Инсотел - Поставки сетевого и серверного оборудования
Инсотел в Facebook Инсотел в Twitter Инсотел в Вконтакте
Магазин сетевого оборудования: коммутаторы, ip телефоны, межсетевые экраны, беспроводные маршрутизаторы, медиаконвертеры, gsm шлюзы.

Обзоры

Обзор: Интеллект в IP-камере - горизонты возможностей

 


Сетевые камеры класса Hi-End могут сегодня похвастаться мегапиксельным разрешением, поддержкой стандарта HD и встроенным видеодетектором. Каких интеллектуальных функций может не хватать в такой IP-камере для построения сбалансированных систем безопасности? Зачем вообще нужен камере собственный интеллект? Предлагаемая вниманию читателей статья содержит обзор перспективных направлений развития встраиваемого ПО камеры.

Под словосочетанием "интеллект IP-камеры" часто понимается встраиваемая видеоаналитика, то есть алгоритмы машинного зрения, способные детектировать, сопровождать и распознавать объекты в поле зрения камеры, а также принимать решения более высокого уровня, например автоматически определять незаконные действия людей или аварийные ситуации. Говоря об интеллектуальной IP-камере, рассмотрим ряд важных программных функций:

* цифровая обработка видео для повышения его качества в зависимости от различных условий окружающей среды;
* автоматическое определение физических повреждений или саботажа камеры;
* криптозащита от несанкционированного доступа через IP-сеть и подмены;
* автоподстройка параметров сжатия поточного видео с учетом насыщенности сцены и доступной пропускной способности канала.

На рис. 1 представлен оптимальный конвейер цифровой обработки видео внутри камеры. Рассмотрим подробно каждый компонент этого конвейера, а также другие интеллектуальные функции IP-камеры.

 


Видеофильтры


Качество изображения - главное потребительское свойство камеры - определяется не только совершенством оптики и сенсора, но и в существенной степени эффективностью встроенных в нее цифровых фильтров. Именно видеофильтр позволяет "вытянуть" важные детали изображения в сложных условиях наблюдения, когда не хватает "физики". Интеллектуальный фильтр подготавливает сигнал к оптимальной компрессии - усиливает полезную информацию и удаляет шумы. При этом хороший фильтр сохраняет естественный вид изображения. Таким образом, видеофильтры не только повышают информативность сжатого видеосигнала и эффективность видеоаналитики, но и снижают нагрузку на каналы связи (IP-сеть) и устройства хранения видео (DVR) в несколько раз за счет удаления бесполезных, но наиболее объемных данных. Важно применить фильтр непосредственно в камере до сжатия видео и до применения видеоаналитики (рис. 1). Рассмотрим наиболее важные фильтры интеллектуальной IP-камеры.

 



1. Адаптивный шумовой фильтр очищает изображения от яркостного и хроматического шума, вносимого фотосенсором. Шумовой фильтр имеет нежелательное побочное действие - размывание изображения. Поэтому интеллектуальная камера должна автоматически подбирать оптимальные параметры фильтра в зависимости от условий видеорегистрации и минимизировать побочные искажения. Наиболее качественные результаты достигаются при комбинировании методов фильтрации в пространстве и во времени (3D-фильтр). В случае фильтрации во времени желательно маскировать движущиеся объекты, что создает обратную связь с детектором движения из блока видеоаналитики.

2. Алгоритм сжатия динамического диапазона обязателен при работе с сенсором широкого динамического диапазона и рекомендован для сенсоров стандартного диапазона. Хороший алгоритм сжатия позволяет уменьшить разрядность до 8 бит на 1 канал без потери информации и без визуальных искажений (фото 1).

3. Цифровой стабилизатор изображения (ан-тишейкер) компенсирует дрожание кадра, обусловленное воздействием на камеру ветра и источников вибраций. Антишейкер необходим в первую очередь для снижения ложных срабатываний видеодетектора движения и уменьшения объема данных. Функциональность и сложность антишейкера может существенно варьироваться. Так, он может быть оптимизирован для работы на статических или мобильных камерах, компенсировать не только параллельный перенос, но и вращение, интерполировать изображение с пиксельной или субпиксельной точностью, восстанавливать информацию по краям изображения на основе предшествующих кадров. Движущиеся объекты в поле зрения камеры не должны приводить к ложным компенсациям антишейкера, которые могут быть выражены в неприятном "дергании" картинки. По этой причине в камере возникает обратная связь от детектора движения к антишейкеру.

Титрование и графическая аннотация


Титрование в большей степени востребовано в аналоговых системах видеонаблюдения, где иного механизма передачи текстовых данных и графической аннотации (метаданных) вместе с видео не существует. Например, поверх видео с POS-терминала, где кассир осуществляет прием платежей от клиентов, полезно отображать наименование товаров, услуг и цены. В системах периметрального видеонаблюдения хорошо иметь перед глазами траекторию движения потенциального нарушителя. В системах IP-наблюдения метаданные могут передаваться в цифровом виде отдельно от видео в соответствии со стандартом MPEG-7 или ему подобным. Такое разделение данных предпочтительно, так как происходит более эффективное сжатие информации, и метаданные потом могут быть использованы для поиска по видеоархиву. Архив метаданных позволяет оперативно анализировать данные о перемещениях людей, появлении или пропадании предметов и т.п. Для аутентификации камеры-источника на видео можно наносить водяные знаки как в явной, так и в скрытой форме.

Компрессия


Современные IP-камеры ориентированы на поддержку стандарта H.264/AVC/MPEG-4 Part 10, позволяющего значительно повысить эффективность сжатия видео по сравнению с предыдущими стандартами (такими, как MJPEG) и обеспечивающего большую гибкость применения в разнообразных сетевых средах. Стандарт H.264 регламентирует только процесс декодирования, в то время как качество кодирования может существенно варьироваться в различных его реализациях. Большинство IP-камер сейчас поддерживают только базовый профиль (BP) стандарта, а самые существенные преимущества стандарта проявляются в основном (MP) и более старших профилях.

 

 

 

 

Перспективное расширение стандарта H.264 SVC позволяет кодировать видео одновременно с различными уровнями качества. В условиях, ограниченных полосой пропускания или размером архива, поток меньшей детализации можно получить путем отбрасывания части пакетов из полного потока SVC. Камера с кодером SVC может одновременно передавать видео с оптимальным качеством для каждого сетевого устройства, такого как рабочее место оператора, DVR и мобильный телефон. Таким образом, важное направление развития интеллекта IP-камеры состоит в совершенствовании встроенных видеокодеров, во внедрении старших профилей, а также алгоритмов управления режимами кодирования в зависимости от загруженности каналов связи и содержания наблюдаемой ситуации.

 

Видеоаналитика


Алгоритмы машинного зрения и распознавания образов постепенно становятся неотъемлемой частью системы мониторинга. Ряд задач наблюдения эффективно решается только с помощью видеоаналитических технологий, например оперативные меры по розыску автомобиля в городе, измерению его средней скорости на протяженном участке дороги, подсчету пассажиров в общественном транспорте, охране протяженных объектов. Кроме того, аналитика необходима для оперативного поиска лиц или событий по видеоархиву. По сравнению с визуальным (ручным) контролем поточного видео, аналитика значительно повышает эффективность распознавания объектов и ситуаций, а также снижает психологическую нагрузку на операторов. В результате уменьшается общая потребность в численности операторов, работающих в залах наблюдения и ситуационных центрах.

Видеоаналитика, встраиваемая в IP-камеру, имеет потенциально более высокую точность, чем серверная аналитика, за счет обработки несжатого поточного видео на выделенном процессоре. Многие задачи, такие как распознавание лиц и номерных знаков, на сжатом видео практически не решаются. Встраиваемая аналитика лучше интегрируется с фильтрами камеры и обеспечивает масштабируемость сети наблюдения. В частности, она позволяет минимизировать нагрузку на IP-сеть и устройства записи, использовать каналы мобильной связи с узкой полосой пропускания и хостинговые (внешние) системы управления. Недостатками встраиваемой аналитики, являются сложность разработки и адаптации, а также более высокая стоимость аппаратно-программного обеспечения.

Рассмотрим основные типы встраиваемой аналитики.


1. Сервисные детекторы ведут непрерывный контроль качества изображения и автоматически регистрируют нарушения в работе камеры, обусловленные техническими сбоями или преднамеренными действиями нарушителя. Детекторы определяют затемнение в случае закрытия или загрязнения объектива, поломку осветителя, засветку, расфокусировку, разворот и другие формы саботажа системы мониторинга (фото 2). Автоматический контроль качества сигнала особенно важен, когда видео непрерывно записывается на DVR без постоянного присмотра оператора. Сервисные детекторы позволяют существенно повысить оперативность реагирования при саботаже системы безопасности или выходе из строя оборудования.

2. Универсальный видеодетектор работает на сценах с редкими событиями, когда форма и поведение объекта непредсказуемы. Универсальный детектор подходит для охраны периметра, подсчета редких объектов, разметки (индексирования) видео для оперативного поиска событий. Преимуществом такой аналитики является способность регистрировать объекты неопределенного типа, например ползущего нарушителя в камуфляжной одежде. Ее недостаток - невозможность отслеживать траекторию объектов в группе (потоке) и различать перекрывающиеся объекты (фото 3).

3. Специализированный видеодетектор реагирует только на объекты определенной формы и поведения (вертикальная человеческая фигура, лицо, автомобиль, номерной знак).

В отличие от универсального, специализированный детектор может анализировать оживленные сцены и сопровождать перекрывающиеся объекты в группе (фото 4). Его недостатком является более высокая ресурсоемкость и нечувствительность к объектам, которые не соответствуют стандартной модели. Например, детектор ходящих людей может пропустить человека в инвалидной коляске. Расширение диапазона чувствительности специального детектора снижает его точность и повышает вычислительную ресурсоемкость.

Универсальные и специализированные детекторы часто снабжаются системой трекинга (сопровождения) объектов, которая позволяет повысить точность распознавания и исключить повторяющиеся тревоги. Детекторы интеллектуальной камеры передают метаданные в систему управления видео, которая может их использовать для формирования сигнала тревоги или для разметки архива. Задача разработчика встраиваемой аналитики - оптимально распределить вычислительную нагрузку между камерой и сервером так, чтобы одновременно пользоваться преимуществами каждой архитектыры. Например, детектирование и сопровождение объектов (лиц, людей, номерных знаков) можно эффективно реализовать внутри интеллектуальной камеры. Сопоставление найденных лиц с черным или белым списком и распознавание символов (OCR) иногда выгодней сделать на сервере.

Видеобуфер


Распределенная архитектура обработки и хранения в сетях часто создает потребность в видеобуфере. Функция сдвига во времени (Time Shift), использующая видеобуфер, особенно полезна для регистрации высококачественного видео по событию от внешнего датчика или видеоаналитики. Востребован режим, когда IP-камера в нормальным режиме "молчит", но по событию передает небольшой фрагмент видео или JPEG-изображение через мобильный канал связи со слабой полосой пропускания. Таким образом, видеобуфер позволяет более эффективно использовать сетевую и дисковую подсистемы, а также разворачивать наблюдение в сложнодоступных точках.

Стандартизация протоколов обмена данными


Главным барьером широкого внедрения IP-камер является проблема совместимости и сложности системной интеграции. Появление промышленных ассоциаций, таких как ONVIF и PSIA, развивающих открытые стандарты сетевого видео, позволяет надеяться на упрощение процесса интеграции и повсеместное использование интеллектуальных возможностей камеры. Спецификация ONVIF, разрабатываемая одноименным консорциумом во главе с компаниями Axis, Bosh и Sony, обретает большую популярность в Европе и России, чем конкурирующий стандарт PSIA. Разработчики ONVIF выбрали наиболее перспективные технологии и адаптировали их для IP-видеонаблюдения. В частности, спецификация ONVIF построена на современных Web-сервисах, описываемых языком WSDL, протоколах RTP/RTSP, SOAP (XML), стандарте видеосжатия H.264, MPEG-4, MJPEG. Стандарт определяет следующие аспекты взаимодействия IP-камеры с системами управления или видеозаписи (DVR):

1) конфигурирование сетевого интерфейса;

2) обнаружение устройств по протоколу WS-Discovery;

3) управление профилями работы камеры;

4) настройка поточной передачи медиаданных;

5) обработка событий;

6) управление приводом PTZ;

7) видеоаналитика;

8) защита (управление доступом, шифрование). Ведущие производители систем управления видео, такие как Miltestone и Genetec, уже заявили о поддержке сразу двух стандартов ONVIF и PSIA. К концу 2009 г. основатели стандарта ONVIF планируют выпустить совместимые камеры. Одновременно на российском рынке первое оборудование на базе спецификации ONVIF представлено компаниями "БайтЭрг", "Синезис" и "Агрегатор". Общая программная архитектура этих разработок показана на рис. 2.

 

Аппаратно-программная архитектура


Рассмотренные функции интеллектуальной камеры (компрессия H.264 в стандарте высокой четкости, цифровые фильтры, видеоаналитика, http-сервер и все вспомогательные протоколы сетевого видео) в совокупности предъявляют значительные требования к аппаратной платформе устройства. По сути, такая камера является автономным устройством, по вычислительной мощности не уступающим современной рабочей станции. Но, в отличие от настольного компьютера, в камере существуют жесткие ограничения по энергопотреблению, тепловыделению и общим габаритам. Системы на кристалле (SoC), специализированные для обработки видео, позволяют в существенной степени устранить это техническое противоречие. Они потребляют меньше энергии, стоят дешевле и работают надежнее, чем наборы отдельных микросхем с той же функциональностью.

Наиболее распространенными операционными системами камеры являются Linux и другие Unix-подобные системы благодаря их открытому коду, надежности и компактности. Широкий набор программного обеспечения, доступного на этих платформах, позволяет относительно быстро реализовать сложные сетевые протоколы, заложенные в спецификациях ONVIF и PSIA. Как правило, системы на кристалле содержат несколько процессорных ядер различной архитектуры. Например, в семействе DaVinci компании Texas Instruments на ядре ARM может работать основная операционная система (ОС) и промежуточное программное обеспечение (Middleware). На сигнальных процессорах (DSP), расположенных на том же кристалле, производится поточная обработка видео, включая цифровую фильтрацию, видеоаналитику и сжатие (рис. 2, фото 5). Сильными сторонами семейство DaVinci является хорошая вычислительная мощность, большой ассортимент кодеков и модельных плат. К недостаткам стоит отнести повышенное энергопотребление и тепловыделение, а также более высокую стоимость, чем у конкурентов.

Перспективной аппаратной платформой интеллектуальной камеры является система на кристалле S6xxx, разработанная компанией Stretch (фото 6). У архитектуры Stretch, как и у DaVinci, есть две подсистемы: управляющее ядро ARM и быстро перепрограммируемая вентильная матрица (Software Reconfigurable FPGA). Каждый блок конвейера (рис. 1) или его компоненты могут быть мгновенно загружены в матрицу кристалла (4096 вентилей за 27 мкс) и обеспечить значительный прирост быстродействия. Частота памяти DDR2 (до 667 МГц) более чем в два раза быстрее, чем у конкурирующей платформы DaVinci DM6467. К недостаткам платформы можно отнести слабый управляющий процессор ARM, ограниченное число вентилей и недостаточную зрелость технологии в целом.

Открытость платформы


Важным качеством интеллектуальной камеры с точки зрения системного интегратора является открытость ее внешних и внутренних интерфейсов. Наличие встроенных блоков цифровой фильтрации и видеоанализа предполагает специализацию устройств под различные вертикальные решения. Поставщику камеры сложно предложить универсальную видеоаналитику для всех возможных приложений. У системного интегратора должна быть возможность заказать или самостоятельно разработать дополнительные модули, встраиваемые в камеру.

Все дело в интеграции


Интеллектуальные способности IP-камеры должны быть сконцентрированы на формировании качественного видео и точных метаданных, описывающих это видео. Встроенная видеоаналитика необходима не только для подготовки метаданных, но и для интеллектуального (адаптивного) улучшения и сжатия потока, то есть с учетом условий внешней среды.

Тесная интеграция блоков видеофильтрации, анализа сцены и компрессии может обеспечить наилучший результат с точки зрения качества изображения и эффективности использования вычислительных ресурсов. Интеграция позволит всем алгоритмическим блокам совместно использовать такие данные, как градиенты, многомасштабные текстурные признаки, маски и векторы движущихся объектов, показатели зашумленности и стабильности сцены.

На практике соединение кодека H.264 и видеоаналитики затруднено тем, что разработкой этих двух компонентов, как правило, занимаются разные организации. Кодек в определенной степени стандартизирован, а видеоаналитика - нет, поэтому разработчики предпочитают избегать зависимостей.

Поддержка сетевой камерой промышленных стандартов, таких как ONVIF и PSIA, является ключевой для полноценного внедрения и защиты инвестиций в будущем.

 

Источник: "Экспорт вашей безопасности" 

Последние 10 обзоров:

03.12.2016
Лучшие по функционалу/ценам сетевые хранилища NAS QNAP для среднего,малого бизнеса и корпораций

Тайваньская компания QNAP получила мировое признание как поставщик многофункциональных передовых сетевых хранилищ  NAS  наивысшего класса для корпораций, среднего и малого бизнеса, идеальных  для дома и офиса.

18.10.2016
Простые беспроводные решения видеонаблюдения Axis Companion Dome WV и Axis Companion Cube LW для SMB
Беспроводные все в одном решения видеонаблюдения Axis Companion Line позволяют владельцам малого бизнеса своими руками легко установить и производить удаленное видеонаблюдение в реальном времени с персонального компьютера или мобильного устройства.
13.10.2016
Обзор и сравнительные характеристики операционных систем QNAP QES и QTS для СХД
В зависимости от своих потребностей, пользователи могут установить операционную систему QES (QNAP Enterprise Storage), или QTS (QNAP Turbo NAS System) на новую серию мощных масштабируемых хранилищ NAS TES-x85U  с передовым процессором Intel Xeon D и двумя опциональными ОC. 
27.09.2016
Экономичная Технология Long Reach PoE PLANET передачи питания и данных на большие расстояния

PLANET запустила технологию Long Reach PoE для одновременной передачи питания и данных по UTP, витой паре, коаксиальным или телефонным проводам на расстояния до 1,000 м (3,289 футов) для PoE IP камер, беспроводных точек доступа PoE AP и любых подключенных устройств, питаемых через  802.3af/at.

 

23.09.2016
Opticis конкурирует с лучшими мировыми технологиями и устройствами CWDM для передачи UHD и 3D TV
Технологии CWDM и устройства Opticis для высокоскоростной защищенной передачи изображения и данных Ultra HD 4K по одномодовому отптоволокну на большие расстояния, отмеченные премией Lightwave Innovation Award, конкурируют с ведущими японскими и признаны лучшими технологиям первой половины 2016 года.
21.04.2016
ATEN Technology - Лучший в сфере подключения, защищенной передачи данных и дистанционного управления
Специализирующийся в совместном защищенном использовании технологий и управленческих решениях с высочайшей степенью защиты,  ATEN   производит инновационные решения, применяемые для сетевых подключений, профессионального А/В и экологически чистой энергии для потребителей.
05.04.2016
ATEN создает автоматизированные рабочие места будущего здесь и сейчас, опережая время!

Контроллер  ATEN для цифрового мира рабочих мест будущего учитывает глобальне тенденции рынка и процессы цифровизации.  опережая взрывной рост, и создает  удобные, надежные и безопасные технологии и средства  управления для разных цифровых решений, включая вооруженные силы, здравоохранение, производство,  транспорт, торговлю, городское планирование.

25.03.2016
Тайвань:Первая общенациональная электронная система управления магистральным автомобильным движением
Тайвань размещает первую в мире общенациональную электронную систему взимания дорожных сборов, охватывающую более чем 430 километров и мониторинг в реальном времени данных более чем от 14 миллионов автомобилей в сутки. Системы управления KH1508Ai и KVM over IP switchs ATEN  vs "платон" ?
02.03.2016
С продуктами IPv6 Ready Allied Telesis для сетевой коммутации и безопасности Ваши сети к IPv6 готовы
Allied Telesis, давний сторонник IPv6 в сетевых инфраструктурах, продолжает играть ведущую роль в облегчении перехода к IPv6, упрощает развертывание и управление и полностью поддерживает IPv6 сети для корпоративных и промышленных приложений.
21.01.2016
Эксклюзивная технология Active Fiber Monitoring для оптоволоконной безопасности
Allied Telesis абсолютно бесплатно запускает уникальную инновационную технологию Active Fiber Monitoring в сфере оптоволоконной безопасности для предотвращения перехвата и подслушивания оптоволоконных коммуникаций.

+ 7 (495) 646-12-86

Контакты

Телефон
:
(495) 646-12-86
E-mail
:
sales@insotel.ru

Темы Обзоров

Каталог товаров

  Инсотел в Facebook Инсотел в Twitter Инсотел в Вконтакте Инсотел в Cnews Club
  +7(495) 646-12-86

Все права защищены. ООО “Инсотел”. г. Москва, 2-ой Нагатинский проезд д.2 стр.8 © 2008-2015.