Особенности задач видеонаблюдения при использовании спутниковых каналов связи

    В последнее время всё большую популярность (интерес) приобретают задачи (вопросы) использования спутниковых каналов связи для передачи видеоинформации. При этом могут решаться самые разнообразные по целям и характеру задачи, начиная от простого наблюдения за ситуацией на частном пригородном садовом участке, и заканчивая передачей онлайн трансляций новостей, спортивных соревнований или событий с мест чрезвычайных ситуаций.

    С развитием и появлением новых систем программного и аппаратного сжатия видеоизображения (кодеков) снизились нагрузки на сети передачи видео. С другой стороны, с развитием спутниковых сетей стандарта DVB-RCS с использованием технологий DVB-S и DVB-S2 с применением каскадного и турбо кодирования, увеличилась эффективность использования частотного ресурса космического сегмента, повысилось качество самих сетей, что привело, в свою очередь, к снижению стоимости самих каналов.

    Для решения задач получения живого видео от различных систем (будь то охранное видеонаблюдение, система считывания номеров автомобилей или репортажная станция) с использованием спутниковых радиолиний необходимо чётко понимать (осознавать) из чего состоит и как работает каждый компонент всей системы в целом. Необходимо также понимать, что такое видеопоток информации при передаче её по линиям (каналам) связи.

    Прежде всего необходимо разобраться с целями системы видеонаблюдения, какие задачи необходимо решить, в каком виде преподносить информацию, в каком режиме, и кто её непосредственный получатель. Существует огромное количество оборудования для видеонаблюдения – видеокамер, регистраторов, систем обработки изображений и прикладного программного обеспечения. Кроме того, количество производителей подобного оборудования насчитывает не один десяток и увеличивается из года в год.

    Второй вопрос для целей удалённого видеонаблюдения с использованием спутникового сегмента  – это выбор канала спутниковой связи. И здесь существует масса нюансов, требующих осмысления. Это и технология спутниковой связи, и схема использования спутниковых каналов, и выбор оператора услуг спутниковой связи, и выбор тарифа связи, и многое – многое другое.

    Территорию РФ обслуживают космические аппараты как российских, так и зарубежных владельцев. Далее речь пойдёт о геостационарных искусственных спутниках Земли. Основными российскими операторами – владельцами космического сегмента являются ГПКС (ФГУП «Космическая связь») с группировкой КА серии «Экспресс» и ГКС (Газпром космические системы) с космическими аппаратами серии «Ямал». Из зарубежных представителей необходимо выделить Интелсат, Ютелсат и Дженерал Электрик. Для организации связи используются частотные диапазоны C, Ku и Ka.

    С-диапазон – это диапазон частот от 4 до 6 ГГц на приём и передачу сигналов. Этот диапазон отличает высокая устойчивость к изменению погодных условий, однако для организации канала требуются антенны больших размеров и передатчики относительно большой мощности. Земная станция С-диапазона не попадает под категорию VSAT и требует определённых затрат на проектирование и сдачу сооружений связи и получение частот и разрешений на эксплуатацию.

    Ku-диапазон  использует полосу  частот от 10 до 18 ГГц. Оборудование имеет меньшие размеры антенн и более низкие мощности передатчиков для организации каналов связи с той же пропускной способностью, что и в С-диапазоне. В связи с тем, что обеспечено полное покрытие территорий РФ транспондерами различных космических аппаратов Ku диапазона, большинство  коммерческих спутниковых операторов использует этот диапазон для организации услуг передачи данных в своих сетях. Основная масса оборудования для организации каналов связи попадает под категорию VSAT (Very small aperture terminal), где действует упрощённая процедура регистрации оборудования связи (МЗССС – малой земной станции спутниковой связи).

    Ka-диапазон – относительно новый и очень перспективный диапазон для пользователей услуг спутниковой связи, использующий частоты от 26,5 до 40 ГГц. Станции спутниковой связи Ка диапазона имеют ещё меньшие размеры и позволяют обеспечить скорости, приближенные по цене и характеристикам к наземным каналам передачи данных. Этот диапазон является наиболее интересным для развития в нашей стране, однако единственный пока на сегодня космический аппарат (Eutelsat Ka-Sat-9A) позволяет организовать услуги ШПД в Ka диапазоне исключительно в Западных, Северо-Западных регионах РФ, в Московской и некоторых других смежных областях страны.

    Так как спутниковая связь имеет свои специфические особенности, определённые достоинства и недостатки, требуется, прежде всего, ответить на главный вопрос: так ли необходимо использовать спутниковую связь, или можно обойтись альтернативными (наземными) каналами (линиями) связи. Если без спутниковых каналов связи обойтись нельзя, то, имея эту аксиому, переходим к постановке и решению задач видеонаблюдения (видеоконтроля) с прицелом на эти особенности.

    Основные (объективные)  особенности спутниковых каналов (линков), не привязываясь сейчас к той или иной технологии, это:

- ограниченная пропускная способность (скорость) каналов.

    Пропускная способность большинства спутниковых каналов коммерческих операторов не превышает 20 Мбит/сек (это, как правило, магистральные каналы С-диапазона). Стоимость таких каналов очень велика, поэтому они используются для организации каналов для операторов удалённых регионов в целях коммерческого применения. Для широко распространённых спутниковых VSAT каналов связи скорость в прямом канале (направление к абоненту) ограничивается, как правило, 1 – 3 – 5 Мбит/сек, в обратном (от абонента) – 64 – 800 – 1500 Кбит/сек. Принимая во внимание тот факт, что удалённое видеонаблюдение (передача видео) осуществляется по обратному каналу, требуется оценка возможностей оператора, предоставляющего канал.

- наличие задержки сигналов в спутниковых линиях, обусловленной большой удалённостью космических аппаратов от Земли и определённой цифровой обработкой потока данных, идущих по ним. Задержка сигналов, передаваемых по спутниковым каналам связи, колеблется от 350 мсек до 2 сек, в зависимости от используемой спутниковой технологии, схемы организации спутниковой сети связи и используемой аппаратуры обработки видео.

- непостоянство задержки (джиттер) прохождения сигналов (пакетов данных). Под джиттером понимается разброс (разница) между максимальным и минимальным значением задержки сигналов (пакетов данных). Непостоянство задержки сильно влияет на качество передаваемого по спутниковым каналам видео и/или аудио. Для уменьшения такого влияния используются различные технические приёмы, такие, как использование буферизации пакетов, приоретизация трафика (пакетов определённого типа), настройка параметров QoS на спутниковом оборудовании, маркировка пакетов (трафика) и пр.

- ограниченность зон покрытия земной поверхности космическими аппаратамиВ связи с тем, что практически невозможно обеспечить одинаковую энергетику сигнала от космического аппарата на большом, территориально распределённом пространстве, каждый ИСЗ имеет свою определённую зону покрытия по территории суши или водного пространства (Земли). Зону покрытия можно узнать у оператора – владельца космического сегмента или спутникового оператора – поставщика услуг спутниковой связи.

- относительно высокая стоимость трафика по сравнению с наземными каналами. Стоимость канала (и/или трафика) в спутниковой связи для потребителя (конечного пользователя) складывается из большого количества факторов. Использование космического сегмента, требующего постоянного  поддержания работоспособности орбитальной группировки, высокотехнологичного СВЧ оборудования радиотрактов, радиочастотного спектра и пр. не позволяют пока спутниковым каналам сравняться в стоимости с наземными каналами – оптическими и проводными.

Организационные (субъективные) особенности спутниковых каналов связи:

- выбор зоны покрытия (действия) спутника. Для организации канала спутниковой связи в определённой точке Земли необходимо знать, в зоне действия какого из ИСЗ находится объект. В случае хорошей видимости нескольких ИСЗ определить КА, имеющий лучшее покрытие по энергетике, а также расположение на орбите с точки зрения лучшего размещения антенного поста на земле.

- выбор схемы построения спутниковой связи (VSAT звезда, выделенный канал SCPC и пр.). В настоящее время спутниковые каналы строятся операторами по нескольким различным схемам. Основные из них – это выделенные каналы «точка-точка» и многочисленные каналы по схеме «звезда» (точка – многоточка).

Примеры схем можно увидеть ниже.

    Выделенный канал точка – точка (или SCPCsingle channel per carrier) используется для небольших сетей, использующих интенсивный трафик.


 


    Каждая земная станция, работающая по такой схеме, использует свой выделенный частотный ресурс на борту КА, гарантирует требуемую полосу пропускания и очень проста в реализации. Канал доступен в любой момент времени и на любую продолжительность сеанса, может быть симметричным или ассиметричным в любую сторону. Идеально подходит для передачи живого видео, однако стоимость такого канала высока как по единовременным, так и ежемесячным затратам. Кроме того, эффективность использования бортового ресурса (полосы частот) крайне низка по сравнению с другими технологиями, использующими многостанционный доступ к одному и тому же частотному ресурсу (TDM, TDMA и др.), широко используемыми сетями VSAT.


 

 

- выбор VSAT технологии спутниковой связи (iDirect, Linkstar, Хьюз, Eastar, Гилат и др.).

iDirectявляется одной из наиболее эффективных технологий спутниковой связи на рынке VSAT. iDirect обеспечивает эффективное использование полосы пропускания, как на спутниковом сегменте, так и на уровне IP-протокола, что позволяет говорить о низкой стоимости эксплуатации системы для поставщика услуг или оператора связи.

Linkstarтехнология двусторонней широкополосной спутниковой связи стандарта VSAT, с выделением полосы пропускания по требованию, конструктивно ориентированная на сети, в которых применяется технология DVB-RCS.

HughesNet — бренд, под которым компания Hughes Network Systems предоставляет услуги спутниковой связи VSAT. Терминалы HughesNet позволяют обеспечить скорость до 48 Мбит/с, доступ в Интернет, телефонию, высокую степень защиты системы безопасности. Система Direcway предоставляет пользователям широкий набор мультисервисных услуг.

Выбор технологии и конфигурация сети зависят от конкретных задач.

- выбор оператора спутниковой связи. Выбор оператора – очень важный вопрос для решения задачи передачи видеоконтента по спутниковым каналам связи. От того, как организована спутниковая сеть у конкретного оператора, какие космические аппараты он использует, какие каналы в направлении от удалённой станции к центральной (ХАБу) и сколько их в сети зависит очень многое. Немаловажное значение имеет и оперативность реагирования на запросы заказчика, правильно организованная служба эксплуатации и поддержки клиентов.

- выбор тарифного плана. От правильного выбора тарифного плана конкретного оператора зависит не только качество его сервиса (канала связи), но и количество финансовых средств, с которым придётся расстаться заказчику по истечении фиксированного периода времени (месяца).

Далее определимся с выбором компонентов систем видеонаблюдения.

    IP или аналог – самый востребованный вопрос в последние 2 года, требующий решения для проектирования современной системы наблюдения. Оставим этот вопрос для решения специалистам технических средств безопасности и их заказчикам. Этот вопрос не существенно важен для решения задач удалённого доступа к системе наблюдения с использованием спутниковых каналов связи. Важен подбор определённых компонентов системы, как в случае использования аналоговых систем, так и цифровых.

    При использовании аналоговых систем видеонаблюдения единственным элементом (компонентом) системы для удалённого доступа (передачи контента по сети) является видеорегистратор (DVRdigital video recorder). Цифровой видеорегистратор служит для записи видеоинформации в цифровом виде на магнитный носитель. DVR может быть реализован как на базе персонального компьютера, так и выполнен в виде самостоятельного устройства, предназначенного непосредственно для целей видеонаблюдения. Основной характеристикой регистратора для записи, а также для передачи видео по сети является алгоритм сжатия (компрессии) видеосигнала. Существует множество алгоритмов сжатия, которые можно разделить на 2 основных типа – потоковые алгоритмы и покадровые алгоритмы сжатия. К покадровым алгоритмам относится M-JPEG, к потоковымMPEG-2, MPEG-4, H.264.

    H.264 (MPEG-4) - самый прогрессивный и перспективный на сегодняшний день потоковый алгоритм, сочетающий высокое качество видео и сильное сжатие. Алгоритм сжатия может быть реализован программно или аппаратно. Потоковый алгоритм сжатия примерно в три раза эффективнее покадрового, однако покадровый алгоритм даёт чуть более качественную картинку изображения при воспроизведении или передаче по сети. Аппаратно реализованный алгоритм сжатия уменьшает задержку на обработку сигнала. При передаче видео по сети (а также при записи на магнитный носитель) немаловажное значение имеют такие параметры, как скорость видео и разрешение. Скорость определяется количеством передаваемых кадров в секунду, а разрешение – количеством точек (пикселей) по горизонтали и вертикали одного кадра изображения. Современные DVR имеют возможность выбора алгоритма сжатия для решения тех или иных задач при построении систем видеонаблюдения. Кроме того, DVR должен иметь и соответствующий набор регулировок скорости и разрешения видео для передачи по сети, если предполагается использование доступа к видеоконтенту (живому видео или архиву) по спутниковым линиям связи.

    Как правило, в целях обеспечения безопасности объекта наблюдения, локальная запись событий с помощью DVR производится с максимально возможным качеством (разрешением) и максимальной скоростью (12 – 25 кадров/сек на каждую камеру), а удалённое подключение производится с целью оценочного характера ситуации на объекте, с уменьшенной скоростью и заниженным разрешением для снижения нагрузки на канал и затрат на трафик.

    Для получения оптимального результата при удалённом подключении к DVR через спутниковые каналы связи необходимо:

Во-первых, решить, что является приоритетом – качество картинки (изображения) или динамика событий.

Во-вторых, по характеру объекта определить оптимальную скорость видео. Для статических объектов достаточно скорости 1 – 3 кадра в секунду, для более динамических – 6 – 12, для наиболее ответственных – 12 -25 кадров в секунду.

В-третьих, определить минимальное количество видеокамер на объекте.

В-четвёртых, определиться с минимальным количеством одновременно просматриваемых видеокамер, разрешением их изображения и скоростью отображения.

    При выборе решения построения системы видеонаблюдения в пользу цифровых IP видеокамер, всё вышесказанное справедливо в полной мере. Есть ряд особенностей, на которые хотелось бы обратить должное внимание:

 

1. Использовать IP видеокамеры с современным эффективным аппаратным потоковым алгоритмом сжатия Н.264.

2. Использовать видеокамеры, позволяющие обеспечить не менее двух настраиваемых по скорости и разрешению видеопотоков. Один поток формируется для локальной записи (регистрации событий), второй – для передачи по спутниковой сети.

3. Применять видеорегистратор (NVR), по возможности, с двумя сетевыми интерфейсами, один их которых будет задействован в общей сети с видеокамерами, а второй – использоваться для удалённого доступа к камерам и архиву записей.

4. Ограничить или вовсе исключить удалённый доступ непосредственно к самим видеокамерам.

 

 

В заключение кратко затронем вопрос программного обеспечения.

    В настоящее время на рынке присутствует великое множество программного обеспечения для работы с системами аналогового и цифрового видеонаблюдения. Разработкой ПО занимаются производители видеокамер, регистраторов, охранных систем, NAS и даже отдельно взятые лаборатории прикладной математики. Систематизировать все сведения о ПО и советовать что-то конкретное очень сложно. Известные бренды разрабатывают собственные отраслевые стандарты (как, например, ONVIF, разработанный компаниями Axis, Bosh и Sony) и прикладные программные интерфейсы (типа VAPIX – открытый прикладной программный интерфейс от компании Axis). Простейшим и наиболее распространённым способом удалённого доступа к системе видеонаблюдения является WEB-интерфейс, имеющийся у практически 100% современных сетевых устройств. Однако и здесь присутствуют подводные камни в виде некорректного отображения одного и того же устройства (его характеристик, возможности управления или настроек) в разных Интернет-браузерах. Некоторые компании разрабатывают клиентское ПО для удалённых подключений через Интернет и сети 3G, которое рассчитано именно на сети (каналы) с низкой пропускной способностью и использование мобильных устройств для доступа. Выбор – дело индивидуальное. Многое зависит от самого потребителя, но информацию до него должны донести специалисты не только отрасли  технических средств безопасности, но и связи.

    Подводя итог сказанному, хочется отметить, что в нашей практике практически не было двух одинаковых по характеру и смыслу объектов, не считая однотипных объектов одного и того же заказчика. Индивидуальный грамотный подход, правильное осмысление и всесторонний анализ поставленной задачи, как с технической, так и организационной стороны, позволят решить её с максимальной эффективностью.

Рекомендовать друзьям:
  • Одноклассники
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Мой Мир
  • Facebook
  • LiveJournal
  • Blogger
  • Add to favorites