Pomoc techniczna

Projektowanie sieci CCTV IP

Decydując się na budowę systemu monitoringu CCTV IP, którego konstrukcja bazuje na infrastrukturze sieci komputerowej z protokołem TCP/IP oraz urządzeniach sieciowych, należy szczególna uwagę zwrócić na kilka typowych zagadnień, od których nie tylko zależy wydajność pracy tego typu instalacji, ale także szybkość w reagowaniu na zaistniałe zagrożenia. Projektując sieciowy system monitoringu wizyjnego nie można lekceważyć takich zagadnień, jak: przepustowość, pamięć masowa, nadmiarowość, skalowalność systemu oraz sterowanie częstotliwością odświeżania. To właśnie od tych czynników w znacznym stopniu jest uzależniona poprawność działania sieciowych systemów nadzoru wideo.

1. Przepustowość

Każdy produkt sieciowy do monitoringu wizyjnego, w mniejszym lub większym stopniu, wykorzystuje przepustowość (zależnie od konfiguracji poszczególnych urządzeń). Wymagana przepustowość sieci CCTV IP zależy przede wszystkim od: rozdzielczości obrazu, metody i współczynnika kompresji, częstotliwości odświeżania (w klatkach na sekundę) oraz złożoności scenerii (bardziej złożone obrazy wymagają większej przepustowości). Współczesne sieciowe systemu monitoringu wizyjnego korzystają z różnych technologii, które pozwalają na zarządzanie wykorzystaniem przepustowości. Do najczęściej stosowanych metod zarządzania wykorzystaniem przepustowości w sieciach CCTV IP zaliczamy:

• Sieci przełączane (przełączniki sieciowe) – powszechnie dziś stosowana technika, polegająca na zastosowaniu przełączania sieciowego. Dzięki zastosowaniu przełączania sieciowego ten sam komputer fizyczny i siec CCTV IP mogą zostać rozdzielone na dwie niezależne sieci (fizycznie połączone). Przełącznik sieciowy pozwala na utworzenie dwóch wirtualnych sieci autonomicznych.
• Szybsze sieci komputerowe – dynamiczny postęp technologiczny oraz ciągle obniżanie cen przełączników sieciowych i routerów sprawia, ze sieci o dużej przepustowości (np. gigabajtowe) cieszą się coraz większą popularnością. Stosowanie sieci o dużej przepustowości w znacznym stopniu zwiększa możliwości monitoringu zdalnego poprzez siec komputerowa TCP/IP, ponieważ pozwala na efektywniejsze wykorzystanie kamer oferujących obraz w rozdzielczości megapikselowej.
• Częstotliwość odświeżania obrazu sterowana zdarzeniami – praca wszystkich kamer systemu z maksymalna częstotliwością odświeżania na poziomie 25/30 klatek na sekundę (PAL/NTSC) w wysokiej rozdzielczości w trybie ciągłym, znacznie przekracza poziom wymagany przez wiele aplikacji. W rzeczywistości mało, który system jest w stanie poradzić sobie z takim obciążeniem, zwłaszcza gdy składa się z dużej liczby kamer. Rozwiązaniem tego problemu są szerokie możliwości konfiguracyjne oraz wbudowana w kamery IP/wideo serwery IP inteligencja. Dzięki tym rozwiązaniom, w normalnych warunkach możemy ustawić niższą częstotliwość odświeżania obrazu, np. na poziomie 5-6 kl./s, co w znacznym stopniu obniża wykorzystanie przepustowości. W przypadku wystąpienia zdarzenia alarmowego częstotliwość odświeżania obrazu może być automatycznie zwiększana, dzięki czemu możemy otrzymać płynny i szczegółowy materiał wideo, pozwalający na skuteczna wideoweryfikacje osób i zdarzeń alarmowych. Ponadto, wiele dostępnych w handlu profesjonalnych kamer sieciowych może przesyłać obraz przez siec tylko wtedy, gdy zachodzi konieczność jego zarejestrowania (przez resztę czasu nie przesyła danych), co również pozwala na zmniejszenie wykorzystania przepustowości.

Do obliczania wymaganej przepustowości sieci CCTV IP wykorzystuje się specjalne kalkulatory, które na podstawie rozmiaru obrazu i częstotliwości jego odświeżania, pomagają nam określić przepustowość wykorzystywana przez konkretny sieciowy produkt wizyjny. Ponadto, tego typu narzędzie pomocnicze pomaga tez w obliczeniu ilość miejsca potrzebnego na zapisanie sekwencji obrazów.

2. Pamięć masowa

Wszystkie systemu monitoringu wizyjnego CCTV IP do zapisu danych audio/video wykorzystują pamięć masowa. Z tego tez względu, podczas projektowania instalacji sieciowego monitoringu wizyjnego musimy się zastanowić jaki dysk twardy jest wymagany i w jaki sposób zbudować nadmiarowy system pamięci masowej. W każdym przypadku podczas obliczania wymaganej pamięci masowej dla systemu CCTV IP należy uwzględnić poniższe czynniki:

• Liczba kamer w systemie
• Dzienna liczba godzin rejestracji obrazu przez każdą kamerę
• Okres, przez jaki należy przechowywać nagrania wideo
• Tryb rejestracji (np. tylko wykrywanie ruchu, rejestracja ciągłą)
• Inne parametry (częstotliwość odświeżania, metoda i stopień kompresji, poziom jakości i złożoności obrazu)

Poniżej przykładowe obliczenia dla dwóch najbardziej popularnych metod kompresji MJPEG i MPEG-4 (obliczenia nie uwzględniają dodatkowych narzutów ani kwestii technicznych, mogących sprawić, ze rozmiary rejestrowanych obrazów mogą być większe od tych wspomnianych poniżej).

• Kompresja JPEG/ Motion JPEG – wymagania dotyczące wymaganej pamięci masowej do zapisu danych skompresowanych za pomocą formatu JPEG/ Motion JPEG zależą przede wszystkim od: częstotliwości odświeżania obrazu, jego rozdzielczości oraz stopnia kompresji. Poniżej w tabeli przykładowe obliczenia wymaganej pamięci masowej dla trzech kamer (kamera 1, kamera 2, kamera 3), w zależności od ustawionej częstotliwości odświeżania w klatkach na sekundę (fps) i rozdzielczości obrazu.

Obliczenia:

• Rozmiar obrazu × liczba klatek na sekundę × 3600 s= kB na godz./1000 = MB/godz.
• MB na godz. × liczba godz. pracy w ciągu dnia/1000 = GB/dzień
• GB/dzień × wymagany okres przechowywania = wymagana pojemność pamięci masowej


• Kompresja MPEG-4 – w przypadku kompresji MPEG-4 obrazy są częścią ciągłego strumienia wideo, a nie poszczególnymi plikami, jak to ma miejsce w przypadku formatu JPEG. W przypadku kodeka MPEG-4 wymagania dotyczące pojemności pamięci masowej są determinowane przez szybkość transmisji, czyli ilość danych obrazu przesyłanych w jednostce czasu. Poniżej w tabeli przykładowe obliczenia wymaganej pamięci masowej dla trzech kamer (kamera 1, kamera 2, kamera 3), w zależności od ustawionej częstotliwości odświeżania w klatkach na sekundę (fps) i szybkości transmisji obrazu.

Obliczenia:

• Szybkość transmisji/8 (bitów w bajcie) × 3600 s = kB na godz./1000 = MB/godz.
• MB/godz. × liczba godzin pracy w ciągu dnia/1000 = GB/dzień
• GB/dzień × wymagany okres przechowywania = wymagana pojemność pamięci masowej

3. Nadmiarowość (redundancja)

• Macierz dyskowa RAID (ang. Redundant Array of Independent Dinks) - jedna z metod rozdziału danych na wiele różnych dysków twardych o pojemnościach nadmiarowych, czyli układ nadmiarowy niezależnych dysków. Innymi słowy macierz dyskowa RAID jest metoda konfigurowania standardowych, dostępnych w handlu dysków twardych, w taki sposób, ze system operacyjny widzi je jako jeden duży, logiczny dysk twardy. Dzięki zastosowaniu macierzy dyskowej RAID w przypadku uszkodzenia jednego z dysków dane możemy odzyskać z innych.



Rozróżnia się kilka poziomów RAID zapewniających różne nadmiarowości (od praktycznie zerowej do nadmiarowości w pełni lustrzanej). Najczęściej spotykane poziomy RAID zostały krótko scharakteryzowane poniżej:

RAID-0: dane są rozdzielane (ang. Striped) na dwa lub więcej dysków twardych w celu zwiększenia wydajności odczytu/zapisu lecz nie duplikują się.




RAID-1: Polega na replikacji pracy dwóch lub więcej dysków fizycznych. Powstała przestrzeń ma rozmiar najmniejszego nośnika. RAID 1 jest zwany również lustrzanym (ang. mirroring). Co najmniej dwa dyski duplikują dane. Bez stripingu. Oba dyski zawierają te same dane, oba moga odczytywać w tym samym czasie. Wydajność zapisu jak dla pojedynczego dysku.




RAID-5: bity parzystości nie są zapisywane na specjalnie do tego przeznaczonym dysku, lecz są rozpraszane po całej strukturze macierzy. RAID 5 umożliwia odzyskanie danych w razie awarii jednego z dysków przy wykorzystaniu danych i kodów korekcyjnych zapisanych na pozostałych dyskach. RAID 5 oferuje większą predkość odczytu niż lustrzany (ang. mirroring) ale przy jego zastosowaniu nieznacznie spada prędkość zapisu. Poziom piaty jest całkowicie bezpieczny dla danych - w razie awarii system automatycznie odbuduje utracone dane, tak by mogły być odczytywane, zmniejszając jednak bieżącą wydajność macierzy.



• Replikacja danych jako funkcja wielu sieciowych systemów operacyjnych - serwery plików w sieci są konfigurowane w taki sposób, aby wzajemnie replikowały swoje dane.


• Archiwizacja na taśmach - metoda alternatywna lub dodatkowa. Dostępnych jest wiele programów i urządzeń oferujących archiwizacje na taśmach. Archiwizacja na taśmach pozwala na ich wynoszenie z miejsca, w którym są nagrywane, co stanowi dodatkowe zabezpieczenie przed pożarem lub kradzieżą.
• Klastrowanie (grupowanie) serwerów – rozróżniamy wiele metod pozwalających na zestawienie serwerów w klastry. Klastrowanie powszechnie stosuje się w przypadku serwerów baz danych i poczty elektronicznej (gdy dwa serwery pracują z tym samym urządzeniem pamięci masowej). Dzięki zastosowaniu klastrowania w przypadku awarii jednego z serwerów, drugi o takiej samej konfiguracji przejmuje funkcje uszkodzonego serwera. Przełączanie na inny serwer odbywa sie automatycznie i dla użytkownika jest całkowicie niezauważalne.
• Przesyłanie obrazu na dwa różne serwery – powszechna metoda stosowana w sieciowych systemach telewizji przemysłowej pozwalającą na odzyskiwanie danych w razie awarii i przechowywanie ich poza miejscem rejestracji. Dodatkowo serwery tego typu bardzo często są wyposażane w system RAID.

4. Skalowalność systemu

Skalowalność systemu nadzoru wideo jest zależna od rodzaju instalacji. Skalowalność należy wziąć pod uwagę już na etapie projektowania systemu telewizji przemysłowej. Dostępne w handlu rejestratory cyfrowe DVR przeważnie są wyposażane w 4, 8 lub 16 kanałów wideo, służących do bezpośredniego podłączenia kamer analogowych. Z tego tez względu analogowe systemy wizyjne są skalowalne w krokach co 4, 8 lub 16. Oczywiście gdy w systemie nadzoru wideo pracuje 15 kamer nie ma większego problemu z dołączeniem kolejnej kamery. Problemy pojawiają dopiero w sytuacji gdy konieczne jest zastosowanie 17 kamery. W takim przypadku, dodanie kolejnej kamery (powyżej 16), wiąże się z koniecznością zakupu dodatkowego rejestratora cyfrowego, co tym samym zwiększa koszty budowy i eksploatacji systemu CCTV. W przypadku sieciowych systemów nadzoru wideo nie ma takiego problemu, ponieważ mogą one być skalowalne w krokach co 1. Dzięki tej właściwości systemy monitoringu CCTV IP są łatwe w skalowaniu, co pozwala na bezproblemowe tworzenie instalacji z dowolna ilością kamer. Warto również dodać, ze instalacje CCTV IP są najlepszym rozwiązaniem na budowę rozległych systemów nadzoru wideo.

5. Sterowanie częstością odświeżania

Sieciowe systemy nadzoru wideo w przeciwieństwie do analogowych instalacji wizyjnych, w których „cały obraz jest przesyłany przez kamerę przez cały czas”, pozwalają na „sterowanie częstością odświeżania”, dzięki czemu wybrana kamera IP lub serwer wizyjny może przesyłać obrazy z określoną częstością odświeżania. Takie rozwiązanie zapewnia niezwykle wydajna prace systemu wizyjnego, ponieważ nie mamy do czynienia z transmisja przez siec niepotrzebnych klatek obrazu. Dodatkowo praktycznie każdy sieciowy produkt dozorowy (kamery IP, serwery wizyjne, oprogramowanie do zarządzania) może zostać skonfigurowany w taki sposób, ze w przypadku np. wykrycia aktywności w strefie monitorowanej, automatycznie zwiększa częstość odświeżania. Dodatkowo sieciowe systemy telewizji przemysłowej pozwalają także na przesyłanie obrazu z różna częstością odświeżania do różnych odbiorców, co rewelacyjnie sprawdza się w przypadku instalacji pracujących z łączami o niskiej przepustowości w transferze danych.

Maciej Mijalski

CTR PARTNER

...wróć do pomocy

Newsletter

• Strona główna
• Kamery IP
• Cenniki
• Archiwum CCTV
• Mapa strony
• Kontakt