Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

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

Jesteś tutaj

Projektowanie systemów monitoringu IP z firmą SPS. Wielostrumieniowość w systemach telewizji dozorowej IP opartych na oprogramowaniu SeeTec i kamerach Sanyo

Printer Friendly and PDF

leadArtykuł, który ukazał się w poprzednim numerze Zabezpieczeń, zawierał informacje ogólne dotyczące budowy i działania sieci IP wykorzystywanych w sieciowych systemach monitoringu wizyjnego. Obecnie przechodzimy do zagadnień szczegółowych, związanych z praktycznym wykorzystaniem sprzętu oferowanego przez firmę SPS, w tym kamer Sanyo i oprogramowania SeeTec.

Duży przepływ danych we współczesnych systemach telewizji dozorowej IP stawia wysokie wymagania urządzeniom sieciowym i sprzętowi komputerowemu. Nowoczesne metody kompresji, takie jak H.264, są dość złożone obliczeniowo i bez względu na implementację będą powodowały znaczne obciążenie procesora, zarówno podczas kodowania, jak i dekodowania. Wysoka rozdzielczość przesyłanego obrazu wiąże się z większą przepływnością strumienia wizyjnego i zajęciem szerszego pasma sieciowego. Dzięki wykorzystaniu produktów Sanyo i SeeTec można wyjść naprzeciw tym wyzwaniom. W niniejszym artykule zostaną przedstawione faktyczne korzyści, jakie daje wielostrumieniowość, ze szczególnym uwzględnieniem dużych instalacji.

Jedną z najważniejszych funkcji wykorzystywanych w monitoringu IP jest wielostrumieniowość. Tym mianem określa się zdolność systemu do pracy z kilkoma jednocześnie strumieniami wizyjnymi o różnych parametrach, wysyłanymi z tej samej kamery. Do parametrów tych należą:

  • format (MJPEG, H.264 – nowsza odmiana MPEG-4),
  • rozdzielczość (od 320×180 do 2288×1712),
  • poklatkowość (0,1 – 25 kl./s).

Funkcjonalność ta w zależności od przyjętych założeń pomaga w ograniczeniu ilości danych przesyłanych przez sieć komputerową oraz w zredukowaniu obciążenia procesora. Musi być ona realizowana zarówno po stronie kamer, jak i oprogramowania. Do zastosowań związanych z telewizją dozorową w zupełności wystarcza, aby kamera generowała dwa strumienie wizyjne. Tak jest w przypadku podstawowej kamery z serii HD – Sanyo VCC-HD2100P. Bardziej zaawansowane modele, takie jak Sanyo VCC-HD2500P, wytwarzają dodatkowe strumienie wizyjne, które mogą być wykorzystane również poza systemem telewizji dozorowej, np. na stronie internetowej, lub przetwarzane przez inne oprogramowanie. Ilość możliwych zastosowań jest niemalże nieograniczona.

Skupmy się jednak na telewizji dozorowej. W dużych instalacjach najczęściej występuje konieczność prowadzenia podglądu przy użyciu kilku monitorów, z których każdy najczęściej obsługuje kilka kamer (fot. 1).

fot1Fot. 1. Wielomonitorowe stanowiska operatorów w centrach monitoringu (źródło: SeeTec)

Rozważmy następujący przypadek: obraz z szesnastu kamer Sanyo VCC-HD2100P jest wyświetlany na monitorze w trybie podziału ekranu na części. Kamery i monitor pracują w rozdzielczości Full HD, czyli 1920×1080 pikseli. Obraz z kamer jest jednak skalowany w celu dopasowania go do rozmiarów odpowiedniego fragmentu ekranu monitora, w wyniku czego jego wysokość i szerokość są zmniejszone czterokrotnie. Otrzymany w ten sposób obraz ma wymiary ok. 480×270 pikseli. Staje się oczywiste, że przesyłanie i dekodowanie klatek o rozmiarach odpowiadających rozdzielczości Full HD traci sens, ponieważ widoczny obraz i tak jest znacznie mniejszy. W takich sytuacjach zastosowanie znajduje wielostrumieniowość.

W przeprowadzanych dalej testach podstawowym trybem pracy każdej z szesnastu kamer będzie rozdzielczość Full HD i poklatkowość 12 kl./s (rys. 1), co jest więcej niż wystarczające dla większości zastosowań praktycznych. Rozważymy również drugą konfigurację, która będzie się różniła jednym elementem – każda kamera będzie generowała dodatkowy strumień wizyjny w formacie MJPEG o niższej rozdzielczości, równej 640×360 pikseli, ale z identyczną poklatkowością (rys. 2). Rozdzielczość taka jest wystarczająca do wyświetlenia obrazów w trybie podziału ekranu monitora na części. Co się stanie, gdy operator będzie potrzebował dostępu do strumienia wizyjnego o wysokiej jakości, żeby mógł dostrzec jakiś szczegół, korzystając np. z funkcji powiększenia cyfrowego? Aplikacja kliencka może zostać skonfigurowana w taki sposób, aby zaznaczenie pola obrazu z danej kamery powodowało przełączenie na inny, zdefiniowany wcześniej strumień wizyjny. W ten sposób można uniknąć niedogodności związanych z niską rozdzielczością obrazu.

Zajętość pasma sieciowego

Na pierwszy rzut oka wydaje się, że jeżeli kamera generuje dodatkowy strumień wizyjny, to obciążenie łącza będzie większe. I jest tak w rzeczywistości, ale tylko podczas transmisji w kierunku od kamery do serwera. Za to strumień wizyjny wysyłany z serwera do jednej lub wielu stacji klienckich będzie o wiele mniejszy (rys. 3), co przynajmniej częściowo rekompensuje wspomnianą niedogodność. W zależności od dobranych parametrów całkowita przepływność danych wysyłanych z serwera i do serwera może być niższa. W przypadku systemu z pojedynczymi strumieniami wizyjnymi należy się liczyć z dużą przepływnością, która dzięki wielostrumieniowości może zostać zmniejszona. W każdej jednak sytuacji oszczędzane jest pasmo sieciowe przy transmisji na trasie serwer – klient.

rys1

Rys. 1. Serwer pobierający jeden strumień danych

 

rys2

Rys. 2. Praca w konfiguracji wielostrumieniowej

 

Obciążenie procesora1

Drugą, i może najważniejszą, zaletą wynikającą ze stosowania wielostrumieniowości jest obniżenie kosztów zakupu sprzętu komputerowego. Podczas obserwacji obrazów na stacji klienckiej możliwość wykorzystania strumienia wizyjnego powstałego w wyniku zakodowania obrazu o niższej rozdzielczości pozwala na znaczną redukcję obciążenia procesora (rys. 4).

rys3

Rys. 3. Przepływność strumienia danych wysyłanego z serwera w Mb/s

 

rys4

Rys. 4. Obciążenie procesora stacji klienckiej

 

W przypadku stacji klienckich służących do wyświetlania obrazów obciążenie procesora na poziomie 60% stanowi wartość graniczną. Większość dekoderów programowych zapewnia obsługę mechanizmów kontroli jakości (QoS), pełniących różnorodne funkcje. W tym przypadku ma to na celu utrzymywanie stałego opóźnienia poszczególnych klatek obrazu, dzięki czemu utrzymywana jest stała prędkość odtwarzania. Zwiększenie obciążenia powyżej pewnego poziomu powoduje zwiększenie czasu dekodowania. W celu utrzymania odpowiedniego tempa wyświetlania obrazów dekoder może pomijać niektóre klatki, co skutkuje zmniejszeniem średniej poklatkowości. Dlatego właśnie tak ważne jest utrzymywanie obciążenia procesora na stosunkowo niskim poziomie.

Niski poziom obciążenia procesora, osiągnięty z wykorzystaniem wielostrumieniowości, pozwala na dołączenie do stacji klienckiej co najmniej jednego dodatkowego monitora i wyświetlenie obrazów z kolejnych szesnastu kamer. W przypadku korzystania z jednego tylko strumienia wizyjnego o wysokiej rozdzielczości nie byłoby to możliwe bez wymiany sprzętu komputerowego na wydajniejszy. Należy również pamiętać o tym, że ceny komputerów nie są związane zależnością liniową z ich wydajnością. Ściślej mówiąc, dwukrotny wzrost wydajności może pociągnąć za sobą wielokrotny wzrost ceny. Bardziej opłacalne w tym przypadku może być po prostu użycie kolejnej stacji klienckiej, co również nie zawsze jest pożądane.

Podsumowanie

Wyniki praktycznych pomiarów przeprowadzonych w systemie SeeTec, współpracującym z kamerami Sanyo, potwierdzają, że zastosowanie wielostrumieniowości umożliwia zredukowanie obciążenia sieci oraz procesora. Funkcjonalność ta pozwala obniżyć wymagania sprzętowe docelowych stacji klienckich lub wyeliminować konieczność zakupu dodatkowych komputerów. Skutkuje to zmniejszeniem całkowitego kosztu realizacji systemu IP, dzięki czemu rozwiązanie takie jest korzystne zarówno w małych, jak i w dużych instalacjach. Nie bez znaczenia jest również możliwość częściowego wykorzystania infrastruktury sieci komputerowej, chociaż dla profesjonalnych systemów dozorowych zaleca się zaprojektowanie i fizyczną realizację osobnej, dedykowanej sieci teleinformatycznej, która zagwarantuje poprawne działanie systemu.

Opracowanie: S.P.S. Trading

Zabezpieczenia 2/2011

Przypisy

1. Wszystkie testy zostały przeprowadzone na komputerze wyposażonym w procesor Intel Core i7 870 2,93 GHz, 4 GB RAM, kartę ATI Radeon z serii 5700 i 32-bitowy system operacyjny Windows 7.

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