Полный обзор новейших технологий систем видеонаблюдения

24 Июль 2015

Новейшие технологии видеонаблюдения: что изменилось за 20 лет и какие новые технологии вытеснили старые навсегда?

Что происходит со старым добрым CCTV видеонаблюдением? Представим себе, что один из коллег, заснувший летаргическим сном году в 95-м, внезапно проснулся и на на нас выпала миссия объяснить ему, что успело измениться за двадцать лет. Чтобы не довести до истерики и коллегу, и себя, придётся всё изложить по порядку.

Итак…

Из всех охранных технологий, доступных домовладельцам и бизнесменам, на первом месте по востребованности оказалось видеонаблюдение. И это неудивительно: камеры, помимо охранных функций, выполняют и «отпугивающие». По данным маркетологов, мировой рынок видеонаблюдения к концу 2016 года вырастет в объёме до 23,5 миллиардов долларов, а среднегодовой прирост его с 2012 года составит 20,5%. Такого рода всплески интереса не могут происходить «на пустом месте»: наверняка за взлётом популярности видеонаблюдения стоят объективные причины технологического характера.

Попробуем проанализировать роль наиболее заметных и крупных инноваций в этом процессе — это прежде всего стандарты сверхвысокой чёткости Ultra HD (4K и 8K), переход на IP-адресацию IPv6 и технологический прорыв в области формирования электронных изображений при сверхнизких уровнях освещённости сцены. Кроме этого, мы уделим внимание и выносу машинного интеллекта и средств хранения на уровень исполнительных устройств, а также преимуществам перехода на облачные технологии с точки зрения системных интеграторов.

Просвет видеонаблюдения в облаках

Из всех достижений прогресса, появившихся в последние несколько лет, возможно, наиболее волнующим и перспективным стало появление облачных технологий. И до настоящего момента для большинства профессионалов-безопасников эта область техники остаётся самой загадочной и неизведанной.

С точки зрения клиента, пользующегося «облаком», эти технологии видеонаблюдения позволяют сохранять видеоизображения за пределами охраняемого объекта — то есть «где-то на просторах Интернета». Соответственно, облачный сервис избавляет клиента от необходимости вкладывать средства в видеорегистраторы, сетевые серверы хранения данных и другие устройства записи. В особенности это привлекательно для домовладельцев, имеющих дома IP-камеры наружного и внутреннего наблюдения.

«Облачное управление системами видеонаблюдения является вполне естественным развитием аналогового видеонаблюдение HDSVI. Технологический прогресс сделал процессоры более быстрыми, уменьшив при этом их размеры и энергопотребление. Вынося средства хранения видеоданных на периферию сети, мы получаем мощную и хорошо управляемую систему видеонаблюдения. Такая система точно соответствует потребностям пользователя с точки зрения конфигурации и к тому же позволяет вести мониторинг и управлять видеопотоками по сетевому подключению Интернет. Именно такого рода преимущества и предоставляют клиентам облачные технологии», — считает Майк Дэвис, президент компании eLine Technology из Вестминстера, шт.Колорадо. Сегодня профессионалы отрасли безопасности уже убедились в том, что главным направлением развития индустрии в ближайшие годы станет сетевое видеонаблюдение в комбинации с облачными технологиями. Сам термин «облако» вошёл в лексикон специалистов по информационным технологиям в качестве синонима словосочетания «неизвестно где». На первых порах так называли сторонние инфраструктуры, подробности устройства которых не были принципиально важными для понимания. На чертежах и схемах облако обозначало границу ответственности сторонних организаций, за которой полномочия подрядчика уже не действовали — то есть своего рода демаркационную линию.

На данный момент в отрасли доступно несколько видов облачных сервисов, и интеграторам систем безопасности следует разобраться в том, как они работают. Это поможет не только в организации успешных продаж систем клиентам, но и гарантирует правильный выбор партнёра-провайдера облачных услуг; таким образом, каждый клиент за свою абонентскую плату получит сервис максимально высокого качества.

В справочном руководстве по облачным вычислениям, выпущенном в 2013 году компанией CDW, приводится следующая классификация «облаков»: «Облако может находиться в общественном пользовании; при этом разные организации осуществляют долевой доступ к его ресурсам. Облако также может быть и частным; в данном случае его ресурсы подлежат использованию лишь одной организацией и управляться собственным центром обработки данных либо сторонним провайдером облачных услуг. И, наконец, возможна гибридная конфигурация облака, состоящая из выделенных ресурсов и зон общего пользования. Организации-пользователи всё больше склоняются к гибридным облачным решениям, позволяющим комбинировать лучшее из обоих этих подходов.»

Среди коллег-безопасников уже нашлись и те, кто безоговорочно поверил в мощь облачных технологий. И это становится заразительным — по крайней мере, для тех, кто в состоянии понять, о чём идёт речь.

Компрессия систем видеонаблюдения прогрессирует

Важность вопросов эффективного сжатия видеоданных и стандартизации методов видеокомпрессии обусловлена целым рядом причин. Во-первых, разработка стандартов видеосжатия гарантирует совместимость потоков и файлов при записи и воспроизведении на оборудовании различных производителей. Во-вторых, глубокая компрессия позволяет избавиться от избыточных данных в видеопотоке, обеспечивая таким образом снижение нагрузки на пропускную способность сетей передачи данных. И, в-третьих, более эффективная компрессия при тех же показателях визуального качества изображения позволяет вместить большее количество видеоинформации на имеющиеся ресурсы средств хранения цифровых данных.

За время, прошедшее с 2003 года, отрасль стала свидетелем успешного внедрения алгоритма компрессии H.264 (MPEG-4 AVC), эффективность которого настолько потрясла коллег, что это даже в некоторой степени мешает внедрению ещё более эффективного кодека H.265.

«Являясь весьма зрелой технологией, AVC [H.264] позволяет экономить нагрузку на пропускную способность сетей и ресурсы средств хранения видеоданных за счёт интеграции кодека с программными решениями управления системами видеонаблюдения», — считает Стив Сёрфаро, уполномоченный по связи с отраслью в компании Axis Communications. По его мнению, кодек H.265, также известный как HEVC (High Efficiency Video Coding), «даёт возможность варьировать размер блока пикселов до 64х64, выбирая конкретный вид блока в зависимости от характера изображения — в то время как стандарт предыдущего поколения H.264 позволял формировать макроблоки всего лишь до 16х16 пикселов. Более крупный размер блока позволяет кодеку HEVC достигнуть более высоких степеней компрессии и повысить эффективность
параллельной обработки данных по сравнению с алгоритмом сжатия H.264.»

Кодек H.265, разработанный группой экспертов Международного телекоммуникационного союза ITU-T SG16 Q.6 (также известной как VCEG — Video Coding Experts Group) обеспечивает 30-40-процентное снижение битрейта при том же самом разрешении изображения по сравнению с компрессией Н.264. Однако, как упоминалось выше, кодек H.264 продолжает широко использоваться в современных системах видеонаблюдения. «Новый кодек H.265 лучше сжимает сигнал, поскольку генерирует видеопотоки с меньшим битрейтом, чем предшественники. Однако замедление его внедрения в отраслевую практику обусловлено рядом серьёзных причин», — говорит Эрик Серезато, менеджер по маркетингу продуктов компании Genetec.

Причина «тормозов» состоит в том, что производители телекамер наблюдения и VMS-софта не торопятся внедрять компрессию H.265 в свои продукты. Несмотря на то, что кодек H.265 снижает общую нагрузку на сеть передачи данных, для реализации этой компрессии требуется большая вычислительная мощность. А для её технической реализации, естественно, требуется понести дополнительные затраты, к чему далеко не все производители оказались готовы.

«Поскольку для выполнения большинства алгоритмов компрессии и декомпрессии сигнала в технологии H.264 используются специализированные аппаратные чипы, способные обрабатывать видеопотоки высокого разрешения, переход на иную технологию может оказаться весьма дорогостоящей затеей», — считает главный инженер компании Digital Watchdog Иен Джонстон. По его мнению, в вопросах перехода на новый кодек лучше всего исходить из формулы «Утром деньги — вечером стулья», и в настоящий момент отрасль в целом попросту не готова заплатить за переход на новый уровень.

К тому же в последние годы стало совершенно обычным явлением то, что индустрия профессионального видеонаблюдения практически плетётся в хвосте у отрасли бытовой электроники, окончательно перетянувшей на себя одеяло инноваций. Похоже, что внедрение H.265 в бытовую сферу станет отмашкой для производителей оборудования и технологии видеонаблюдения, и произойдёт это как минимум через год, а то и два.

На работе и в быту — все довольны 4K

По поводу телевизионных изображений высокой чёткости ни у кого уже нет сомнений: и в бытовом телевизоре, и на экранах профессиональных систем пользователи достаточно высоко оценили качественный скачок, и даже успели привыкнуть к новому стандарту HD. По данным статистики, примерно три четверти американских домохозяйств оборудованы как минимум одним HD-телевизором, а примерно 10 миллионов пользователей выразили готовность к 2016 году обзавестись ещё более совершенными системами телевидения сверхвысокой чёткости — Ultra HD.

«Стандарт ТВЧ (FullHD 1080p) пришёл из области вещательного телевидения, и конечные пользователи уже считают это разрешение неким стартовым минимумом. В вещательном ТВ уже всё готово к новому скачку разрешения: принята спецификация стандарта 4К, на основании которой производители телевизоров уже приступили к производству бытовых приборов. К концу 2015 года телевизоры этого формата перестанут быть редкостью в домах и квартирах. Яркая тому иллюстрация — появление большого количества видеоматериалов формата 4К на Интернет-сервисах, предлагающих видеохостинг — Netflix и YouTube. При этом уже практически готово и дальнейшее расширение стандарта — формат 8K. Интересно, что на внутреннем рынке Японии 4К вообще сочли промежуточным стандартом, и популярности у потребителей он не завоевал. Все, кто гонится за качеством, уже стремятся приобрести 8К», — делится соображениями
Джонстон.

Несмотря на то, что форматы 4K, 8K и Ultra HD в пользовательском сознании сливаются в нечто единое, между этими форматами имеется ряд фундаментальных различий.

«С технической точки зрения, формат 4K имеет несколько большее пиксельное разрешение по горизонтали, точно так же, как формат 2K всегда был чуть шире, чем Full HD. Однако в отраслевом жаргоне этими отличиями принято пренебрегать. Дисплеи Ultra HD имеют вчетверо большее разрешение, чем дисплеи FullHD — 8,2 мегапикселя», — говорит Сёрфаро.

Принятый Ассоциацией потребительской электроники (Consumer Electronics Association, CEA) в 2012 году термин Ultra HD является «зонтичным» — то есть объединяет в себе два разных формата видеосигнала: 4K и 8K. Минимальное разрешение, соответствующее новому стандарту Ultra HD, составляет 3840х2160 пикселов (в формате 2160p). При этом стандарт придерживается соотношения сторон экрана 16:9, соответствуя нормам ANSI для воспроизведения цветных телевизионных изображений в части разрешения и частоты кадров.

Основным преимуществом использования стандарта 4K Ultra в видеонаблюдении является высочайший уровень детализации изображения, обусловленный большим количеством пикселов. Такая детализация позволяет обеспечить обзор весьма протяжённых сцен наблюдения и при этом получить возможность выполнения видеоаналитических приложений по определению статуса объектов в сцене и выявлению паттернов в их поведении всего лишь по одному камерному каналу.

Правильно выбрав программное приложение управления системой, возможно вывести изображения различных участков сцены на отдельные экраны либо, наоборот, свести на один дисплей Ultra HD изображения с нескольких камерных каналов меньших разрешений. А повышенная насыщенность изображения деталями даёт возможность использовать в оперативных целях цифровое масштабирование без существенной потери качества картинки при её увеличении.

Однако сверхвысокая чёткость имеет и обратную сторону: при всех её преимуществах здесь существенно возрастает нагрузка на пропускную способность сетей передачи данных. Учитывая повышенные требования к инфраструктуре — не только сетевой, но и, к примеру, средств отображения видеосигнала — внедрение Ultra HD может оказаться весьма дорогостоящей затеей.

«Форматы 4K и 8K более детально отображают сцену. Но, поскольку у них намного выше плотность пикселов, при их применении резко возрастают объёмы пересылаемых по сетям данных, а это выливается в более высокие требования к пропускной способности магистралей, большее количество коммутационного оборудования, а также, что вполне естественно, в более высокий расход ресурса средств хранения видеоданных, — считает Серезато. — Кроме этого, повышенная пиксельная плотность вызывает повышение нагрузки на процессорную мощность при декодировании. На практике это означает, что определённые компьютеры либо рабочие станции смогут воспроизводить ограниченное количество видеопотоков в отдельно взятый момент времени.»

Чтобы справиться с повышенной нагрузкой, вызванной сменой кодека, придётся предусмотреть апгрейд процессоров и графических карт. И, соответственно, повышение объёмов фигурирующих в системах видеонаблюдения данных потребует вложений средств в увеличение пропускной способности сетей.

Вынос машинного интеллекта на периферию систем

В традиционных системах видеонаблюдения, выполненных по принципу централизованной архитектуры, обработка изображений и их сохранение, а также доступ пользователей для просмотра живого видео и архивных записей управляются с единого поста. Современные сетевые технологии, однако, позволяют сформировать сеть и по иным принципам — в особенности это оправданно там, где используются интеллектуальные камеры наблюдения, способные обеспечить локальную обработку видеосигнала и его сохранение. И это позволяет существенно разгрузить ресурсы центральных серверов системы

Передача выполнения интеллектуальных функций на периферийные устройства позволяет структурировать передачу данных в системе, осуществляя передачу видеопотоков в зависимости от потребности; с точки зрения нагрузки на пропускную способность сети это, несомненно, мера эффективная. Пример такого использования периферийного интеллекта — передача видеозаписей на сервер после того, как встроенная в камеру аналитика обнаруживает тревожное событие.

«На какой бы ресурс ни производилась запись видеоданных — от обычного сервера до облачного сервиса — всегда остаётся важным общий объём пересылаемых данных. Интеллектуальные устройства позволяют существенно снизить этот объём, -считает Джонстон. — Ключевым моментом здесь является то, что нельзя замыкать систему на единый центр, в котором производятся все операции, требующие затрат вычислительной мощности. Гораздо выгоднее организовать совместную работу устройств, оптимально распределив ресурсы машинного интеллекта по всей сети; кроме того, что такая система будет более эффективной, вырастет ещё и общая надёжность за счёт ухода от единой точки отказа.»

Сетевой администратор может таким образом настроить систему, чтобы пересылка не имеющих первостепенной важности видеозаписей «с мест» производилась в моменты минимальной нагрузки на сеть. При этом тревожное видео должно сохранять приоритет в сетевом трафике, чтобы система видеонаблюдения оставалась в состоянии обеспечить своевременное принятие мер реагирования.

Вынос машинного интеллекта на периферию системы представляет собой пример распределённой архитектуры, по определению более надёжной и отказоустойчивой. Выход из строя отдельного устройства в этом случае не ставит под угрозу работоспособность всей остальной системы. Если напрямую подключённый к камере сетевой накопитель сигнализирует о выходе из строя жёсткого диска, меры по устранению неисправности никак не скажутся на работе системы. А вот в случае аварии винчестера на центральном сервере ситуация будет выглядеть совершенно по-иному.

Светлое будущее ночной съёмки

Установка телекамер наблюдения в зонах объекта с недостаточной освещённостью, в особенности при необходимости распознавания по этим камерным каналам человеческих лиц и автомобильных номеров, превращается в настоящий кошмар для интеграторов. Не менее сложными становятся условия конфигурирования и настройки системы при наличии в сценах ярких источников света. Камеры и технологии обработки изображений предыдущих поколений с этими задачами справлялись весьма посредственно. Обычными мерами повышения чувствительности в ночное время стали использование механически перемещаемых инфракрасных фильтров и применение камер с электронным расширением динамического диапазона.

Всё это создало определённую неразбериху при сопоставлении технических характеристик камер между собой. Обилие средств дополнительной обработки сигнала и отсутствие единой методики оценки чувствительности камер при низких уровнях освещённости привело к тому, что многие производители из числа новичков на рынке смело проставляли в графе «минимальная рабочая освещённость сцены» практически любые значения, включая пять-шесть нулей после запятой. Интеграторам хорошо известно, что единственным способом проверки реальных характеристик камеры в условиях слабо освещённых сцен являются натурные испытания непосредственно на объекте.

КМОП-сенсоры с криволинейной рабочей поверхностью, представленные отраслевому сообществу в середине 2014 года инженерами корпорации Sony, имеют все шансы поправить ситуацию в области ночной съёмки. Помимо в полтора раза более высоких показателей чувствительности, новые матрицы обладают существенно меньшим уровнем собственных шумов и менее требовательны к качеству используемых с камерами объективов. Судя по динамике работы над промышленными образцами этих матриц, первые продукты с их использованием появятся уже в будущем году, и скорее всего это будут смартфоны. В любом случае «кривые» сенсоры рано или поздно доберутся до камер видеонаблюдения, как и все появляющиеся в последнее время полезные новинки.

Похожие статьи:

07 Декабрь 2017

Мы сертифицированы по СТБ ISO 9001-2015

ООО «Современная Безопасность» получила сертификат соответствия СТБ ISO 9001-2015 Данный сертификат удостоверяет, что система менеджмента качества наших услуг соответствует требованиям СТБ […]

22 Ноябрь 2017

Современная Безопасность – партнёр форума «Troubleshooting. Безопасность бизнеса»

24 ноября 2017 года состоится первый в Беларуси Форум по вопросам построения комплексной безопасности бизнеса «Troubleshooting. Безопасность бизнеса». Компания «Современная […]

13 Ноябрь 2017

ООО «Современная Безопасность» исполнилось 3 года!

12 ноября компания «Современная Безопасность» отмечает свой день рождения! В настоящее время специалисты компании осуществляют полный комплекс работ по обеспечению […]

10 Ноябрь 2017

Интернет-магазин sovbez.by – оборудование для систем безопасности с возможностью онлайн-оплаты и рассрочки по Халве!

  Уважаемые Партнеры и Клиенты! С начала ноября мы запустили новый интернет-магазин на корпоративном сайте sovbez.by. Перейдя в раздел Каталог […]