Выполнила Шарапова Ж.С.
Студентка гр.09-ози-2.

Системы передачи видеоинформации

Введение

«Уровень современной цивилизации определяется объемом передаваемой и перерабатываемой информации. Как показывают теоретические и статистические исследования, объем передаваемой информации возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта, при этом реальный спрос на средства ее передачи постоянно превышает прогнозируемый. Бурное развитие телекоммуникационных технологий, применение оптических методов передачи информации не оставило в стороне и технику охранного телевидения. Все трудности, связанные с использованием коаксиального кабеля и витой пары (ограничение дальности передачи, частотные искажения) исчезают с внедрением широкополосных сетей с цифровыми методами передачи данных на базе волоконно-оптических линий связи. При длине линии связи свыше 500 м, применение оптоволокна оправдано даже с точки зрения затрат на создание тракта передачи видеосигнала с требуемым качеством.
Если принять во внимание другие факторы – пропускную способность, конфиденциальность, высокую степень электрической изоляции – то выигрыш в применении оптического волокна будет более ощутимым. Представляется целесообразным области применения различных способов передачи видеоинформации рассматривать в системе координат "полоса пропускания – дальность передачи" (см. рис.1). В этом случае наиболее наглядно демонстрируются области безусловного перехода к оптоволокну – передача одного видеосигнала на расстояние более километра и передача больших потоков видеоинформации на любые расстояния при физических ограничениях на линию связи.»(1)

Системы телевизионного видеонаблюдения.

«Системы телевизионного видеонаблюдения предназначены для обеспечения безопасности на объекте. Они позволяют наблюдателю следить за одним или несколькими объектами, находящимися порой на значительном расстоянии как друг от друга, так и от места наблюдения. В настоящее вре
мя системы телевизионного наблюдения не являются экзотикой, они находят все более широкое применение во многих сферах человеческой жизни. Наиболее простая система телевизионного наблюдения - это камера, подключенная к телевизору или монитору, такая система позволяет наблюдать за ребенком или автомобилем возле дома.
Электронные системы наблюдения позволяют выполнять и другие не менее важные и более сложные задачи. Например, наблюдение за несколькими больными одновременно, движением транспортных потоков на оживленных магистралях или в портах. Существует целый ряд применений систем видеонаблюдения в научных исследованиях и в промышленности, например, для контроля за технологическими процессами и управления ими. При этом наблюдение может производится в условиях низкой освещенности или в средах, где присутствие человека не допускается. Успешно эти системы используются в магазинах, в казино, в банках, на автостоянках. Малокадровые системы для дома и офиса способствуют повышению безопасности и создают дополнительные удобства.
Однако основной задачей, с которой должна справляться система телевизионного наблюдения, и именно для этих задач они и создавались, - это обеспечения физической безопасности объекта, как самостоятельно, так и при совместной работе с другими системами безопасности.
При современных темпах криминализации общества и роста преступности, сложившейся общественно политической обстановке в стране, постоянной угрозы террористических актов просто необходима охрана периметра и территории, контроль доступа на объект его сотрудников.»(3)

Системы охранного телевидения

«Можно выделить основные преимущества систем видеонаблюдения перед другими средствами безопасности. Это автоматическое обнаружение и видеоконтролирование событий, мгновенное обнаружение несанкционированного проникновения на охраняемую территорию, исключение ложных срабатываний за счет интеллектуальной обработки поступающих информационных потоков, наглядное отображение всей обрабатываемой информации, возможность тесной интеграции с другими подсистемами безопасности. Среди недостатков таких систем можно выделить затрудненную работу в неблагоприятных погодных условиях, например,туман. Основными критериями систем видеонаблюдения при их разработке являются надежность, информативность, достоверность и своевременность. Первый критерий достигается при использовании только самых лучших компонентов от ведущих мировых производителей, использованием проверенных на практике и глубоко продуманных конструктивных решений. Все это позволяет достигнуть наибольшего времени работы системы между отказами минимального периода восстановления. Соблюдение второго критерия позволяет обеспечить одновременную и непрерывную работу видеодетекции движения, видеозаписи, отображения на экран, воспроизведения и резервного архивирования по каждой из подключенных камер. Достоверность – основной критерий для оператора системы и работников службы безопасности объекта на котором установлена система видеонаблюдения. Достигается путем минимизации ложных срабатываний за счет интеллектуальных алгоритмов обработки потоков видеоинформации, увеличения изображения при условиях недостаточной видимости. Своевременность обеспечивает прямой доступ авторизованных лиц к видео архивам, показ предыстории событий т.е. видеозаписи которая была получена за несколько секунд до срабатывания тревоги, возможность принятия решения системой самостоятельно без участия оператора, согласно заложенному алгоритму. В настоящее время используется два принципа построения систем видеонаблюдения: аналоговые и цифровые. Далее вкратце будут показаны и описаны схемы построения этих систем, также попытаемся выделить основные преимущества и недостатки каждого вида построения. Аналоговые системы видеонаблюдения. Система состоит из следующих элементов: Видеокамера, она является глазами системы. Видеокамера преобразует световой поток в электрический сигнал, величина которого пропорциональна интенсивности светового потока. Далее, данные от видеокамеры могут передаваться к последующим устройствам как по проводам, (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно), так и по системам радиосвязи, как правило,работающим в гигагерцевом диапазоне. В аналоговых системах, чтобы эффективно управлять камерами, применяются такие устройства, как переключатели (квадраторы), мультиплексоры и матричные системы. Переключатель (квадратор) - это устройство, имеющее несколько входов для видеокамер и позволяющее оператору произвольно переключать выводимое на монитор или записываемое изображение с любой камеры, или включать последовательное автоматическое переключение камер. Возможности таких устройств ограничены, поэтому их применение целесообразно только в простейших системах. Мультиплексор является более «продвинутым» устройством. Он позволяет выводить на один монитор несколько камер и вести одновременную запись с нескольких источников видеосигнала. В отличие от квадратора мультиплексор может содержать в себе детектор движения и имеет больше возможностей управления камерами.
Матричные системы - следующий уровень развития мультиплексоров. Они предназначены для обслуживания крупных предприятий, где установлено большое число камер и имеется несколько операторов. Монитор для видеонаблюдения отличается от обычного телевизора более четким изображением и высокой разрешающей способностью. Люминофор, используемый в таких мониторах, имеет повышенную стойкость, т.к. изображение может много часов оставаться неподвижным. Как правило, в системах видеонаблюдения используются специальные устройства записи, записывающие на стандартную видеопленку, но рассчитанные на большее время записи, т.к. не всегда необходимо плавное изображение с частотой 25 кадров в секунду. Видеомагнитофоны, которые наиболее часто применяются совместно с системами наблюдения, относятся к классу TLVR. (видеомагнитофонов с задержкой времени). Такие устройства позволяют стандартную трехчасовую пленку "растянуть" при использовании до 960 часов. Скорость протяжки пленки в данном случае меняется ступенчато (3 часа; 12 часов; 24 часа; 48 часов, .... 960 часов). Кроме того, в таких системах возможна запись изображения одновременно с нескольких видеокамер. Цифровые системы видеонаблюдения
Видеосигналы от телевизионных камер, установленных в локальных зонах наблюдения, поступают на локальные видео серверы, к каждому локальному видео серверу подключается от 1 до32 телекамер. Локальный видеосервер осуществляет сбор, обработку и накопления видеоинформации. Ввод и оцифровку аналогового сигнала. Контроль работоспособности видеокамер. Видеодетекцию движения. Компрессию видеоизображения Запись по тревоге от других систем безопасности или от детектора движения. Быстрый поиск видеоинформации. Возможность экспорта видеозаписей. Вывод аналоговой видеоинформации. Далее по высокоскоростному магистральному интерфейсу (в данном случае рассмотрим Fast Ethernet) поток видеоинформации поступает на пульт видеоконтроля (рабочее место оператора). Оператор в зависимости от конкретной задачи может наблюдать за каждой локальной зоной на компьютерном мониторе. Причем наблюдение ведется в разных режимах: полный экран, полиэкран со свободно-настраиваемым размером окна для любого количества видеокамер. Каждое окно может сопровождаться текстовым заголовком с указанием времени, даты, и состоянии видеокамеры. Оператор может осуществлять откат необходимой информации на различного рода носители информации, проинсталлированные как на пульте видеоконтроля, так и на сервере резервного копирования. При необходимости оператор может распечатать интересующую его информацию на лазерном или видеопринтере. Приведенное выше краткое описание структурных схем цифровых и аналоговых систем наблюдения, а также использование дополнительной информации позволяет сформулировать основные преимущества цифровых систем перед аналоговыми.
Преимущества цифровых систем перед аналоговыми.
Высокое качество всей системы в целом
Возможность хранения записанной информации сколь угодно долго без потерь в качестве. Небольшие затраты на техническое обслуживание. Одновременная работа режимов записи и воспроизведения. Простота и скорость поиска нужного фрагмента или кадра. Простота и надежность копирования на различные носители.(CD, DVD, DDS, стример) при полном сохранение качества исходного материала при копировании. Возможность передачи видео информации по компьютерным сетям. Гибкость и адаптивность (возможность гибко настраивать систему в зависимости от выполняемой задачи, стоящей перед пользователем) Возможность доработки, модернизации системы, самостоятельной разработки дополнительных приложений. Возможность получения высококачественного изображения. Абсолютно стабильный и четкий стоп – кадр. Эти факторы обусловили появление на рынке значительного числа всевозможных цифровых систем, различающихся как по качеству и функциональным возможностям, так и по стоимости. Устройство и основные принципы работы элементов телевидения (видеокамер) Основу любой системы телевизионного наблюдения составляют телевизионные камеры. В конструкции видеокамеры можно выделить следующие основные функциональные системы: Преобразователь свет-сигнал. Синхронизация. Автодиафрагма. Фокусное расстояние. Относительное отверстие. Формат матрицы. Чувствительность. Отношение сигнал шум. Преобразователь свет-сигнал. Устройства
и основные принципы работы
Преобразование свет-сигнал осуществляется прибором с зарядовой связью (ПЗС). Упрощенно прибор с зарядовой связью можно рассматривать как матрицу близко расположенных МДП-конденсаторов. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структуры) научились получать в конце 50-х годов. Были найдены и развиты технологии, которые обеспечивали низкую плотность дефектов и примесей в поверхностном слое полупроводника. С физической точки зрения ПЗС интересны тем, что электрический сигнал в них представлен не током или напряжением, как в большинстве других твердотельных приборах, а зарядом. При соответствующей последовательности тактовых импульсов напряжения на электродах МДП-конденсаторов зарядовые пакеты можно переносить между соседними элементами прибора. На рисунке показана структура одного элемента, линейного трехфазного ПЗС в режиме накопления. Структура состоит из слоя кремния р-типа (подложка), изолирующего слоя двуокиси кремния и набора пластин-электродов. Один из электродов смещен более положительно, чем остальные два, и именно под ним происходит накопление заряда. Полупроводник р-типа, получают добавлением (легирование) к кристаллу кремния акцепторных примесей, например, атомов бора. Акцепторная примесь создает в кристалле полупроводника свободные положительно заряженные носители — дырки. Дырки в полупроводнике р-типа являются основными носителями заряда, свободных электронов там очень мало. Если теперь подать небольшой положительный потенциал на один из электродов ячейки трехфазного ПЗС, а два других электрода оставить под нулевым потенциалом относительно подложки, то под положительно смещенным электродом образуется область, обедненная основными носителями - дырками. Они будут оттеснены вглубь кристалла. В основе работы ПЗС лежит явление внутреннего фотоэффекта. Когда в кремнии поглощается фотон, то генерируется пара носителей заряда - электрон и дырка. Электростатическое поле в области пикселя “растаскивает” эту пару, вытесняя дырку вглубь кремния. Не основные носители заряда, электроны, будут накапливаться в потенциальной яме под электродом, к которому подведен положительный потенциал. Здесь они могут храниться достаточно длительное время, поскольку дырок в обедненной области нет и электроны не рекомбинируют. Носители, сгенерированные за пределами обедненной области, медленно движутся - диффундируют и, обычно, рекомбинируют с решеткой прежде, чем попадут под действие градиента поля обедненной области. Носители, сгенерированные вблизи обедненной области, могут диффундировать в стороны и могут попасть под соседний электрод. В красном и инфракрасном диапазонах длин волн ПЗС имеют разрешение хуже, чем в видимом диапазоне, так как красные фотоны проникают глубже в кристалл кремния и зарядовый пакет размывается. Заряд, накопленный под одним электродом, в любой момент может быть перенесен под соседний электрод, если его потенциал будет увеличен, в то время как потенциал первого электрода будет уменьшен. Перенос в трехфазном ПЗС можно выполнить в одном из двух направлений (влево или вправо, по рисункам). Все зарядовые пакеты линейки пикселов будут переноситься в ту же сторону одновременно. Двумерный массив (матрицу) пикселов получают с помощью стоп-каналов, разделяющих электродную»(2)

Web-камеры

«На рынок выходят новые, усовершенствованные модели web-камер, и каждый пользователь может построить на их основе простую, но достаточно надежную охранную систему, которая будет, например, дистанционно следить за припаркованным под окнами автомобилем или выдавать предупредительный сигнал при обнаружении посторонних в охраняемой зоне (входная дверь, коридор, лестничный пролет и т.п.).
Такую задачу можно решить посредством алгоритмов детектирования наличия движения, для надежности сделав их нечувствительными к периодическому и хаотическому движению, к засветке и движению с малой или большой скоростью. Для решения этой задачи достаточно навести подсоединенную к персональному компьютеру камеру на нужный объект и запустить программу слежения — стандартную от данной web-камеры или от сторонних производителей.
Например, вышеупомянутая новинка от Logitech — QuickCam Ultra Vision (рекомендованная розничная цена — 149,99 евро) — комплектуется обновленным программным обеспечением Logitech QuickCam Software с простым и интуитивно понятным интерфейсом, с помощью которого можно настроить простейшие охранные функции. Кроме того, данное устройство обладает новой уникальной функцией, предназначенной для охранного видеонаблюдения: при открытии крышки объектива камера начинает передавать видеосигнал через любую программу обмена мгновенными сообщениями (Windows Live Messenger, Skype Video, Yahoo Messenger или AOL Instant Messenger).
Новинка от Logitech может похвастаться улучшенным качеством картинки, что достигается за счет наличия в объективе с маленьким коэффициентом светопропускания (f = 1,6) пяти линз большого размера, часть из которых выполнена из минерального стекла — это обеспечивает четкую и яркую видеосъемку. Кроме того, фирменная технология Logitech RightLight2 автоматически адаптирует настройки камеры к условиям освещения, а Logitech RightSound — отвечает за чистый звук. Как мы уже упоминали, QuickCam Ultra Vision оснащена 1,3-мегапиксельным сенсором, поддерживающим формат High Defenition (HD) и способным захватывать видео в широкоформатном режиме (с соотношением сторон экрана 16:9).
Стоит отметить, что модернизированы и другие модели web-камер линейки QuickCam. В них добавлены новые технологии и функции, предназначенные для упрощения видеокоммуникаций и улучшения их качества. Ключевые продукты линейки — web-камеры Logitech QuickCam Fusion, QuickCam Sphere и QuickCam Pro 5000 — теперь также поддерживают RightLight2 и способны записывать видео в формате HD.
Безусловно, базовая программа для web-камеры не может сравниться с профессиональной охранной системой, включающей еще с десяток различных датчиков. Но элементарные охранно-предупредительные функции и интеллектуальный анализ картинки она вполне способна выполнять. При этом заметим, что цифровая система с удаленной камерой неуязвима, поскольку ее работоспособность целиком зависит от работы персонального компьютера, который находится вне охраняемой зоны.
Интересно, что, по оценкам американских экспертов, около 70% потенциальных правонарушений пресекаются еще на стадии их планирования за счет демонстрации наличия охранной системы. Действительно, если преступники заметят высокий уровень охраны, то могут отказаться от первоначальных планов и переключиться на менее тщательно охраняемый объект.

GOTCHA! Multicam

Что касается универсальных программ для видеонаблюдения от сторонних производителей, то наиболее популярной из них (во всяком случае по числу упоминаний в Интернете) остается программа GOTCHA! Multicam (http://www.gotchanow.com/).
Она очень проста и доступна, но при этом позволяет подключать несколько видеокамер и активизировать их по желанию пользователя либо по началу движения в кадре, либо в случае прекращения всякого движения. Детектор движения — это программный модуль, предназначенный для обнаружения перемещающихся в поле зрения web-камеры объектов. Детектор определяет габариты объекта и скорость его движения. Его можно настроить на обнаружение перемещения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний и задавать гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).
Несмотря на кажущуюся простоту, у этой программы есть все основные функции, присущие профессиональным охранным системам. Результаты работы с указанием времени съемки в кадре программа GOTCHA! Multicam записывает в файлы в своем формате mv2, которые потом проигрываются встроенным плеером.
go1984
Программа go1984 (http://www.go1984.com/) тоже является универсальной системой для работы с web-камерами и была разработана для видеонаблюдения и регистрации данных. В утилите go1984 есть все требующиеся для профессионального видеонаблюдения функции, в том числе передача сообщения (сигнала тревоги) на мобильный телефон.

Active WebCam

Программа Active WebCam (http://www.pysoft.com/ActiveWebCamMainpage.htm) снимает сигнал с web-камер и записывает видео на жесткий диск компьютера. Можно сохранять захваченный сигнал как в формате программы, так и в любом другом кодеке, установленном в системе. Программа может посылать определенные пользователем уведомления как реакцию на заданные события, что позволяет использовать Active WebCam в качестве охранной системы.

webcamXP

Программа webcamXP (http://www.webcamxp.com) имеет монитор с возможностью отслеживания до десяти источников изображения, детектор движения, рекордер и web-сервер для публикации картинок в Интернете. Детектор имеет ряд параметров, позволяющих настраивать чувствительность и частоту опроса. При желании можно указать конкретную часть помещения, особо важную для наблюдения. Для этого есть несколько кнопок, обеспечивающих масштабирование и перемещение изображения. В случае тревоги webcamXP может сделать снимок, записать видео, поместить фото на web-страницу, послать его по e-mail и т.д. При постоянном подключении к Интернету можно организовать трансляцию, настроив внутренний сервер. Функция автоматической загрузки будет с заданной периодичностью делать снимки и отправлять их на ftp-сервер.»(4)

Сетевое видео со студийным качеств

«Кроме ставших уже традиционными способов передачи несжатого видеосигнала по волоконно-оптическим линиям связи все шире применяется передача данных по различным сетевым протоколам. Рынок сетевого видеонаблюдения в настоящее время непрерывно растет и по различным оценкам к 2008 году достигнет 150 миллионов евро. Пользователей привлекают такие свойства сетевых систем видеонаблюдения, как удаленный мониторинг и масштабируемость, возможность сопряжения с традиционными системами охранного телевидения и компьютерными сетями.
Неотъемлемой частью любой сетевой видеосистемы является цифровой кодер, основным назначением которого является сокращение пространственной и временной избыточности видеосигнала. Устранение избыточности производится линейной фильтрацией, уменьшающей коррелированность отсчётов видеосигнала. Цифровой видеосигнал может быть подвергнут как обратимой (с нулевой ошибкой восстановления), так и необратимой компрессии. В IP-системах используется, как правило, необратимое сжатие цифрового потока. В соответствии с фундаментальным учением В. К. Зворыкина численное значение допустимой ошибки передачи изображений определяется свойствами зрения человека. Это положение можно распространить и на кодирование при передаче по различным сетям – восстановленное изображение субъективно не должно отличаться от исходного.
В устройствах компрессии видеосигнала производится кодирование с преобразованием, когда обработке подвергаются не отсчёты исходного изображения, а отсчёты его коэффициентов разложения в ряды по различным базисам. Главными операциями по сокращению избыточности являются усечение числа членов ряда, адаптивное квантование оставленных коэффициентов разложения и статистическое кодирование. Например,при преобразовании Фурье изображение представляется в виде суммы синусоидальных и косинусоидальных функций с кратными частотами. Энергия пространственного спектра большинства изображений сосредоточена в низкочастотной области, поэтому при кодировании производится усечение коэффициентов ряда, соответствующих высокочастотным компонентам изображения. Определённое уменьшение ошибки воспроизведения при заданном коэффициенте сжатия может быть осуществлено путём учёта свойств типовых изображений без адаптации базиса. Например, большинство изображений характеризуется скорее чётной симметрией, чем нечётной. Это позволяет исключить из разложения Фурье синусоидальные базисные функции и перейти к дискретному косинусному преобразованию, лежащему в основе множества алгоритмов компрессии изображений.
Специально для кодирования подвижных изображений Группой экспертов по вопросам кинотехники (Motion Picture Experts Group) был разработан ряд стандартов для компрессии и обработки изображения, звука и их комбинации (MPEG). В настоящее время Международной организацией по стандартизации утверждены три стандарта MPEG-1 (кодирование изображения при скорости передачиданных до 1.5 Мбит/с), MPEG-2 (обобщённое кодирование изображения и звука при скорости передачи данных от 1.5 до 50 Мбит/с), MPEG-4 (кодирование аудиовизуальных объектов).
В соответствии с используемыми методами дифференциального кодирования стандарт MPEG включает в себя три типа изображений (см. рис.3):
• I (Intra-coded picture) – изображения, в которых устраняется только пространственная избыточность в блоках размером 8 8 элементов;
• P (Predictive-coded picture) – изображение, при кодировании которого формируется разность между исходным изображением и предсказанием, полученным на основе предшествующего или последующего изображения типа I;
• B (Bidirectionally-predicted-coded picture) – изображение, при кодировании которого используется предсказание, сформированное на основе предшествующего или последующего изображения типа I или типа P.
Сокращение пространственной избыточности выполняется в изображениях типа I. Набор операций такого кодирования – дискретное косинусное преобразование, взвешенное квантование и энтропийное кодирование серии коэффициентов косинусного преобразования. При кодировании типов P и B изображений используется межкадровое кодирование, устраняющее и пространственную и временную избыточность изображений.
После компрессии объём изображений типа Р для типичных сюжетов составляет примерно 35% объема изображения типа I, а В-изображения – 25%.Таким образом, примерно в три раза уменьшается скорость потока данных при такой же заметности искажений компрессии. В результате может быть достигнута степень сжатия до 100.
Стандарт MPEG-2 используется при студийном вещании и записи видеоинформации на DVD-носители. Наиболее ценное достоинство MPEG-2-кодирования, применяемое для передачи по различным сетям, – возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети. В кодеке MPEG-4 сохранены многие достоинства, характерные для MPEG-1 и MPEG-2. Однако эти алгоритмы были усовершенствованы, особенно в части их работы в сетях с низкой скоростью передачи данных; предложены более качественный анализ параметров движения и новый вариант фильтра для распаковки блоков информации.
Используя разные параметры кодирования изображения в MPEG-2 и MPEG-4, можно добиться различного соотношения цена/качество, что делает эти алгоритмы основными при создании как видеосетей реального времени, так и сетей потокового видео (видео по запросу). В последнем случае предварительно записанные видеосигналы хранятся на сервере и запрашиваются приложением конечного пользователя, например модулем расширения Web-браузера или выделенным видеоклиентом. Отимальным решением для CCTV является использование MPEG-2 кодирования со скоростью потока 6-8 Мбит/c. При этом скорость доставки и объем дискового пространства для создания видеоархива в сочетании со стоимостью транспортной среды дают самую выгодную схему функционирования системы видеонаблюдения.
Одна из наиболее актуальных проблем при создании сети передачи видеоинформации состоит в следующем: достаточно ли Ethernet с TCP/IP или лучше сразу переходить к ATM? Ввиду значимости этого вопроса и последствий его решения рассмотрим те особенности сетей, которые имеют непосредственное отношение к передаче высококачественного видеосигнала.
Ethernet и TCP/IP понятны подавляющему большинству пользователей вследствие их общедоступности. TCP/IP – это стек протоколов Internet, и, он также может быть использован для передачи видеоинформации. Преимущества Internet, на первый взгляд, очевидны – свобода доступа и совместимость с огромным числом аппаратно-программных средств. Но, к сожалению, Internet не имеет стандартных средств для обеспечения качества услуг из конца в конец. Кроме того, Internet – услуга асинхронная – поток данных к клиенту, как правило, значительно превышает поток данных от клиента. Поэтому провайдеры, декларируя предоставление высокоскоростного Internet (например, 8 Мбит/c), направляют свои усилия на поддержание скорости именно входящего потока. Также следует отметить, что телекоммуникационные особенности предоставления услуги Internet не гарантируют постоянную скорость получения этой услуги. Поэтому в "чистом" виде использование Internet для передачи видеосигнала со студийным качеством более чем проблематично – более логично использовать выделенную сеть TCP/IP со скоростью передачи не ниже 10 Мбит/c. Необходимо подчеркнуть также, что к настоящему времени не существует единого стандарта коммутации со скоростью линии между подсетями – коммутации третьего уровня.
Технология ATM состоит в представлении потока данных от любого источника информации – пакетами фиксированной длины – 53 байта вместе с коротким заголовком в 5 байт. Небольшая длина пакетов АТМ (cell) позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передаче с постоянным темпом, характерным для мультимедийной информации. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и процент служебной информации не был большим по отношению к данным пакета, в технологии ATM применен стандартный прием эти сети всегда работают по протоколу с установлением соединения и адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. При отказе от жестко фиксированных временных слотов для каждого канала идеальной синхронности добиться невозможно. Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и при малом размере пакета отклонение от синхронизма будет небольшое.
Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. Приоритеты существуют и в других технологиях, однако наличие в них пакетов больших размеров (4096 байт и более) не позволяют им с высокой степенью вероятности выдерживать требования синхронизма для высокоприоритетных пакетов.

В сети ATM конечные станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней каналами с уплотнением (рис. 4).

Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для маршрутизации трафика в сети коммутаторов. Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байтных адресов конечных станций с иерархической структурой. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface), который определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком.
Стандарт ATM пользуется спецификациями стандарта физического уровня на передачу данных по оптическим линиям связи SONET (Synchronous Optical Network) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Стандарт SONET устанавливает скорости передачи данных с дискретностью 51.84 Мб/с до 2.488 Гб/с и может быть расширен до 13 Гб/с, а SDH – с дискретностью 155.52 Мб/с.
Базовая скорость 51.84 Мб/с была выбрана так, чтобы включить в себя скорости линий T-3 и E-3.
Для линий со стандартными скоростями SONET введены следующие обозначения (таблица 1)
Например, для интерфейса пользователь – компьютер может использоваться канал ОС-3, а для интерфейса коммутатор – коммутатор – канал ОС-12. Эти же каналы могут быть использованы при создании систем видеонаблюдения, причем канал ОС-3 целесообразно использовать на участке кодер-коммутатор, а канал ОС-12 – для построения сети между коммутаторами. Естественно, что организация подобных каналов при передаче данных на большое расстояние невозможна без применения оптического волокна. При этом, в зависимости от дальности передачи может использоваться как многомодовый, так и одномодовый кабель.
Таким образом, архитектура ATM наиболее подходит для сетевого видео в силу своих основных особенностей. Во-первых, коммутируемые виртуальные соединения (Switched Virtual Circuit, SVC) позволяют создавать высокоскоростные соединения между узлами по необходимости, например между камерой и монитором или между видеосервером и клиентом. Во-вторых, ATM позволяет определить уровень качества услуг из конца в конец во время установления SVC, гарантируя таким образом достаточную пропускную способность при минимальном времени задержки. Кроме того, создание эффективной транспортной среды облегчается наличием стандарта Multiprotocol over ATM (MPOA), активно продвигаемого производителями активного сетевого оборудования. MPOA является первым стандартом для коммутации третьего уровня и расширяет эмуляцию локальной сети на втором уровне за счет создания виртуальных соединений практически со скоростью линии через несколько подсетей. В-третьих, многие операторы связи имеют магистрали ATM и предлагают сервисы на 155 Мбит/с, а некоторые другие собираются модернизировать свою магистраль до ATM на 622 Мбит/с. В результате передача видео в формате MPEG_2 по сети АТМ стала общепринятым стандартом для операторов кабельного ТВ и прошла многократную апробацию.
Поскольку преимущества АТМ очевидны, то производители сетевого CCTV- оборудования сосредотачиваются в настоящее время на разработке АТМ-кодеков. Например, компания Teleste (Финляндия) предлагает пользователям платформу EASY (Edge Access – System Interface), включающую в себя MPEG-2 кодеры/декодеры, терминальные серверы и сетевые коммутаторы для сетей ATM. Каждый кодер/декодер помимо одного канала видео может мультиплексировать в единый цифровой поток два аудиоканала и 4 канала передачи RS-данных и может выпускаться как с "медными", так и с оптическими выходами (многомодовыми и/или одномодовыми), обеспечивая передачу информации на расстояние до 40 км.
Рассмотрим подробнее алгоритм работы АТМ-кодера. На первом этапе, все типы данных (см. рис. 5) мультиплексируются в единый транспортный поток. На втором этапе из полученного потока формируется один виртуальный АТМ-канал. Третьем этапом является мультиплексирование в единый АТМ-трафик нескольких виртуальных каналов от предыдущих кодеров в системе (см. рис. 6). Далее полученный АТМ-трафик инкапсулируется в кадры канального уровня для его последующей передачи до следующего кодера в системе или до АТМ – коммутатора. Уплотнение АТМ-трафика позволяет организовать кольцевое подключение нескольких кодеров видеосигнала одним физическим каналом. Указанное обстоятельство делает АТМ-решения особенно эффективными при построении систем видеонаблюдения в условиях ограниченного бюджета на кабельные коммуникации.
На базе АТМ-кодеков реализован ряд интересных проектов по созданию систем городского мониторинга и комплексов средств обеспечения безопасности. Так, кодеки компании Teleste легли в основу сетей сбора и передачи информации от разнообразных датчиков вторжения и средств наблюдения (ТВ камеры, тепловизоры, радары), расположенных на территориях ряда военных объектов США. Во всех случаях при монтаже кодеры располагаются непосредственно в местах установки видеокамер, что значительно снижает затраты как на создание системы, так и на ее обслуживание. Аппаратура интегрирована в сеть через АТМ-коммутаторы, обеспечивая при этом пользователям возможности виртуального матричного коммутатора для всех видеокамер.
Другим примером ATM-системы может служить система мониторинга движения в городе Остин (штат Техас, США), также построенная на сетевом оборудовании компании Teleste. Коммутируемая АТМ-сеть создана на серийно выпускаемой аппаратуре и объединяет 240 сканирующих камер и 720 светофоров. Полноформатное видео с DVD-качеством передается со скоростью 6,7 Мбит/c.
Сеть включает в себя 8 АТМ-коммутаторов, два из которых расположены в основном и резервном центрах управления движением, шесть остальных – на территории города. Периферийные коммутаторы подключены к основному по схеме "звезда" сетью ОС-12 и соединены между собой по схеме "кольцо" сетью ОС-3, что обеспечивает резервирование сети передачи видеоинформации. В центре управления движением операторы могут визуально оценивать ситуацию на любом из 120 перекрестков и контролировать текущее состояние светофоров. Информация отображается как на мониторах рабочих станций, так и на информационном табло из 25 плазменных панелей. Управление системой осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, обеспечивающего индивидуальное управление каждой из сканирующих камер и ее коммутацию к рабочей станции оператора или на табло отображения. Программное обеспечение позволяет также контролировать работу всех светофоров и изменять их временные циклы в зависимости от времени суток и интенсивности дорожного движения.
Каждый из шести периферийных коммутаторов обеспечивает работу до 120 перекрестков, объединенных в группы по 10 локальной петлей ОС-3 (см. рис.7). Непосредственно на перекрестках размещены АТМ-кодеки, работающие в стандарте MPEG-2, к которым помимо видеокамер подключены различные телематические устройства (светофоры, информационные табло и т.п.)»(1)

Заключение

«Таким образом, АТМ-сетевое видео со студийным качеством изображения реализовано в настоящее время в виде конкретных проектов. Время традиционного "кабельного" CCTV, существовавшего долгое время в неизменном виде, безвозвратно уходит. Волоконная оптика и новые сетевые технологии создают предпосылки перехода охранного телевидения на новый качественный уровень. Мы считаем, что такая перспектива соответствует устремлениям подавляющего большинства разработчиков и пользователей систем безопасности.»(1)

Список литературы

М. Ефимов, В. Никитин "Алгоритм Безопасности" № 4, 2005 год.
Электронный ресурс http://www.videonet.ru/ - цифровая система безопасности Видеонет
Электронный ресурс ttp://www.geovision.com.tw/ - цифровая система видеонаблюдения GeoVision
Электронный ресурс http://www.topica.com.tw/ - оборудование для видеонаблюдения компании Topica