Масштабные системы видеонаблюдения: программные способы повышения надежности

Практика компании Macroscop показывает, что тренд наращивания количества видеокамер в системах наблюдения сохраняется. Чем масштабнее система, чем крупнее объект, на котором ведется видеонаблюдение, тем больше нюансов необходимо учесть при ее проектировании и подборе компонентов

Рассмотрим программные инструменты, которые обеспечивают надежность записи и хранения видеоданных в масштабных системах наблюдения.

Надежность на первом месте

На первое место в оценке системы безопасности выходит надежность ее функционирования, гарантия непрерывной записи и сохранности видеоданных. Разработчики программных продуктов предлагают несколько инструментов для решения этих задач.

Синхронизация с SD-картами

Для повышения надежности записи и хранения информации часть разработчиков реализовала в своих программах функцию синхронизации архива сервера системы с локальным архивом, записываемым на SD-карту IP-камер. Данная функция защищает пользователя от потери видеоданных в случае обрыва связи между камерой и сервером системы (например, в случае возникновения перебоев в сети). При восстановлении связи сервер подтягивает недостающие данные с SD-карты и синхронизирует их с основным видеоархивом. В результате пользователь получает непрерывную запись.

Есть несколько механизмов реализации синхронизации фрагментов видеозаписей: одни программы позволяют делать это автоматически после восстановления связи с сервером, другие - по расписанию (например, каждые 4 часа ПО проверяет, есть ли потерянные фрагменты в архиве сервера).

Резервирование и репликация

Функции резервирования и репликации защищают пользователя от потери видеоданных в случае выхода из строя серверов системы.

Репликация, или копирование, части данных архива на дополнительный сервер позволяет повысить надежность системы и сохранить часть видеоданных на длительное время. Пользователь самостоятельно создает расписание репликации видео и дублирует архив полностью либо с отдельных каналов на специальный сервер. С архивом на сервере репликации можно производить все те же действия, что и с архивом на обычном сервере записи: просматривать видео, выгружать его фрагменты, искать людей, объекты и события.

В масштабных системах сервер репликации может обладать высокой мощностью, большим дисковым пространством и выступать хранилищем, тогда как отдельные серверы системы могут обладать небольшим объемом памяти.

Функция резервирования серверов позволяет перенаправлять запись и обработку видео с отдельных IP-каналов на резервный сервер при отключении или отказе основного. При возобновлении работы основного сервера архив вновь будет записываться на него.

Мониторинг состояния камер и серверов

За системой любого (и в особенности - большого) масштаба требуется постоянный контроль, и необходим мониторинг состояния ее компонентов. Крайне важно мгновенное оповещение о возможных проблемах, таких как отключение камер и жестких дисков, а также о работоспособности серверов.

Разработчики программных решений реализовали функцию мониторинга работоспособности серверов и камер системы видеонаблюдения. Если пропадает сигнал с какой-либо камеры или отключается один из серверов системы, оператору или инженеру приходит оповещение: это может быть вывод сообщения на экран, подача звукового сигнала либо отправка сообщения по e-mail или SMS.

Существуют также инструменты аппаратного мониторинга, например контрольные платы, такие как Watchdog timer. По умолчанию таймер периодически сбрасывается контролируемой системой, но если сброса не произошло, проводится принудительная перезагрузка.

Экономное хранение

Вендоры программных продуктов прикладывают большие усилия для разработки новых технологий, направленных на снижение общей стоимости видеосистемы. Инструменты и методы, позволяющие экономить на вычислительном оборудовании и компьютерах для отображения, я подробно описывал в статье "Как снизить стоимость видеосистемы". Но в рамках данной темы нельзя не отметить необходимость снижения стоимости элементов хранения больших объемов видеозаписей. Вот несколько инструментов, позволяющих уменьшить объем архива с минимальными потерями информации.

Прореживание видео при записи в архив

Одним из способов экономии дискового пространства является использование функции прореживания видео при записи в архив. Такая возможность позволяет уменьшить объем записываемого архива без снижения качества отображения. Прореживание представляет собой равномерное удаление части кадров видео непосредственно перед его записью в архив, то есть в архив видео поступает с более низкой частотой кадров, чем при отображении.

Для видео разного формата сжатия прореживание выполняется по-разному:

•  Для формата сжатия MJPEG видеопоток представляет собой последовательность статичных картинок - изображений формата JPEG. Эти изображения полностью независимы друг от друга, поэтому при прореживании программа просто удаляет каждое n-ное JPEG-изображение.
•  Для формата H.264 сжатие осуществляется как внутри одного кадра, так и для серии кадров (межкадровое). Видео этого формата представляет собой не последовательность отдельных изображений, а цепочку связанных данных - потоковое видео. Для формата H.264 характерны опорные кадры, содержащие полное изображение, разностные кадры, содержащие информацию об изменении по сравнению с опорным кадром. При прореживании опорные кадры не удаляются.

Оператор системы может задать сценарии, по которым прореживание будет отключено, например в случае возникновения тревожного события, которое потенциально может быть важным (обнаружение движения в кадре, пересечение заданной оператором линии, обнаружение определенного человека или автомобиля). Система также позволяет настроить предзапись - сохранение в высоком качестве небольшого фрагмента видео, предшествующего этому событию. Таким образом, в отсутствии событий в архив будет записываться прореженное видео меньшего объема, а при возникновении тревоги система переключится на запись видео с высокой частотой кадров.

Прореживание уже записанного архива

В результате прореживания записанного архива видеозаписи сохраняются на сервере полностью, но в сжатом виде. Например, если в архиве хранится видео, записанное с частотой 12 кадр/с, и задано прореживание каждого второго кадра, система удалит их, и в архиве останется фрагмент видео с частотой 6 кадр/с. Такой архив занимает в 2 раза меньше места на диске, при этом позволяет не потерять данные для восстановления хронологии событий или картины какого-либо происшествия. Чаще всего архив прореживают по расписанию (раз в неделю, месяц), при этом можно применять прореживание многократно (например, каждый месяц избавляться от половины кадров того или иного фрагмента).

Часть видеоданных можно защитить от затирания - поместить в так называемый долговременный архив. Данный вариант удобен в случаях расследования каких-либо спорных ситуаций: если рассмотрение фрагмента видеозаписи с событием занимает длительное время, можно закрепить для него исходные параметры, а весь остальной архив прореживать.

Мультипоточность

Использование функции мультипоточности позволяет оптимизировать сохранение видео в архив. Сервер системы принимает с IP-камеры несколько потоков разного качества и битрейта. Чаще всего используют 2 потока: "основной"  видеопоток высокого разрешения с высокой частотой кадров - и "альтернативный" -  видеопоток низкого разрешения с небольшой частотой кадров. Параметры этих потоков оператор может настроить заранее. При отсутствии в системе тревожных событий в архив записывается "альтернативный" видеопоток, а при возникновении тревоги происходит переключение записи, и в архиве сохраняется фрагмент более высокого качества.

В результате система с функцией мультипоточности существенно экономит объем дискового пространства для хранения.

Одной из вариаций использования мультипоточности может выступать функция переключения видеопотоков непосредственно на IP-камере. Она предполагает, что по умолчанию с камеры запрашивается поток низкого качества, а при возникновении тревоги происходит запрос видеопотока высокого качества, который и сохраняется в архив. Применение данной функции позволяет не только снизить требуемое дисковое пространство для архива, но и разгрузить сеть передачи информации. Однако на практике такая функция малоприменима. Все дело в задержке, которая возникает при переключении потоков на камере. Иногда она достигает нескольких секунд, поэтому ключевые моменты события могут быть не записаны в высоком качестве.

Выводы

Проект системы, состоящей из сотен камер, требует к себе гораздо больше внимания на всех этапах реализации, чем проект системы из нескольких камер. В данной статье были рассмотрены программные способы повышения надежности функционирования системы видеонаблюдения и снижения объема необходимого для хранения архива дискового пространства.

Для повышения надежности разработчики ПО включают в свои продукты функции синхронизации архива на сервере с видеоданными, записанными на SD-карты IP-камер, резервирования, репликации, мониторинга состояния камер и серверов системы. Для экономии дискового пространства при максимальном сохранении информативности архива включаются возможности прореживания, переключения видеопотоков камерой системы и поддержка мультипоточности.

Автор: Коробков А.