18.06.2009. Цифровой экскурс

Редкий заказчик сегодня согласится на приобретение системы видеонаблюдения без функции цифровой записи. Однако новые технологии развиваются так быстро, что разброс технических характеристик и функциональных возможностей цифровых записывающих устройств оказывается еще больше, чем во времена видеокассет.

В этих условиях особенно важно знать, на что следует обращать внимание в современных системах цифровой записи, и иметь представление о последних тенденциях, определяющих общее направление развития этой отрасли в ближайшем будущем.

Прежде всего, необходимо разобраться в классификации цифровых записывающих устройств. Теоретически, цифровые записи можно сохранять и на обычную видеопленку, как это делается сегодня во многих потребительских видеокамерах. Но применительно к системам CCTV под цифровой записью, как правило, понимается запись на жесткие диски, аналогичные винчестерам офисных компьютеров (хотя и с некоторыми отличиями, о чем будет подробно рассказано ниже).

Цифровые записывающие устройства можно разделить на две основных категории: цифровые видеомагнитофоны (DVR) и сетевые записывающие устройства (NVR). Названия не совсем удачные, поскольку и в тех, и в других применяются системы цифровой записи, а цифровые видеомагнитофоны могут точно так же подключаться к сети. Разница только в том, как к записывающему устройству подсоединяются камеры.

В сочетании с DVR, как правило, используются аналоговые камеры с подключением по обычным коаксиальным кабелям. В случае с NVR камеры соединяются с записывающим устройством по сети.

На практике, многие современные цифровые видеомагнитофоны предлагаются в гибридном формате и могут использоваться как в сочетании с обычными аналоговыми камерами, так и с камерами, подключенными по компьютерной сети. С другой стороны, с сетевыми записывающими устройствами также можно использовать аналоговые камеры – главное, чтобы они были оборудованы модулями сетевого интерфейса (в частности, кодеками). Большинство DVR и все без исключения NVR позволяют использовать сетевое подключение для передачи изображения в записи или в прямом эфире на один или несколько наблюдательных пунктов, а также для удаленного управления.

Высокая скорость, высокая пропускная способность

Теоретически, сетевые системы обладают повышенной гибкостью и оказываются намного дешевле в установке, поэтому NVR сегодня пользуются гораздо большей популярностью, чем цифровые видеомагнитофоны. Сети с дублированными резервными элементами и архивами-зеркалами позволяют восстановить утраченные данные в случае критического сбоя и быстро превращаются в один из важнейших элементов надежной системы безопасности.

Появление высокоскоростных широкополосных сетей создало условия для развертывания крупномасштабных интегрированных систем на базе NVR, которые стали неотъемлемым компонентом пакета мер безопасности. Однако и гибридные DVR просуществуют на рынке еще долго – благодаря своей многофункциональности, компактности и простоте подключения к стандартному и устаревшему оборудованию.

Другим важным фактором, который следует принять во внимание при выборе цифрового записывающего устройства, является его емкость. Разумеется, по мере уменьшения стоимости гигабайта свободного пространства емкость цифровых носителей все возрастает, но здесь есть ряд подводных камней. Емкость цифрового записывающего устройства в гигабайтах – величина понятная и определенная, но сколько на него войдет часов записи, зависит от целого ряда факторов.

Самый очевидный из них – частота кадров. Грубо говоря, сокращение частоты кадров в два раза вдвое увеличивает продолжительность записи на цифровой носитель определенного объема.

Выбор скорости записи определяется сферой применения записывающего устройства. В офисе или магазине, например, будет вполне достаточно двух кадров в секунду, а вот в казино, где камеры наблюдения должны фиксировать события, длящиеся порой лишь какие-то доли секунды, потребуется скорость записи не менее 25 кадров в секунду.

Стоит также отметить, что при записи видео со звуком частота кадров должна составлять как минимум 12,5 в секунду, чтобы картинка совпадала с аудиозаписью.

Емкость и разрешение

Разрешение изображения тоже непосредственно влияет на емкость цифрового носителя. Самое низкое из распространенных разрешений – CIF (352x288 пикселей), но сегодня все чаще используют разрешение 2CIF (704x288), 4CIF (704x576) и D1 (720x576). Кроме того, значительно возрастает популярность мегапиксельных видеокамер с еще более высоким разрешением. Чтобы примерно представить себе порядок цифр: один кадр записи с разрешением CIF и сжатием MPEG-4 весит около 10 Кб, с разрешением 4CIF – около 40 Кб, с разрешением 1 МП – от 80 до 200 Кб.

Ясно, что запись с более высоким разрешением требует гораздо больше свободного пространства, но в реальности все оказывается далеко не так однозначно.

Например, для покрытия большой площади наблюдения вместо множества камер с низким разрешением обычно применяют несколько мегапиксельных камер. Это объясняется тем, что несколько мегапиксельных камер дают не менее (если даже не более) подробное изображение, чем целый ряд камер с низким разрешением. Так что при вычислении объема необходимого свободного пространства стоит принимать во внимание и этот фактор.

Во всех цифровых видеомагнитофонах изображение сжимается перед записью на диск. Технологии сжатия изображений развиваются на протяжении уже многих лет, и сегодня самым распространенным алгоритмом сжатия является MPEG-4. Существует множество разновидностей MPEG-4: например, формат MPEG-4 Part 10, более известный как H.264, в последнее время чаще всего применяется там, где необходима запись видео с высоким разрешением.

Подробнее о деталях

Вдаваться в технические подробности и относительные преимущества различных алгоритмов сжатия, разумеется, необязательно, но важно отметить одно: ни один из форматов не обеспечивает сжатие без потерь. Увеличение степени сжатия, без сомнения, продлевает продолжительность записи на диск определенной емкости, но приводит к снижению качества изображения.

Отсюда следует непреложное практическое правило: если емкость цифрового видеомагнитофона в часах записи кажется чересчур привлекательной, она, скорее всего, не имеет ничего общего с реальностью (особенно при столь же привлекательной цене). Всегда настаивайте на предоставлении вам подробных расчетов емкости жесткого диска с четко указанными частотой кадров и разрешением записи.

Теперь перейдем к оборудованию. До недавних пор в цифровых видеомагнитофонах использовались практически такие же жесткие диски, что и в офисных компьютерах, но сегодня ведущие производители оптимизируют свои записывающие устройства в соответствии со спецификой систем CCTV.

Главными отличительными чертами таких оптимизированных устройств являются надежность и эффективный механизм охлаждения. Жесткие диски для цифровых записывающих устройств рассчитаны на непрерывную круглосуточную работу и не перегреваются, даже если сам прибор стоит в плохо вентилируемом замкнутом пространстве (как это чаще всего и бывает).

Надежность – без сомнения, одно из самых главных требований к системе видеонаблюдения. На сегодняшний день надежность цифровых записывающих устройств обеспечивается за счет использования систем RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks – избыточный массив недорогих дисков). Однако далеко не все конфигурации RAID способствуют повышению сохранности данных.

Системы RAID 0 чаще всего применяются для увеличения скорости записи – например, для одновременной записи с нескольких камер или для повышения качества изображения. Однако дополнительной безопасности данных они не обеспечивают — для этих целей обычно применяются системы RAID 1 или RAID 5.

В конфигурации RAID 1 изображение со всех камер видеонаблюдения записывается на две группы жестких дисков. С одной стороны, для этого требуется в два раза больше дисков, но с другой, при поломке одного из них запись сохраняется на другом, что предотвращает утрату данных.

Меньше дисков, меньше скорость записи

Конфигурация RAID 5 оказывается несколько сложнее. Данные записи здесь распределяются (или, говоря техническим языком, «расслаиваются») между несколькими жесткими дисками. Кроме того, система сохраняет данные четности, которые используются для восстановления записи при сбое одного из дисков.

Система RAID 5 включает в себя меньше жестких дисков, чем RAID 1, но и скорость записи у нее обычно ниже. Бывают и другие конфигурации RAID, помимо этих трех, но в системах видеонаблюдения они применяются редко.

Многие современные записывающие устройства позволяют работать и со съемными носителями данных – как правило, с жесткими дисками в USB-контейнерах, а в некоторых конфигурациях RAID – даже с несколькими съемными дисками. Это особенно удобно для передачи записей, например, в правоохранительные органы, но с точки зрения безопасности такой способ хранения данных, конечно, менее надежен, чем встроенные накопители. Съемный жесткий диск украсть гораздо легче, чем целый цифровой видеомагнитофон!

Поговорим теперь о том, как осуществляется передача записей для внешнего использования – например, для демонстрации в суде. Большинство современных записывающих устройств позволяет переносить записи на CD- или DVD-диски, а в ближайшем будущем появится даже возможность записывать данные камер видеонаблюдения с высоким разрешением на высокоемкие диски Blu-Ray. Сегодня приводы Blu-Ray уже устанавливают в обычные компьютеры, а емкость таких дисков намного выше, чем у DVD.

Как ни странно, самые инновационные решения – далеко не всегда самые практичные. Например, в судебной системе новые технологии приживаются с таким трудом, что и до сих пор во многих судах видеозаписи можно демонстрировать только на видеокассетах. Поэтому при выборе цифрового записывающего устройства стоит обращать особое внимание на наличие композитного выхода для записи на эти устаревшие носители.

Массивы твердотельных дисков

Дальнейшая эволюция цифровых носителей будет наверняка вращаться вокруг массивов твердотельных дисков (как только высокоемкие накопители такого рода будут испытаны и появятся в продаже).

Задумываясь о будущем, стоит учитывать и такой актуальный вопрос, как анализ полученных видеозаписей. Возросшая мощность современных компьютеров позволяет использовать очень сложные системы анализа изображения, возможности которых простираются далеко за рамки систем обнаружения движения.

Изощренные системы анализа видеозаписей можно использовать не только для подачи тревожных сигналов в режиме реального времени, но и для автоматической отметки фрагментов записи, требующих более пристального внимания. Это избавит операторов от необходимости вручную перематывать многочасовые записи в поисках нужного момента. Такие технологии уже в ближайшем будущем получат широкое распространение, а значит, станут дешевле для конечного пользователя.

В заключение

В последнее время популярность крупномасштабных систем видеонаблюдения на базе NVR неуклонно возрастает, что становится возможным благодаря появлению оптико-волоконных сетей, обеспечивающих высокоскоростное широкополосное подключение. Такие системы значительно облегчают централизованное хранение данных, и это позволяет надеяться, что уже в ближайшем будущем центральные пункты наблюдения смогут сохранять видеозаписи с камер наблюдения всех своих клиентов, вместо того, чтобы просто осуществлять мониторинг на наличие тревожных признаков.

А в не столь отдаленном будущем возможно даже появление общегосударственной сети систем безопасности, с помощью которой авторизованные пользователи из любой точки страны смогут получить доступ к видеозаписям любой коммерческой системы наблюдения.