ИНТЕГРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ: “ГЛОБАЛЬНОЕ ВИДЕОУКОВ Вячеслав Сергеевич, ИНТЕГРАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ: “ГЛОБАЛЬНОЕ ВИДЕО” В своей повседневной жизни мы часто пользуемся поговоркой: “Лучше один раз увидеть, чем десять раз услышать!”. Но, как правило, мы не задумываемся и не задаем себе вопрос: “А, собственно, почему?”. Действительно, человек устроен так, что максимальное количество информации в единицу времени поступает к нему через зрение (примерно на порядок больше, чем через слух). И неспроста активно развивающиеся в последнее время интегрированные системы безопасности (СБ) сделали ставку на глобальное видео, передаваемое “не телевизионными” средствами, возможности которого значительно возросли с использованием современных цифровых технологий. Эти возможности и перспективы развития глобального цифрового видео анализируются в данной статье. Средствам видеонаблюдения (СВН) в интегрированных системах безопасности принадлежит особая роль. Уникальность информации о ситуации на охраняемом объекте либо о поведении и индивидуальных особенностях нарушителя, которую может дать только видеоизображение, специфика решаемых с помощью СВН задач делает их в ряде случаев незаменимыми. Кроме того, установленные в помещениях и на улицах видеокамеры могут отпугивать потенциальных преступников, скрытое видеонаблюдение дает возможность руководителю контролировать работу сотрудников или охранников, видеозапись позволяет получать документальный материал по происходящим событиям для последующего анализа или в качестве вещественного доказательства (идентифицировать личность преступника, определить номер автомобиля и т.п.). Правильно сконструированная подсистема видеонаблюдения позволяет в реальном масштабе времени оценить обстановку на объекте, снизить время реакции на экстремальную ситуацию и обеспечить скорейшее принятие целесообразных мер защиты от возникших угроз. Благодаря таким уникальным возможностям средств видеонаблюдения за последние 10 – 15 лет они получили очень широкое распространение. За это время стоимость телевизионных камер уменьшилась на порядок, их размеры – почти на два порядка. Развитие средств обработки видеосигналов, цифровые методы, использование микропроцессоров позволяют вывести СВН на качественно новый уровень развития. Основные тенденции развития систем безопасности Традиционно СБ развивались по трем основным направлениям: защита объектов, защита информации и персональная (личная) защита, однако в настоящее время им присущи общие тенденции развития, характерные для всех СБ:
Безусловно, основополагающей тенденцией развития систем обеспечения безопасности является переход на цифровые методы и технологии обработки и передачи информации, который обеспечил значительное улучшение оперативно-технических характеристик СБ по надежности, чувствительности, ресурсо- и энергосбережению и др. Активно развивающиеся в настоящее время компьютерные технологии способствуют развитию интегрированных систем безопасности. Для эффективного решения проблемы обеспечения безопасности необходим соответствующий современный уровень технологии, технических средств и услуг безопасности, основной тенденцией развития которых является бурно развивающийся процесс тотальной интеграции. В настоящее время интеграцией охвачены микро- и радиоэлектроника, сигналы и каналы, появились интегральные технологии, многофункциональные интегральные устройства, интегральные сети и системы, стали предоставляться интегральные услуги обеспечения безопасности. Как показывает статистика, современный городской человек проводит около 90% своего времени в стационарных и подвижных объектах. Пожалуй, этим можно объяснить интерес, проявленный обществом к концепции интеллектуального объекта, в которой реализуются три базовых принципа - комфорт, экономичность, безопасность. Под интеллектуальным объектом могут пониматься квартира, этаж, офис, жилое или производственное здание и др. И наконец, одной из основных тенденций современного развития систем безопасности является процесс глобализации СБ, зоной охвата которых становится весь мир. Тенденция глобализации особенно ярко просматривается в территориально-разнесенных системах безопасности, сетевых Интернет-технологиях, системах и сетях мобильной связи и персональных коммуникаций. Особенно активно способствует процессу глобализации внедрение беспроводных технологий передачи и защиты информации, таких как технологии BLUTOOTH, PROXIMITY, бесконтактной идентификации, сетей GSM, GPRS, Internet и др. Новая технология “глобального цифрового видео” вобрала в себя все основные тенденции развития, рассмотренные выше, но доминирующей, безусловно, остается переход на цифровые методы и технологии. А почему “цифра?” Ответ на этот вопрос не является тривиальным. Действительно, в простых системах охранного телевидения этот вопрос и не возникал. В простейшем случае коаксиальный кабель хорошего качества прекрасно передает информацию без всякого кодирования. Проблемы начинаются тогда, когда требуется передать информацию на расстояния большие нескольких десятков метров, или когда запись, просмотр и перераспределение организованы более сложно. Ответ на этот вопрос больше связан с постоянно растущим количеством обрабатываемой и передаваемой информации. С каждым днем становится все больше необходимым записывать, считывать, соединять, дублировать, совмещать, редактировать, посылать по каналам связи различные виды информации, в том числе, видео. И все это необходимо осуществлять с требуемым уровнем качества. Для аналоговых систем подобные действия сопряжены с большими трудностями, так как ее качество ухудшается после каждого повторения. Единственный выход – в использовании цифрового сигнала, который, в отличие от аналогового, со временем не ухудшается. Большим преимуществом цифровой системы является то, что абсолютный уровень принимаемого сигнала больше не имеет значения. Кроме того, используя компьютеры, можно быстро и без потерь управлять цифровыми комбинациями. Оцифрованная информация не подвержена изменению при хранении. Можно еще долго перечислять преимущества цифровой обработки (табл. 1). Пожалуй, единственным ее недостатком являются сложности, связанные с переводом информации в цифровую форму и, как следствие, более высокая стоимость цифрового оборудования. Таблица 1. Основные преимущества цифровых технологий видеонаблюдения
Как видно из табл. 1, средства сетевой системы цифрового видеоконтроля предлагают лучшее качество, расширяемость, скорость, емкость, глобальный удаленный доступ и многие другие преимущества, которые невозможно получить при использовании традиционных аналоговых методов и технологий. А зачем информацию “сжимать?” В настоящее время установлено, что при работе с цифровыми данными выгодно использовать не “голое” аналого-цифровое преобразование сигнала, а его сжатое (компрессированное) представление. Под этим обычно понимается сокращение объема памяти, необходимой для хранения цифровых видеоданных и передачи их по каналам связи. Поэтому целью видеокомпрессии является более компактное представление изображения, отсечение избыточной, ненужной информации, что является необходимым для использования цифрового видео в современных системах видеонаблюдения. Необходимо отметить, что наиболее успешно с компрессией видеоданных справляются компьютеры. За последние несколько лет на коммерческом рынке цифровой обработки изображений происходит своеобразный бум. Появилось большое количество специальных математических алгоритмов компрессии видеосигналов, которые в дальнейшем были развиты в “Стандарты Компрессии”, такие как MPEG-1, M-JPEG, H261, H263, Wavelet, Fractal и др. Для решения различных задач по передаче и хранению видеоинформации в настоящее время разработано большое количество алгоритмов сжатия, отличающихся друг от друга своими возможностями и областью применения. Отличительные особенности современных алгоритмов сжатия изображения приведены в табл. 2. Таблица 2. Отличительные особенности современных алгоритмов сжатия изображения
Как видно из табл. 2, для реализации режимов охранного телевидения в настоящее время используются, в зависимости от требований и возможностей, такие алгоритмы, как МPEG2, MPEG4, M-JPEG и Wavelet. Видеопоток данных преобразуется в один из таких форматов с помощью компрессоров, основные особенности которых показаны в табл. 3. Таблица 3. Основные особенности видеокомпрессоров
Практическая реализация глобального видео Современные методы обработки видеоизображения и сжатия позволяют передавать видеосигнал, преобразованный в цифровой поток, практически по всем известным каналам связи – от спутникового до кабельного телефонного. Используя глобальные системы связи, в настоящее время в системах безопасности достаточно просто реализуется режим “глобального видео”. Качество изображения в этом случае определяется пропускной способностью канала. Как правило, в таких системах на приемной стороне используется персональный компьютер. Это позволяет несколько удешевить систему безопасности, но одновременно и накладывает некоторые ограничения на ее использование (требуется определенная подготовка оператора и, как минимум, наличие компьютера. Глобальное видео по GSM- и Интернет-каналам
Процесс глобализации существенно изменяет возможности и требования к корпоративным системам безопасности с распределенными объектами (рис. 1). В этом случае значительно расширяются функцианальные возможности систем безопасности, но существенно возрастают требования к защите информации, для выполнения которых требуется использование таких технологий, как криптография, кодирование, стеганография и др. Глобальное видео по телефону (GSM, PSTN, POTS, ISDN) Одним из наиболее характерных представителей данного класса систем дистанционного наблюдения является малогабаритная система передачи видеоинформации “TeleObserver 2100”. Использование данной системы позволяет передавать видеоинформацию в реальном времени из любого удаленного пункта на стационарный или мобильный контрольный пункт. На контролируемом объекте к базовому устройству может быть подключено до 4 видеокамер. Программное обеспечение сжатия, соответствующее стандарту Н.263, позволяет передавать до 3 кадров в секунду (GSM), или до 15 кадров в секунду (ISDN). Для обеспечения приема требуется персональный компьютер и GSM-модем. Программное обеспечение, входящее в комплект поставки, обеспечивает наблюдение в реальном времени. Система управляет на расстоянии 4 камерами, яркостью, контрастностью, поворотными устройствами и zoom. При приеме видеоинформация выводится непосредственно через видеокарту, при этом не требуется применение каких-либо дополнительных устройств. Разрешение видеоизображения может быть выбрано из стандартов CIF, QCIF, SQCIF. Программное обеспечение поддерживает выполнение следующих функций:
В комплект поставки входит интегрированное программное обеспечение видеоплеера. Материалы архивируются для анализа в автономном режиме. В результате высокой степени сжатия 24 часа видеозаписи занимают лишь 120 Мб памяти. Помимо обычных функций воспроизведения программное обеспечение включает в себя интегрированную функцию движения для просмотра наиболее значимых фрагментов всей видеопоследовательности. Аналогичные функции выполняет, например, видеомодем VDM-4, представляющий собой малогабаритное автономное устройство, предназначенное для кодирования и передачи видеоинформации от нескольких камер по телефону на любое расстояние или по обычному кабелю на компьютер (до 500 м). В режиме обнаружения движения он не требует постоянного подключения оператора, запоминает текущий кадр, после чего осуществляет дозвон по заданному пользователем телефонному номеру. Структурная схема “видео по телефону” на базе видеомодема “VDM-4” показана на рис. 2, а основные технические характеристики видеомодема приведены в табл. 4. Таблица 4. Основные оперативно-технические характеристики видеомодема VDM-4
Еще один вариант организации глобального видео по телефону возможен с использованием системы “CROW JET”. Эта система представляет собой программно-аппаратный комплекс, в состав которого входит PCI плата для ввода изображения в компьютер от 6 цветных или черно-белых видеокамер и дополнительный модуль с входами для подключения 6 тревожных датчиков и выходами трех управляемых реле. Программное обеспечение рассчитано на работу в среде Windows 95 и состоит из трех блоков. Первые два блока предназначены для компьютера с установленной платой ввода видеоизображения, третий блок предназначен для удаленного компьютера и не требует специальной платы. Структурная схема системы приведена на рис. 3.
Глобальное видео через спутник В настоящее время коммерческий рынок предоставляет широкий выбор глобальных каналов связи, отличающихся друг от друга стоимостью, качеством, уровнем безопасности, поэтому выбор канала связи является, пожалуй, наиболее сложным этапом. Так, например, спутниковые коммерческие каналы связи, хотя и являются наиболее дорогими, зато позволяют существенно расширить оперативно-технические возможности системы безопасности. В частности, наряду с передачей глобального видео появляется возможность мониторинга как стационарных, так и подвижных объектов, таких как человек, транспорт (сухопутный, водный, воздушный) и различных удаленных контрольных пунктов (рис. 4). В этом случае при использовании систем GPS особенно ценным является возможность определения местоположения объекта, что существенно расширяет оперативно-технические характеристики системы безопасности в целом.
Глобальный Интернет-мониторинг безопасности объектов Как отмечалось уже ранее, цифровые видеотехнологии очень удачно интегрируются в системы безопасности, обеспечивая получение новых, не осуществимых ранее свойств, таких, например, как глобальный мониторинг безопасности. Рассмотрим более подробно эту возможность на примере использования интернет-контроллера TSS российской фирмы “Семь Печатей ТСС”, которой удалось одной из первых предложить наиболее дешевый глобальный сервис в области контроля уровня безопасности объектов. Этот сервис предназначен для всех пользователей Интернета, имеющих доступ с обычного компьютера или с сотового телефона со встроенным браузером (например, типа Siemens S35 или Nokia 6210). Необходимо отметить, что похожая схема контроля уже используется в США и во Франции, но она предназначена, в основном, для обслуживания бизнеса. Отличительной чертой сервиса TSS является низкая стоимость для конечного потребителя, которому на сервере предложат личную страничку на требуемом языке. При использовании контроллера TSS на страничке можно посмотреть сохраненные или текущие изображения с различных камер, установленных на контролируемом объекте (например, в квартире, на даче, в коттедже или вилле, расположенной в любой точке земного шара. Единственным условием является то, что там должен работать обычный или сотовый телефон (согласитесь, что при современных темпах телефонизации это условие нельзя назвать жестким). Кроме указанных видеоизображений на страничке можно увидеть текущее состояние сенсоров, которые можно активизировать по собственному усмотрению. Кроме того, в вашем распоряжении полный журнал событий на активизированных сенсорах. Вы можете также отметить события на сенсорах, по которым можно отправить SMS-сообщения на три разных телефонных номера и (или) отправить e-mail. Для привлечения пользователей, которые отдают предпочтение использованию старых систем охраны (типа Vista) разработчики предусмотрели возможность подключения принтерного выхода к интернет-контроллеру ТSS. В этом случае все события будут отображаться на персональной странице контроля. Пользователю предоставлено также право включить фильтр по событиям и решить, по каким из них отправить SMS-сообщения и e-mail тревожных сообщений, для приема и обработки которых местными службами оперативного реагирования имеются специальные программы. Блок-схема рассмотренной системы интернет-мониторинга безопасности объектов приведена на рис. 5. Рис. 5. Блок-схема системы интернет-мониторинга безопасности объектов Как видно из рис. 5, в качестве клиентского терминала используется интернет-контроллер TSS, который обслуживает до 4 цветных или черно-белых камер, 4 микрофона, 4 аналоговых сенсора и 2 реле. Контроллер может выходить на связь через любой стандартный модем или через сотовый модем типа Ericsson (GSM, CDMA, DAMPS), или даже через сотовый телефон, имеющий модем внутри (типа Siemens S25). Безусловно, достоинством этого варианта является простота пользования и низкий уровень стоимости сервиса, т.к. в любое время суток клиент, находясь у себя на работе или в офисе у партнеров, дома или у друзей, или в интернет-кафе, выходит в сеть Интернет и далее по паролю – на свою страницу сервера TSS. Сервер автоматически делает звонок на контроллер объекта, который этот звонок фиксирует, но не поднимает трубку, а после окончания звонка сам выходит в Интернет и на свою страницу сервера TSS, входя в режим связи с клиентом. Ясно, что клиенту не придется платить за междугородние и международные телефонные звонки, что обеспечивает самый простой и широкий доступ, а также достаточно высокую экономическую эффективность системы. Как эффективно сохранить видеоинформацию? Картина современного состояния проблемы глобального видеонаблюдения была бы не полной, если не остановиться на устройствах длительного хранения видеоинформации. Переход на цифровые методы обработки информации и особенно появление современных методов ее сжатия произвели настоящую революцию среди средств аудио- и видеозаписи. В настоящее время на рынке средств безопасности появились цифровые видеомагнитофоны, которые обладают высокими оперативно-техническими характеристиками. Рассмотрим современные возможности архивирования и хранения видеоинформации на примере цифрового видеомагнитофона “DX-TL800E” фирмы “MITSUBISHI ELECTRIC”. По существу, данное устройство представляет собой интеграцию нескольких современных цифровых технологий, что позволило получить исключительно высокие оперативно-технические характеристики, в первую очередь, высокую надежность, качество и многофункциональность. Это устройство видеозаписи имеет аппаратный алгоритм сжатия Wavelet, что позволяет записать на 10% больше видеоинформации, чем при использовании алгоритма M-JPEG. На диск емкостью 120 ГБ можно записать 5483000 кадров при среднем уровне сжатия. Это будет соответствовать 20 суткам непрерывной записи для аналогичного режима пары мультиплексор-видеомагнитофон длительной записи, при такой же плотности на камеру. Основные характеристики цифрового видеомагнитофона “DX-TL800E” приведены в табл. 5. Таблица 5. Основные характеристики видеомагнитофона “DX-TL800E”
В настоящее время на рынке цифровых регистраторов и устройств передачи видеоизображений по компьютерным сетям наблюдается настоящий бум. Еще совсем недавно цифровые системы видеорегистрации по соотношению “цена-качество” существенно уступали аналоговым. Теперь же ситуация значительно изменилась и многие пользователи стали серьезно рассматривать цифровые системы как реальную альтернативу аналоговым. На рынке появилось значительное количество цифровых видеосистем, значительно различающихся как по качеству и функциональной насыщенности, так и по стоимости. Так, например, компания “Формула безопасности” предлагает на рынке многоканальный цифровой видеорегистратор нового поколения “RealFast”. Серийное производство этого изделия начато в начале 2003 года под торговой маркой Tedd Electronics. Система “RealFast” записывает 400 изображений в секунду с разрешением 720х576 пикселов в формате MPEG-2. С точки зрения пользователя это означает, что в средней ценовой категории на рынке появился комплекс, позволяющий в реальном времени вести многоканальную видеозапись с DVD-качеством. С точки зрения безопасности закрытая операционная система видеорегистратора и кодирование видеоархива исключают несанкционированный доступ и повышают надежность комплекса в целом. Одновременно с многоканальной видеозаписью “RealFast” контролирует текущие изображения с четырех, восьми или шестнадцати камер, производит просмотр архива и сетевой мониторинг. Видеорегистратор интегрируется в Ethernet-сеть и допускает многопользовательское управление всей системой видеонаблюдения. Вне сети видеомагнитофон функционирует автономно. С использованием внешних накопителей суммарная емкость массива наращивается до 6,4 Тб. Кроме того, имеется также функция мгновенного поиска видеофрагмента по заданным параметрам, а также возможность быстрой архивации на карту Compact Flash. По всей видимости, “RealFast” найдет применение в системах видеонаблюдения объектов, где необходима высококачественная цифровая видеозапись без потерь кадров. В табл. 6 приведены сравнительные характеристики некоторых других цифровых систем видеорегистрации, имеющихся сегодня на российском рынке. Таблица 6. Сравнительные характеристики цифровых систем видеорегистрации
Анализ развития современного рынка систем безопасности позволяет отметить следующие основные направления развития цифровых систем видеорегистрации. Это прежде всего, дальнейшее удешевление компьютерных систем, программного обеспечения и средств обработки видеосигналов. Следует ожидать появления новых алгоритмов цифровой видеообработки сигнала, направленных на повышение качества и возможность надежной видеорегистрации в сложных условиях (низкая освещенность, быстро движущийся объект и т.п.). Все большую популярность будут завоевывать камеры, передающие сигнал в цифровой форме. Следует ожидать появление встроенных средств защиты видеоинформации. Таким образом, современные системы глобального видео вобрали в себя самые перспективные цифровые технологии обработки, хранения и передачи видеоинформации, в том числе, новые информационные технологии (сжатия информации, методов искусственного интеллекта, баз данных и др.), технологии консервации информации (жесткие диски компьютеров, DVD-дисков, флэш-карт и др.), биометрические технологии идентификации (особенно бесконтактные), современные технологии телекоммуникаций (сети сотовой и спутниковой связи, сеть Интернет и др.). Но это только видимая часть айсберга новых технологий, которая активно используется в коммерческих целях. Есть еще и “невидимые миру слезы”, которые не принято обсуждать “прилюдно”. Это, в первую очередь, проблемы оперативно-розыскной деятельности, комплексной защиты информации, обеспечения безопасности граждан от терроризма и многие другие. Высокие способности интеграции технологий цифрового глобального видео с новыми информационными технологиями (например, с компьютерной стеганографией), позволяют надеяться на новые технологические прорывы в самом ближайшем будущем. Но это уже другая история. |
