Что последует за цифровыми видеорегистраторами: сетевое хранения видеоданных

Майкл Джилдж (Dr Michael Gilge)
Источник: Hi-Tech Security Solution

Технологии цифровой видеозаписи сильно повлияли на отрасль систем видеонаблюдения: покончено с изнашивается компонентами, дорогим обслуживанием, отпала необходимость в бесконечной перемотке ленты, чтобы найти нужный фрагмент.

Цифровая видеозапись принесла с собой четкие изображения, мгновенный доступ к материалу для воспроизведения и многое другое. Но граница это? Что еще ждет нас в области цифровой видеозаписи для нужд систем видеонаблюдения? В этой статье — рассуждения о путях развития цифрового видеонаблюдения при использовании инфраструктуры информационных технологий (IT), или, другими словами, сетевые технологии. Вы убедитесь, что простой сетевой видеорегистратор устойчивый к отказам сети. Используя описываемый ниже принцип ANR (автоматическое восстановление данных в сети), сетевой видеорегистратор может выдержать сбои сети, не жертвуя при этом непрерывностью процесса записи. Приводится тут же концепция "виртуального жесткого диска» делает еще один шаг в будущее, снимая наболевшую проблему ограничений емкости дискового пространства.

Начало: от покадровой записи через промежутки времени до цифровых видеорегистраторов

Запись видеоизображения — одна из важнейших задач в области систем видеонаблюдения-сначала здесь использовались видеомагнитофоны, использующие кассеты стандарта VHS. При использовании склеенной в кольцо ленты в комбинации с небольшими скоростями движения ленты на одну кассету было возможно записать до 4 — 8 часов видео. Запись могла бесконечно обновляться без необходимости замены кассеты, фиксируя события за интервал времени, что соответствует емкости кассеты. Меньше скорости движения ленты и использование покадровой записи через промежутки времени позволили увеличить этот интервал хранения.

Для дальнейшего его увеличения требовалась смена кассет — ручная или с применением автоматики. Вследствие постоянной работы и механической природы процесса физической записи, пленка и видеоголовки подвергались существенному износу, из чего вытекала необходимость регулярной замены кассет и видеоголовок по графику обслуживания. Из соображений экономии сроки замены стремились максимально растянуть, а иногда и просто игнорировали — в результате пользователь получал страшного качества записи, различить на каких-либо было почти невозможно.

Еще одним неприятным занятием был поиск нужных видеофрагментов — он опирался исключительно на аккуратность работников, которые подписывают этикетки на кассетах, и состоял в основном из бесконечных перемоток ленты взад-вперед. Положительным моментом в этой технологии было то, что кассеты VHS можно было воспроизвести на широко распространенных видеомагнитофонах этого стандарта, и справиться с этим мог любой.

Спасение — в цифровых видеорегистраторах

Комбинация доступной технологии сжатия видеоизображения и увеличение емкости жестких дисков сделала возможным появление цифровых видеорегистраторов, где изображения хранятся в оцифрованном и сжатом виде на обычных компьютерных жестких дисках.

Хотя запись на жесткий диск также является магнитной, в отличие от видеоленты, магнитные головки не соприкасаются с поверхностью жестких дисков.

В компьютерном накопители между головками и поверхностью диска имеется воздушный зазор, поэтому контактный износ поверхности отсутствует. А цифровой характер записи гарантирует, что весь воспроизведенный сигнал аналогичной копией записанного.

Еще одно преимущество цифровых видеорегистраторов — мгновенный доступ к фрагментам для воспроизведения, даже при одновременно работающей записи. Любой фрагмент видеозаписи немедленно готов к воспроизведению и не требует времени на перемотку и смену носителя. Для облегчения процесса поиска нужных видеофрагментов одновременно с видеоданными возможна запись дополнительной информации — например, показаний датчиков движения или метаданных (времени, места, ID телекамеры).

Все эти преимущества привели к значительному росту технологии цифровых видеорегистраторов (DVR) и почти полного вытеснения ими аналоговых решений. В предыдущие годы DVR считался дорогим удоовльствием. В последнее время стоимость этих устройств сравнялась со стоимостью видеомагнитофонов, применявшиеся в прошлом, а то и стала ниже. Цифровые видеорегистраторы — лидирующая технология, особенно для решений небольшого масштаба.

Но есть и соображения "против&
quot;

Для больших систем решения, основанные на стандартных DVR, имеют ряд недостатков:

Локализация видеовходов: Все видеовходы расположены непосредственно на видеорегистраторе. Любой источник видеоизображения — например, телекамера — должен быть подключен кабелями к DVR. В результате — необходимость значительного вложения средств в прокладку кабеля.

Конструктивное назначение для работы с аналоговыми источниками: Созданные для "цифрового" будущего сегодняшние DVR, однако, приспособлены для работы только с аналоговыми камерами видеонаблюдения. Имеющиеся модели не способны работать с растущим парком сетевых телекамер.

Ограниченная емкость: Видеорегистраторы имеют ограниченную емкость памяти, которая определяется временем записи на встроенные жесткие диски и размерами поддерживаемых дисков. Для системы с количеством телекамер большим, чем может обслужить один видеорегистратор, нужно применять несколько записывающих устройств. А поиск фрагментов на нескольких DVR отбрасывает нас назад в аналоговую эру: это крайне неудобно.

Работа с мультиплексорами: В наследство от видеомагнитофонов прошлого большинство цифровых видеорегистраторов получили одноканальные. Чтобы одновременно записывать с 4, 9,16 или более видеовходов, используются встроенные или внешние мультиплексоры. В результате приходится жертвовать частотой кадров, для отдельно взятой телекамеры может упасть до нескольких кадров в секунду.

Применение нестандартного оборудования, характерного для систем видеонаблюдения: видеорегистраторы в основном имеют уникальную конструкцию, которая не поддерживает возможность подключения и обмена данными с IT-устройствами вроде массивов RAID и стандартного и недорогого сетевого оборудования.

Для того чтобы снять эти ограничения, и была разработана сетевая видеозапись.

NVR — сетевой видеорегистратор

Сегодня в системах видеонаблюдения используется все большее количество сетевых телекамер. Вместо традиционного видеовыхода эти устройства имеют сетевой интерфейс, подключаемый к обычным сетям Ethernet. Причины популярности так называемых IP-телекамер — наличие компьютерных сетей в большинстве зданий, а также различные встроенные функции — такие, как обнаружение движения, анализ видеоизображения и возможность подачи тревожных сигналов. При использовании для передачи видеоданных обычных компьютерных сетей можно сэкономить на прокладке кабелей, и это компенсирует более высокий ценовой уровень сегодняшних IP-телекамер.

Но как же совместить эти IP-камеры с видерегистратором? В большинстве случаев подключения к стандартному видеорегистратора и использования в одной системе одновременно аналоговых и сетевых телекамер осуществить не удастся. Единственный способ подключить IP-камеру к стандартному DVR — приобрести специальное устройство-декодер, превращает цифровой видеосигнал обратно в аналоговый. Этот аналоговый сигнал может быть записан на обычный DVR, который, в свою очередь, его снова оцифровывает и сжимает. Нетрудно представить себе, насколько эта цепочка кодирования-декодирования отразится на качестве сигнала-мягко говоря, она его не улучшит.

Решение описанной проблемы получило название сетевой видеорегистратор (NVR): все цифровые видеоисточники и аналоговые камеры, подключенные к видеосервера, отдают свои сигналы в общую сеть.

В качестве средства видеозаписи используется компьютер с большим объемом накопителей. Под управлением программы-переключателя NVR осуществляет доступ к удаленным сетевым телекамер и видеосерверы, записывая поступают из них видеопотока на жесткий диск.

Сетевой видеорегистратор — по сути, стандартный персональный компьютер, подключенный к сети и использует программное приложение, управляет потоками цифровых видеоданных. Обычно используется программа, управляющая доступом к видеопотока в зависимости от расписания по времени или от активности в кадре. Чаще сетевой видеорегистратор имеет средства поиска фрагментов по банкам записанных видеоданных, а также возможности резервного копирования.

Технология цифровой видеозаписи эффективна с точки зрения затрат и является современным способом записи цифрового видео. С применением IT-концепций типа "сетей хранения данных&quo
t; (SAN) или "средств хранения, подключенных к сети" (NAS) емкость может быть расширена до нескольких тера-или даже пентабайт. Но, несмотря на эти преимущества, слабым звеном является собственно сеть: нет сети — нет и записи!

"ANR" — идея, как избежать потери данных при отсутствии доступа к сети

В сердце ANR — возможность учета аварий сети. Причины отсутствия доступа к сети могут быть разные. К примеру:

Авария оборудование: Отказать может любой компонент сети — от простого кабеля или переключателя к роутеру или самого сервера.

Ошибка оператора: При попытке изменить маршрут или ошибочно возможно неверное подключение кабелей.

Перегрузки сети: Пропускная способность сети во время пикового трафика может оказаться недостаточной для передачи видеоданных.

Шаг 1: Определение состояния сети

Принцип "ANR" основан на определении состояния сети. Осуществляется это так: видеосервер или IP-камера, с одной стороны, и приложение NVR, с другой, обмениваются диагностическими сообщениями (Live-Check).

Как только состояние сети изменилось — к примеру, сеть стала недоступна или вновь стала доступна, видеоисточниками и NVR создают событие. Информация о событии записывается в базу данных журнала и может быть использована для отправки сообщения по альтернативным сетей, или — при последующем восстановлении функциональности — по основной сети.

Механизм диагностических сообщений Live-Check позволяет гарантировать, что передающее и принимает устройства отслеживают и регистрируют в логе доступность сети.

Шаг 2: Принцип двойной записи

Чтобы справиться с задачами записи в те интервалы времени, когда сеть оказывается недоступной, запись должна осуществляться независимо на обоих узлах — передающем и принимающем (назовем их "источник" и "приемник").

Для этого все видеосерверы и IP-камеры оборудуются собственными средствами записи. Без всякого вмешательства пользователя цифровые данные пропускаются по кольцевому буфера данных, встроенного в телекамеру или видеосервер.

Физическое воплощение этого буфера может быть различным. Примером является стандартный жесткий диск, как описано выше, или флэш-памяти или флэш-накопители, дополнительным преимуществом которых является отсутствие в конструкции которых движущихся частей, что делает их незаменимыми для применения в жестких условиях работы. Для буферизации видеоданных годится и обычная энергонезависимая компьютерная память, однако емкость его обычно невысока, к тому же и риск потери данных при прекращении подачи электропитания.

Емкость средств хранения данных в узле источника прямо пропорциональна ожидаемому времени отключения сети с учетом некоторого запаса. Если, например, видеопоток в 1 Мбит / с, записываемый на центральный сетевой видеорегистратор, нужно обезопасить от сетевых аварий на 8 часов, то емкость средств локального хранения должна составлять примерно 3,5 Гбайт.

Запас нужен для того, чтобы учесть хранения результатов отложенных процедур, определяющих статус сети, и маркеров изменения внутри видеопотоков.

Таким образом, в описанном примере рекомендуется емкость 4 Гбайт. Ниже объяснены причины, по которым эту цифру необходимо удвоить — но 8 Гбайт при нынешних технологиях изготовления жестких дисков — это не так уж и много.

Из вычислений также ясно, что флэш-память, а тем более стандартные модели памяти могут выдерживать лишь незначительные перерывы в работе сети или ложные отказы. Доступная емкость флэш-памяти пока еще не превышает 1 Гбайт (блоками по 32 Мбайт).

Шаг 3: Автоматическое восстановление

На рисунке изображен статус записи в узле источника и приемника (NVR) после сбоя пропускной способности сети. Последний шаг в технологии ANR имеет целью восстановить утраченную информацию на виде