти, в связи с чем станут внедряться новые форматы 4К и 8К. Распространение новых стандартов, например, 8Кс разрешением в 33-35 Мпкс, приведет к необходимости использовать новые алгоритмы сжатия, таковым, например, уже является кодек Н.265
2. Все больше систем видеонаблюдения работают в составе ИТ-инфраструктуры, появляются предпосылки для применения виртуальных приложений и облачных систем ИТ-службой предприятия. Данный тренд будет только расширяться, поэтому проектирование систем видеонаблюдения с учетом этого фактора позволит удобно работать с видеонаблюдением в будущем
3. Немаловажными для крупных систем являются и вопросы отказоустойчивости, которую можно увеличить как средствами виртуализации, так и с помощью встроенных в приложение алгоритмов. Существенным представляется вопрос защиты от вирусов, а по причине политических и экономических условий, в которых находится Россия, - вопрос операционной системы, на которой работает система видеонаблюдения. В совокупности факторов, системы на базе Linux сейчас оказываются гораздо более привлекательными, чем на базе Windows.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2014
Посещений: 10560
Автор
| |||
В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
