۱۴۰۰-۰۱-۲۵

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

  • توسط تیم تحریریه گروه نشریات ایران آلارم
  • ۴ سال قبل
  • بدون دیدگاه
مبانی سيستـم های نظارتـی تحت شبکه

[quote arrow=’yes’]در مقاله قبل در باره پیکر بندی سیستم های نظارتی آنالوگ و شبکه آشنا شدیم. بر آنیم تا در ابتدا مروری کلی بر سیستم های نظارتی تحت شبکه داشته باشیم و در ادامه ، برای آشنایی علاقه مندان به این فن مباحث تخصصی بیشتری اشاره مینمائیم.[/quote]

NVR و IVS
در این بخش به تعریف دستگاه های ذخیره کننده تحت شبکه میپردازیم .

تفاوت های NVR و IVS

دستگاههای ذخیره کنده تحت شبکه و نرم افزارهای نظارت ویدیویی دو بخش مهم و اساسی در ساختار دوربینهای IP و رایانه های متصل به شبکه، در بخش امنیت فیزیکی سازمانها، ارگانها و ساختمانها به شمار میآید. دستگاه های ذخیره ساز موجود در بازار ، تنها تحت تاثیر نیازهای مشتریان قرار داشته و هیچ استاندارد مناسبی برای آن وضع نشده است. تنها موردی که اکنون وجود دارد توافقی است که بین تولید کنندگان دوربین و تولید کنندگان NVR وجود دارد، که تمامی این توافقات بر اساس کشش بازار و فشار فناوری صورت پذیرفته است. اما ضعف عمده این سیستمها، عدم وجود تعریف معین و مشخص است که سبب به وجود آمدن انشعابات و روش های مختلف در نرم افزار ها و دستگاه های تولیدکنندگان شده است.
در سیستم های سنتی و آنالوگ دستگاه DVR استفاده میشد. امروزه در سیستم های نظارتی تحت شبکه، NVR جایگزین آن شده است. دقت کنید که NVR سخت افزار و کاربرد خاص خود را دارد و نمی تواند به جای DVR به کار رود. بسیاری از متخصصین اصرار بر نرم افزاری شدن بخش NVR دارند. نرم افزاری شدن این بخش سبب باز بودن معماری سیستم و نیز سفارشی شدن بر اساس نیاز مشتری خواهد شد. سفارشی شدن به این معناست که کارفرما در صورت نیاز به کار برد خاص نظیر شمارش افراد یا دیوار مجازی می تواند آن را در خواست کرده و روی نرم افزار افزوده گردد.
در اصطلاحاتی که بین کارشناسان نظارتی رواج یافته یک ایراد اساسی وجود دارد و آن این است که NVR یک ماژول سخت افزاری- نرم افزاری است که عملکرد مانیتورینگ و ذخیره سازی در آن صورت میگیرد. اما بعضی از کارشناسان به نرم افزارهای نظارتی نیز NVR گویند!
برای آن که این دو اصطلاح از هم ایزوله شوند می توان کلمات زیر را برای نرم افزارهای نظارتی به کار برد:
IVM (IP Video Management)
IVS (IP Video Surveillance)
VMS (Video Management System)
را برای نرم افزارها به کار برد . سازندگان NVR و IVS برای محصولات خود نام های دیگری نیز انتخاب کرده اند، اما آنچه که مهم است فهم و درک این دو و بررسی مزایا و معایب هر کدام از آن ها می باشد. این درک سبب به کارگیری صحیح و مناسب دستگاه های یا نرم افزارها در کاربردهای خاص میگردد.

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

NVR و IVS باید اکثر دوربین های تحت شبکه را سرویس دهی نمایند. یک NVR خوب باید دوربین های کارخانه های مختلف را پشتیبانی نموده و همواره مطابق با بازار و ورود دوربین های مدل جدید تر نرم افزار آن بروز رسانی شده تا دوربین های جدید نیز پشتیبانی شوند. NVR یا IVS در صنعت نظارت تصویری تحت شبکه عمدتاً به دو صورت عرضه شده است گروهی از آن ها تمام مدل های دوربین های موجود در بازار را پشتیبانی می نماید و گروه دیگر فقط دوربین های تولیدی خود را سرویس دهی میکند.
IVS ها نرم افزارهای کاربردی هستند که روی رایانه قدرتمند یا سرور نصب میگردند و انتخاب نوع سرور باید به تناسب تعداد دوربین و رزولوشن آن ها و چندین پارامتر دیگر معین شود. عدم انتخاب سرور مناسب سبب میشود که در صفحه نمایشگر تصویر منقطع نمایش داده شود.
مزیت IVS نسبت به NVR آن است که نیاز به سخت افزار مجزا نداریم و روی همان رایانه نیاز ما مرتفع خواهد شد. یاد آوری می کنیم که با استفاده از NVR یا IVS می توان تصاویر دوربین های مختلف را توسط سایر رایانه های متصل به شبکه نظارت نمود به شرطی که دسترسی کاربری فرد تعریف شده باشد. IVS ها نسبت به NVR انعطاف پذیرتر هستند و می توان کاربری های بیشتری را توسط نرم افزار برای آن تعریف نمود اما از سویی دیگر امنیت ذخیره سازی NVR بالاتر از IVS است . در مقالات آینده در باره اصول نفود و هک سیستم های امنیتی بحث خواهیم کرد.
NVR همانطور که گفته شد، مجموعهای از سخت افزار و نرم افزار است و هر دو در کنار هم وجود دارد، این نرم افزار و سخت افزار توسط یک کارخانه فراهم شده و نمیتوان سخت افزار یک کارخانه را برای نرم افزار کارخانه دیگر استفاده کرد. این دستگاه تعداد مشخص و معینی از دوربین ها را پشتیبانی کرده و تعداد دوربین های پشتیبانی شده محدود است چون پردازشگر تنها قدرت پردازش تعداد معینی از دوربین ها را دارد.

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

HVR و DVR چیست ؟

در شماره پیش به این نکته اشاره گردید که DVR فقط دوربین های آنالوگ را سرویس می دهد و برای بکارگیری دوربین IP و اتصال آن به DVR نیاز به دیکدر است و از سویی دیگر برای به کار گیری دوربین های آنالوگ در بستر شبکه باید از اینکدر استفاده نمود.
بعضی از کارخانه ها دستگاهی به نام HVR تولید کرده اند که این دستگاه ترکیبی از DVR و NVR است. این دستگاه می تواند دوربین های آنالوگ و دوربین های تحت شبکه را پشتیبانی نماید .

باید ها و نباید ها در NVR

برای بررسی مزایا و معایب یک دستگاه NVR مناسب باید توابع اصلی آن بررسی گردند ، پارامتر های این توابع عبارتند از :
اصول ذخیره سازی تصاویر ویدیویی
نحوه نمایش تصویر زنده
جستجو تصاویر ذخیره شده
بازپخش تصویر ذخیره شده
دسترسی از راه دور توسط بستر اینترنت
به طور کلی سیستم ذخیره ساز باید پارامتر های فوق را به نحو احسنت انجام دهند. همچنین دارای نرخ ارسال فریم مناسب و بالایی باشد.
اما برای بهینه تر کردن کاربری و تخصصی تر شدن محصول، بعضی از کاربری ها نظیر شمارشگر افراد، تشخیص چهره، ایجاد دیوار مجازی ، جلوگیری از سرقت اشیا و … می تواند به این سیستم اضافه گردد. شایان ذکر است بکارگیری هر کدام از بخش های فوق نیازمند خرید لایسنس مربوطه است .
به طور خلاصه می توان گفت که ، به کارگیری NVR و IVS مناسب در پروژه نیاز به مشاوره با کارشناسان خبره دارد و یک متخصص باید بدون اصرار بر برند خاص برای پروژه IVS یا NVR مناسب انتخاب نماید تا نیاز کارفرما به طور کامل اغنا گردد.

اصول فشرده سازی تصاویر ویدیویی و کُدِک ها

سیستم های نظارت تصویری تحت شبکه اصولاً برای انتقال تصاویر خود از فایل های خام و غیر فشرده استفاده نمی نمایند. چرا که استفاده از اطلاعات فشرده نشده حجم بالایی از اطلاعات را در هارد دیسک و پهنای باند موجود اشغال می نماید.
استفاده از روش های مختلف فشرده سازی موجب صرفهجویی در پهنای باند و فضای ذخیره سازی خواهد شد. انتخاب روش فشرده سازی مناسب ، بخش بسیار مهمی در طراحی، انتخاب و استفاده سیستم های نظارت تصویری دارد. در مجموع می توان گفت که ، پروتکل فشرده سازی مناسب کاهش هزینههای جانبی را همراه خواهد داشت.

اصول بنیادی فشرده سازی و کدک

فشرده سازی سبب سبک و سنگین کردن بین هزینه های مختلف ایجاد میشود. این هزینه ها شامل میزان فضای مورد نیاز ذخیره سازی و اشغال پهنای باند در برابر استفاده از قدرت CPU برای پردازش سیگنال است.
به بیان ساده “ فشرده سازی فضای ذخیره سازی مورد نیاز و میزان اشغال پهنای باند را کاهش و در عوض قدرت پردازش CPU را بالاتر می برد.”
در آنالیز بازار کامپیوتر و تحلیل اقتصادی می توان دریافت که CPU پیشرفته ارزان تر از خرید پهنای باند وسیع و هارد دیسک های با ظرفیت بالاتر خواهد شد.

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

مروری بر فرمت های فشرده سازی

عملکرد فشرده سازی تصویر مشابه عملکرد فشرده سازی فایل در رایانه است. در رایانه های شخصی برای فشرده کردن یک فایل از فرمت هایی نظیر ZIP یا RAR استفاده میشود. برای فشرده سازی، تصویر روش های مختلفی تعریف شده است که به ذکر آنها خواهیم پرداخت. تصویر زیر بیانگر مراحل مختلف پروسه دوربین را نمایش می دهد ، ملاحظه می کنید که پس از پردازش دیجیتالی سیگنال یا DSP ، فشرده سازی صورت میگیرد.
همانطور که گفته شد در سیستم های نظارت تصویری تحت شبکه برای ارسال تصویر از دوربین، ابتدا سیگنال تصویر توسط دوربین باید فشرده شده تا این سیگنال به سیستم NVR یا IVS برسد. در NVR این سیگنال غیرفشرده شده و برای نمایش آماده می گردد.
تفاوت اساسی که بین فشرده سازی تصویر و فشرده سازی دیتا وجود دارد این است که در فشرده سازی دیتا هیچ یک از بخش های دیتا حذف نمی گردد، در حالی که در فشرده سازی تصویر بعضی از اطلاعات حذف خواهند شد. یک تنظیم مناسب و کارشناسانه سبب می شود که کاربر نتواند این اتلاف را تشخیص دهد و آن را آشکار نماید.

فشرده سازی تصویر به دو صورت انجام میگیرد:

فشرده سازی تصویر به صورت مستقل
فشرده سازی مجموعه ای از تصاویر به صورت وابسته به هم .
به این حالت فشرده سازی تک تصویر گویند، در این روش هر فریم به صورت مجزا و بدون وابستگی به سایر فریم ها فشرده میگردد. شما هنگامی که در نرم افزار Microsoft Paint نقاشی میکنید، تصویر را می توانید به صورت JPEG ذخیره نمایید.
در فشرده سازی تصاویر ویدیویی مشابه این پروسه صورت می پذیرد. از آنجا که تصاویر ویدیویی مجموعهای پشت سرهم از تصاویر ثابت است، ، هر تصویر به صورت jpeg ذخیره شده و ارسال میگردد به این روش Mjpeg یا Motion jpeg گویند. شکل زیر بیانگر مراحل مختلف ارسال در Mjpeg است.

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

مزیت این روش استفاده از CPU کوچک با قدرت پایین است اما عیب عمده آن نیاز به پهنای باند بالا و فضای ذخیره سازی بیشتر نسبت به سایر روش ها است. هنگامی که تنها یک تصویر به صورت مجزا فشرده میشود، تمام تغییرات مابین چندین تصویر نادیده گرفته میشود و کل تصویرها ارسال میگردد. واضح و روشن است که در بازه زمانی مشخص تصاویر یکسانی ارسال شده است.
به طور مثال دوربینی که نمای روبه روی آن یک ساختمان است ، و تردد در آن جا بسیار محدود میباشد آیا به نظر شما نیاز است که مدام تمامی تصویرها ارسال گردد و یا بهتر این است که فقط تفاوت های تصاویر در بازه های زمانی معین فرستاده شود ؟
برای بیان بهتر به یک مثال اشاره میکنیم، فرض کنید خواهان رفتن به سفر هستید و در این مدت نگهبانی را استخدام کرده اید که گزارش حادثه ها را به شما بدهد. به نظر شما این نگهبان بهتر است هر ۵ دقیقه یکبار با شما تماس بگیرد و بگوید که هیچ خبری نیست و یا بهتر است هنگامی که حادثه ای اتفاق افتاد با شما تماس گرفته و رویداد را برای شما گزارش دهد؟
برای ارسال فریم تصاویر نیز می توان به نحوی مشابه اقدام نمود و فقط تغییراتی که در صحنه مقابل دوربین روی می دهد را برای دستگاه ذخیره ساز ارسال کرد. بر طبق این روش در بازه های زمانی مناسب وکوتاه یک تصویر از صحنه مقابل گرفته می شود. سپس در این بازه کوتاه فقط تغییرات تصویر ارسال می گردد، بنابراین حجم ذخیره سازی به شدت کاهش مییابد.
بر اساس آنچه گفته شد میتوان فریم های تصویر را به دو بخش تقسیم کرد. دسته اول که فریم های مستقل هستند به آن I-frame و دسته دوم که فریم های وابسته هستند به آن P-frame گوییم.
در روش H.264 و MPEG4 یک فریم تصویر گرفته شده و سپس در بازه زمانی معین فقط تغییرات تصویر فرستاده می شود. همانطور که در شکل زیر ملاحظه می فرمایید فریم اول کل صحنه مقابل دوربین است و فریم های بعدی فقط تغییرات تصویر ذخیره و ارسال میگردد. به فریم اول که کل تصویر را در بر دارد I-frame گویند. به فریم هایی که تغییرات در آن درج می گردد، P-frame گوییم. به تعداد فریم هایی که بین I-frame ها قرار دارد ، GoP یا مجموعه ای از تصاویر گویند. کیفیت خوب تصویر به این پارامتر در فشرده سازی بستگی دارد .

مزیت این روش استفاده از CPU کوچک با قدرت پایین است اما عیب عمده آن نیاز به پهنای باند بالا و فضای ذخیره سازی بیشتر نسبت به سایر روش ها است. هنگامی که تنها یک تصویر به صورت مجزا فشرده میشود، تمام تغییرات مابین چندین تصویر نادیده گرفته میشود و کل تصویرها ارسال میگردد. واضح و روشن است که در بازه زمانی مشخص تصاویر یکسانی ارسال شده است. به طور مثال دوربینی که نمای روبه روی آن یک ساختمان است ، و تردد در آن جا بسیار محدود میباشد آیا به نظر شما نیاز است که مدام تمامی تصویرها ارسال گردد و یا بهتر این است که فقط تفاوت های تصاویر در بازه های زمانی معین فرستاده شود ؟ برای بیان بهتر به یک مثال اشاره میکنیم، فرض کنید خواهان رفتن به سفر هستید و در این مدت نگهبانی را استخدام کرده اید که گزارش حادثه ها را به شما بدهد. به نظر شما این نگهبان بهتر است هر 5 دقیقه یکبار با شما تماس بگیرد و بگوید که هیچ خبری نیست و یا بهتر است هنگامی که حادثه ای اتفاق افتاد با شما تماس گرفته و رویداد را برای شما گزارش دهد؟ برای ارسال فریم تصاویر نیز می توان به نحوی مشابه اقدام نمود و فقط تغییراتی که در صحنه مقابل دوربین روی می دهد را برای دستگاه ذخیره ساز ارسال کرد. بر طبق این روش در بازه های زمانی مناسب وکوتاه یک تصویر از صحنه مقابل گرفته می شود. سپس در این بازه کوتاه فقط تغییرات تصویر ارسال می گردد، بنابراین حجم ذخیره سازی به شدت کاهش مییابد. بر اساس آنچه گفته شد میتوان فریم های تصویر را به دو بخش تقسیم کرد. دسته اول که فریم های مستقل هستند به آن I-frame و دسته دوم که فریم های وابسته هستند به آن P-frame گوییم. در روش H.264 و MPEG4 یک فریم تصویر گرفته شده و سپس در بازه زمانی معین فقط تغییرات تصویر فرستاده می شود. همانطور که در شکل زیر ملاحظه می فرمایید فریم اول کل صحنه مقابل دوربین است و فریم های بعدی فقط تغییرات تصویر ذخیره و ارسال میگردد. به فریم اول که کل تصویر را در بر دارد I-frame گویند. به فریم هایی که تغییرات در آن درج می گردد، P-frame گوییم. به تعداد فریم هایی که بین I-frame ها قرار دارد ، GoP یا مجموعه ای از تصاویر گویند. کیفیت خوب تصویر به این پارامتر در فشرده سازی بستگی دارد .

با نوجه به توضیحات فوق میتوان دریافت که، H.264 و MPEG4 اطلاعات اضافی و تکراری را ارسال نمی کنند. اگر یک تصویر حجم ۱۰۰KB داشته باشد در روش MJPEG باید برای چهار فریم ، ۴۰۰ کیلوبایت رادر نظر گرفت اما در روشی مانند MPEG4 تصویر اول که ۱۰۰ کیلوبایت است فرستاده شده و برای سایر فریم ها تنها ۳۰ کیلوبایت فضا نیاز میباشد. بر اساس محاسبات انجام شده این نوع روش فشرده سازی صرفه جویی ۵۰ تا ۸۰ درصدی را به ارمغان خواهد آورد.
روش های MPEG4 و H.264 خالی از عیب نمیباشند. عیب این سیستم ها در پروسه و پردازش بالای آن است. هنگامی که تصویر به یک فرمت پیچیده فشرده گردد، در گیرنده برای نمایش نیاز است که اطلاعات تصویر غیر فشرده شده و این غیر فشرده شدن نیاز به پردازش بالای اطلاعات دارد.
هر دو روش MPEG-4 و H.264 پهنای باند و فضای ذخیره سازی را کاهش می دهد اما باید بدانید روش H.264 دارای الگوریتم پیچیده تر و پیشرفته تر میباشد و این پیچیدگی سبب کاهش فضای ذخیره سازی و پهنای باند خواهد شد بالطبع H.264 به پردازش گر قوی تر نیاز دارد. در باره الگوریتم این روش ها در مقالات آتی مفصلاً بحث خواهیم کرد. نمودار زیر مقایسه روش های مختلف فشرده سازی در حجم سایز و مدت زمان ذخیره سازی را نشان میدهد.

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

نگاهی به سیستم های نظارت تصویری کنونی
نگرش متخصصین در نظارت تصویری همواره بر ارتقا روش های فشرده سازی جهت کاهش پهنای باند و فضای ذخیره سازی است. علت این امر این است که نرخ کاهش هزینه پردازشگر بیش از نرخ کاهش هزینه پهنای باند است و متخصصین در پی پیدا کردن روش های نوین تر برای بهینه تر شدن این زمینه می باشند. با توجه به پیشرفت صنعت دوربین و ظهور دوربین های مگاپیکسلی ، فشرده سازی امری مهم و حیاتی است.
یکی از راهکارهایی که اکنون وجود دارد استفاده از روش Dual stream است، در این روش دو رشته بیت از دوربین خارج میگردد رشته اول دارای رزولوشن بالا با فشرده سازی پیچیده مانند H.264 است، این رشته بیت برای ذخیره سازی به کار می رود .
رشته بیت دوم ، تصاویر با رزولوشن پایین و فشرده سازی ساده مانند MJPEG را در بر دارد. این رشته بیت مناسب برای نظارت زنده است، چرا که برای نظارت زنده نیاز به پردازش گر قوی نخواهد داشت. شرکت های پیشرفته مانند ACTi این فناوری را برای نسل جدید دوربین های خود فراهم نموده اند. شکل زیر بیانگر عملکرد dual stream است.
مبانی پهنای باند در سیستم های نظارت تصویری تحت شبکه
هنگام استفاده از دوربین های تحت شبکه ویا NVR ، محاسبه دقیق میزان پهنای باند موجود در شبکه و نیز پهنای باند مورد نیز ، در طراحی ، پیاده سازی و گسترش سیستم های نظارت تصویری تحت شبکه بسیار مهم و حیاتی است. کارشناسان و یا مدیرانی که نیاز به پیاده سازی دوربین های مدار بسته در سازمان خود دارند، باید با مفهوم پهنای باند در سیستم آشنا گردند. در این بخش به معرفی و بحث در این باره خواهیم پرداخت.
چه میزان پهنای باند در دسترس و قابل استفاده است؟
برای محاسبه میزان پهنای باند موجود در ابتدا لازم است مکان هایی که باید دوربین قرار گیرند معلوم و مشخص شوند از سویی دیگر نقاط ذخیره ساز نیز در سازمان معین گردند. در این دو گام، دوربین ها و یا ذخیره ساز ممکن است داخل خود یک ساختمان و یا در چند نقطه مجزا قرار گرفته باشد. عموماً در داخل یک ساختمان پهنای باند موجود با توجه به بستر کابلی آن بهتر از پهنای باند بین نقاط مختلف جغرافیایی است. برای ارتباط بین نقاط مختلف جغرافیایی باید از روش هایی نظیر سیستم انتقال رادیویی ، اترنت یا MPLSاستفاده کرد که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را دارد.
برای محاسبه میزان پهنای باند مصرفی روش های متفاوتی وجود دارد. بهترین روش استفاده از نرم افزار های موجود برای محاسبه میزان پهنای باند مصرفی است که با جستجو در اینترنت می توان نمونه هایی از آن ها را پیدا کرد.
پهنای باند مصرفی در یک شبکه به پارامترهایی نظیر رزولوشن ، نوع فشرده سازی ، نرخ فریم بر ثانیه بستگی دارد . یکی از نرم افزار های مناسب PROJECT PLANNER است که برای دوربین های ACTi ارائه شده است. توسط این نرم افزار می توان نوع دوربین را مشخص و با تعیین نوع پارامتر ها ، پهنای باند مورد نیاز را محاسبه کرد.
برای این کار می توانید به آدرس www.acti.com بروید .و گزینه bandwidth and storage را انتخاب نمایید. با توجه به گزینه هایی که در منوها وجود دارد می توانید نوع دوربین و نوع رزولوشن ، نرخ فریم و نرخ بیت را مشخص نمایید . سپس حالت ذخیره سازی را معین می نمایید که چند ساعت در روز و چند روز در هفته خواهان ذخیره سازی هستید و آیا با سیستم حساس به حرکت نیاز دارید و یا خیر . بر اساس این پارمتر ها کل پهنای باند مورد نیاز محاسبه می گردد. جدول زیر حالت های مختلف را نشان می دهد که با رزولوشن و فشرده سازی مختلف ، پهنای باند اشغالی چقدر تغییر کرده است. با کمی مقایسه و دقت می توان دریافت که فشرده سازی چه تاثیر بسزایی در اشغال پهنای باند دارد . در مقاله شماره آینده به بحث و بررسی روش های ذخیره سازی و راهکارهای موجود می پردازیم .

مبانی سیستـم های نظارتـی تحت شبکه

قبلی «
بعدی »

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *