Сетевое видеонаблюдение

Цифровые выводы позволяют  дистанционно включить тревогу, закрыть  или  открыть двери, включить или  выключить свет или передать управление другим устройствам. Сетевые камеры оснащены также встроенной буферной памятью, благодаря которой можно сохранить и передать для обработки изображения полученные до возникновения события тревоги.

Сетевые камеры имеют свой собственный IP адрес. Подключенные напрямую к сети, они содержат встроенный веб-сервер, FTP сервер, FTP клиент, e-mail клиент, управление “тревогой”, средства программирования и многое другое. Так как сетевой камере не требуется подключения к компьютеру, она функционирует совершенно автономно и размещается в любом месте где есть сетевое IP соединение, что выгодно отличает ее от веб-камеры для работы которой необходимо подключение через USB через ШУУУШ 1394 к рядом стоящему компьютеру.

Устройство IP камеры

Все что необходимо для  того чтобы смотреть изображение  по сети – это подключить камеру.

 

 

 

 

 

Внутренние компоненты сетевой  камеры  производят “захват” изображения, который можно представить как  свет состоящий из волн различной длины и преобразуют его в электрический сигналы. Затем сигналы преобразуются из аналогового в цифровой формат, процессор производит сжатие изображения для  дальнейшей передачи в сеть. Установленные в камере линзы служат дл фокусировки изображения на сенсор изображения (CCD/CMOS). До того как изображение достигнет сенсора, световые волны проходят через оптический фильтр, который удаляет инфракрасную (IR) составляющую, оставляя лишь волны видимого диапазона. (В камерах предназначенных для съемки и днем и ночью, IR-фильтры являются съемными, что позволяет получать высококачественное черно-белое видео в ночных условиях,) Сенсор изображения преобразует сфокусированную на него композицию световых волн в налоговые электрические сигналы. Далее происходит “оцифровка” или преобразование в цифровой формат и изображения ARTPEC (Apheenet Real Timer Picture EnCoder) выполняет в камере  следующие функции: управление экспозицией, регулировкой баланса белого цвета, контрастностью и другими компонентами качества изображения. ARTREC включает в себя также компонент видеокомпрессии, назначение которого – сжатие цифрового изображения, для уменьшения объема данных передаваемых по сети.

Подключение камеры к сети Ethernet, осуществляется контроллером ENRAX  фирмы pheenet –оптимизированной однократное решение интерфейса периферии с IP сетью. ETPAX включает в себя 32-bit процессор, контроллер 10/100 MBit Ethernet, прогрессивный контроллер прямого доступа к памяти (DMA) и широкий перечень интерфейсов ввода/вывода (I/O interfaces).

Процессор, Флэш-память(Flash memory) и оперативная память(DRAM) являются “мозгами” или компьютерной частью камеры. Они созданы специально для поддержки сетевых приложений. Вмести они обеспечивают связь встроенного веб-сервера и сети.

Через порт Ethernet, высокотехнологичная камера может посылать изображения напрямую больше 10 компьютерам одновременно. Если изображения отправляются сначала на внешний веб-сервер

(вместо прямого просмотра пользователями), видео в режиме реального времени может просматриваться неограниченным количеством пользователей.

Сенсоры изображения CCD и CMOS используемые в сетевых камерах

 

 

Сенсор изображения является ключевым звеном камеры преобразующим свете в электрические сигналы. При проектировании камеры используется сенсоры изображения двух типов (технологий);

-CCD(Charged Coupled Device) – ПЗС матрицы

-CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) – KМОП матрицы

Именно CCD and CMOS матрицы позволяют камере воспроизводить “цифровое видео”. В то время как сенсоры CCD производятся по технологии специально разработанной для индустрии камер, CMOS сенсоры базируются на стандартной технологии используемой для производства компьютерной памяти. Современные высококачественные камеры используются в основном сенсоры CCD. Современные CMOS матрицы используются в камерах где не требуется высокое качество изображения, зато  являются  идеальными где необходимы малые размеры и низкая цена.

Технология CCD

Сенсоры CCD используются в камерах в камерах более 20 лет и имеют массу преимуществ, среди которых лучшая чем в CMOS сенсорах светочувствительность. Повышенная чувствительность

обеспечивает лучшее качество изображения и пониженные требования к освещенности. При этом сенсоры CCD дороже, так как делаются не по массовой технологии и сложно интегрируется в камеру. В дополнении, если ведется съемка очень яркого объекта(такого как лампа или прямой солнечный свет), CCD засвечивается, показывая вертикальные линии снизу и сверху объекта.

Технология CMOS

Последние улучшения CMOS сенсоров вплотную приближают их к CCD по качеству изображения, но так и не могут использоваться в камерах где требуется высочайшее качество. CMOS сенсоры обеспечивают низкую стоимость камера, так как позволяют производить всю необходимую логику в едином, технологическом цикле, что одновременно позволяет производить камера малых размеров. Доступны, также,  сенсоры больших размеров, что позволяет создавать мегапиксельные  сетевые камеры. Главное текущее ограничение CMOS сенсоров – это их низкая светочувствительное. Пока окружающее освещение достаточно, это не является критичным, но в плохо освещенных местах это становится преградой, так  как изображение получается очень темным и с большим количеством  шума.

1.3.3 Поддержка “Питание через Ethernet(PoE – IEEE 802. 3af)” в сетевых камерах

Питание через Ethernet (известно как PoE или Power over LAN) является технологией включения питания для сетевого устройств в стандартную структуру сети. Он позволяет исключить дополнительные кабели питания для IP телефона или сетевого камера, подавая питания прямо через кабель используемый для сетевого подключения.

Питание через Ethernet особенно подходит для системы IP – наблюдения и приложения удаленного

управления, потому что оно  позволяет использовать камеры там, где нет розеток питания – в тех местах где невозможно или дорого подвести розетки питания. Это делает инсталляцию проще и дешевле, так как не требуется прокладывать инфраструктуру кабелей питания, устанавливать розетки.

Другим преимуществом  “Питание через Ethernet” является функция блока бесперебойного питания (UPS). Большинство производителей выпускает сетевые коммутаторы с возможностью питания от блоков бесперебойного питания(UPS – Uninterrupted Power Supply). Благодаря выпуску коммутаторов  и хабов с поддержкой стандарта “Питания через  Ethernet”, камеры и видеосерверы могут работать при отсутствии внешнего питания или в случае аварии его.

Стандартная мощность на выходе сетевых коммутаторов и устройств  микширования напряжения питания в  кабельную структуру (midspan) -15.4W, после передачи на максимально доступную длину соединения сетевого провода для питания оконченного устройства/камеры необходимо максимум 12.9W, - этого достаточно для питания камер внутри помещения. Наружные камеры, также как и камеры с устройствами  механического изменения положения (PTZ), обычно потребляют гораздо больше, поэтому функция (PoE) в них непригодна. Некоторые производители используют в своих продуктах нестандартные схемы обеспечения питания, что приходится учитывать, так как совместное использование устройств различных марок в этом случае невозможно. Также, стандарт IEEE 802.3af описывает так называемую классификацию питания, которая предусматривает согласование между устройствами передающими обеспечивающими PoE и конечными устройствами-потребителями. Это означает, что интеллектуальный коммутатор может резервировать подключение к нему еще нескольких устройств.

Pheenet поставляет видеопродукты как со встроенной поддержкой Power over Ethernet, так и без нее.

 Существуют также сплитеры (PoE Active Splitter), которые определяют поступающее питание по сетевому кабелю Ethernet и могут обеспечивать питанием-PoE устройства.

 

“Питание через Ethernet” (PoE) регулируется стандартом IEEE 802.3af и создано так чтобы не ограничивать длину стандартного сетевого подключения или пропускную способность сети. Напряжение питание переданное через инфраструктуру сети. Напряжения питания переданное через инфраструктуру сети, автоматически предается на устройства которые идентифицируют себя как поддерживающие эту функцию и блокируется в случае стандартных устройств в сети смешанные конфигурации PoE-устройств и стандартных. На схеме видно, как камеры со встроенными PoE и без него используют бесперебойное питание источника. В верхней части схемы, использован коммутатор с поддержкой PoE, что позволяет напрямую подключать к нему камеру pheenet211A Network Camera, а также подключение с помощью сплитера камера без встроенного PoE. В нижней части схемы, показано, как к коммутатору без поддержки PoE, с помощью устройства midspan подключены как камеры с функций PoE, так и без нее.

Цифровые входы/выходы сетевой  камеры

 

 

 

 

 

 

 

 

Уникальной функцией сетевых  видеопродуктов, является интегрированные  цифровые порты ввода/вывода I/O с возможностью подключения к внешним устройствам таким как дверные звонки, датчики (например дыма, движения, звука, температуры и влажности), прожекторы(включая инфракрасного диапазона), коммутаторы и реле тревоги. Управление ими возможно удаленно с компьютера по сети или автоматически, используя встроенную в камеру логику. Входы/выходы можно можно использовать для исключения передачи нежного видео, например пока датчики подсоединены к камере или от видеосервира установлен запрещающие сигнал, видеопоток в сеть не отправляется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пока  входные и входные  механизмы взведены в определенное состояние (режим триггера),можно в ручную или автоматически запускать (с помощью встроенных возможностей видеокамеры  или используя прикладное программное обеспечение), чтобы соответствующие действия были произведены через сеть или посредством выходных портов. Например, изображения сохраненные до, во время и после события (так называемое до -  и после - тревоги буферированное виде) были немедленно переданы по сети по нужному адресу для записи и архивирования. 

Одновременно, тревога в  виде e-mail или SMS на мольный телефон может быть отправлена конкретной персоне, а также передастся сигнал для срабатывания внешних устройств такие как свет, звуковая тревога

или срабатывание дверей.

1.4 Протокол iSCSI

Протокол SCSI сегодня является основным методом обеспечения доступа к данным на уровне блоков между серверами. Более 100 млн. SCSI – устройств непосредственно подключаются к индивидуальным системам, но не позволяют при этом другим удаленным компьютерам получить доступ к хранимым данным. Технология Fibre Channel дополняется возможности SCSI, повышая производительность и обеспечивая доступ к данным на уровне блоков между многими системами в локальной сети хранения данных. В ответ, на необходимость доступа к данным на уровне блоков на больших расстояниях и использования общедоступных сетевых технологический, в отрасли был создан iSCSI – стандартный протокол доступа к данным на уровне блоков по действующим IP-сетям. В iSCSI предусматривается инкапсулирование  SCSI – команд в TCP – пакеты, которые затем пересылаются стандартными средствами протокола IP. В частности, iSCS обеспечивает доступ на уровне блоков к данным систем хранения и их транспортированию по имеющимся IP- сетям. Таким образом, стираются физические границы сетей хранения – данные становятся доступными с любого места сети.

Напомним, что IP- протокол разрабатывался для передачи больших объемов информации. Пакеты в нем доставляются получателю не в строгой последовательности, а восстановление их исходного порядка производится в точке получения. Спецификация SCSI, напротив, требует, чтобы пакеты следовали строго один за другим без каких-либо задержек. Достаточно хотя бы одному пакету выбиться из общей последовательности, и будут испорчены все преданные данные или нарушено подключение. Задержка пакетов в технологии iSCSI компенсируется за счет того, что данные размещаются в память без учета их последовательности. Правда, новая спецификация требует увеличения размеров заголовка каждого пакета.

Включенная в него дополнительная информация значительно ускоряет сборку пакетов на уровне  TCP, снижая тем самым запаздывание данных.

Протокол iSPCSI предоставляет доступ на уровне блоков через стандартные сети на основе Ethernet/IP независимо от того, где эти данные располагаются - на непосредственно подключенном SCSI – устройстве  или SAN на базе Fibre Channel. Благодаря iSCSI предприятия и поставщики услуг хранения (Storage Service Provider, SSP) имеют возможности создавать глобальные сети хранения и централизованно управлять ими,

Используя действующую инфраструктуру IP – сетей.

В случае iSCSI обеспечивается передача данных в интрасети и доступ к системам хранения на больших расстояниях. Данные и команды SCSI по IP – сетям пересылаются следующим образом. Приложения или пользователь инициируют запрос данных,  файлы или приложения. Операционная система генерирует SCSI – команды и запрос данных. После этого команда и запрос инкапсулируется и к ним добавляется заголовок пакета. Пакеты пересылаются через Ethernet – соединение. На принимающей стороне пакет разбирается и (при условии, что был зашифрован ) расшифровывается и из  него выделяются команды и данные SCSI. В таком же порядке средствами протокола iSCSI запрошенные данные возвращаются.

Концепцию iSCSI можно расширить для создания виртуальной сети хранения средствами любого сетевого устройства. iSCSI воздействует с операционной системой через интерфейс устройств хранения, позволяя перенести операции ввода- вывода на ведущую шину и разгрузить таким образом центральный процессор на сервере.

Итак, новый протокол призван выполнять необходимые преобразования для использования IP в качестве транспорта команд SCSI – точно так же, как в настоящее время для передачи этих команд применяется Fibre Channel. iSCSI предназначен для поддержки сквозной связи между хранилищем и клиентами, и подобно Fibre Channel в архитектуре SAN этот протокол обеспечивает взаимодействие клиентских компьютеров и массивов хранения данных, поддерживающих  iSCSI, через коммутаторы. На рисунке представлена упрощенная схема уровней протоколов iSCSI.