Сетевое видеонаблюдение

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время  ни у кого не возникает сомнений в актуальности систем видеонаблюдения. Всё чаще можно увидеть как на улицах и в общественных местах камеры, которые неустанно следят за тем или иным объектом, будь то места массовых скоплений людей, или же супермаркет.

Как правило, большинство систем видеонаблюдения осуществляют охранную функцию, но это далеко не единственная сфера применения подобных систем. В наше время IР видеонаблюдение, как охранное, так и промышленное, является

жизненно необходимым, самым перспективным и удобным решением в сфере видеонаблюдения. Все крупные компании выбирают именно это решение, оставляя старые технологии аналогового видеонаблюдения в прошлом. В данном дипломном проекте будет рассмотрена разработка и реализация системы промышленного IP видеонаблюдения на предприятии ОАО «Комитекс». Доказывая актуальность выбранной темы дипломного проекта, можно привести

 множество  аргументов, вот лишь некоторые:

потребность предприятия  в разработке и внедрении промышленного видео наблюдения,

• новизна технологии: современные цифровые технологии видеонаблюдения, в 
  частности — использование ТСР/IР протокола для передачи данных с камер,
• работа с современными протоколами передачи потокового видео — Н.264 (на 
  сегодняшний день 85% систем видеонаблюдения, использующих в 
  качестве передающей среды стек протокола ТСР/IР используют протокол 
  MotionJPEG)
• работа со многими типами настольных ОС (Windows, GNU Linux, MacOSX) и 
  мобильных ОС (Android, iOS)

Целью работы является изучение сетевого видеонаблюдения в целом: IР камер, установки и настройки камер, настройка видеосервера в частности и подключение к нему хранилища данных.

Задачи:

описать технологию передачи видеоизображения

описать технологию записи и воспроизведения видеоизображения

описать устройство IР камер

подобрать оборудование (камеры, шкафы, сетевое оборудование, сервера)

подбор программного обеспечения для организации  цикличной записи и

организации клиентских сессий для просмотра архива видеоизображения на ОС

Linux

рассчитать затраты  на реализацию проекта

Объектом исследования выступает проект видеонаблюдения открытого акционерного общества «Комитекс».

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание стандартных  технологий передачи видеоизображения

В простейшем случае достаточно соединить видеокамеру с монитором, и готова система охранного телевидения. Однако нередко видеосигнал необходимо передать на значительные расстояния или по специфичным (существующим) кабельным сетям.

Усилители-корректоры позволяют передать дальше по обычным  коаксиальным кабелям (или передать хотя бы на 200 метров по очень плохим кабелям). Пассивные или активные передатчики по витой паре позволяют использовать кабели серии ТПП или имеющуюся в здании структурированную кабельную сеть (активные с усилителем дополнительно увеличивают дальность передачи). Оптоволоконные передатчики защищают сигнал от помех и гарантируют передачу на многие километры. АТМ/SDH аппаратура предлагает объединить видео с магистральными каналами передачи общего назначения. IР-кодеры и декодеры позволяют (теоретически) передать видеосигнал через интернет на другой конец планеты.

В каких случаях и какие устройства более уместны? У каждого вполне определенное предназначение. Усилитель-корректор для коаксиального кабеля чаще используется не при проектировании, а при пуско-наладке. Если качество сигнала невысоко, то, чтобы исправить ситуацию, в последний момент добавляют усилитель. Нередко вместе с усилителем приходится ставить и устройство гальванической развязки, разрывающее «земляные петли». Конечно, и при проектировании иногда закладывают коаксиальные усилители, чтобы не увеличивать номенклатуру кабельной продукции, особенно если в проекте лишь несколько линий на грани допустимой дальности передачи.

Пассивные передатчики  по витой паре (так называемые balloons) вошли в употребление, когда нормой оснащения любого офисного здания стала структурированная кабельная сеть, проектируемая со значительным запасом емкости. Существующая сеть используется для передачи аналоговых видеосигналов. В целом это решение не всегда срабатывает, ибо помехи от совместно проложенных цифровых линий на аналоговый видеосигнал могут оказаться неожиданно значительными.

Нормы перекрестных помех для цифровых линий категории 5 составляют всего 3 дБ. Конечно, реальность обычно лучше, но гарантий никаких. Напомню, 3 дБ означает что помехи всего в 1,5 раза меньше сигнала. Даже для категории 6 нормативы (7 дБ) хуже, чем минимально допустимый сигнал/шум для видеосигнала. Конечно, испытания проводятся на частоте 100 МГц, а в видеосигнале нас интересует полоса до 15 МГц, конечно, испытания проводятся при условии подачи постороннего сигнала на все пары кроме испытываемой, в жизни все легче, и не все пары, даже занятые, постоянно несут цифровые сигналы, но надеяться на хорошее качество трудно. Реально такую технологию можно применять, только если вы уверены, что используемый вами канал проложен достаточно далеко от цифровых кабелей и не имеет участков в многопарных кабелях совместно с цифровыми сигналами.

Активные передатчики  по витой паре применяются в качестве сознательного проектного решения  для передачи на расстояния свыше  нормативных для максимального кабеля 200-300 метров. В отличие от усилителей для коаксиального кабеля такие передатчики позволяют использовать относительно дешевую витую пару большого сечения (коаксиальный кабель с сечением центральной жилы 0,5 стоит заметно дороже и его можно гнуть только двумя руками, а иногда – только об колено). Пределы применимости аналоговых передатчиков по медному проводу зависят от ситуации и маркетинговой активности производителя. На мой взгляд, 500 метров – вполне реалистично, километр – только если у вас скромные требования к качеству передачи. Многие такие устройства имеют средства для настройки на конкретную позицию, конкретный экземпляр кабеля и при тщательной настройке на месте могут обеспечить вполне приличное качество. Производившийся Philips такой комплект имел пятиполосный эквалайзер, и в конструкции было написано, что подстройку с помощью генератора качающейся частоты и осциллографа надо производить не реже двух раз в год.

Следует отметить, что большинство как пассивных, так и активных передатчиков по витой  паре обеспечивают гальваническую изоляцию «земли», что чрезвычайно важно  для длинных линий, соединяющих  оборудование, установленное в разных зданиях или на длинном периметре.

Оптоволоконные  системы. Безусловно, наиболее помехоустойчивые устройства. Внутри себя оптоволоконные системы подразделяются на цифровые и аналоговые, а также на многомодовые и одномодовые. Одномодовые модификации стабильно работают на любое (в пределах разумного объекта) расстояние – до 20-30 км. Многомодовые (использующие дешевый светодиодный излучатель вместо лазера) работают на 500-5000 метров, нередко их поведение сильно зависит от ненормированных параметров кабеля. Все аналоговые системы в какой-то мере зависят от стабильности оптического контакта на всех соединениях, да и от стабильности состояния самого волокна. Не забывайте: обычный волоконный кабель применяется как чувствительный элемент вибрационных периметровых средств обнаружения. При передаче видеосигнала такая чувствительность - эффект нежелательный. Конечно, при наличии автоматической регулировки усиления влияние изменения погодных условий и старения кабеля может быть незаметно. Если учесть, что аналоговые устройства от цифровых отличаются примерно на порядок по цене, понятно, почему аналоговые до сих пор иногда еще используются.

Цифровые системы  также бывают разные. Наиболее распространенные имеют 8 битное представление сигнала, что даже теоретически ограничивает сигнал/шум (точнее, отношение сигнала к искажениям, связанным с оцифровкой) значением 50 дБ. Это немало, но и немного.

Применение оптоволоконных передатчиков. Во-первых, если расстояние превышает километр. При этом надеяться на передачу по медной витой паре не стоит. Во-вторых, когда на объекте есть развитая сеть волоконных кабелей, у монтажной и эксплуатирующей организации имеется опыт ремонта волоконных линий. В таком случае волокно следует использовать для любой линии длиннее 200 метров. Наконец при наличии мощных электромагнитных помех. Был случай, когда отрезки коаксиального кабеля в 100-200 метров пришлось заменять на оптоволоконные, поскольку они проходили мимо небольших (по меркам заказчика) рудных мельниц, -барабаны были высотой всего 12 метров.

Цифровые передатчики  «со сжатием». Это передатчики  по телефонной линии, по интернету, по Ethernet. В таком случае проблема дальности передачи отпадает (точнее, решается стандартными средствами из другой области - компьютерных сетей). Однако все такие системы обладают следующими основными недостатками, о которых следует помнить. Первый: цифровая компрессия ухудшает сигнал. Насколько - никаких стандартных способов описания таких искажений реально нет (точнее, они не применяются). Второй: компьютерная сеть должна обладать возможностями достаточно тонкой настройки QoS (или ограничений на трафик), чтобы изрядный поток данных, несущих видеосигнал, не конфликтовал с возможными иными данными в сети (да и сам с собой),

Это только самые распространенные системы. Есть еще системы с уплотнением на радиочастотных несущих (аналогичные сетям кабельного телевидения), микроволновые и иные радиопередатчики, но их применение весьма специфично. Модуляторы в телевизионные каналы используются, если на приемной стороне хочется применить обычный телевизор, наряду с вещательными программами показывающий и несколько «программ» охранного телевидения. Радиосистемы применяются для мобильных (быстроразворачиваемых) комплексов или в случае крайней дороговизны прокладки кабеля. Радиосистемы, как правило, влекут за собой проблемы сертификации, лицензирования, выделения каналов. В целом они применяются, только если нет других решений. Исключением является разве что использование стандартных IP-решений поверх стандартной (нелицензируемой) технологии Wi-Fi.

Помимо основных конструктивных особенностей все устройства для передачи видеосигнала могут обладать дополнительно еще несколькими полезными свойствами, которые, конечно же, большими буквами указаны в их рекламных описаниях.

Упомянутая выше способность изолировать земляные петли. При использовании медных кабелей связи разрыв «земли» обязательно нужен, если источник заземлен. В частности, при передаче («перебросе») сигнала с одного поста наблюдения на другой оба конца кабеля оказываются заземленными, что приводит к образованию «земляных петель» и, как правило, невоспроизводимой, но неприемлемой потере качества сигнала. Даже если источником является видеокамера, вроде бы изолированная от «земли», петля может образоваться при малейшем повреждении внешней оболочки коаксиального кабеля, потому для всех линий вне помещений следует рекомендовать применение устройств с гальванической изоляцией «земли» (общего провода).

Второе полезное свойство – способность защищать аппаратуру центрального поста. Защищать от грозовых разрядов и других импульсных помех высокой мощности. Для оптоволоконных линий этой проблемы не существует (на приемном конце) – по волокну  импульсные помехи не распространяются. А для всех систем с медным кабелем (в том числе и для относительно коротких коаксиальных линий, для которых даже усилители вроде бы не требуются) защита от импульсных помех является реальной серьезной проблемой. Ведь на центральном посту нередко стоит весьма дорогое оборудование, и оно легко выйдет из строя, если хотя бы на одной из входящий линий наводка от ударившей неподалеку молнии превысит стойкость самого центральном устройства. Обратите внимание, что грозозащита передающего конца линии (со стороны видеокамеры) нужна и для оптоволоконных линий, если камера находится на существенном удалении от оптоволоконного передатчика.

Грозозащита декларируется  в составе многих изделий, устройства грозозащиты можно приобрести отдельно, но, к сожаление, лишь очень редко для них указывается реальная способность выдерживать (и защищать стоящее за ним оборудование) конкретные амплитуды помехи. А ведь существует международный стандарт (и его буквальный русский перевод), описывающий способы испытаний и рекомендуемые классы оборудования для различных условий применения. Более того, отечественные ГОСТы на охранную технику явно указывают необходимый уровень защиты. Однако нередко даже весьма квалифицированные производители выпускают упрощенные(удешевленные) версии устройств, которые, конечно, несколько снижают вероятность повреждения оборудования от грозы, но их данные даже специалисту не позволяют выяснить, в каких случаях их применение допустимо, а в каких экономить не следует.

Но почему же некоторые устройства, казалось бы, одинаковые по технологии, отличаются по цене раз в 5,а то и в 10? Порой  разница в цене обусловлена исключительно  жадностью продавца, но нередко имеет  реальное обоснование.

Трудноуловимое  понятие «качество» имеет странное свойство. Чуть-чуть лучше стоит  существенных денег. Например, переход  от 8-битного к 10-битному цифровому  представлению может привести к  двукратному увеличению стоимости  оборудования. Есть ли реальные критерии качества? Да, есть. Но все не просто.

Например, существует ГОСТ Р 50725-94 «Соединительные линии в каналах изображения». Этот ГОСТ напрямую предназначен для радиорелейных, волоконных и коаксиальных линий передачи. Однако его происхождение - вещательное телевидение. Накладываемые им требования избыточны для систем охранного телевидения. А оборудование, необходимое для проверки соответствия линии передачи этому ГОСТу стоит, начиная от 000 (самое простое отечественное). Вряд ли оно имеется у обычных потребителей (да и у большинства производителей).