Мегапиксельная картина мира: взгляд в будущее

По мере того как сетевые камеры начинают вытеснять с рынка систем видеонаблюдения своих аналоговых предшественников, а на смену размытой VGA-картинке приходит изображение высокой четкости, возникает множество вопросов, связанных с оптимизацией работы нового оборудования. Как передавать HD-видео с камеры на компьютер, чтобы при этом не задымился процессор? Где хранить записи? Нужно ли вообще их хранить? Какой стандарт сжатия использовать? Какую частоту кадров выбрать? На все эти вопросы пытаются найти ответы аналитики портала SecurityWorldHotel.com, попутно размышляя о том, какие технологии в обозримом будущем могут стать стандартом качества для систем безопасности

Аналоговые приборы уходят из нашей жизни, подчиняясь законам технического прогресса. Мир становится сложнее, угрозы – изощреннее, информация начинает требовать более надежной защиты, в связи с чем возникают новые решения, новые продукты и целые сегменты рынка.

Сегодня на рынке систем безопасности таким бурно развивающимся сегментом является IP-видеонаблюдение. Сочетание двух современных трендов – цифрового видео и сетевых технологий – дает IP-камерам неоспоримые преимущества перед аналоговыми устройствами. Последние, впрочем, пока что уверенно лидируют по продажам и, вероятно, будут сохранять за собой лидерство в ближайшие годы, однако в обозримом будущем тотальная миграция на IP-си-стемы неизбежна, как неизбежен переход с аналогового телевидения на цифровое.

Сетевые камеры – универсальная вещь. Они всегда доступны – просмотреть отснятый материал или живую трансляцию можно в любой момент и с любого компьютера, подключенного к Интернету. Они легко интегрируются в существующие сетевые инфраструктуры, поскольку используют стандартные протоколы. По этой же причине все передовые технологии, использующиеся в смежных сферах (в IP-телефонии, при беспроводной передаче данных) применимы и к IP-камерам, что делает системы видеонаблюдения на их основе чрезвычайно гибкими и легко настраиваемыми.

Главным же фактором, благодаря которому они продолжают завоевывать рынок, является детализация картинки. Сетевые камеры, снимающие в режиме HD (с разрешением более 1 Мпкс) и при этом не подвешивающие компьютеры, – мечта любой компании, заботящейся о своей безопасности. И, судя по количеству разработок в этой области, не далек тот час, когда мечта не просто станет реальностью, но превратится в общепринятый стандарт качества.

Уже сегодня можно приобрести 2-мегапиксельную камеру, у которой "поле зрения" будет по меньшей мере в 6 раз больше, чем у обычной VGA-ка-меры. Это позволит ее владельцу не только серьезно сэкономить на установке, но и получить значительно более детальное изображение – в режиме 1080p HD, например, гарантированно фиксируются номерные знаки машин при захвате одной полосы движения.

Сложности

Впрочем, велика вероятность того, что очень скоро сэкономленные деньги придется потратить на новые носители, так как размеры файлов, записываемых в HD, будут существенно больше, чем в случае недорогого устройства со средним разрешением. Пропускная способность сети также может оказаться недостаточной для передачи данных, а при декодировании изображения, полученного с камеры, компьютер начнет зависать. Из-за слишком большого разрешения процессор будет регулярно перегружен, что приведет к замедлению других процессов и в конце концов однажды вызовет сбой всей системы безопасности. Мечта разрушена.

Существует несколько подходов к решению этой проблемы. Например, использование нового кодека H.264, с помощью которого можно достигнуть степени сжатия видеопотока до 90%. Это позволит работать на линиях с невысокой пропускной способностью. Подключение детектора активности в кадре снизит трафик, карты памяти для камер разгрузят серверы, режим многопоточности сократит нагрузку на процессор. Мечту можно спасти, дело исключительно в грамотной оптимизации.

Оптимизация

Чтобы понять, с какой стороны лучше подходить к оптимизации системы, нужно в первую очередь уяснить для себя, как она работает.

Типичная сетевая система видеонаблюдения – это камеры на одном конце и центр управления (то есть специализированный софт) на другом. Все взаимодействие осуществляется через Интернет: камеры снимают изображения, кодируют их и отсылают на удаленный компьютер в форме видеопотока. Программа-обработчик декодирует поток, масштабирует его и после этого демонстрирует пользователю то, что принято называть online-трансляцией. Разумеется, обработка потока также задействует какие-то ресурсы и нагружает процессор.

Как уже говорилось, эту нагрузку можно существенно снизить благодаря использованию стандарта сжатия видео H.264, а также при помощи функции "панорама/наклон/zoom" (ePTZ), имеющейся в некоторых камерах. Эта функция позволяет пользователю выбирать интересующие его фрагменты кадра прямо во время трансляции, приближать их и смотреть отдельно в высоком разрешении. Объем обрабатываемых данных при этом сокращается, так как с камеры начинает поступать изображение не всей попадающей в кадр области, а только выбранной части.

Очень часто в кадре оказывается множество статичных объектов, наблюдать за которыми в HD-качестве – значит попусту расходовать трафик и свободное пространство на носителе, куда записывается отснятый материал. Именно в таких случаях бывает полезно кад-рировать картинку, с тем чтобы наблюдать только за той областью, где есть или ожидается какая-то активность. В результате место на диске будет сэкономлено, а процессор – разгружен.

Сжатие видеопотока

О стандарте H.264 следует сказать несколько слов отдельно. Степень компрессии, которую он обеспечивает, значительно превосходит ту, которой можно сегодня добиться в рамках наиболее часто используемых стандартов M-JPEG и MPEG-4. Два мегабайта видео, сжатого в H.264, превращаются в два килобайта. Это значит, что требования к системе у камер с таким кодеком будут намного более либеральными, чем во всех остальных случаях – как по показателю минимальной пропускной способности сети, так и по необходимому объему памяти. Если попытаться выразить это в цифрах, то либеральнее примерно на 50%.

При фиксированной пропускной способности H.264 также выигрывает у других стандартов. Сравнительный анализ показывает, что по одному и тому же каналу можно передавать видеопоток HD-качества с разрешением 1280х720 пкс, закодированный MPEG-4, и видеопоток качества Full HD (1920х1080 пкс), закодированный H.264.

Хранение записей

В современных системах видеонаблюдения для хранения записей с камер по умолчанию используются внутренние ресурсы, то есть стационарные компьютеры, серверы или в лучшем случае многоканальные видеорегистаторы, к которым подключаются IP-камеры. Туда направляется видеопоток, и там он сохраняется в постоянном режиме, денно и нощно, пока ресурсы не истощатся и руководству компании не придется выделять деньги на новые емкости.

На самом деле особого смысла в таком тотальном документировании нет. Большая часть отснятого материала впоследствии оказывается мусором, от которого рано или поздно приходится избавляться – тратить драгоценное время, привлекать людей и заниматься ручной работой. Все это можно предусмотреть и сделать так, чтобы на внутренних ресурсах сохранялось только самое важное.

Для этого эксперты предлагают записывать весь материал в собственную память камер и при возникновении активности в кадре или по запросу оператора передавать фрагменты записи на сервер. Это позволит сэкономить огромные объемы дискового пространства и терабайты трафика.

Единственное неудобство, с которым здесь можно столкнуться, – это отсутствие карт памяти достаточно большого объема. SD-карта с максимальной емкостью 4 Гб будет пригодна только для хранения ключевых кадров, SDHC-кар-ты на 32 Гб хватит на три дня непрерывной записи видео с битрейтом 1 Mbps.

В 2009 г. стало известно о разработке карты памяти нового поколения SDXC на 2 Тб, на которую можно было бы записывать качественный видеоматериал в течение полугода. Таким образом, можно ожидать, что уже в ближайшее время использование внешних ресурсов для хранения видеоматериалов станет одним из трендов для специалистов по системам безопасности.

Отслеживание активности в кадре

Еще один способ существенно уменьшить трафик и расход свободного места под записи – это использование камер с функцией детектирования активности в кадре. В фоновом режиме наблюдения, когда никаких действий не происходит, HD-изображение никому не нужно и его обработка, передача или трансляция будут абсолютно лишней тратой ресурсов.

Технология отслеживания активности была разработана специально для того, чтобы любой канал связи мог использоваться максимально эффективно. Камера, оснащенная такой технологией, способна самостоятельно настраиваться на нужную частоту кадров в зависимости от того, что перед ней происходит. При высокой активности частота и разрешение автоматически увеличиваются до максимальных значений (например, 30 fps), делая видео плавным и четким, при снижении активности вновь уменьшаются до необходимого минимума (1 fps).

Многопоточность

Вообразите себе ситуацию: фирма покупает очень дорогие, навороченные камеры наблюдения, монтирует их, подключает к сети, устанавливает новейший софт, начинает тестировать систему, и тут выясняется, что камеры способны передавать изображение только в од-ном-единственном виде – Full HD (1920х1080 пкс). И все. Значит, начинает лихорадочно соображать администратор, для online-трансляции картинку придется уменьшать, а чтобы уменьшить, ее нужно сначала декодировать и обработать. Само собой, новейшие камеры используют стандарт сжатия H.264, поэтому процесс декодирования чудовищно загружает процессор, система виснет, руководство хватается за голову.

К счастью, существует такая вещь, как многопоточность. Камеры, поддерживающие эту технологию, для удобства пользователя могут одновременно передавать данные в нескольких вариантах одновременно – например, полноразмерное мегапиксельное изображение для хранения и небольшую картинку пропорций CIF (Common Intermediate Format), которая может использоваться при мониторинге в реальном времени. CIF-картинка, как превью, не требует практически никакой обработки, декодирования и масштабирования перед отображением на экране компьютера. Нагрузка на процессор снижается.

Точно так же решается проблема одновременной передачи видеопотока на несколько устройств, работающих на различных платформах и имеющих разные пропорции экрана (компьютер, мобильный телефон, КПК и т.д.).

Любая сложная система при недостаточной внимательности персонала однажды оказывается в таком состоянии, когда кабели начинают спутываться в клубок, серверы – гореть, данные – бесследно пропадать. Многопоточность помогает предотвратить такой сценарий развития современной системы безопасности, сохранить ее гибкой и универсальной при максимальном качестве данных. Вкупе со всеми остальными технологиями, описанными выше, она, несомненно, ляжет в основу будущего стандарта сетевого видеонаблюдения.

Источник: Каталог "CCTV"-2010