Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Hybrydowy rejestrator H.264 Divar XF. Druga odsłona - firmware 2.5

Printer Friendly and PDF

lead.jpgZadanie rejestratorów cyfrowych jest proste. Mają archiwizować obrazy, zachowując jak najwyższą jakość, a jednocześnie przechowywać możliwie jak największą ilość danych na dyskach o jak najmniejszej pojemności. Wymaga się od nich zarządzania obrazem w taki sposób, aby ułatwić wyszukiwanie i podgląd, a także obsługi alarmów oraz komunikacji w sieci TCP/IP.

Wymagania wobec obecnie produkowanych rejestratorów nie są zbyt wygórowane. Chcemy, aby urządzenia te kosztowały mniej niż ograniczone technologicznie multipleksery i magnetowidy używane wcześniej. Równocześnie wymagamy najwyższej jakości, redundancji zapisu, więcej korzyści, łatwiejszej instalacji i funkcjonowania, obsługi alarmów, a także szeregu innych cech użytkowych. Prawdą jest, że segment rynku tanich rejestratorów to niepewny grunt, jednak ci, którzy wiedzą, czego szukają, wkrótce będą mogli znaleźć bardzo dobre urządzenie.

Zdaniem niektórych niska cena usprawiedliwia niższą jakość obrazu. Inni wskażą na oferowane cechy użytkowe i funkcje, utrzymując, że są one ważniejsze niż obraz końcowy. Jeszcze inni stwierdzą z kamienną twarzą, że faktycznie nie potrzeba niczego lepszego niż obrazy w rozdzielczości CIF z częstotliwością odświeżania 10 obrazów/s.

Jakość

Ministerstwo Spraw Wewnętrznych (Home Office) w Wielkiej Brytanii, instytucja znana z zainteresowania rozwojem i wykorzystaniem systemów telewizji dozorowej przeciwko przestępczości w Europie, w najnowszym swoim opracowaniu wskazuje na to, że jakość jest jednym z tych elementów, które mają decydujący wpływ na to, czy materiały zgromadzone w systemie CCTV będą mogły zostać wykorzystane do dalszych działań operacyjnych. Obecnie niemal wszystkie systemy zapisu obrazu i dźwięku bazują na technologii cyfrowej. Dane są ­zapisywane w formie binarnej na twardych dyskach. Ze ­względu na ­ograniczoną pojemność tych ostatnich, ciągły zapis może prowadzić do nadpisywania najstarszych nagrań, przy czym sugerowany czas archiwizacji nie powinien być krótszy niż 31 dni i dłuższy niż jest to wymagane. Często chęć dłuższego przetrzymywania nagranego materiału przeważa nad wyborem rozsądnego poziomu stratnej kompresji podczas zapisu, co prowadzi do poważnych dysproporcji pomiędzy jakością obrazu oglądanego na żywo a jakością obrazu pochodzącego z zapisu, a przecież to właśnie materiał archiwalny jest niezbędny do dalszych postępowań wyjaśniających.

Dzięki implemetacji kompresji H.264 rejestrator hybrydowy Bosch Divar XF oferuje niższy koszt przechowywania danych bez utraty jakości obrazu, zmniejszenia częstotliwości odświeżania oraz skrócenia czasu przechowywania. Zapewnia także długi czas zapisu, 31 dni dla 24 kamer (w tym 16 kamer analogowych i ośmiu kamer IP), rejestruje 25 obrazów/s przez 24 h/dobę i gwarantuje jakość zapisu obrazu równą jego jakości „na żywo”, jednocześnie redukując szerokość pasma wymaganego w transmisji i zapisie.

Standard H.264 jest najnowszą innowacją (wywodzącą się z bardzo popularnych standardów kodowania sygnału wizyjnego MPEG-2 i MPEG-4) w technologii kompresji obrazu używanej przez firmę Bosch w celu zapewnienia wyraźnego obrazu, na którym widoczne są wszystkie szczegóły. Każdy detal obrazu jest zapisywany bez negatywnego wpływu na częstotliwość odświeżania, co niezwykle ułatwia rozpoznawanie takich obiektów, jak tablice rejestracyjne pojazdów lub twarze osób.

rys1.gif
Rys.1. Wydajność algorytmów różnych formatów kompresji przy różnych częstotliwościach odświeżania
(źródło: Bosch Security Systems, 2008)

 

Wykorzystując technologię H.264, urządzenia produkowane przez firmę Bosch są w stanie zredukować wielkość zapisywanych plików o ponad 80% w porównaniu do formatu Motion JPEG, o około 50% w porównaniu do tradycyjnego standardu MPEG-4 Part 2 oraz o około 30% w porównaniu do kompresji w formacie MPEG-4 – bez wpływu na jakość obrazu. Dzięki zastosowaniu kompresji H.264 BP+ rejestratory Bosch mają wyróżniające się osiągi w wymagających systemach dozoru ­wizyjnego w zakresie jakości obrazu oraz uzyskanej prędkości zapisu. Istotny jest fakt, że sama technologia H.264 nie jest synonimem wysokiej jakości obrazu, wąskiego pasma przepustowości lub mniejszego zapotrzebowania na pamięć masową. Wszystko zależy od sposobu, w jaki producenci implementują technologię H.264 w swoich urządzeniach.

rys2.jpg
Rys. 2. Testowa tablica firmy P.W. Delta widoczna na obrazie w podglądzie wizyjnym i w czasie odtwarzania
(źródło: Bosch Security Systems, 2008)

Rozbudowa

Systemy wizyjne rzadko mają stała strukturę. Ciągła zmiana ich struktury oraz zmienna liczba kamer i zintegrowanych urządzeń alarmujących wymaga, aby sposób zapisu był elastyczny i dawał możliwość dalszej rozbudowy systemu. Bazując na doświadczeniu, można wskazać setki projektów, w których w fazach początkowych branych pod uwagę było tylko 16 kamer. Obecnie są to jedne z większych systemów bezpieczeństwa, zawierające od kilkudziesięciu do kilkuset kamer zintegrowanych z systemami kontroli dostępu, ppoż. i SSWiN.

rys3.gif
Rys. 3. Schemat połączenia systemu wizyjnego wykorzystującego rejestratory Divar XF

 

Obsługa dwóch w pełni multipleksowanych monitorów przy jednoczesnym podłączeniu dwóch wyniesionych klawiatur umożliwia stworzenie dwóch niezależnych stanowisk obserwacyjnych bez konieczności użycia krosownicy wizyjnej. ­Utrzymanie logiki systemu w zakresie numeracji kamer i centralnego zarządzania sygnałami wizyjnymi wraz ze wzrostem ich liczby realizowane jest przez połączenie kaskadowe oferowane przez rejestrator Divar XF. Umożliwia to kontrolę nad nawet 384 kamerami bez konieczności zastosowania krosownicy. Liczba monitorów rosnąca wraz ze wzrostem liczby zastosowanych w systemie rejestratorów może zostać zredukowana dzięki użyciu Video Managera (LTC 2605), przełącznika sygnałów z wyjść wizyjnych (monitor A i B) rejestratorów na maksymalnie sześć monitorów dozoru centralnego, co pozwala na zwiększenie wydajności i efektywności pracy operatorów. Obsługa większej liczby klawiatur zapewniana jest przez moduł rozszerzeń LTC 2604, który umożliwia  podłączenie czterech klawiatur do systemu.

rys4.gif
Rys. 4. Górny schemat prezentuje standardowe rozwiązanie przekazywania danych wizyjnych i audio w sieciach TCP/IP, dolny – rozwiązanie „monitoring streaming” firmy Bosch zastosowane w rejestratorze Divar XF
(źródło: Bosch Security Systems, 2008)

 

Zapewniając obsługę systemów zawierającyh maksymalnie do 384 kamer, Divar XF przejął po swoim poprzedniku ­Divar-2 funkcję łączenia kolejnych urządzeń w jednej magistrali. Jest jednak pewna różnica – Divar XF umożliwia obsługę do ośmiu kamer sieciowych z kompresją H.264 z oferty firmy Bosch.

Pomimo cech charakterystycznych dla rozwiązania systemowego rejestratory Divar XF są niezwykle proste i intuicyjne w konfiguracji i obsłudze. Prostotę zawdzięczają ikonowemu menu, które prowadzi krok po kroku przez ustawienia zarówno globalne, jak i szczegółowe.

Po podłączeniu do sieci IP rejestratory umożliwiają podgląd obrazów bieżących i archiwalnych z kilku urządzeń jednocześnie, w tym również z rejestratorów Divar-2 (rejestratorów Divar poprzedniej generacji), na ekranie dowolnego komputera za pośrednictwem darmowej aplikacji Divar XF Control Center. Posiadając odpowiednie uprawnienia, użytkownik zdalny może dokonać archiwizacji materiału w jednym z dwóch formatów (natywny, Windows Media) i weryfikacji autentyczności archiwum. Wykorzystując aplikację Divar XF Control Center, administrator systemu zarządza całym systemem z dowolnego punktu styku z siecią IP.

W przypadku ograniczonej przepustowości sieci możliwe jest wykorzystanie innowacyjnego sposobu przekazu materiału wizyjnego, tzw. monitoring streaming. Polega on na multipleksowaniu wszystkich kanałów do jednego sygnału wizyjnego, który jest następnie zamieniany na formę binarną. Dzięki temu można otrzymać podgląd z szesnastu kamer przy wykorzystaniu pasma dla jednego strumienia wizyjnego. Inną możliwą korzyścią dla nadzorców służb ochrony mienia jest zdalny podgląd lokalnych akcji operatora na monitorach rejestratora.

Bezpieczeństwo

RAID (ang. Redundant Array of Independent Disks – nadmiarowa macierz niezależnych dysków) jest rozwiązaniem pozwalającym łączyć ze sobą dyski celem stworzenia pamięci masowej o dużej pojemności, szybkości i niezawodności.

Czasami mówi się o Redundant Array of Inexpensive Disks, czyli nadmiarowej macierzy tanich dysków, co dobrze odpowiada rzeczywistości, ponieważ można stworzyć dużą i niezawodną przestrzeń dyskową, używając dysków SCSI oraz niedrogich SATA.

Ryzyko utraty danych archiwalnych z powodu awarii dysku jest obecnie całkiem realne. Prawo Moore’a stwierdza, że w ciągu każdych pięciu lat pojemność dysków wzrasta dziesięciokrotnie, przy czym należy zaznaczyć, że niezawodność dysków nie idzie w parze z prędkością zwiększania woluminów. Wychodząc naprzeciw wymaganiom klientów, Bosch zaimplementował w rejestratorze Divar XF redundantny system zapisu danych RAID4, gdzie dane składowane są na N-1 dyskach. Ostatni dysk służy do przechowywania tzw. sum kontrolnych. Działa jak striping1, ale w macierzy jest dodatkowy dysk, na którym zapisywane są kody parzystości obliczane przez procesor jednostki. W RAID4 dane dzielone są na większe bloki (do 128 KB), co zapewnia wysokie parametry sekwencyjnego zapisu2 i odczytu danych (podczas operacji na bardzo dużych plikach). Czy jednak dysk przeznaczony do zapisu sum kontrolnych nie jest używany częściej niż pozostałe dyski?

rys5.jpg
Rys. 5. Od góry: RAID5, klasyczny RAID4, strip-at-a-time RAID4
D – dane, P – pliki parzystości
(źródło: Bosch Security Systems, 2009)

 

Rozważmy macierz RAID składającą się z czterech dysków. Dyski 1, 2 i 3 służą do zapisu danych, a dysk 4 (dysk parzystości) jest przeznaczony do przechowywania informacji o parzystości. Przy pracy w tradycyjnym trybie RAID4 generowany jest blok danych i obliczana jest parzystość. Dane są zapisywane na dysku 1, a informacja o parzystości na dysku 4. Następnie generowany i zapisywany na dysku 2 jest drugi blok danych, a na dysku 4 zapisywana jest informacja o parzystości itd. Według tego schematu dysk parzystości jest „odpytywany” przy każdym zapisie danych, zatem w powyższym przypadku jest wykorzystywany trzy razy częściej niż dyski z danymi. Teoretycznie dysk parzystości powinien również zużywać się trzy razy szybciej. W odróżnieniu od powyższego schematu macierz Bosch RAID4 dzieli dane (strumienie wizyjne/foniczne) na pakiety, które potem buforuje w pamięci podręcznej. Następnie obliczana jest suma kontrolna, a dane wraz z informacjami o parzystości są jednocześnie zapisywane na wszystkich dyskach twardych. Pakiety danych zapisywane są na dyskach 1, 2 i 3, zaś informacja o parzystości na dysku 4. Jest to w gruncie rzeczy to samo, co technologia strip-at-a-time stosowana w niektórych macierzach o bardzo wysokim współczynniku dostępności. Według takiego scenariusza wszystkie dyski są „odpytywane” w równym stopniu podobnie jak w macierzy RAID5.

De facto tak skonfigurowana macierz RAID4 oferuje taki sam poziom bezpieczeństwa, jak RAID5. W przypadku awarii pojedynczego dysku twardego zapis będzie bez przerwy kontynuowany, możliwy będzie podgląd obrazu i zostanie wygenerowany alarm. Po wymianie uszkodzonego dysku twardego macierz RAID zostanie automatycznie zrekonstruowana bez wpływu na normalną pracę rejestratora (podgląd, zapis, odtwarzanie etc.)

Integracja

Monitoring wizyjny w wielu aplikacjach stanowi wizyjną weryfikację stanów alarmowych lub zdarzeń wykrytych przez inne systemy współdziałające na tym samym terenie. Ma za zadanie odpowiedzieć na pytanie, kto lub co jest przyczyną zaistniałych zdarzeń.

Wielu producentów na ogół ogranicza integrację systemu monitoringu wizyjnego do wejść alarmowych i przekaźników. Divar XF wychodzi poza ten schemat, dając możliwość wykorzystania zapisu archiwalnego we własnym oprogramowaniu, tworzonym przez integratora dzięki wykorzystaniu Video SDK. Jest to oprogramowanie umożliwiające integratorom opracowanie systemów o funkcjonalności „na życzenie” w oparciu o urządzenia Boscha z poziomu własnego oprogramowania klienta.

rys6.jpg
Rys. 6. Przykład integracji systemów z wykorzystaniem Video SDK
(źródło: Bosch Security Systems, 2008)

 

Przekonujące jest to, że obecnie projektuje i wdraża się coraz więcej wizyjnych systemów bezpieczeństwa bazujących na komponentach sieciowych z uwagi na wyraźną wyższość systemów hybrydowych nad stricte analogowymi. Możliwość stworzenia systemu rozproszonego przy jednoczesnym utrzymaniu jego logiki i spójnej całości, a tym samym jego decentralizacja, powoduje znaczne zwiększenie stabilności systemu i zmniejszenie wrażliwości na występujące awarie. Bezpośredni zapis obrazu na rejestratorach hybrydowych typu Divar XF umożliwia pełną swobodę w łączeniu systemów analogowych z sieciowymi. Wykorzystanie jednego medium transmisyjnego w postaci sieci Ethernet do przesyłu sygnału wizyjnego, telemetrii, dźwięku i danych znacznie obniża koszty okablowania, pozwalając jednocześnie na przekazywanie sygnałów na odległości, które są nie do pomyślenia w przypadku systemów w pełni analogowych.

Integratorzy ocenili całościowy koszt utrzymania wizyjnego systemu Divar XF jako dużo niższy aniżeli koszt utrzymania klasycznych systemów analogowych, a przy tym docenili możliwość zintegrowania go z pozostałymi systemami bezpieczeństwa i zarządzania budynkiem dzięki pakietowi Video SDK. Elastyczność rozwiązania powoduje, że system będzie w pełni dostosowany do wymagań inwestora, a wszelkiego rodzaju udogodnienia można wprowadzić na bieżąco.

Podsumowując, elastyczność integracyjna, redundancja zapisu RAID4, a także możliwość rozbudowy o kamery IP powiązana z wysoką jakością wykonania, są podstawowymi racjami przemawiającymi za wyborem i zastosowaniem rejestratorów hybrydowych Divar XF m.in. w systemach nadzoru wizyjnego hal sportowych, stadionów piłkarskich, banków, centrów handlowych, kasyn i w kompleksach hotelowych, gdzie wymagany jest perfekcyjny zapis obrazu i dźwięku.

Jan T. Grusznic
Bosch Security Systems

Zabezpieczenia 5/2009

  1. Polega na połączeniu ze sobą dwóch lub więcej dysków fizycznych tak, aby były widziane jako jeden dysk logiczny. Powstała w ten sposób przestrzeń ma rozmiar taki, jak N*rozmiar najmniejszego z dysków. Dane są przeplecione pomiędzy dyskami. Dzięki temu uzyskujemy znaczne przyśpieszenie operacji zapisu i odczytu ze względu na zrównoleglenie tych peracji na wszystkie dyski w macierzy. Warunkiem uzyskania takiego przyśpieszenia jest operowanie na blokach danych lub ekwencjach bloków danych większych niż pojedynczy blok danych macierzy
  2. Zapis sekwencyjny to technika zapisu danych i informacji o parzystości na dyskach w macierzy RAID. Podobnie jak w przypadku płyty analogowej, wszystkie informacje na każdym dysku zapisywane są począwszy od sektora 1, a następnie kolejno, aż do ostatniego sektora na dysku twardym, po czym zapis rozpoczyna się od początku (tzn. od sektora 1). Jedynym dstępstwem od sekwencyjnego ruchu wykonywanego przez głowicę jest odczyt danych (tzn. w czasie odtwarzania). Jako że 90% operacji na danych to zapis, odczyt nie jest wykonywany zbyt często. W rozwiązaniu RAID4 fi rmy Bosch liczba ruchów głowicy dysku twardego drastycznie spada, co znacząco odnosi niezawodność i trwałość całego dysku. Dlatego też zaprezentowane rozwiązanie doskonale nadaje się do dowolnych
    zastosowań wizyjnych, w których dane są stale zapisywane na dyskach twardych.

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony