- - - - - -

ТИПЫ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ ОХРАННОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
(современные технические решения цифровой видеорегистрации)

Функции записи, хранения и воспроизведения видеоизображений (видеорегистрации событий) в современных системах охранного видеонаблюдения выполняет, как правило, цифровой видеорегистратор определенного типа (в IP-системах наравне с сетевыми видеорегистраторами используются видеосерверы.) На практике, его выбор определяется:

• кругом задач видеоконтроля, которые решаются охранной системой наблюдения;
• ценой оборудования (не секрет, что стоимость видеорегистраторов разных типов могут отличаются в несколько раз).

Поэтому потенциальному пользователю современной системы охранного видеонаблюдения важно знать конструктивные особенности, технические возможности, достоинства и недостатки различных видеорегистраторов.

В данной статье мы опишем современные виды систем видеонаблюдения, в которых используются различные типы видеорегистраторов. О том, как решаются задачи видеорегистрации в сетевых системах видеонаблюдения на основе IP-камер, рассказано в отдельной статье (см. «Особенности сетевых систем ip-видеонаблюдения») .

Цифровые видеорегистраторы бывают:

1. Полностью аппаратные.
2. Созданные на базе персонального компьютера (ПК).
3. На базе ПК с дополнительной аппаратной (DSP) компрессией.

Рассмотрим особенности работы систем охранного видеонаблюдения соответственно типу используемых в них видеорегистраторов.

СИСТЕМА ОХРАННОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ С АППАРАТНЫМ ВИДЕОРЕГИСТРАТОРОМ

Такая система появилась в качестве изначального конструктивного решения замены аналоговой видеорегистрации в системах видеонаблюдения цифровой. В ней используется так называемый аппаратный видеорегистратор, представляющий собой электронный модуль с программным обеспечением и аппаратными средствами записи, хранения, поиска и передачи изображения. Такой прибор с успехом заменяет в аналоговых системах видеонаблюдения мультиплексор и видеомагнитофон. Оцифрованные видеосигналы записываются в нем на жесткий диск. Управляющая панель очень похожа на панель бытового видеомагнитофона. Неопытный пользователь легко освоит управление таким прибором и с помощью клавиш управляющей панели сможет осуществлять воспроизведение, поиск изображений и удаление записей с жесткого диска.

Аппаратные видеорегистраторы сравнительно надежны, но не отличаются широкой функциональностью. Поэтому их использование в разветвленных системах видеонаблюдения со сложными конфигурацией и задачами видеоконтроля, а также в интегрированных системах безопасности очень проблематично (но возможно ‒ с подключением внешней специальной аппаратуры). Иногда практикуется интеграция аппаратных видеорегистраторов с ПК (на компьютере должен быть при этом установлено соответствующее программное обеспечение). Тогда операторы системы видеонаблюдения получают возможность дистанционного управления видеорегистратором.

А вот теперь можно говорить о достоинствах и недостатках систем охранного видеонаблюдения с аппаратным видеорегистратором.

Достоинства:

• Такими системами управлять несложно.
• Они достаточно надежны и стабильны в работе.
• Их стоимость сравнительно невелика.

Недостатки:

• Для ряда задач их функциональность несколько ограничена.
• Они неудобны для построения и расширения разветвленных сетей сложной конфигурации.
• Они медленно обрабатывают видеопоток, поступающий на входные каналы регистратора с нескольких видеокамер.

Несмотря на существенные недостатки вышеописанных систем видеонаблюдения, их востребованность на рынке аппаратуры, предназначенной для обеспечения безопасности различных объектов, достаточно высока. Во-первых, дело решает невысокая цена, а во-вторых, многих потребителей устраивает общедоступная функциональность таких систем, не требующая овладения сложными навыками управления оборудованием.

СИСТЕМА ОХРАННОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ С ВИДЕОРЕГИСТРАТОРОМ НА БАЗЕ ПК

В такой системе возможности цифровой видеорегистрации раскрываются наиболее полно ‒ за счет того, что процесс записи видеопотока, архивирования и воспроизведения изображения организуется на компьютерной платформе. Видеорегистратор здесь представляет собой электронное устройство, по своему внешнему виду, конструкции, набору комплектующих и архитектурным решениям максимально приближенное к системному блоку персонального компьютера. В качестве ОС в нем, так же, как и в подавляющем большинстве ПК, используется системы класса Microsoft Windows или UNIX.

Тем не менее, отличия видеорегистратора, созданного на базе ПК, от стандартного компьютера существенны. Надо учитывать, что такой видеорегистратор ‒ являясь центральным элементом оборудования круглосуточно работающей системы охранного наблюдения ‒ непрерывно обрабатывает громадные объемы видеоинформации. Поэтому в нем, как правило, устанавливаются один или несколько жестких дисков большой емкости; одна, а чаще ‒ несколько, плат видеозахвата (устройства преобразования аналогового видеосигнала в цифровой) с соответствующим программным обеспечением. Несомненно, требования к производительности и надежности работы такого «компьютера» не идут ни в какое сравнение с аналогичными требованиями к стандартному ПК.

В данном типе видеорегистраторов оцифрованный в процессе видеозахвата поток видео подвергается в центральном процессоре компрессии (сжатию) ‒ посредством работы специальной программы сжатия данных – видеокодека.

Таким образом, процесс получения, обработки видеопотока и его записи в системе охранного видеонаблюдения с видеорегистратором, созданным на базе ПК, можно представить так, как показано на рис. 1.

Рис.1. Процесс получения, обработки видеопотока и его записи в системе охранного видеонаблюдения с видеорегистратором,
созданным на базе ПК.

Достоинства такой системы:

• В ней возможно использование самых современных достижений в технологиях цифровой видеорегистрации и сетевой передачи данных.
• Она имеет широкую функциональность.
• Она имеет дружелюбный, интуитивно понятный интерфейс.
• Она идеально подходит для решения задач масштабирования сетей и интеграции систем безопасности.

Недостатки:

• Потолок производительности существующих центральных процессоров и пропускной способности PCI (шин ввода-вывода) является причиной замедления работы такой системы при наличии в ней достаточно большого количества видеокамер.
• Использование в такой системе стандартных, универсализированных ОС (Windows, Linux), в недостаточной степени отвечающих специфическим задачам видеорегистрации, не позволяет надеяться на высокий уровень стабильности функционирования системы.

Если говорить о спросе на системы охранного видеонаблюдения, в которых в той или иной модификации используются видеорегистраторы, созданные на базе ПК, то вышеописанные системы оказываются востребованы пользователями в восьми случаев покупок из десяти. Остальные две покупки приходятся на систему, которую мы рассмотрим ниже.

СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ С ВИДЕОРЕГИСТРАТОРОМ НА БАЗЕ ПК С АППАРАТНЫМ СЖАТИЕМ ДАННЫХ

Первым и основным недостатком системы видеонаблюдения с видеорегистратором, созданным на базе ПК, является ограниченная производительность центрального процессора (ЦП).

Необходимость компрессии объемного потока видеоданных существенно замедляет его работу. Напрашивается решение: «разгрузить» ЦП введением дополнительных процессорных мощностей, предназначенных исключительно для сжатия данных.

Такое решение технически реализовано в системе охранного видеонаблюдения с видеорегистратором, созданным на базе ПК с аппаратным сжатием данных. Ее принципиальное отличие от вышеописанной системы заключается в следующем. В архитектуру видеорегистратора, созданного на базе ПК, включено несколько DSP ‒ цифровых сигнальных процессоров. Платы DSP и соответствующиее программнное обеспечение осуществляют так называемую «аппаратную компрессию» видеопотока в режиме реального времени. При этом:

• ЦП (микропроцессор) разгружается и полноценно, с заданной его характеристиками скоростью, выполняет свои основные функции.
• По шине PCI передается видеопоток, уже подвергнутый компрессии.

Пропускной способности шин для сжатой видеоинформации хватает с избытком. А это значит, что появляется возможность организовать более разветвленную систему камер наблюдения (до тридцати двух видеокамер), информация от которых будет обрабатываться с подходящей для уверенного видеоконтроля скоростью.

Процесс получения, обработки видеопотока и его записи в системе охранного видеонаблюдения с видеорегистратором, созданным на базе ПК с аппаратным сжатием данных, можно представить так, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Процесс получения, обработки видеопотока и его записи в системе охранного видеонаблюдения с видеорегистратором,
созданным на базе ПК с аппаратным DPS-сжатием данных.

Таким образом, список достоинств такой системы, включая в себя все преимущества, которые дает цифровая видеорегистрация на базе ПК (см. предыдущий раздел статьи), пополняется одним существенным пунктом: «Производительность системы позволяет проводить обработку (оцифровка, компрессия, передача по PCI, запись) видеопотока от нескольких (до тридцати двух) видеокамер с достаточной для уверенного видеоконтроля скоростью».

Недостатки такой системы:

• Недостаточная стабильность, которой, впрочем, характеризуются все системы с видеорегистратором на базе ПК (об этом мы говорили в предыдущем разделе статьи).
• Необходимость постоянного обновления программных моделей для DPS-плат аппаратной компрессии (в целях поддержания должной производительности системы) в соответствии с постоянно совершенствующимися программными алгоритмами и кодами сжатия видеоданных.

О последнем пункте в списке недостатков поговорим подробнее.

Задачи алгоритмизации управления компрессией видеоданных и программирования процессов сжатия видеопотока (создания видеокодеков) предоставляют разработчикам богатые возможности для постоянного совершенствования ранее найденных и поиска новых решений. Они периодически внедряют в разработку все новые и новые программные инструменты, позволяющие получить более высокую степень сжатия видеопотока с меньшими потерями информации.

Если владелец системы охранного видеонаблюдения с видеорегистратором, созданным на базе ПК с аппаратным сжатием данных, хочет, чтобы она соответствовала высоким требованиям современных технологий, он должен озаботиться регулярным обновлением программного обеспечения плат DSP. Но вот в чем трудность. В системе без аппаратного сжатия данных все просто: если новыая версия ПО (программного обеспечения) совместима с операционной системой, она достаточно легко инсталлируется как обновление старого. А вот в случае аппаратного сжатия данных так сделать нельзя. Программное обеспечение видеокомпрессии инсталлируется производителем в чипы памяти плат DSP. Его замена требует от владельца системы высокой IT-квалификации и немалых трудозатрат. Ему проще установить в видеорегистратор новые платы с «продвинутым» софтом. Но делать это придется не реже чем раз в полгода и может оказаться накладным.

Решение этой проблемы есть. Существует возможность использования FPGA ‒ программируемых пользователем вентильных матриц. Они позволяют перепрограммировать чипы памяти плат DSP (для этого существуют специальные алгоритмы) путем инсталляции обновления видеокодеков и алгоритмов обработки видеоданных через операционную систему. Это позволяет продлить срок жизни плат DSP практически до того момента, пока они не придут в негодность вследствие технического износа.

Как мы уже говорили, вышеописанная система покупается теми потребителями, кто собирается иметь систему охранного видеонаблюдения с видеорегистраторами на базе ПК, в двух случаях из десяти. Причина низкого спроса проста ‒ сравнительно высокая стоимость продукта с учетом всех недостатков, присущих системам такого типа.

Надо сказать, что технические решения, компенсирующие почти все недостатки систем охранного видеонаблюдения с видеорегистраторами на базе ПК (с аппаратной компрессией данных и без нее), существуют. Перечень наиболее существенных недостатков и возможные пути их преодоления представлены в нижеследующем списке.

1. Низкая стабильность работы системы, обусловленная типовыми конфигурациями в архитектуре стандартных операционных систем. Может быть устранена за счёт:
   • использования профессиональных бизнес-версий операционных систем (например, таких как Windows XP Embedded),
   • применение модулей автоматической диагностики программной и аппаратной части оборудования (например, Watchdog),
   • построение системы на базе исключительно промышленных версий составляющих ее компонентов,
   • проведение тестирования на уровне законченной системы, не ограничиваясь проверкой плат отдельных ее модулей.
2. Сбои в работе операционной системы по причине возможных дефектов или повреждений жестких носителей информации HDD можно предотвратить, если записать программные составляющие ОС, а также ядро системы на картах памяти (например, Compakt Flash) которые характеризуются высокой стабильностью и открывают доступ данным только в режиме чтения.
3. Ограничения по работоспосбности центрального процессора и пропускной способности PCI-шины устраняются путем использования для компрессии видеопотока аппаратных DSP-плат, разгружающих таким образом ЦП и повышающих производительность системы до уровня оцифровки и сжатия многоканальных потоков видеоданных (до 32 камер).
4. Сложностей, возникающих при необходимости регулярного обновления алгоритмов сжатия данных в системах с DSP-платами аппаратной компрессии, можно избежать путем использования технологий (например, EPGA-EEPROM) программной перепрошивки аппаратной части DSP-плат.

Но это, вообще говоря, дорогостоящие решения. Поэтому системы, в которых они реализуются, приобретаются, как правило, владельцами крупных предприятий и фирм. И только в таких случаях, когда на объекте требуется установить режим повышенной безопасности (потенциальные потери при его неконтролируемом нарушении намного превышают затраты на приобретение, установку и эксплуатацию оборудования). Следует отметить, что эксплуатация крупной и современной системы охранного наблюдения вследствие ее высокой технологичности обходится владельцу несравнимо дешевле, нежели ее приобретение.