Видеть всё: разрешение 4К в системах видеонаблюдения

Журнал «Системы безопасности»

12 мая 2017г.

Еще несколько лет назад изображение в сверхвысоком разрешении 4К было скорее экзотикой. Но, как это часто бывает в мире высоких технологий, то, что вчера представлялось далеким будущим, сегодня является насущной необходимостью. На каких объектах выгоднее применять 4К, и почему не стоит бездумно переходить на Ultra HD? Как дальше будет развиваться данная технология и какие новшества появились на рынке?

Виталий Ценин, системный архитектор дирекции комплексной безопасности, группа «Астерос»

Технология сверхвысокой четкости 4К (или Ultra HD) произвела настоящую революцию в цифровой видеоиндустрии. Данный формат имеет основное пиксельное разрешение 3840×2160 и превосходит Full HD (1080p) почти в четыре раза. Столь высокое разрешение необходимо для достижения проектной плотности пикселей при ограниченных возможностях по установке телекамер. Не вызывает сомнения то, что 4К и другие мультимегапиксельные решения будут планомерно развиваться и в итоге захватят рынок в сегменте видеонаблюдения. Однако сейчас этот вывод был бы преждевременным: прощаться с Full HD рано.

Области применения технологии

Сегодня Ultra HD является нишевым решением, применяемым в первую очередь на открытых пространствах большой площади: стадионах, паркингах, торговых центрах, аэропортах. То есть в местах, где не так много точек установки оборудования, но при этом нужна картинка отличного качества, иначе не достигнуть необходимой детализации изображения.

На самом деле в решениях 4К необходимость возникает далеко не всегда. Например, в складских помещениях для идентификации лиц важно иметь соответствующую плотность пикселей только на входных группах, и здесь часто справляется Full HD, а вот на основной складской площадке может быть оправдано применение мультимегапиксельного решения.

Примером применения камер 4К являются стадионы: нарушителя необходимо идентифицировать издалека и чаще всего — с двух ракурсов: спереди и сверху для безошибочного установления его маршрута. И без 4К при таких расстояниях уже не обойтись. При этом для соблюдения финансового баланса проекта в остальных частях стадиона нет необходимости в мультимегапиксельной картинке: например, под трибунами пространства немного, а на входе в стадион в досмотровой зоне достаточно обычной камеры Full HD с подходящим объективом с наименьшими аберрациями.

Эффективным применением для решений 4К являются взлетно-посадочные полосы, которые обычно покрываются «каскадом» камер, исходя из требуемой плотности пикселей, с общим углом обзора 180 град. А в аэропортовых комплексах наиболее важной задачей является именно полнота покрытия. Камеры с большей плотностью пикселей, возможно, имеет смысл устанавливать на стойках регистрации, но это уже не такие масштабные территории. При этом аэропорты сами вольны выбирать систему видеонаблюдения, руководствуясь минимальными требованиями в сфере безопасности. Пока не существует специальных требований, касающихся системы видеонаблюдения на аэропортовых объектах.

Закон поможет 4К

Как и во многих других высокотехнологичных областях, важным импульсом для развития 4К-решений на рынке видеонаблюдения являются законодательные инициативы. Речь идет в первую очередь о приказе МВД России от 17 ноября 2015 г. № 1092, который ввел регламенты по качеству видеоизображения, установив плотность пикселей, необходимую для решения определенных задач, например, для осуществления идентификации: ее нужно вести постоянно, места размещения зрителей (трибуны) необходимо «покрыть» с детализацией цели 250 пкс/м. Для этого подходят мультимегапиксельные 4К-камеры, позволяющие так же эффективно распределять разрешающую способность.

Приказ определяет и срок хранения видеопотока для спортивных сооружений в зависимости от его размеров и численности зрителей. Например, стадионы, которые примут матчи ФИФА, обязаны хранить видео два месяца, более мелкие объекты (например, ледовые арены) — один месяц. Так или иначе, это колоссальный объем данных, и дисковое пространство хранилища может достигать петабайтных значений.

К тому же Минспорта России разработало законопроект, предусматривающий проведение обязательной идентификации личности зрителей на официальных спортивных соревнованиях. Планируется введение административной ответственности для болельщиков в виде запрета на посещение спортивных мероприятий. Реализация данного законопроекта также откроет новую главу в истории видеонаблюдения на спортивных объектах.

Тренды решений

Итак, основной статьей расходов в рамках всей системы видеонаблюдения становится хранилище видеопотока 4К, при этом стоимость самих камер составляет лишь 10–20%. Логично, что производители 4К-решений всеми силами стараются сократить трафик от камеры до регистратора. Эту задачу все решают по-разному: некоторые переходят на кодек H.265, разработанный с учетом всех особенностей 4К, включая поддержку 10-битового видео и производительного параллельного декодирования. Он способен обеспечить необходимую степень сжатия и оптимизировать трафик в два раза и более по сравнению с H.264.

Существует и альтернативный способ: такие компании, как Axis, Bosch и Panasonic, предлагают доработанный кодек H.264 с возможностью выбора зоны интереса или динамическим количеством опорных кадров. После оптимизации потоки значительно сокращаются, если сцена близка к статической, однако в динамическом изображении сокращение менее заметно.

На рынке набирает популярность ПО, позволяющее «склеить» видео с нескольких камер в единое удобное для восприятия изображение с заданной детализацией цели. Такие решения имеют ряд особенностей по «склейке» изображения, так как могут появляться недочеты при быстром переходе объекта из одной камеры к другой. Дефекты «склейки» могут получаться, если сшивка видео происходит на рабочем месте оператора, а не на серверных мощностях центрального оборудования.

Производители 4К-решений продолжают работать и над светочувствительностью матриц 4К. Раньше при видеосъемке ночью или в темных помещениях в матрицах появлялись шумы, объект на изображении мог превратиться в «призрака». Сейчас производители улучшают данную характеристику как на программном, так и на аппаратном уровнях, но все же 4К по светочувствительности пока не дотягивают до Full HD.

Еще одним трендом в сфере видеонаблюдения в формате 4К становится оптимизация программного обеспечения в части сокращения обращений к хранилищу видео. Например, предбуффер при записи по тревогам теперь хранится в оперативной памяти, и обращение к хранилищу идет только при наступлении тревоги, что позволяет продлевать срок службы дисков хранилища.

В вышеупомянутом законопроекте Минспорта России прописано, как именно система видеоидентификации должна взаимодействовать со СКУД: в системах появляется софт, сопоставляющий видеокартинку с некоей базой данных лиц, которым запрещено посещать спортивные мероприятия.

Развитие устройств 4К

Производители активно расширяют линейку 4К-устройств, выпускают новые версии решений с использованием новых технологий, например, оптимизации трафика — возможности передачи большой картинки с маленьким потоком без существенного снижения качества отображения важных деталей. Последнее усовершенствование технологии касается динамической регулировки частоты кадров, которая мгновенно подстраивается под любые изменения, происходящие в зоне наблюдения. Здесь появляется такое понятие, как переменно-опорный кадр, когда камера увеличивает частоту опорных кадров только в моменты возникающих движений, что существенно уменьшает нагрузку на сеть.

Однако все технологии оптимизации имеют свои минусы. Алгоритм может не успеть сработать из-за резкого движения, и часть картинки будет потеряна. При резком изменении сцены на динамичную мы также получаем огромное количество опорных кадров со всех камер, и если они были подключены к одному коммутатору, то нагрузка на него резко возрастет, что может вызвать потерю кадров, так как чаще всего это UDP. Ситуацию обычно спасает запись одновременно на регистратор и внутреннюю память камеры (SD), чтобы после того как ПО видеонаблюдения «поняло», что не хватает несколько кадров, оно подгрузило их из внутренней памяти телекамеры.

Для камер 4К расширяется и линейка объективов. Нецелесообразно применять объективы для Full HD на Ultra HD: это не позволит использовать полное разрешение. Для того чтобы добиться еще большего разрешения в системах видеонаблюдения, производители мультимегапиксельных решений выпускают камеры, поддерживающие профессиональную оптику (Canon, Nikon).

Софтверные регистраторы оптимизируются в части использования графических сопроцессоров для декодирования. Это не только значительно ускоряет весь процесс, но и позволяет оптимизировать количество центрального оборудования в системе. И если раньше на одном процессоре можно было декодировать и одновременно анализировать движение с 100–200 камер, то теперь этот показатель повысился до 400–500 камер формата Full HD.

Применение в системе видеонаблюдения камер 4К может привести к перегрузке существующих сетей, которые в основном имеют пропускную способность 100 Мбит/с и не предназначены для передачи гигантских потоков видео. Если поступающих данных будет больше, чем позволяет производительность коммутатора, он не сможет полностью обработать поток. Поэтому необходимо использовать более высокоскоростные порты для коммутатора ядра или коммутатора уровня распределения.

Быть или не быть?

Установка любой камеры должна быть обоснована, а 4К — тем более. Прежде чем остановить выбор на 4К-решениях, необходимо провести тщательный анализ рисков, рассчитать стоимость последствий нарушения физической безопасности, оценить расходы на внедрение и содержание всей системы. И, конечно, помнить об их «узких местах». Например, для установки камеры 4К требуется меньший комплекс дополнительных работ, в том числе высотных, по сравнению с Full HD, но одновременно с этим увеличивается стоимость хранилища и сетевых компонентов системы.

Виталий Ценин

Возврат к списку


Спасибо за интерес к группе «Астерос»! Чтобы мы могли предоставить вам информацию по теме «Видеть всё: разрешение 4К в системах видеонаблюдения», заполните, пожалуйста, поля «E-mail» или «Телефон».