IP-ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ 2017

ip

IP-видеонаблюдение: стандарт без стандарта

Развиваясь, любое явление проходит несколько этапов: зарождения, становления, развития, принятия, вновь развития и, наконец, замены новым явлением. Все эти этапы относятся и к технологиям. А также к системам, построенным на этих технологиях. Системы видеонаблюдения — не исключение

Начало применения систем видеонаблюдения приходится на 80-е гг. прошлого века, когда они использовали технологии передачи телевизионного сигнала. В 1990-х гг. для этих систем были приняты стандарты (например, европейский стандарт EN 50132-7-1996). На сегодняшний момент эти системы пытаются пережить второй расцвет вслед за телевидением. Я имею в виду телевидение высокой четкости. То есть можно (и нужно) говорить о том, что все аналоговое видеонаблюдение построено на стандартах бытового телевидения. Например, в России это ГОСТ Р 51558-2008 (первая редакция ГОСТ Р 51558-2000), опирающийся в том числе на ГОСТ 21879-88. Все эти стандарты содержат в себе положения о передаче данных и их кодировании. При разработке систем сетевого видеонаблюдения их создатели руководствуются не специальным стандартом, которого нет, а набором общепринятых положений. Поговорим о них подробно.

Стандарты на передачу данных

Для передачи данных в системах IP-видеонаблюдения используются протоколы прикладного уровня HTTP (RFC 2616) и RTSP (RFC 2326) и протоколы транспортного уровня TCP и UDP (стандарты RFC 793 и RFC 768). Протокол TCP используется в качестве транспорта для передачи HTTP-сообщений, в том числе и с видеоданными. В основном по этому протоколу передаются данные, закодированные кодеком MJPEG (см. ниже). Протокол UDP, вернее базирующийся на нем протокол RTP, в свою очередь, также используется в качестве транспорта при передаче видеоданных. С помощью RTP передаются данные в формате MPEG-4. Совместно с RTP используется протокол RTCP, который обеспечивает контроль качества связи и синхронизацию. Также можно воспользоваться реализацией RTP поверх TCP Это увеличивает задержку, но дает возможность избежать потерь. Все данные предаются по кабельным сетям, для построения которых в большинстве своем используется витая пара 5-й категории (стандарт ANSI/TIA/EIA-568-A).

Протоколы команд, реализованные с помощью описанных выше технологий, разрабатываются производителями камер индивидуально. Некоторые производители имеют различные протоколы для каждого модельного ряда. Другие производители в рамках одного модельного ряда (отнести камеры к тому или иному модельному ряду не представляется возможным) могут использовать разные команды для разных моделей камер.

Стандарты кодирования видеоинформации

1. MJPEG. 
Метод кодирования JPEG существует с 1987 г. и за этот период получил немало доработок. Основанный на нем метод кодирования видеопоследовательности MJPEG (Motion JPEG, стандарт ISO/IEC 10918-1) наследует все достоинства и недостатки этого метода. Из несомненных плюсов то, что большая часть стандарта кодирования JPEG открыта и довольно проста в реализации и любой желающий может реализовать его и использовать при создании IP-видеокамеры. Минусом является очень высокий битрейт. Это связано с покадровой передачей изображений в видеопотоке. Для снижения битрейта можно увеличить степень сжатия картинок, но это приведет к возникновению так называемых артефактов — прямоугольных областей с цветом, близким к исходному. Чем сильнее сжатие, тем больше артефактов.

При разработке систем сетевого видеонаблюдения их создатели руководствуются не специальным стандартом, которого нет, а набором общепринятых положений

2. MPEG-4. 
Кодек MPEG-4 (стандарт ISO/IEC 14496) позволяет формировать гораздо меньший (примерно в 5-6 раз) объем трафика. Но минусом этого кодека является наличие патентов, принадлежащих MPEG LA и другим организациям. Эти патенты распространяются и на видеокамеры, и на программное обеспечение, используемое для организации видеонаблюдения. То есть, покупая IP-видеокамеру, вы производите отчисление MPEG LA. С программным обеспечением все несколько сложнее. Передача данных в формате MPEG-4 не облагается отчислениями. Отчисления необходимо осуществлять при продаже средств декодирования: 0,25 долл. за каждый декодер свыше 50 тысяч декодеров (до 50 тыс. бесплатно) плюс 1,25 млн долл. за доступ к технологиям. Но не все так страшно. Вы можете воспользоваться библиотеками Microsoft (при условии, что вы используете лицензионную платформу MS Windows) для декодирования MPEG-4. Таким образом, вы переходите в категорию конечных пользователей, которые платят отчисления только при продаже видеозаписей длиннее 12 мин. другим пользователям. Также вы можете воспользоваться одним из продуктов Open Source, например, широко применяемым набором библиотек FFmpeg.

Вторым минусом этого кодека является то, что он мультимедийный. Он был создан (как и его предшественники MPEG-2, MPEG-3) в первую очередь для компрессии фильмов. Задача сжатия применительно к кинофильмам некритична ко времени выполнения. Чего не скажешь о видеонаблюдении. При отображении MPEG-4 для его декомпрессии потребуется в 2-3 раза больше процессорного времени, чем для декомпрессии MJPEG Также при использовании кодека MPEG-4 необходимо уделить внимание таким понятиям, как GOP (Group of Picture) и битрейт. Слишком малое значение GOP увеличивает трафик. Чем больше сжатие (меньше битрейт), тем меньший канал для передачи необходим. Битрейт в IP-видеонаблюдении бывает двух типов — переменный (Variable, VBR) и постоянный (Constant, CBR). CBR имеет смысл применять в ситуациях, когда снимаемая сцена имеет высокий и постоянный уровень сложности. Например, в торговом центре. Используя CBR, можно заранее рассчитать нагрузку на сеть. VBR стоит использовать в местах, где события редки. Например, коридор гостиницы. В случае возникновения движения камера сформирует большее количество трафика, в остальное время она будет загружать сеть по минимуму.

Семейство MPEG-4 также разделяется на так называемые профили, которые включают в себя разные алгоритмы кодирования. Чаще других применяются профили Simple (букв, «простой») и Advanced Simple («расширенный», ASP). Профиль Simple не использует так называемые В-кадры (кадры, имеющие ссылки как на последующий, так и на предыдущий кадры), в отличие от ASP. Профиль Simple рекомендован к применению в системах видеонаблюдения, видеоконференций, мобильной передачи данных.

Н.264 использует более продвинутые методы сжатия. Например, Н.264 использует в качестве опорных не только I-кадры, но и любые предыдущие кадры (до 32 ссылок). В сетевых камерах применяются в основном Baseline (базовый) профиль. Он поддерживает только I- и Р-кадры. Также в камерах, особенно в мегапиксельных, применяются High («высокий») и Extended («расширенный») профили. Если High-профиль применяется для кодирования HD-видео, то Extended рекомендуется использовать для потокового видео.

MPEG-4 имеет в стандарте 29 частей, 28 действующих и 29-ю — разрабатывающуюся. О частях 2 (видео), 10 (Н.264) было сказано выше. Часть 29 (Web-трансляции) стандарта перекликается с разрабатываемым кодеком Н.265 (HEVC), который нацелен именно на применение в IP-видеонаблюдении. Выход обоих стандартов запланирован на 2013 г.

Передача данных и кодирование

Кодеки MPEG-4 (профиль ASP) и Н.264 (Extended, High) используют в своей последовательности В-кадры. Они могут содержать информацию более позднюю, но быть переданы раньше, чем Р-кадры, на которые они ссылаются. При этом декодировать эти В-кадры необходимо после (Sic!) Р-кадров. Таким образом, можно посоветовать не использовать ASP-, Extended- и High-профили для отображения, потому как это чревато или большим количеством артефактов, или задержками при воспроизведении. Лучше всего такие данные сразу отправлять на запись. При воспроизведении из файла вся последовательность корректно восстанавливается.

Вопросы стандартизации

Исходя из написанного выше, легко представить, какое многообразие технологий существует в современном IP-видеонаблюдении. (При этом в данной статье не был затронут вопрос хранения видеоданных. Для его решения также применяется широкий круг технологий.) Для облегчения жизни пользователей (и разработчиков) производители выпустили два стандарта видеонаблюдения — ONVIF и PSIA. Первый является набором сервисов для доступа к уже существующим API-камерам. Второй же, по сути, — стандартизованный API для всех производителей, входящих в альянс. У того и другого есть свои плюсы и минусы. Первый проще реализовать, о чем говорят списки поддерживаемого оборудования и членов консорциума. Минус ONVIF — нет строгого требования соблюдения стандарта. Если реализация сервисов у одного производителя позволяет осуществить доступ, например, к списку пользователей, то другой производитель такой доступ запрещает. PSIA же требует полной реализации своего API, что более трудозатратно, но позволяет достигнуть полной совместимости оборудования.

Можно посоветовать не использовать ASP-, Extended- и High-профили для отображения, потому как это чревато или большим количеством артефактов, или задержками при воспроизведении. Лучше всего такие данные сразу отправлять на запись

Таким образом, сообщество разработчиков и производителей систем сетевого видеонаблюдения имеет перед собой две задачи — разработать стандарты для систем видеонаблюдения и разработать кодек, удовлетворяющий этим стандартам. В России первой ласточкой стал ГОСТ Р 54830-2011, позволяющий сравнивать кодеки между собой (или один и тот же кодек с разными настройками). ГОСТ не позволяет сравнивать между собой кодеки из разных семейств. То есть нельзя сравнивать MJPEG и MPEG-4, но можно сравнивать, например, MPEG-4 Simple Profile и MPEG-4 ASP.

В мировом масштабе вопросами стандартизации занимается Международный электротехнический комитет (МЭК, IEC). За вопросы систем безопасности и видеонаблюдения отвечает ТК 79. Очередное заседание ТК 79 прошло 27-28 июня 2012 г. в подмосковной Дубне. В рабочую программу разработки стандарта МЭК были внесены предложения из стандарта GB/E 28181-2011 от Китайской Народной Республики. Этот стандарт описывает требования к передаче информации, подключению и управлению. Также в рабочую программу были включены предложения России по введению дополнительных требований к компрессии видеоданных на базе ГОСТ Р 54830-2011. ТК высоко оценивает инициативу российских органов стандартизации. Можно предполагать, что российские наработки в этой области скоро станут и общемировыми. Пока же мы имеем замкнутый круг из большого количества новых технологий и подходов к разработке IР-видеонаблюдения.

Редакция: Труш Борис Викторович ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ В КРАСНОДАРЕ

Если Вам понравилась статья, то нажмите кнопку социальной сети — Поделитесь с друзьями

 

Вы можете пропустить чтение записи и оставить комментарий. Размещение ссылок запрещено.

Оставить комментарий

ЗАКРЫТЬ
Seo wordpress plugin by www.seowizard.org.