Сетевые видео серверы

Эта статья адресована тем, кто хочет узнать, что такое видеосервер, как он устроен и какими основными параметрами характеризуются видеосерверы, предлагаемые ведущими мировыми производителями. Также читатель может найти здесь полезную информацию том, какими дополнительными функциями обладают видеосерверы и как с помощью видеосервера расширить функциональные возможности системы видеонаблюдения.

Применение видеосерверов
Видеосервер – это устройство, предназначенное для работы в составе аналогово-цифровой системы видеонаблюдения и преобразования аналогового видеосигнала в цифровой формат для последующей передачи его по компьютерной сети или записи на жесткий диск или другой цифровой носитель информации.

Видеосерверы применяются там, где уже работает аналоговая система видеонаблюдения, если есть необходимость в передаче изображения с одной или нескольких аналоговых камер по сети или записи его на жесткий диск. Можно включить видеосервер в систему видеонаблюдения сети магазинов, аэропорта, вокзала, банка, крупного офисного помещения или детского сада. Оператор системы видеонаблюдения или ответственный сотрудник фирмы может просматривать поступающее на видеосервер изображение через корпоративную или глобальную сеть практически из любой точки, а также управлять по сети поворотным устройством и трансфокатором подключенной к видеосерверу видеокамеры.

Многие видеосерверы имеют встроенный детектор движения и входы для подключения внешних охранных датчиков; видеосерверы могут также восстанавливать события, предшествующие сигналу тревоги и следующие за ним. На этой странице пойдет речь об устройстве и полезных функциях видеосервера, позволяющих ему значительно расширить возможности системы видеонаблюдения.

Архитектура и принцип работы видеосервера
В видеосервере реализованы все необходимые для обработки и передачи видеоизображения компоненты. В зависимости от разрешения картинки и пропускающей способности сети, видеосервер может передавать по сети Ethernet видеоизображение со скоростью до 25 кадров в секунду на канал в формате PAL. На вход видеосервера поступают аналоговые сигналы от одной или нескольких аналоговых видеокамер, которые затем оцифровываются и сжимаются. В состав видеосервера входит веб-сервер, который позволяет передавать потоковое видео или последовательность кадров по сетям LAN/WAN/Internet.

Видеосервер – это комплексное устройство, которое включает в себя следующие блоки обработки/передачи изображения (рис.1): блок оцифровки изображения, блок сжатия, веб-сервер, интерфейсы для подключения к сети и последовательные порты.
 
Рисунок 1. Видеосервер: архитектура
Оцифровка аналогового видеосигнала
Изображение с аналоговой видеокамеры сначала поступает в блок оцифровки видеоизображения – на интегрированную в видеосервер плату видеозахвата, которая преобразует аналоговый сигнал в цифровой. Типом платы видеозахвата определяется такой параметр, как стандарт сигнала цветности (PAL/NSTC), с которым работает видеосервер. Плат видеозахвата может быть несколько, и от этого зависит, сколько камер можно подключить к видеосерверу.

Сжатие видеоизображения в видеосервере
Оцифрованный видеосигнал передается в блок компрессии , где происходит преобразование видео в один из форматов сжатия. Процесс сжатия может быть реализован в видеосервере аппаратно или программно. Видеосерверы с программной реализацией сжатия дешевле, но в них обработка сигнала происходит с задержкой, которая обусловлена повышенной нагрузкой на центральный процессор. В приложениях, где необходимо создание системы видеонаблюдения реального времени, лучше использовать видеосервер с аппаратной реализацией компрессии.

Центральный процессор видеосервера
Вычислительным ядром видеосервера является центральный процессор , осуществляющий операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечающий за выполнение программ веб-браузера и встроенного программного обеспечения (например, драйверов для поддержки протоколов телеметрии сторонних производителей).

Подключение видеосервера к сети
Прямое подключение видеосервера к локальной сети осуществляется через интерфейс для Ethernet . Чаще всего видеосерверы имеют интерфейс 10BaseT/100BaseTX для подключения к сети.

Управление поворотными устройствами видеокамер через видеосервер
Последовательные порты (R-232 и RS-485) позволяют управлять через видеосервер PTZ-функциями поворотных видеокамер или подключить видеосервер к соответствующему интерфейсу видеозаписывающего устройства. Если необходимо установить удаленное соединение видеосервера с сетью Internet, то через последовательный порт можно также подключить модем.

Обновление программного обеспечения видеосервера и хранение информации
Флэш-память служит для хранения программного обеспечения, управляющего работой видеосервера: операционной системы, управляющих программ, различных приложений и пользовательских HTML-страниц.

ОЗУ видеосервера
ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении программ. В большинстве видеосерверов некоторая часть ОЗУ (от 2 до 9 Мб) представляет собой так называемый видеобуфер, куда записываются текущие видеокадры.
Приведенная выше схема устройства видеосервера условна. В видеосерверах некоторых производителей отдельные блоки этой схемы могут интегрироваться. Например, сетевые видеосерверы компании AXIS осуществляют оцифровку сигнала и сжатие видеоизображения с помощью специально разработанного процессора ARTPEC.

Передача и хранение видеоинформации
Суммарная скорость передачи данных зависит от нескольких факторов, таких как количество подключенных к видеосерверу видеокамер и выбранный уровень качества видеоизображения, а также от способа подключения видеосервера к сети. Существенное влияние на этот параметр может оказать реализованный в видеосервере алгоритм сжатия. Например, MPEG-4 или Wavelet позволяют передавать высококачественное изображение даже по низкоскоростным сетям, тогда как JPEG предъявляет довольно высокие требования к полосе пропускания.

Оцифрованный и сжатый видеосигнал может храниться на жестких дисках и картах флэш-памяти, что значительно облегчает (по сравнению с записью на магнитной ленте) процесс поиска информации. При заполнении диска устаревшая видеоинформация может удаляться, освобождая место для новых кадров.
Основные технические характеристики и функциональные возможности видеосервера

Количество подключаемых к видеосерверу видеокамер
Число каналов видеосервера может варьироваться для разных моделей от одного до шестнадцати. Этот параметр зависит от числа интегрированных в видеосервер плат видеозахвата.

Алгоритм сжатия
Используемый в видеосервере алгоритм сжатия определяет качество видеоизображения и влияет на скорость передачи видео по сети. Для получения оцифрованного потока с полосой пропускания 64 кб – 2 Мб в видеосерверах используются алгоритмы сжатия , основанные на дискретном косинусном или вейвлет-преобразовании. Видеосерверы, сжимающие видео в формат Wavelet , позволяют использовать гораздо больший коэффициент сжатия, чем видеосерверы с алгоритмом JPEG или MJPEG, обеспечивая высокое качество видео при относительно небольшом объеме передаваемых данных. Многие видеосерверы поддерживают параллельную передачу потоков MJPEG и MPEG-4, обеспечивая максимально эффективное использование пропускной способности сети.

Скорость передачи видеоизображения видеосервером
Этот параметр зависит от разрешения передаваемых кадров, используемого алгоритма сжатия и количества подключенных к видеосерверу камер. В технических характеристиках на видеосерверы, как правило, приводится таблица соответствия разрешения кадра и скорости передачи видеоизображения. Например, кадры с разрешением 640х480 пикселей могут передаваться со скоростью 25 кадров в секунду, тогда как скорость передачи видео с более высоким разрешением может не достигать этого предела.

Поддерживаемые сетевые протоколы
Видеосерверы поддерживают большинство стандартных интернет-протоколов – TCP/IP, UDP, SMTP, IGMP, ARP, RAPP, FTP и другие. В некоторых видеосерверах реализованы дополнительные сетевые функции, такие как Auto-Negotiation, которая оптимизирует скорость передачи видеопотока по сети, а также функция многоадресной передачи.

Управление телеметрией
Встроенный приемник телеметрии позволяет управлять поворотным устройством подключенной аналоговой видеокамеры и изменением фокусного расстояния объектива. Управление телеметрией дает возможность фокусировать видеокамеру на отдельных деталях и наблюдать за обширным пространством с разных ракурсов. Видеосерверы поддерживают множество различных протоколов телеметрии для видеокамер наиболее известных производителей.

Встроенный детектор движения
Детектор движения – это программный или аппаратный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения видеокамеры объектов. Детектор движения не только обнаруживает движение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения настраивают на обнаружение движения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).
Подключение к видеосерверу внешних охранных датчиков

Почти все видеосерверы ведущих производителей имеют блок цифровых входов, которые служат для подключения к видеосерверу внешних охранных датчиков (например, контактного/инфракрасного датчика или концевых переключателей). Таким образом оператор может настроить видеосервер на срабатывание по внешнему событию. С помощью релейного выхода можно установить выполнение определенных действий, например открывание двери. Если видеосервер имеет видеобуфер, то при поступлении сигнала тревоги он может посылать по сети набор кадров, поступивших на видеосервер до, после и в момент тревоги.

Сохранение текущей видеоинформации
Видеобуфер – это часть ОЗУ, используемая для временного хранения текущей видеоинформации. Наличие видеобуфера предоставляет оператору возможность восстановления видеоинформации, ассоциированной с сигналом тревоги. В процессе работы видеосервер записывает поступающую видеоинформацию в видеобуфер и постоянно ее обновляет. Если видеосервер получает сигнал тревоги от подключенных к нему охранных датчиков или с детектора движения, то автоматически компонуется и отсылается на заранее заданный адрес e-mail или FTP набор кадров, предшествующих, следующих и соответствующих сигналу тревоги.

Программное обеспечение видеосервера
Просмотр видеоизображения и управление видеокамерой при наличии видеосервера можно осуществлять с любого сетевого компьютера, на котором установлен стандартный веб-браузер. Тем не менее, многие фирмы-производители поставляют вместе с видеосерверами эксклюзивное программное обеспечение, помогающее удаленно просматривать видеоинформацию, осуществлять настройку различных параметров камер, а также обновлять управляющее программное обеспечение видеосервера. Как правило, такое программное обеспечение совместимо только с видеосерверами и другим сетевым оборудованием того же производителя. Например, видеосерверы и цифровые камеры Smartec комплектуются бесплатным ПО IP Control Center, которое обеспечивает просмотр, запись и воспроизведение до 64 видеоканалов (от IP-камер и видеосерверов Smartec). А компания AXIS Communication предлагает несколько вариантов ПО для управления системой видеонаблюдения на базе оборудования AXIS: AXIS Camera Explorer, AXIS Camera Station, AXIS Camera Manager и AXIS Camera Explorer. C помощью ПО Griffid Monitoring Station можно построить систему видеонаблюдения, объединяющую видеосерверы и цифровые камеры различных производителей.

Возможность передачи аудиоинформации
Большинство видеосерверов оснащено аудиоканалом для однонаправленной или двунаправленной передачи звука по сети. Как правило, такие видеосерверы ( AXIS 241QA и SA, STS-IP 180, 280 и 480) передают по сети аудиосигнал, синхронизированный с видео.