آموزش مفهوم Multicast در سیستم های نظارت تصویری

آموزش مفهوم Multicast در سیستم های نظارت تصویری

پهنای باند شبکه مهمترین مسئله در سیستم های نظارت تصویری است. با توجه به اینکه پیشرفت های به وجود آمده در کدک های تصویری نظیر smart codec برای h.264 و کدک h.265 منجر به کاهش پهنای باند موردنیاز برای انتقال تصویر شده اند ولی با این وجود در شبکه های بزرگ با تعداد زیادی دوربین همچنان حجم زیادی از دیتای تصویری انتقال داده می شود.

در این مقاله به ساختار اصلی شبکه های multicast می پردازیم و این موضوع که استفاده از آن باعث کاهش پهنای باند می شود را مورد بررسی قرار خواهیم داد و در مورد اینکه در کجا این کاهش اتفاق می افتد و کجا بی تاثیر است بحث خواهیم کرد.

اصول کلی:

به منظور فهم کاربرد multicasting در سیستم های نظارت تصویری لازم است کاربران با اصول کلی آن آشنا شوند. در بیشتر کاربردهای معمول شبکه، استفاده از روش unicast برای انتقال داده ها متداول است. در این روش، دستگاه مبدا، به عنوان مثال یک دوربین IP، به تعداد درخواست های صورت گرفته برای تصویر، کپی های متعددی را به مقاصد ارسال می کند. مهمترین نقص این روش بازده نامناسب آن است. اگر دوربین روی اندازه تصویر ۲Mbps تنظیم شده باشد، زمانی که از سمت چهار سیستم درخواستی برای دریافت تصویر آن صورت بگیرد، پهنای باندی معادل ۸Mbps مورد نیاز است. شکل زیر مفهوم انتقال داده به روش unicast را نشان می دهد:

در انتقال داده به روش multicast، هیچ مسیر مستقیمی بین دستگاه منبع و مقصد یا مقاصد وجود ندارد. دستگاه های مقصد، به عنوان مثال کلاینت های سیستم نظارت تصویر به صورت یک گروه multicast به هم متصل می شوند که یک کپی واحد از استریم ویدئو را دریافت می کند و به هر کلاینت ارسال می شود. بنابراین زمانی که چهار کاربر یک استریم ۲Mbps درخواست می شود فقط پهنای باندی معادل ۲Mbps ،به عوض ۸Mbps در روش unicast ، از شبکه ارسال می شود. در شکل زیر روش انتقال multicast را نشان می دهد:

آموزش مفهوم Multicast در سیستم های نظارت تصویری

کاربرد انتقال multicast در سیستم های نظارت تصویری

 

توانایی multicast به طور معمول برای همه سیستم های نظارتی به عنوان اصل لازم تاکید می شود ولی در عمل چنین چیزی به سادگی اتفاق نمی افتد. در سیستم هایی با تعداد محدود مقصد، به عنوان مثال یک سرور ضبط تصویر و یک یا دو کلاینت مانیتورینگ، استفاده از روش multicast کاهش کمی در پهنای باند شبکه را باعث می شود. در حقیقت این روش موجب صرفه جویی در پهنای باند یک استریم می گردد اما در بیشتر سیستم هایی که شبکه گلوگاه اصلی نیست این مقدار جزیی و قابل چشم پوشی است. در مواردی که بخش های نظارت و ضبط از استریم های جداگانه ای استفاده می کنند، هیچ صرفه جویی در پهنای باند اتفاق نمی افتد، به طوری که هر استریم فقط به یک مقصد ارسال می شود.

با این حال در پروژه های بزرگتر که در آن تعداد دوربین زیادتری توسط کاربران زیادی نطارت می شود، استفاده از روش multicast ضروری است. در شهرداریها یا مراکز کنترل گسترده شهری، به عنوان مثال ممکن است نیمی از کاربران به صورت ۲۴ ساعته در طول هفته به سیستم متصل باشند و نیز کاربران دیگری به صورت گاه و بیگاه به سیستم وصل شوند. همچنین در مواقع بروز بحران استفاده از سیستم به طور طبیعی بالا می رود. بدون در نظر گرفتن روش multicast، یک شبکه اترنت با سرعت ۱۰/۱۰۰ در چنین شرابطی به راحتی دچار اضافه بار می شود.

ترکیب روش های unicast  و  multicast

در برخی موارد، نرم افزارهای نظارت تصویری ممکن است قابلیت دریافت استریم ها به صورت unicast و ارسال آن به صورت multicast  به کلاینت ها را داشته باشند. این توانایی به هنگام استفاده از دوربین هایی که از multicast پشتیبانی نمی کنند نظیر برخی دوربین های wireless  و غیره  راهگشا باشد. در موارد دیگری که کلاینت امکان دریافت به صورت multicast را نداشته باشد، نرم افزار نظارت تصویری ، استریم دریافتی به صورت multicast از دوربین را به صورت استریم unicast  ارسال می کند. هرچند این قابلیت ها در نرم افزارهای نظارت تصویر سطح پیشرفته وجود دارد.

پشتیبانی شبکه

آدرس های IP در سیستم های multicast در کلاس D طراحی شده اند که در محدوده ۲۲۴٫۰٫۰٫۰ تا ۲۳۹٫۲۵۵٫۲۵۵٫۲۵۵ تعریف می شود. در شکل زیر نحوه تنظیمات multicast روی یک دوربین IP نشان داده شده است. بدیهی است که امکانات واقعی و تنظیمات دوربین بر اساس سازنده و نوع دوربین می تواند متفاوت باشد.

آموزش مفهوم Multicast در سیستم های نظارت تصویری

در شبکه های multicast لازم است تمامی تجهیزات از پروتکل IGMP پشتیبانی کنند که نحوه ارتباط و اتصال با گروههای multicast کنترل می کند. این پروتکل معمولا توسط بیشتر تجهیزات پشتیبانی می شود. اکثریت تولید کنندگان دوربین های نظارت تصویری از ارسال تصویر به صورت multicast به خوبی پشتیبانی می کنند. هرچند همه نرم افزارهای نظارت تصویری این قابلیت را ندارند.

شبکه های multicast باعث پیچیدگی مراحل نصب و خطایابی سیستم می شوند. درشبکه های unicast با داشتن اطلاعات و تجربه پایه در زمینه شبکه ها که در آن بیشترین محل توجه دستگاه های مبدا و مقصد هستند و آدرس دهی به آنهاست به راحتی امکان خطایابی وجود دارد. بیشتر تکنسین ها در ارتباط با آدرس دهی دوربین های IP و دستگاه های کلاینت مشکلی ندارند. تنظیمات IGMP که در سمت سوئیچ انجام می گیرد از محدوده توانایی تکنسین های رده پایین فراتر است. همچنین خطایابی به راحتی سیستم های unicast نیست که در آن تنها لازم است ارتباط بین مبدا و مقصد بررسی شود چرا که با وجود گروه های multicast که به صورت جداگانه آدرس دهی شده اند این کار نیاز به دانش و تجربه کافی است. تمام این موارد در کنار این مسئله که اجزای متحرک نظیر دوربین ها، کلاینت ها، سرور ها و سوئیچ ها هریک کاربرد خاص multicast خود را برای اهداف مخصوص دارند منجر به این می شود در سیستم های مبتنی بر multicast لازم است از افراد مجرب و دارای دانش کار با شبکه های multicast بهره برد.

منبع: www.ipvm.com

بازدید: 69

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت آخر)

راهنمای کاربردی CODEC در سیستم های نظارت تصویری (قسمت آخر)

  • تفاوت کیفیت دو فشرده سازی H.264 و MJPEG
    از آنجایی که فرمت H.264 به طور گسترده ای در نرم افزارهای نظارت تصویری استفاده می شود، برای سالهای متمادی بحث پیرامون کاهش کیفیت در مقایسه با MJPEG وجود داشته است و برخی اعتقاد دارند فرمت H.264 کیفیت کمتری دارد. در صورتی که نتایج آزمایشهای مختلف نشان داده است که اگر تنظیمات مربوطه به درستی انجام بگیرد کیفیت دیداری به اندازه فرمت MJPEG خواهد بود. با این حال مواردی هستند که باعث کاهش کیفیت می شوند که عبارتند از:- سطح فشرده سازی بالا:
    اگر در میزان فشرده سازی زیاد در نظر گرفته شود، کیفیت تصویر خروجی کاهش خواهد یافت- صحنه های پیچیده به لحاظ تعداد و پیچیدگی اشیا در تصویر:
    در برخی صحنه ها به دلیل شلوغی زیاد و یا رفت آمد از هر طرف کیفیت تصویر به هنگام فشرده سازی مخدوش خواهد شد.- تنظیم مقدار bitrate در اندازه های پایین
    چنانچه از حالت CBR ( bitrate ثابت) استفاده شود و مقدار آن کم در نظر گرفته شده باشد، کیفیت تصویر خروجی کاهش قابل ملاحظه ای خواهد داشت.با اینحال در اکثر موارد آزمایش شده، حتی وقتی در شرایط تنظیمات پیش فرض باشیم، فرمت H.264 از کیفیتی مشابه فرمت MJPEG برخوردار بود.
  • CODEC های قابل توسعه
    بیشتر CODEC ها فقط از یک رزولوشن پشتیبانی می کنند، به عنوان مثال اگر یک تصویر خروجی با رزولوشن ۲ مگاپیکسل به رزولوشن ۱ مگاپیکسل تعویض شود، با COCEC های H.264 یا MJPEG، لازم است به طور کامل یک استریم جدید یا بازپردازش دوباره بر روی ۲MP انجام گیرد تا تبدیل به ۱MP شود. گاهی لازم است بدون نیاز به تولید یک رشته تصویر جداگانه، رزولوشن آن تغییر یابد. به عنوان نمونه؛ وقتی میخواهیم به یک کلاینت که ارتباط با پهنای باند پایین داریم تصویری ارسال کنیم(نظیر موبایل) یا وقتی نیاز به کاهش فضای ذخیره سازی تصاویر قدیمی داریم این مورد به کار می آید.
    به طور کلی دو CODEC قابل توسعه وجود دارد:- SVC به عنوان CODEC قابل توسعه H.264 Plus نامیده می شود. منظور از plus به این معنی است که این CODEC قابلیت توسعه را با مزیت های پهنای باند H.264 ترکیب می کند. متاسفانه سازنده های اندکی از این قابلیت پشتیبانی می کنند.مهمترین مزیت و کاربرد آن در شبکه هایی است که به صورت Multicast تصاویر را ارسال می کنند.(ارسال چندین خروجی تصویر به طور همزمان با رزولوشن و نرخ فریم متفاوت)- JPEG2000 ، که اساسا همان MJPEG است با این تفاوت که قابلیت توسعه در آن ایجاد شده است. این CODEC به طور سنتی توسط شرکت Avigilon استفاده می شد ولی در دوربین های جدید از رده خارج شده است. بزرگترین مشکل آن، مشابه MJPEG،  مصرف پهنای باند خیلی زیاد و افزایش بیش از اندازه حجم مورد نیاز ذخیره سازی در مقایسه با H.264 است
  • پیدایش H.265 به صورت محدود
    در چند سال گذشته، H.265 به عنوان یک CODEC مطرح شده است و قرار است جایگزین H.264 گردد. با کاهش حدود ۵۰ درصدی bitrate رقیب خوبی برای آن به شمار می رود ولی با وجود برخی محدودیت ها هنوز استفاده از آن عمومی نشده است:- بازدهی محدود: با تغییر CODEC از MJPEG به H.264 کاهش محسوس ۵۰ تا ۷۰ درصدی در bitrate  اتفاق افتاد ولی آزمایش های ما نشان می دهد که تغییر از H.264 به H.265 در حد ۱۵ تا ۳۰ درصد کاهش bitrate خواهد بود. با در نظر گرفتن این حقیقت و نیز افزایش ظرفیت هارددیسک ها و در عین حال کاهش قیمت شان، مزیت های H.265 چندان در رقابت با H.264 موفق نبوده اند.
    – نیاز به توسعه: برای استفاده از H.265 لازم است نرم افزارهای نظارت تصویری از آن پشتیبانی کنند. در حال حاضر به دلیل محدود بودن دوربین هایی که از H.265 استفاده می کنند شرکت های تولید کننده نرم افزار چندان رغبتی به استفاده از آن ندارند.
    -عدم پشتیبانی از ONVIF: طبق اعلام ONVIF قابلیت پشتیبانی از H.265 در سال ۲۰۱۸ به این پروتکل اضافه خواهد شد. باتوجه به این موضوع تا زمانی که این اتفاق نیافتد نمی توان به صورت عملی استفاده کرد.
  • چه CODEC استفاده کنیم؟
    در سال های  ۲۰۱۶ و ۲۰۱۷ بهترین ترکیب استفاده از CODEC، روش H.264  و هوشمند بوده است. با توجه به اینکه CODEC های هوشمند به طور محسوسی باعث بهبود بازدهی H.264 می شود. H.265 می توان را نیز می توان به عنوان یک گزینه مطرح کرد ولی به دلیل محدودیت های گفته شده فعلا کاربرد چندانی ندارد. MJPEG هم برای افرادی که به اشتباه ترس از دست دادن inter-frame را دارند همچنان قابل دسترسی است.منبع : www.ipvm.com

بازدید: 94