21.06.2016

Рынок видеонаблюдения: новые стандарты, форматы сжатия и направления развития

Рассмотрим основные технологические тренды, которые определят развитие рынка видеонаблюдения на несколько лет в будущем.

Новое – это хорошо забытое старое?

В последнее время сразу ряд компаний представил реинкарнацию аналогового видеонаблюдения высокой четкости. Это три основных формата: HD-CVI, HD-TVI и самый молодой формат AHD. Каждый из них обеспечивает надежную передачу видеосигнала высокой четкости по коаксиальному кабелю и не требует настройки подключения видеокамер к устройству записи. Форматы позиционируются одинаково – как предназначенные для потенциальных заказчиков, которые являются пользователями аналоговых систем видеонаблюдения, – у которых возникла необходимость улучшить изображение до сопоставимого с 720p или 1080p, обновив только конечные устройства и используя имеющуюся аналоговую кабельную инфраструктуру. Второй целевой сегмент этих форматов – монтажные организации и интеграторы, не успевшие изучить IP-технологии и имеющие опыт в проектировании, инсталляции и настройке аналоговых систем видеонаблюдения.

Преимущества нового поколения аналоговых систем

В маркетинговых материалах делается упор на несколько преимуществ новых форматов HD-CVI, HD-TVI и AHD относительно IP-решений.

Можно задействовать существующую аналоговую инфраструктуру 
Действительно, анонсируется возможность использования существующей инфраструктуры, но кабельная продукция должна быть хорошего качества, а именно не ниже RG-59, что имеется далеко не всегда.

Не нужно настраивать подключение 
При запуске решения на базе "новой старой аналоговой" системы нет необходимости настраивать подключение каждой камеры, достаточно только подключить ее к регистратору, и можно сразу увидеть изображение. Однако поскольку эти стандарты продвигаются коммерческими фирмами, то они сегодня взаимно несовместимы, и выбирая один из стандартов, заказчик становится заложником одного из производителей.

Длина линий может достигать 300 м без потери качества 
По заверениям производителей, любой из форматов HD-CVI, HD-TVI или AHD обещает гарантированное качество на дальности 500 м при использовании RG-59, однако для кабеля RG-58, на базе которого как раз и сделано большое количество объектов благодаря любви монтажников к комбинированному кабелю видео + питание, дальность без потери качества составляет уже только 250–300 м, что, впрочем, выше, чем 100 м в сегменте IP-видео.

"3 в 1", как шампунь 
Производители обещают в будущем доработать формат для одновременной передачи не только видео, но и звука, а также сигналов управления по принципу Coaxitron, то есть по видеокабелю. Однако сегодня такое оборудование на рынке пока не представлено, видимо, для этого нужно какое-то время.

Ценовые преимущества 
Решения на базе HD-CVI, HD-TVI и AHD действительно относительно недороги, хотя самым дорогим в тройке является HD-TVI от Hikvision, средний – HD-CVI от компании Dahua – и формат AHD от компании NextChip оказался самым эффективным по цене.

Витоге можно сделать вывод: новые аналоговые форматы видеонаблюдения AHD, HD-TVI и HD-CVI практически идентичны с точки зрения преимуществ для конечных пользователей и инсталляторов. Однако есть отличия в идеологии, и максимальная открытость формата AHD для любых производителей как камер, так и видеорегистраторов в совокупности с самой низкой ценой, вероятно, станет основным преимуществом для дальнейшей экспансии этого стандарта на современном рынке видеонаблюдения в отличие от форматов HD-CVI и HD-TVI. Но вернемся в мейнстрим – IP-видеоблюдение: там сейчас разгорается нешуточная борьба за пиксели

Больше пикселей, "хороших и разных". Разрешение UltraHD 4К

Часто стала появляться информация о новых устройствах в разрешении 4К и 8К. Что же это такое? Эти два стандарта разрешения являются закономерным развитием бытовой видеоэлектроники (в частности, телевизоров и домашних кинотеатров) в условиях острой конкуренции, которое стимулирует спрос на новое оборудование. Идея заключается в том, что путем увеличения пикселей в изображении мы получаем меньшую дискретность, и как результат – имеем более качественную картинку с высокой детализацией. Детализация настолько высока, что человеческий глаз не различает отдельные пиксели, даже если смотреть на изображение с близкого расстояния, которое дает эффект реального "погружения".

Формат 4К – это новый стандарт для цифрового кинематографа, который нашел применение в компьютерной графике, обозначается как Ultra High Definition, UltraHD или UHD, иногда с добавлением 4К. 

ss-3-2015-46-50-tab-1.jpg

В эпоху цифровых технологий применяется изменение качества картинки в пикселях, то есть точек, из которых формируется изображение на экране телевизора или монитора. Используется уже ставшее стандартным соотношение сторон 16:9, что соответствует разрешению 3840х2160 пкс и обозначается как UltraHD 4K. Стандарт 4К превосходит разрешение FullHD в два раза по вертикали и горизонтали, в итоге получается изображение, по площади превосходящее FullHD в четыре раза. Сегодня это шаг в улучшении качества картинки для отображения изображений и фильмов. Если 3D в разрешении FullHD – это просто преображение картинки путем добавления глубины, то 4K – это изменение восприятия изображения, поднимающее качество изображения до практически неотличимого от реальности, формирующее реализм.

Откуда же появился новый стандарт? Начало было положено в 2012 г., когда Ассоциация потребителей электроники (CEA) определила требования к устройствам с разрешением 4К. Стандарт обозначает, что изображение должно быть не менее 8 Мпкс (4 изображения FullHD) при частоте от 24 до 120 кадр/с и глубиной цвета не менее 8 бит. Для передачи используется кабель HDMI.

8K, или Eще больше пикселей

Возникает логичный вопрос: а есть ли стандарт для картинки, соответствующей изображению, состоящему по аналогии из четырех 4K? И действительно, такой стандарт есть, называется он 8К и используется сегодня практически только в сверхчетком цифровом кинематографе и компьютерной графике. Стандарт 8K UHD (4320p) имеет разрешение 7680х4320 пкс, что соответствует примерно 33 Мпкс. Для сравнения – изображение в формате 8К в высоту и ширину в четыре раза больше сторон изображения FullHD, или, что более понятно, площадь кадра 8К состоит из 16 изображений FullHD.

Причем на выставке потребительской электроники в 2013 г. компанией Sharp был представлен первый телевизор с экраном 8К.

Для наглядности на рис. 1 показано сравнение масштабов изображений стандартного аналогового разрешения D1, FullHD, 4K и 8K. 

2.jpg

Рис. 1. Сравнение разрешения D1, FullHD, 4K и 8K

Развитие технологий в потребительском сегменте электроники с некоторым временным лагом внедряется и в узкопрофессиональных рынках, таких как рынок видеонаблюдения. И действительно, компании-разработчики видеокамер так или иначе включаются в гонку за пикселями, и мы наблюдаем, что все основные вендоры отрасли видеонаблюдения заявляют о развитии нового поколения IP-видеокамер с разрешением 4K.

Больше пикселей – больше проблем?

Что же делать потребителю, наблюдая за внедрением новой технологии на рынке безопасности? Ему нужно задуматься и посчитать, что при увеличении разрешения в четыре раза по сравнению с FullHD-форматом на сервер, рассчитанный на обработку 16 камер FullHD, он сможет подключить только четыре видеокамеры в разрешении 4K.

Такой же перерасчет следует сделать для всех подсистем: локальной сети передачи данных, средств обработки видеопотока, системы хранения и системы отображения. Для понимания масштаба – недорогой телевизор FullHD размером в 40 дюймов от известных вендоров сейчас можно купить за 20 тыс. руб., при этом монитор разрешением UHD 4K будет стоить раза в 3–4 дороже. И здесь речь идет об обычных телевизорах, которые не предназначены для круглосуточного видеонаблюдения, соответственно, специализированная техника будет еще дороже.

А как же формат 8K? С помощью элементарной математики получаем: поскольку изображение в 16 раз больше, чем FullHD, то на сервер, рассчитанный под обработку 16 видеокамер с разрешением 2 Мпкс, мы сможем вывести только одну в разрешении 8K. Соответствующие ресурсы понадобятся и для локальной сети, архива и серверов отображения. Как всегда бывает при появлении новых технологий, первые устройства стоят колоссальных денег, поэтому самый разумный шаг – подождать год–два, когда конкуренция и массовое производство сделают использование разрешений на базе 8К экономически оправданным не только для специальных объектов, но и для обычных "гражданских". По отзывам владельцев телевизоров с разрешением UHD 4К, которые смотрят фильмы FullHD-качества в режиме интерполяции, эмпирически разрешение ощущается как заметно более высокое, хотя, возможно, это эффект самовнушения.

В любом случае очевидно, что это новая планка от лидеров индустрии на следующие пару лет, на которую постепенно будут равнять свои линейки и остальные производители, отчасти – чтобы оправдать более высокую цену оборудования, отчасти – чтобы стимулировать пользователей заменять старые системы на новые.

Новые форматы сжатия. H.265

В связи со стремлением компаний в конкурентной борьбе увеличить количество пикселей в камерах в полный рост встает проблема передачи, отображения и хранения этих данных. Необходим следующий шаг в развитии кодека H.264, который во многом позволил в свое время рынку перейти на формат изображения FullHD. Сейчас с наметившимся трендом к переходу к формату 4K, или UltraHD 4K, вопрос новых кодеков для сжатия данных снова актуализируется.

Новый формат High Efficiency Video Codec был утвержден в 2013 г. и является следующим поколением кодека H.264 Advanced Video Codec. Причем новый кодек H.265 эффективнее на 30–35% по сравнению с предыдущим поколением и позволяет работать с видеоконтентом разрешения до 8К, то есть может сжимать видео с разрешением до 8192х4320 пкс, или 35 Мпкс. Важное отличие в том, что кодек подразумевает работу с прогрессивной разверткой, так как в современных дисплеях чересстрочная развертка применяется все реже, хотя поддержка режимов для чересстрочной развертки сохранилась. В данном кодеке используется три профиля: Main (основной), Main 10 (основной 10) и профиль для работы со статичными изображениями.

Внедрение нового кодека – это только вопрос времени, однако пользователей это опять приведет к новым затратам. Так, в частности, для отображения видеоданных, сжатых в новом формате, необходимы более мощные серверы для декодирования, чем при кодеке H.264. Выигрывая в одном – проигрываешь в другом, закон равновесия никто не отменял.

С точки зрения применения кодека H.265 в IP-видеонаблюдении есть все предпосылки для перехода на него, более того – некоторые производители анонсировали и даже выпустили образцы, работающие в новом формате сжатия данных, однако на практике такие камеры пока работают не очень стабильно и "жмут" иногда даже хуже, чем хорошо настроенные IP-камеры с кодеком H.264. Однако я уверен, что со временем весь рынок IP-видеонаблюдения перейдет на новый кодек.

Альтернатива видеокамерам сверхвысокого разрешения

Сегодня на рынке отчетливо выделяются два основных варианта увеличения разрешения при необходимости высокой детализации.

Первый, уже рассмотренный нами, вариант заключается в применении видеокамер с большим разрешением, то есть с большим количеством пикселей в одном корпусе.

Второй вариант заключается в том, чтобы применять мультифокальную систему. Мультифокальная система – это набор видеокамер с разными объективами, предназначенный для получения изображения сверхвысокой детализации путем программного объединения изображений с нескольких видеокамер, каждая из которых контролирует свой участок поля зрения. Одним из ярких представителей является система Panomera. Это решение нашло применение на стадионах для наблюдения за трибунами болельщиков, где необходима высокая детализация кадров. 

3.jpg

Рис. 2. Мультифокальная система от немецкого производителя

Главный плюс в виде сверхвысокого изображения частично нивелируется стоимостью такого решения, которое сопоставимо со стоимостью немецкого внедорожника премиум-сегмента. Как и при работе с любым сложным специализированным оборудованием такого класса, не стоит забывать о необходимости привлечения производителя на каждом этапе: инсталляции, настройки и юстировки, что логично складывается в определенную стоимость владения и эксплуатации всей системы. Например, при выходе из строя одной из видеокамер в мультифокальном блоке вам придется ждать специализированной поставки с завода-изготовителя точно такого же блока для замены. Хотя это все мелочи, по сравнению с высококачественной картинкой, которую вы имеете на выходе.

Второй вариант получения видеокартинки сверхвысокого качества для проектов с ограниченным бюджетом (например, парковка перед торговым центром или атриумом, входная зона офисного здания или городская площадь) – это программное обеспечение, позволяющее "склеить" в единую панораму изображения от нескольких совершенно стандартных видеокамер, причем могут применяться даже видеокамеры от разных производителей. А при инсталляции системы (каждую видеокамеру желательно выставить с небольшим перекрытием изображения от соседних камер) на финальном этапе настройки панорамы изображения можно подстроить относительно друг друга с помощью встроенного редактора. В итоге получается панорамное изображение в бюджетном сегменте, то есть его можно применять на любых объектах. Например, технология "склейки" видеоизображения ImageFusion вообще бесплатно встроена в решение CrystalTitan от NUUO. Пример такого изображения представлен на рис. 3. 

4.jpg

Рис. 3. "Склейка" изображений ImageFusion от 10 камер

в единое панорамное изображение

Применение данной технологии возможно как на спортивных объектах, так и на парковках и даже в холлах офисных зданий, что позволяет увидеть всю входную группу в панораме на базе стандартных камер. Причем замену вышедшей из строя видеокамеры можно быстро осуществить, так как это обычные IP-видеокамеры от практически любого производителя.

Увеличение числа видеокамер и использование видеокамер высокой четкости повышает требования к серверам, и один из вариантов решения данной задачи – это виртуализация, заимствованная из ИТ-отрасли.

Новое направление для крупных систем – виртуализация

Виртуализация – это предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации и обеспечивающее логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе.

Примером использования виртуализации является возможность запуска нескольких виртуальных серверов на одном компьютере, причем каждый из них работает со своими ресурсами (процессор, оперативная память, устройства хранения), предоставлением ресурсов из общего пула управляет хостовая операционная система или гипервизор. Виртуализации могут быть подвергнуты сети передачи данных, сети хранения данных, платформенное и прикладное программное обеспечение.

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 в компании ресурсов, так и гибкого администрирования системы на базе единой программно-аппаратной платформы (рис. 4) 

5-1.jpg5-2.jpg

 Рис. 4. Пример виртуализации на базе трех физических
серверов
Рис. 5. Отказоустойчивая структура на базе кластера 

Наиболее эффективным способом виртуализации можно считать применение VMware в качестве гипервизора и систем на базе Linux как гостевых операционных систем - это обеспечивает наиболее оптимальную работу, гибкость и стоимость решения.

Отказоустойчивость систем видеонаблюдения

Для крупных систем видеонаблюдения очень важен вопрос надежности, особенно на объектах особой важности, где система должна работать в режиме 24/7

Существует два основных пути повышения отказоустойчивости - через виртуализацию (повышение надежности средствами гипервизора) или выбор системы, которая имеет встроенную реализацию отказоустойчивости. Рассмотрим оба варианта

Отказоустойчивость на базе кластера
Одним из плюсов виртуализации является возможность кластеризации - объединения нескольких однородных элементов, например серверов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определенными свойствами, а именно - избыточностью ресурсов. Некоторые платформы позволяют переносить виртуальную машину с одного физического севера на другой, не прекращая ее работы, то есть осуществлять процесс миграции, как, например, VMware старших версий (рис. 5).

Отказоустойчивость на уровне приложения 
В этом случае программно-аппаратный комплекс, используемый для видеонаблюдения, должен иметь возможность заменять вышедший из строя сервер "своими силами", то есть функция избыточности и отказоустойчивости должна быть заложена и реализована разработчиками VMS.

При выборе системы, обладающей механизмом отказоустойчивости, нужно обратить внимание на следующие характеристики:

  • надежность (характеризуется структурой и архитектурой реализации отказоустойчивости);
  • время срабатывания (характеризуется скоростью запуска запасного сервера);
  • стоимость (характеризуется совокупностью факторов)

Отличия в архитектуре отказоустойчивых решений

Рассмотрим пример отказоустойчивой архитектуры, состоящей из 32 серверов записи (Recording Server) и 4 серверов отказоустойчивости (Failover Server)

Отказоустойчивость N + 1
Самый простой вариант отказоустойчивости - N + 1 (левая схема на рис. 6 - реализация отказоустойчивости на практике), когда вводится один запасной сервер, контролирующий ограниченную группу серверов, обычно количеством не более 8, что характерно для VMS на базе Windows. 

6.jpg

Рис. 6. Реализация отказоустойчиваости на практике

В случае выхода из строя одного сервера из группы N один запасной сервер может перехватить потоки для продолжения записи в архив. При этом надежность такой архитектуры относительно низкая, так как при структуре N + 1 при выходе из строя второго сервера из этой же группы запасного сервера нет, и произойдет потеря архива, то есть это система с ограниченной отказоустойчивостью.

Отказоустойчивость N + М
Во втором случае структура N + М (правая схема на рис. 6 - реализация отказоустойчивости на практике) позволяет не разделять Recording- и Failover-сервера всего на две группы, и тем самым обеспечить повышенную надежность по схеме N + М. То есть при выходе из строя первого рабочего сервера нагрузку принимает первый север отказоустойчивости, при выходе второго - следующий запасной сервер уже готов к работе. Одного взгляда достаточно, чтобы понять, что надежность решения, построенного по схеме N + М, в разы выше, хотя количество оборудования точно такое же, как и в случае построения отказоустойчивости по схеме N + 1

На мировом рынке существует всего два решения, позволяющих комбинировать два типа отказоустойчивости как на базе кластеризации (виртуальных машин), так и на уровне самого приложения, одно из них, представленное в России, - это АПК Crystal Titan. Это решение поддерживает оба варианта повышения надежности и отказоустойчивости как в виртуальной среде, так и на уровне приложения, т.е. позволяет приобретать лицензии или готовое решение на базе NVR для построения бескомпромиссных систем при проектировании надежных систем IP-видеонаблюдения со встроенной избыточностью.

Векторы развития рынка

Совершенно понятно, что количество пикселей в камерах будет расти, будут внедряться новые форматы, и здесь первые "ласточки" - это внедрение форматов 4К и 8К на рынке бытовой электроники. Новые стандарты, например UltraHD 8K (разрешение в 33 Мпкс), предлагают совершенно новый уровень восприятия, но при этом повышают требования к системному интегратору, так как все элементы системы видеонаблюдения должны соответствовать повышенным требованиям сверхвысокого разрешения. Это и новые, более эффективные кодеки, например Н.265, и более емкие и надежные хранилища для архива, и повышенные требования к серверам отображения и сетям передачи данных.

Все больше компаний приходят на рынок видеонаблюдения из ИТ и приносят с собой широко применяемые в ИТ технологии, например виртуализацию и облачные вычисления, пытаясь адаптировать свой опыт к задачам и требованиям рынка безопасности. Это однозначно новый тренд, и он будет усиливаться и развиваться, усложняя и укрупняя системы видеонаблюдения, однако это требует использования решений и VMS, изначально спроектированных для таких задач, например специально разработанных для виртуальной среды.

При построении крупных систем остро встают вопросы отказоустойчивости и бесперебойной работы даже в случае выхода части инфраструктуры из строя. Одним из вариантов является применение продвинутых гипервизоров типа VMware или более бюджетных вариантов, имеющих встроенную отказоустойчи вую архитектуру для решений, требующих повышенной надежности Конечно, важны и вопросы защиты от вирусов, а в связи с введением санкций немаловажным становится вопрос операционной системы, на базе которой работает видеонаблюдение Поэтому логично изначально сделать выбор в пользу Linux VMS, которые не уступают Windows-приложениям по качеству, функционалу и удобству и при этом стоят дешевле и менее требовательны к компьютерному "железу". Такой выбор наиболее оправдан со всех вышеперечисленных точек зрения. Удачи в проектах!

Источник:  http://secuteck.ru/


Автор:  Руслан Шарифуллин
(Нет голосов)