Статьи

К списку статей

Перспективы развития волоконно-оптических средств передачи видеоинформации

Начало статьи

Стандарт MPEG-2 используется при студийном вещании и записи видеоинформации на DVD-носители. Наиболее ценное достоинство MPEG-2-кодирования, применяемое для передачи по различным сетям, - возможность гибкой настройки качества изображения в зависимости от пропускной способности сети. В кодеке MPEG-4 сохранены многие достоинства, характерные для MPEG-1 и MPEG-2. Однако эти алгоритмы были усовершенствованы, особенно в части их работы в сетях с низкой скоростью передачи данных; предложены более качественный анализ параметров движения и новый вариант фильтра для распаковки блоков информации.
Используя разные параметры кодирования изображения в MPEG-2 и MPEG-4, можно добиться различного соотношения цена/качество, что делает эти алгоритмы основными при создании как видеосетей реального времени, так и сетей потокового видео (видео по запросу). В последнем случае предварительно записанные видеосигналы хранятся на сервере и запрашиваются приложением конечного пользователя, например модулем расширения Web-браузера или выделенным видеоклиентом. Отимальным решением для CCTV является использование MPEG-2 кодирования со скоростью потока 6-8 Мбит/c. При этом скорость доставки и объем дискового пространства для создания видеоархива в сочетании со стоимостью транспортной среды дают самую выгодную схему функционирования системы видеонаблюдения.
Одна из наиболее актуальных проблем при создании сети передачи видеоинформации состоит в следующем: достаточно ли Ethernet с TCP/IP или лучше сразу переходить к ATM? Ввиду значимости этого вопроса и последствий его решения рассмотрим те особенности сетей, которые имеют непосредственное отношение к передаче высококачественного видеосигнала.
Ethernet и TCP/IP понятны подавляющему большинству пользователей вследствие их общедоступности. TCP/IP - это стек протоколов Internet, и, он также может быть использован для передачи видеоинформации. Преимущества Internet, на первый взгляд, очевидны - свобода доступа и совместимость с огромным числом аппаратно-программных средств. Но, к сожалению, Internet не имеет стандартных средств для обеспечения качества услуг из конца в конец. Кроме того, Internet - услуга асинхронная - поток данных к клиенту, как правило, значительно превышает поток данных от клиента. Поэтому провайдеры, декларируя предоставление высокоскоростного Internet (например, 8 Мбит/c), направляют свои усилия на поддержание скорости именно входящего потока. Также следует отметить, что телекоммуникационные особенности предоставления услуги Internet не гарантируют постоянную скорость получения этой услуги. Поэтому в "чистом" виде использование Internet для передачи видеосигнала со студийным качеством более чем проблематично - более логично использовать выделенную сеть TCP/IP со скоростью передачи не ниже 10 Мбит/c. Необходимо подчеркнуть также, что к настоящему времени не существует единого стандарта коммутации со скоростью линии между подсетями - коммутации третьего уровня.
Технология ATM состоит в представлении потока данных от любого источника информации - пакетами фиксированной длины - 53 байта вместе с коротким заголовком в 5 байт. Небольшая длина пакетов АТМ (cell) позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передаче с постоянным темпом, характерным для мультимедийной информации. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и процент служебной информации не был большим по отношению к данным пакета, в технологии ATM применен стандартный прием - эти сети всегда работают по протоколу с установлением соединения и адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. При отказе от жестко фиксированных временных слотов для каждого канала идеальной синхронности добиться невозможно. Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и при малом размере пакета отклонение от синхронизма будет небольшое.
Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. Приоритеты существуют и в других технологиях, однако наличие в них пакетов больших размеров (4096 байт и более) не позволяют им с высокой степенью вероятности выдерживать требования синхронизма для высокоприоритетных пакетов.
В сети ATM конечные станции соединяются с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней каналами с уплотнением (рис. 4). Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов для маршрутизации трафика в сети коммутаторов. Коммутация пакетов происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), который назначается для соединения при его установлении и уничтожается при разрыве. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байтных адресов конечных станций с иерархической структурой. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI (User Network Interface), который определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком.
Рис. 4. Структура сети ATM
Коммутаторы ATM
Стандарт ATM пользуется спецификациями стандарта физического уровня на передачу данных по оптическим линиям связи SONET (Synchronous Optical Network) и SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Стандарт SONET устанавливает скорости передачи данных с дискретностью 51.84 Мб/с до 2.488 Гб/с и может быть расширен до13 Гб/с, а SDH - с дискретностью 155.52 Мб/с. Базовая скорость 51.84 Мб/с была выбрана так, чтобы включить в себя скорости линий T-3 и E-3. Для линий со стандартными скоростями SONET введены следующие обозначения (таблица 1):
Таблица 1.
Витая пара Оптоволокно Скорость
STS-1 OC-1 51.84 Мб/с
STS-2 OC-3 155.520 Мб/с
OC-9 466.560 Мб/с
OC-12 622.080 Мб/с
OC-18 933.120 Мб/с
OC-24 1.244 Гб/с
OC-36 1.866 Гб/с
OC-48 2.488 Гб/с
OC-192 9.953 Гб/с
Например, для интерфейса пользователь - компьютер может использоваться канал ОС-3, а для интерфейса коммутатор - коммутатор - канал ОС-12. Эти же каналы могут быть использованы при создании систем видеонаблюдения, причем канал ОС-3 целесообразно использовать на участке кодер-коммутатор, а канал ОС-12 - для построения сети между коммутаторами. Естественно, что организация подобных каналов при передаче данных на большое расстояние невозможна без применения оптического волокна. При этом, в зависимости от дальности передачи может использоваться как многомодовый, так и одномодовый кабель.
Таким образом, архитектура ATM наиболее подходит для сетевого видео в силу своих основных особенностей. Во-первых, коммутируемые виртуальные соединения (Switched Virtual Circuit, SVC) позволяют создавать высокоскоростные соединения между узлами по необходимости, например между камерой и монитором или между видеосервером и клиентом. Во-вторых, ATM позволяет определить уровень качества услуг из конца в конец во время установления SVC, гарантируя таким образом достаточную пропускную способность при минимальном времени задержки. Кроме того, создание эффективной транспортной среды облегчается наличием стандарта Multiprotocol over ATM (MPOA), активно продвигаемого производителями активного сетевого оборудования. MPOA является первым стандартом для коммутации третьего уровня и расширяет эмуляцию локальной сети на втором уровне за счет создания виртуальных соединений практически со скоростью линии через несколько подсетей. В-третьих, многие операторы связи имеют магистрали ATM и предлагают сервисы на 155 Мбит/с, а некоторые другие собираются модернизировать свою магистраль до ATM на 622 Мбит/с. В результате передача видео в формате MPEG-2 по сети АТМ стала общепринятым стандартом для операторов кабельного ТВ и прошла многократную апробацию.
Поскольку преимущества АТМ очевидны, то производители сетевого CCTV- оборудования сосредотачиваются в настоящее время на разработке АТМ-кодеков. Например, компания Teleste (Финляндия) предлагает пользователям платформу EASY (Edge Access - System Interface), включающую в себя MPEG-2 кодеры/декодеры, терминальные серверы и сетевые коммутаторы для сетей ATM. Каждый кодер/декодер помимо одного канала видео может мультиплексировать в единый цифровой поток два аудиоканала и 4 канала передачи RS-данных и может выпускаться как с "медными", так и с оптическими выходами (многомодовыми и/или одномодовыми), обеспечивая передачу информации на расстояние до 40 км.
Рассмотрим подробнее алгоритм работы АТМ-кодера. На первом этапе, все типы данных (см. рис. 5) мультиплексируются в единый транспортный поток. На втором этапе из полученного потока формируется один виртуальный АТМ-канал. Третьим этапом является мультиплексирование в единый АТМ-трафик нескольких виртуальных каналов от предыдущих кодеров в системе (см. рис. 6). Далее полученный АТМ-трафик инкапсулируется в кадры канального уровня для его последующей передачи до следующего кодера в системе или до АТМ - коммутатора.
Рис. 5. Мультиплексирование данных в транспортном потоке
Алгоритм работы АТМ-кодера
Рис.6. Уплотнение АТМ-каналов
Уплотнение АТМ-трафика
Уплотнение АТМ-трафика позволяет организовать кольцевое подключение нескольких кодеров видеосигнала одним физическим каналом. Указанное обстоятельство делает АТМ-решения особенно эффективными при построении систем видеонаблюдения в условиях ограниченного бюджета на кабельные коммуникации.
На базе АТМ-кодеков реализован ряд интересных проектов по созданию систем городского мониторинга и комплексов средств обеспечения безопасности. Так, кодеки компании Teleste легли в основу сетей сбора и передачи информации от разнообразных датчиков вторжения и средств наблюдения (телекамеры, тепловизоры, радары), расположенных на территориях ряда военных объектов США. Во всех случаях при монтаже кодеры располагаются непосредственно в местах установки видеокамер, что значительно снижает затраты как на создание системы, так и на ее обслуживание. Аппаратура интегрирована в сеть через АТМ-коммутаторы, обеспечивая при этом пользователям возможности виртуального матричного коммутатора для всех видеокамер.
Другим примером ATM- системы может служить система мониторинга движения в городе Остин (штат Техас, США), также построенная на сетевом оборудовании компании Teleste. Коммутируемая АТМ-сеть создана на серийно выпускаемой аппаратуре и объединяет 240 сканирующих камер и 720 светофоров. Полноформатное видео с DVD-качеством передается со скоростью 6,7 Мбит/c.
Сеть включает в себя 8 АТМ-коммутаторов, два из которых расположены в основном и резервном центрах управления движением, шесть остальных - на территории города. Периферийные коммутаторы подключены к основному по схеме "звезда" сетью ОС-12 и соединены между собой по схеме "кольцо" сетью ОС-3, что обеспечивает резервирование сети передачи видеоинформации. В центре управления движением операторы могут визуально оценивать ситуацию на любом из 120 перекрестков и контролировать текущее состояние светофоров. Информация отображается как на мониторах рабочих станций, так и на информационном табло из 25 плазменных панелей. Управление системой осуществляется при помощи специализированного программного обеспечения, обеспечивающего индивидуальное управление каждой из сканирующих камер и ее коммутацию к рабочей станции оператора или на табло отображения. Программное обеспечение позволяет также контролировать работу всех светофоров и изменять их временные циклы в зависимости от времени суток и интенсивности дорожного движения.
Каждый из шести периферийных коммутаторов обеспечивает работу до 120 перекрестков, объединенных в группы по 10 локальной петлей ОС-3 (см. рис.7). Непосредственно на перекрестках размещены АТМ-кодеки, работающие в стандарте MPEG-2, к которым помимо видеокамер подключены различные телематические устройства (светофоры, информационные табло и т.п.).
Рис. 7
Светофоры, информационные табло
Таким образом, АТМ-сетевое видео со студийным качеством изображения реализовано в настоящее время в виде конкретных проектов. Время традиционного "кабельного" CCTV, существовавшего долгое время в неизменном виде, безвозвратно уходит. Волоконная оптика и новые сетевые технологии создают предпосылки перехода охранного телевидения на новый качественный уровень. Мы считаем, что такая перспектива соответствует устремлениям подавляющего большинства разработчиков и пользователей систем безопасности.

М. Ефимов, В. Никитин
"Алгоритм Безопасности" № 4, 2005 год.

Кабели волоконно-оптические

Внешний вид FO-DT-IN/OUT-9-2-LSZH-BK (FO-D-IN/OUT-9-2-HFFR) Внешний вид FO-DT-IN/OUT-9-2-LSZH-BK (FO-D-IN/OUT-9-2-HFFR)
Кабель волоконно-оптический 9/125 (OS2) одномодовый, 2 волокна
58 820

Производитель Hyperline
Внешний вид FO-DT-IN/OUT-50-2-LSZH-BK (FO-D-IN/OUT-50-2-HFFR) Внешний вид FO-DT-IN/OUT-50-2-LSZH-BK (FO-D-IN/OUT-50-2-HFFR)
Кабель волоконно-оптический 50/125 (OM2) многомодовый, 2 волокна
67 643

Производитель Hyperline
Внешний вид FO-MB-IN/OUT-9-16-LSZH-BK Внешний вид FO-MB-IN/OUT-9-16-LSZH-BK
Кабель волоконно-оптический 9/125 одномодовый, 16 волокон
128 228

Производитель Hyperline
Внешний вид FO-MB-IN/OUT-9-24-LSZH-BK Внешний вид FO-MB-IN/OUT-9-24-LSZH-BK
Кабель волоконно-оптический 9/125 одномодовый, 24 волокна
163 520

Производитель Hyperline
Внешний вид FO-MB-IN/OUT-50-24-LSZH-BK Внешний вид FO-MB-IN/OUT-50-24-LSZH-BK
Кабель волоконно-оптический 50/125 (OM2) многомодовый, 24 волокна
254 691

Производитель Hyperline
Внешний вид FO-MB-IN/OUT-503-16-LSZH-BK Внешний вид FO-MB-IN/OUT-503-16-LSZH-BK
Кабель волоконно-оптический 50/125 (OM3) многомодовый, 16 волокон
297 041

Производитель Hyperline
Найдено товаров: 6

Возврат к списку

Создание проекта системы видеонаблюдения всего за несколько минут;
Все РЕАЛЬНО: в т.ч. сектора наблюдения, параметры кабельных трасс;
Загрузка готовых планов и их масштабирование;
Спецификация обрудования и смета создается автоматически;
Дружелюбный интерфейс;
Индивидуальные настройки программы и оборудования.
Техподдержка встроена непосредственно в программу.
Регистрация занимает одну минуту.

ОТ ЗАПРОСА ДО ОФОРМЛЕННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ - 15 МИНУТ