Проектирование систем видеонаблюдения

Как рассчитать необходимый трафик для передачи видеосигнала?
В прошлый раз мы остановились на обсуждении того факта, что очень часто камеры с IP-выходом загружают сеть намного меньше, чем стандартные системы на основе камер с аналоговым выходом и видеорегистраторов. Это происходит за счет того, что камеры с IP-выходом имеют встроенный буфер записи, в котором хранится текущая информация. Только в случае включения детектора движения и поступления сигнала о необходимости предзаписи и записи по детектору движения эта информация начинает транслироваться на центральный видеосервер. Это бывает очень важно для построения систем с большим числом видеокамер без создания мощных трансляционных сетей. Какова же реальная загрузка сети подобной камерой? Рассмотрим этот вопрос на примере камеры с IP-выходом одного из известных производителей.
Управляемая в оперативном режиме, используя собственный формат сжатия, эта камера занимает трафик размера 1–1, 5 Mбит/с, передавая изображения хорошего качества (мегапиксельное) с полной скоростью передачи кадров. Однако это значение может удвоиться, когда изображения сохраняются. Чтобы уменьшать скорость загрузки сети, камеры предлагают опцию выбора другой скорости передачи кадров во время записи, чем для оперативного изображения. Загрузка трафика 15–20 камерами, работающими в оперативном режиме, составляет 30–40 Mбит/с. Чтобы избегать задержек дисплея, практическая сетевая загрузка не должна превысить 30–40%, т. е. 30–40 Mбит/с в 100-Mбит/с сети. Это соответствует 15–20 оперативным камерам с полной скоростью передачи кадров. По этой причине желательно использовать коммутатор, который обеспечивает большую пропускную способность сети в двух из ее терминалов, на подключении к PC дисплея и, возможно, на подключении к PC памяти.
Приведем теперь пример расчета трафика для стандартного видеорегистратора:
Считаем, что – 25 кадров/с – режим реального времени – скорость передачи кадров в режиме реального времени.
Ориентировочный размер одного кадра при сжатии приведен в таблице 1. При составлении этой таблицы считалось, что используется формат сжатия Wavelet, размер кадров приведен в Мбайтах. Разумеется, в расчетах приводится ориентировочный размер кадра для приблизительной оценки. Так как в потоке, получаемом после сжатия, существуют опорные кадры и разница между ними, справедливо говорить о битрейтах. Кроме того, размер потока меняется в зависимости от степени информационности кадра и наличия сменяющих друг друга событий на сцене. Для расчета выберем цветное изображение с разрешением 704 х 576 с размером 50 кбайт согласно таблице1.
Всем понятно также, что размер трафика обычно описывается в битах (напоминаем, что обычно 1байт = 8 бит).
В результате получаем:
50 кбайт х 8 х 25 к/с = 10 000 кбит/с = 9,77 Мбит/с – размер трафика для трансляции сигнала с одной видеокамеры с высоким разрешением в режиме «живого видео» 25 к/с.
Таким образом, разница в размере трафика между камерами с IP-выходом с встроенным буфером для информации и камерами с аналоговым выходом, транслирующим сигналы через видеорегистратор, составляет почти порядок в пользу камер с IP-выходом.
Если надо подключить несколько видеокамер, то размер трафика увеличивается в это же число раз. Таким образом, системы видеонаблюдения высокоинформативны, объем передаваемой информации и данных в них значительно выше, чем, например, в охранно-пожарной сигнализации.
Не будем забывать, что во всех сетях, работающих по протоколам TCP/IP, определённый объем занимает служебная информация (около 50 байт).
Поэтому, чтобы получить результат от функционирования систем видеонаблюдения и контролировать с их помощью происходящее, операторам, которые находятся в пункте дежурства охраны объекта или на централизованном пункте сбора информации, необходимо построить среду передачи данных, которая обеспечивает надежность и качество не только при создании и обработке видео и тревожных сигналов, но и на этапе передачи полученных сигналов на некоторое расстояние. Используемые сети передачи данных должны обеспечивать двунаправленную передачу видеоизображения, звука, информации с тревожных входов, запросы нескольких пользователей, встречные управляющие сигналы. Чтобы передать эту информацию достаточного качества и с высокой скоростью, надо использовать широкополосные и высокоскоростные сети. Это определяется количеством оборудования на объекте, параметрами передаваемой информации и, конечно, типом применяемых систем безопасности. Создание сетей передачи данных регламентируется международным стандартом ISO/ISE 11801. В нем пропускная способность сетей, которым присваивается определенная категория, увязывается с качеством и типом кабеля (витой пары или оптического кабеля), качеством коннекторов, коммутационных шкафов, качеством и способами монтажа разъемных соединений. Другая немаловажная часть сетей передачи данных – это усилители сигнала для витой пары, активные IT-коммутаторы, волоконно-оптические коннекторы и т. д.
Для того чтобы гарантированно обеспечить передачу данных по сетям, их необходимо строить с применением категорий структурированных кабельных систем.
СКС – слаботочная телекоммуникационная кабельная система, обслуживающая все инженерные системы предприятия, расположенные в его зданиях и на его территории. СКС имеет стандартизованную структуру и топологию, использует только стандартизованные компоненты (кабели, распределительные устройства, разъемы и т. д.)‏. СКС обеспечивает стандартизованные электромагнитные параметры (затухание, ширину полосы пропускаемых частот и др.) линий связи, организованных с ее помощью.

Управляется (администрируется) стандартизованными методами.
Категории СКС:
– категория 5: до 100 МГц, локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с (класс D);
– категория 6: до 250 МГц, локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с (класс E);
– категория 7: до 600 МГц, локальные сети со скоростью передачи данных до 1000 Мбит/с (класс F).
Для передачи видеосигнала на весьма значительные расстояния обычно после окончания линий СКС применяется аппаратура, преобразующая информацию в непрерывный высокоскоростной поток Е1. Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot – TS) от 0 до 31.
Помимо определения размера трафика весьма важной и непростой задачей является определение числа источников питания видеокамер, их мощности и мест, где их возможно и наиболее оптимально установить.
Пример расчета организации напряжения питания по сети для камеры с IP-выходом. Сетевой источник питания на 30 В, питание подается по 7 и 8 жилам витой пары. Камера потребляет 24 В (6) В, ток 100 мА. Согласно международному стандарту ISO/IEC11801 витая пара категории 5 (класс D) 100 МГц со скоростью передачи данных 1ГГб/с имеет сопротивление не более 20 Ом на 100 м (реально около 2 Ом на 100 м). На 300 м витой пары падает не более 6 В напряжения. Поэтому источник питания можно подключить на расстоянии около 300 м от камеры. Для более точных расчетов необходимо тестировать структурированную кабельную систему.

Инсталляция системы видеонаблюдения
Рассмотрим некоторые аспекты инсталляции систем видеонаблюдения. Инсталяция включает монтаж камер, установку, наладку и программирование видеорегистратора или видеосервера, наладку всей системы целиком, которая осуществляется в следующей последовательности:
– регулировка объектива;
– проверка качества видеосигнала при низкой освещенности;
– проверка качества видеосигнала при нормальном освещении;
– проверка отсутствия засветки.
Согласно существующим нормативным документам система видеонаблюдения создается с возможностью подключения резервного электропитания, которое необходимо при пропадании напряжения основного источника питания. В качестве резервного источника питания может использоваться резервная сеть переменного тока или источники питания постоянного тока. Номинальное напряжение резервного источника питания постоянного тока составляет 12, 24 В. Переход на резервное питание происходит автоматически без нарушения установленных режимов работы и функционального состояния системы. При переходе на резервное электропитание выдается световой и/или звуковой сигнал. Резервный источник питания обеспечивает выполнение основных функций системы, указанных в ТУ, при пропадании напряжений в сети на время не менее 0,5 ч.
Приведем пример построения и проектирования системы видеонаблюдения.
Отметим, что при создании цифровых систем видеонаблюдения в настоящее время наиболее часто используются цифровые видеорегистраторы. Они коммутируют сигнал с нескольких видеокамер, оцифровывают его, обеспечивают мультиплексирование изображения, сжимают изображение и передают его в сеть, делая доступной для определенного числа рабочих мест, а также обеспечивают взаимодействие датчиков через тревожные входы с системой видеонаблюдения. Одной из основных функций видеорегистраторов является запись изображения, создание архива и системы поиска происшествий в архиве. Также видеорегистраторы обеспечивают возможность подключения и управления поворотными видеокамерами. Матричные коммутаторы одновременно с видеорегистраторами применяются при построении очень крупных систем видеонаблюдения. В таких системах для повышения надежности крупных систем видеонаблюдения на видеорегистраторы возлагается функция оцифровки, трансляции в сеть и создание архива. Управленческие функции оставляются матричным коммутаторам. Практика применения подобных отчасти дублирующих изделий (видеорегистратора высокого класса с наличием управляющих функций и матричного коммутатора) является общеизвестной мировой и используется не для удорожания системы, как может показаться на первый взгляд, а именно для повышения ее надёжности и увеличения сроков бесперебойной работы.
Для создания крупных видеосистем с получением видеоизображения в реальном времени и передачей видеоизображения в удаленную сеть, как правило, используются дорогостоящие матричные микропроцессорные коммутаторы.

Пример: для охраны фабрики используются 16 видеокамер, для записи и хранения архива применяется 16-канальный видеорегистратор.
Изображение с камеры, расположенной на проходной, записывается постоянно в рабочее время (с 6.00 до 21.00 понедельник – пятница) и по детектору движения в остальное время, а изображения в серверной – только по детектору движения. Длительность хранения и записи информации в архиве видеорегистртора – 100 часов с разрешением 720 х 576 пк. Для обеспечения такого объема архива требуется объем внутреннего накопителя – 1Тб.
Главный пост наблюдения расположен в административном здании, оснащен аналоговыми мониторами и рабочей станцией с мониторами. Пост функционирует круглосуточно, на мониторе рабочей станции отображается мультикартинка (комбинированное изображение от 16 камер), а 4 монитора предназначены для вывода изображений тревожных камер или любых выбранных. Выбор камер для индивидуального просмотра на аналоговых мониторах осуществляется с клавиатуры матричного коммутатора. Пользователь рабочей станции имеет права управления поворотными камерами, поиском изображений в архиве видеорегистратора, отправкой изображений по электронной почте, выводом изображений от камер на мониторы.
Вспомогательный пост наблюдения расположен в помещении проходной. Оборудован аналоговым монитором и клавиатурой. На монитор по команде с клавиатуры выводится изображение от любой из 16 камер.
Также видеонаблюдение осуществляется на аналоговых мониторах, расположенных в служебных кабинетах руководителя службы безопасности комплекса и администратора системы безопасности (технический специалист). Выбор выводимых изображений осуществляется с соответствующих клавиатур. В этих кабинетах расположены также рабочие станции для управления видеорегистраторами. На рабочие станции устанавливается стандартное ПО, поставляемое в комплекте с оборудованием.
Матричные коммутаторы имеют модульную конструкцию, которая определяется количеством камер и структурой постов наблюдения (клавиатуры, рабочие станции, мониторы).
В заключение пример из зарубежного опыта. Благодаря многомиллионному гранту департамента внутренней безопасности США в аэропорту Хьюстона установлена система контроля периметра, оснащенная радарным видеонаблюдением на базе матричных коммутаторов. Телекамеры привязаны к координатной сетке, чтобы обеспечить распознавание целей, обнаруженных как наземными радарами, так и видеоаналитической системой. Комбинация систем наземного радара и аналитического видеонаблюдения, связанная в единую систему управления безопасностью, дает аэропорту возможность полного контроля и оценки действий всех систем и служб безопасности, от взлета и посадки до крайних точек периметра, причем в пределах единого графического интерфейса. В системе использованы сложнейшие фиксированные и панорамирующие видеокамеры инфракрасного видения.