Автор: Алексей ТИТОВ, генеральный директор «Интемс»
Видеонаблюдение 4K UHD: хайп или новый золотой стандарт в видеонаблюдении?
Постоянный рост качества изображения в видеонаблюдении является устоявшимся трендом, хоть и нельзя сказать, что с появлением более высокого разрешения все моментально на него переходят. Однако 2025 год, похоже, станет переломным моментом, который сделает 4К новым золотым стандартом в видеонаблюдении. Разрешение 4K — база для качественной видеоаналитики Вместо людей все чаще видеоизображения анализируют алгоритмы, что уменьшает количество ошибок и ускоряет принятие решений. Кроме того, камеры с более высоким разрешением могут охватывать большие площади, повышая эффективность. Благодаря достижениям в области искусственного интеллекта (ИИ) и распознавания объектов, лучшее качество изображения обеспечивает более точное обнаружение и более подробные данные. Изображения теперь постоянно анализируются, что позволяет компаниям быстрее и точнее реагировать на инциденты. Это не только повышает безопасность, но и эффективность работы, например, на оживленных транспортных развязках или производственных линиях. Наконец, операторы получают мгновенные оповещения о соответствующих событиях, что позволяет им реагировать быстрее. В течение последних нескольких лет видеонаблюдение 4K неоднократно называлось основным трендом в сфере видеонаблюдения, и с такой же регулярностью эти прогнозы не оправдывались. Тем не менее, не стоит заблуждаться. Вопрос стоит не в том, перейдет ли рынок видеонаблюдения на камеры с разрешением 4K, а в том, когда это произойдет. Ориентация на стратегию развития бизнеса Многие компании уже активно используют возможности анализа видео, чтобы не просто фиксировать инциденты и угрозы безопасности, но и собирать показатели для принятия управленческих решений. Одной из основополагающих технологий в новой волне видеонаблюдения стал искусственный интеллект. Машинное обучение помогает обрабатывать и систематизировать видеопотоки в режиме реального времени. Хорошее представление о том, насколько объемные и точные метаданные способен извлечь современный искусственный интеллект из видеозаписи, дает пример почти прямой трансляции с Australian Open. Почти — потому что вместо живого изображения теннисистов зрителю показывают их анимированные фигуры (аватары). Сначала из реальной видеотрансляции с Australian Open с помощью ИИ извлекается информация о положении игроков, траектории мяча и других ключевых элементах игры. Затем на основе этих данных генерируется полноценное анимированное видео, которое и транслируется, в том числе, на официальном YouTube-канале турнира. Там, конечно, все сложнее, чем просто анализ изображения с одной камеры. Система использует данные с множества камер, и применяет сложные алгоритмы компьютерного зрения и машинного обучения. Но суть от этого не меняется: трансляция — это не кадры с корта, а визуализация, целиком построенная на машинной интерпретации происходящего. С учетом возможностей и скорости развития ИИ, уже в ближайшие пару лет видеонаблюдение из консервативной и во многом пассивной системы превращается в мощнейший аналитический и управленческий инструмент. Благодаря активной интеграции с ИИ, предприятия смогут не только повысить безопасность, снизить количество персонала, участвующего в обеспечении безопасности предприятия, но и вывести управление качеством, контроль рабочих процессов и эффективность взаимодействия с клиентами на принципиально новый уровень. Однако, системы видеонаблюдения с разрешением 4K (Ultra HD, 8 МП) предъявляют высокие требования к оборудованию, кабельной инфраструктуре и программ- ному обеспечению. Поэтому важно не только заменить камеры с HD разрешением на камеры с разрешением 4K, нужно чтобы вся инфраструктура системы видеонаблюдения была готова к этому. Выбор оборудования для системы 4K-видеонаблюдения При проектировании 4K-видеонаблюдения важно учитывать баланс всего необходимого для 4K-системы оборудования: нет смысла ставить 4K-камеры, не обеспечив достаточную пропускную способность сети и не предусмотрев соответствующую систему хранения или просмотра видео. Все преимущества от 4K вы получите, используя только комплексный подход: камеры + инфраструктура + ПО + оборудование, оптимально подобранные под требования 4K-видеонаблюдения и под ваши цели. В этой статье описан практический подход, используя который можно собрать эффективную систему видеонаблюдения 4K – будь то для защиты бизнеса, дома или крупного производства. Как выбрать камеру с разрешением 4K? 4K-камеры отличаются ультравысоким разрешением 3840×2160 пикселей, что дает очень четкую картинку и позволяет фиксировать мельчайшие детали в кадре. Однако не все 4K-камеры идентичны. Давайте рассмотрим, на что нужно в первую очередь обращать внимание при выборе и заодно разберемся, почему разброс цен на 4K-камеры столь велик. При подборе конкретных моделей камер видеонаблюдения 4K необходимо учитывать ряд ключевых параметров, влияющих на качество изображения и не забывать про пригодность для условий объекта: • Разрешение и размер матрицы. 4K-камеры имеют около 8 миллионов пикселей, именно это обеспечивает высокую детализацию. Однако, чем выше разрешение, тем ниже чувствительность каждого пикселя, а значит и матрицы в целом, т.к. чем меньше размер пикселя, тем меньше на него будет попадать света. Поэтому при выборе камеры очень важно обратить внимание на физический размер матрицы. Чем больше размер матрицы, тем больше она собирает света, давая лучшее качество изображения, особенно это заметно в сложных для съемки условиях. Наиболее распространенные размеры матриц по убыванию размера — 1/1.8 дюйма, 1/2 дюйма, 1/2.7 дюйма, 1/3 дюйма (рис. 1).
Рисунок 1. На картинке показано, как уменьшается размер пикселя в зависимости от размера матриц В бюджетных 4K-камерах часто ставят небольшие сенсоры, из-за чего реальная картинка 4K-камеры может уступать по качеству даже хорошей 2 МП камере, особенно в сложных условиях. Поэтому главный совет — если решили ставить 4K-камеры, берите камеру с хорошим физическим размером матрицы. • Светосила объектива (апертура). Апертура (F-число) – относительное отверстие объектива, влияет на количество света, попадающего на матрицу. Меньше F число – больше света. Например, объектив с F/1.2 пропустит больше света, чем F/2.0. Для вечерней или ночной съемки более светосильная оптика (F1.0–1.6) предпочтительна. В спецификациях чувствительности камеры обычно указывается, при каком F-числе проводилось измерение. Обратите внимание: некоторые производители лукавят, указывая чувствительность для F/1.2, хотя камера комплектуется объективом с F/2.0, поэтому фактическая чувствительность, которую вы получите, будет ниже заявленной. • Режим «день/ночь» и ИК-фильтр. Для круглосуточного наблюдения камера должна поддерживать режим Day/Night. Днём такая камера использует ИК-фильтр (режет инфракрасное излучение, чтобы оно не искажало цвета), а в темноте фильтр механически убирается (механизм ICR), делая сенсор чувствительным к ИК-спектру. Механический ИК-фильтр предпочтителен – он полностью убирает лишнее излучение днем и обеспечивает полноценную работу ночью с ИК-подсветкой. Электронный ИК-фильтр (покрытие на матрице) встречается в дешевых камерах – он постоянно блокирует ИК, и камера хоть и переключается в Ч/Б, но использовать инфракрасную подсветку не сможет. Вывод: для серьёзных задач выбирайте True Day/Night камеры с механическим ICR-фильтром. • WDR (широкий динамический диапазон). Эта функция позволяет камере справляться со встречным светом и сильными перепадами яркости в кадре. Камера с WDR склеивает несколько кадров с разной экспозицией и комбинирует их. На рисунке ниже изображение без WDR (слева) и с WDR (справа) (рис. 2). Как говорится, почувствуйте разницу.
Рисунок 2. True WDR (120 дБ и выше) – признак камеры высокого класса. Цифровой WDR (DWDR) – это программная обработка, которая гораздо менее эффективна. В условиях сложного освещения (например, входные группы, окна) наличие WDR критично – иначе 4K не даст плюсов, если половина сцены будет “в тени” или “пересвете”. Многие 4K-камеры премиум-сегмента обеспечивают реальный WDR 120 дБ и более, тогда как бюджетные используют DWDR или реальный WDR с невысокими значениями в районе 90 дБ. Это, пожалуй, самые важные характеристики камер, на которые стоит обратить внимание. Но для реальной системы видеонаблюдения, конечно, нужно учитывать гораздо больше характеристик, которые определяют качество работы системы. Форм-фактор и конструкция камеры 4K-камеры видеонаблюдения выпускаются во всех основных форм-факторах: купольные (dome), цилиндрические (bullet), поворотные PTZ, корпусные (box), многосенсорные панорамные камеры. Выбор зависит от места установки и целей, которые ставятся перед видеокамерой. • Цилиндрические (bullet) камеры – в металлическом кожухе с козырьком – обычно легче обеспечить длиннофокусной оптикой. Их часто ставят снаружи на стены, столбы, для обзора периметра, дорог, открытых пространств. Как правило, оснащаются более мощной ИК-подсветкой и имеют лучшую теплоотдачу (важно для 4K). • Купольные (dome) и (EyeBall) – в полусферическом корпусе, компактны, хорошо подходят для помещений. Устойчивы к ударам (вандалозащищенные купольные камеры имеют прочный прозрачный купол). Для 4K купольных камер важно высокое качество купола, чтобы не снижать четкость изображения. • Поворотные PTZ (Pan-Tilt-Zoom) – управляемые камеры с 4K-сенсорами, обычно с мощным зумом от 20 до 40 крат. Они позволяют покрыть большую территорию одной камерой, активно поворачиваясь по команде оператора или по заранее запрограммированным пресетам. 4K PTZ полезны на стратегических объектах, городских площадях, парковках. Но они не отменяют необходимость в статичных камерах, т.к. в каждый момент смотрят только в одну сторону, оставляя в этот момент противоположную сторону в слепой зоне. • Box-камеры (корпусные) – камеры без объектива, требующие установки отдельной оптики. Обычно используются профессионалами для специфических задач. Можно поставить любые объективы (например, с сверхдлинным фокусом или с особой диафрагмой). Корпусные камеры можно использовать с термокожухами на улице (для распознавания лиц на входах в здание или распознавания автомобильных номеров на въездах). Это нишевое решение, которое дает максимальную гибкость. • Мультиматричные камеры – относительно новый тип камер: в одном корпусе 2, 3, 4 и более сенсоров. Например, панорамная камера с четырьмя матрицами 4K может давать обзор 360° высокой детализации. Такие устройства полезны для перекрытия крупных открытых пространств без “мертвых зон”. Они стоят дорого и нагружают сеть сразу несколькими потоками, но заменяют какое-то количество отдельных камер. Самое важное при выборе 4K камеры Хорошие камеры видеонаблюдения с разрешением 4K все еще достаточно дорогое удовольствие, поэтому особенно важно чтобы они служили долгие годы. А когда мы говорим про качество, надо понимать, что это не только про качество «железа». Качество «железа» от большинства ведущих производителей достаточно высокое, что положительно сказывается на сроке службы камеры. Однако реальная долгосрочная ценность камеры видеонаблюдения заключается в поддержке обновления программного обеспечения камеры (Firmware). Именно обновления встроенного программного обеспечения камеры обеспечивают кибербезопасность и гарантируют, что камеры будут оставаться актуальными и стабильно работать многие годы. Кабельная инфраструктура Кабельные коммуникации являются «кровеносной системой» видеонаблюдения, от которой зависит, сможет ли 4K-видеопоток без потерь дойти от каждой камеры до устройства записи. Кроме этого кабельная инфраструктура это ~ 60% стоимости любой системы видеонаблюдения, так что это, пожалуй, то, к чему стоит отнестись с особым вниманием. • Пропускная способность. Один поток 4K @ 25 к/с, H.265, при хорошем качестве может требовать от 8 до 20 Мбит/с пропускной способности (а в пике – все 35 Мбит/с). Несколько таких потоков могут легко забить 100-мегабитный канал. Поэтому для 4K-видеонаблюдения предпочтительнее использовать гигабитные Ethernet-сети, а на участке «коммутатор – сервер или видеорегистратор» гигабитные сети просто must have. При расчете пропускной способности важно учитывать, что даже если основные характеристики камер одинаковы, разные модели камер от разных производителей могут существенно различаться по потреблению полосы пропускания. Такие факторы, как сжатие и частота кадров, также оказывают большое влияние. • PoE-питание по витой паре. Большинство систем видеонаблюдения строится на камерах с поддержкой Power over Ethernet (PoE), так как это упрощает монтаж и снижает стоимость кабельной инфраструктуры. Для 4K-камер (особенно с ИК-подсветкой и поворотных) рекомендуется выбирать камеры, поддерживающие стандарты PoE+ (802.3at) или даже PoE++ (802.3bt). Стандарт 802.3at обеспечивает до ~25,5 Вт на устройство, чего достаточно для большинства 4K уличных камер и небольших камер с PTZ. Обычного PoE (802.3af, 15,4 Вт) может не хватить, особенно если у камеры включены подсветка и обогрев. Проверяйте потребляемую мощность камеры и соответствие класса PoE. Интеллектуальная видеоаналитика часто реализуется на борту камер, используя процессоры с поддержкой ИИ. Это также повышает энергопотребление и актуализирует новые (более мощные) варианты PoE. • Специализированные блоки питания. В критически важных системах видеонаблюдения (например, на режимных объектах или крупных промышленных предприятиях) часто организуют отдельные линии питания, которые дублируются и управляются независимыми ИБП (UPS). Речь идет о камерах, установленных в суровых климатических условиях (экстремальный холод, высокая влажность, частые перепады напряжения). В подобных случаях целесообразно применять специализированные блоки питания повышенной надежности, имеющие защиту от скачков напряжения и грозовых импульсов. Это снижает риск выхода из строя камеры и повышает срок службы всей системы. • Дальность и среда передачи. * Витая пара. Передача видеосигнала по витой паре ограничена 100 метрами. Рекомендуется использовать кабель не ниже Cat5e, а лучше Cat6 (особенно в помехонасыщенных средах или при близости к электрокабелям). На улице – обязательно наружный UTP в защитной оболочке, в идеале экранированный FTP и в гофре или трубе, чтобы уменьшить влияние электромагнитных наводок. В некоторых случаях, если камера находится дальше 100 метров, можно использовать специальные устройства, позволяющие передавать видеоизображение по витой паре на расстояние от 200 до 800 м (часто используют технологии типа ePoE, которая позволяет передавать видео по витой паре на расстояние до 800 м со скоростью 10 Мбит/с). * Оптоволокно. Оптический кабель обеспечивает гигабитные скорости на километры и абсолютно не чувствителен к помехам. Минус – необходимо обеспечить питание камеры локально, т.е. придется тянуть отдельный кабель питания до камеры. Целесообразно использовать на больших расстояниях, например, между зданиями (там, где нужно электрическое разделение и помехоустойчивость). На практике мы часто комбинируем: оптика – до удаленного узла, а оттуда – витые пары до камер. * Коаксиальный кабель. Да, стандарты (HDCVI, HDTVI, AHD) поддерживают передачу разрешения 4K по коаксиалу. Да, это все-таки прошлое, поэтому хотя бы в статье оставим этот вопрос в стороне, как неактуальный. * Беспроводные мосты. В случаях, когда прокладка кабеля затруднена (исторические здания, водные преграды), применяют Wi-Fi радиомосты. Но для 4K-видео нужен канал с реальной пропускной способностью не менее ~50–100 Мбит/с (с запасом). Профессиональные радиомосты (точка-точка) на 5 ГГц или 60 ГГц способны передавать такой поток на расстояние 1–2 км при прямой видимости. Важно резервирование или контроль качества связи, т.к. проблемы с качеством связи радиоканала означают потерю видео. Организация кабельной инфраструктуры Выбор кабельной инфраструктуры для видеонаблюдения зависит от условий монтажа и требований к защите кабеля. • Кабель-каналы подходят для помещений, позволяя эстетично прокладывать кабель по стенам и потолкам. • Гибкий металлорукав обеспечивает защиту от механических повреждений и электромагнитных помех, удобен для сложных маршрутов прокладки. • Пластиковые трубы экономичны, просты в монтаже и хороши для наружной установки без значительных нагрузок. • Металлические трубы обеспечивают максимальную механическую защиту, пожаробезопасность и экранирование от помех. Рекомендуются для промышленных и агрессивных сред. Важно учитывать специфику объекта и балансировать между защитой, стоимостью и удобством эксплуатации. Желательно оставлять небольшой запас длины кабеля в точке подключения (петлю) на случай переврезки коннектора. Учтите радиусы изгиба кабеля (особенно касается оптики). Нумеровать кабели и вести схему – обязательно для обслуживания. При внешней прокладке не забывайте про защиту от перенапряжений (грозозащита). В промышленной среде возможно использование специальных кабелей, стойких к высокой температуре, химикатам. Самое важное при выборе кабельной инфраструктуры Для 4K-систем мы рекомендуем развертывать гигабитные сети на витой паре с питанием по PoE сегментами до 100 метров. На больших расстояниях – переходим на оптоволокно. Всегда планируйте с запасом пропускной способности: лучше проложить сразу Cat6A и иметь возможность 10-гигабитного аплинка при росте числа камер, чем потом менять кабели. Не экономьте на качестве меди и коннекторов – 4K не терпит нестабильности сигнала, иначе получите потерю кадров и снижение качества записи. Сетевое оборудование Для передачи 4K-видеопотоков потребуется соответствующее сетевое оборудование – в первую очередь коммутаторы с PoE, а также маршрутизаторы для организации удаленного доступа. Рассмотрим основные моменты, которые следует учитывать при выборе сетевого оборудования. Коммутаторы с PoE Как уже упоминалось, в большинстве случаев 4K IP-камеры лучше питать по PoE. Следовательно, нужны PoE-коммутаторы достаточной емкости. Ключевые параметры, на которые стоит обращать внимание: • Бюджет PoE. Просуммируйте потребление всех камер, подключаемых к коммутатору. Например, 8 камер по 8 Вт = 64 Вт, плюс запас ~20%. Коммутатор должен обеспечивать этот бюджет, иначе часть камер не запустится. Выпускаются модели с бюджетом от 60–80 Вт (на 4–8 портов) до 250–400 Вт (24 порта). • Класс PoE на порт. Обычные фиксированные камеры потребляют ~5–10 Вт (802.3af), поворотные – 20–25 Вт (802.3at). А у PTZ 4K-камер с подогревом, потребление может достигать 50–60 Вт – для них нужны порты с Hi-PoE / 802.3bt. Некоторые промышленные коммутаторы поддерживают 60–90 Вт на порт. Имейте это ввиду. • Скорость портов. Гигабитные порты обязательны, т.к. 4K-камера может генерировать 50–100 Мбит/с в пике (при тревожной записи, плохом освещении и т.д.). Коммутатор обычно имеет 1G на каждый порт и один-два аплинка 1G/10G. Аплинк (магистральный порт к ядру сети или NVR) не должен стать узким местом. Например, 16 камер по 15 Мбит/с дают 240 Мбит/с – это больше, чем пропускная способность одного 100-Мбит аплинка, но нормально для 1-гигабитного. В крупных системах коммутаторы агрегируются на ядре – там желательно 10-гигабитные аплинки (оптические SFP+ порты). • Управляемость и VLAN. Рекомендуется использовать управляемые L2-коммутаторы, чтобы настраивать VLANы, приоритет трафика (QoS) и мониторить состояние. Например, можно выделить отдельный VLAN для видеонаблюдения, изолировав его от офисной сети – это повысит безопасность и предотвратит взаимное влияние трафика. Для отказоустойчивости L2-коммутаторы поддерживают STP/RSTP, агрегирование каналов (LACP) и др. – это полезно на больших объектах. • Буферизация. Видео – чувствительный к задержкам трафик. Хорошие коммутаторы имеют достаточный размер буфера на порт, чтобы компенсировать кратковременные скачки нагрузки. Это снижает вероятность потери UDP-пакетов видео. • Маршрутизаторы. Если видеосистема разделена на подсети (например, камеры в отдельном VLAN или требуется удаленный просмотр через центральный маршрутизатор), убедитесь, что маршрутизатор или межсетевой экран способен пропускать суммарный поток. 20 камер по 10 Мбит = 200 Мбит – не каждый бюджетный роутер справится. Корпоративные маршрутизаторы уровня Mikrotik, Cisco и т.п. обычно выдержат, но не лишним будет настроить QoS (приоритет) для трафика видеонаблюдения, чтобы при загрузке канала он не страдал. При удаленном доступе (через интернет) позаботьтесь об удаленном канале связи: для передачи 4K в реальном времени интернет-канал должен быть очень широким, поэтому чаще удаленно просматривают не полный 4K-поток, а второй поток камеры (субпоток) низкого разрешения, переключаясь на основной только при необходимости. • Совместимость и стандарты. Сетевое оборудование в основном агностично к марке камер – важно, чтобы оно поддерживало стандартные протоколы IP. Тем не менее, иногда в больших системах используют мультикаст для раздачи видеопотоков нескольким потребителям (например, на видеостену и на запись одновременно). В таком случае коммутаторы должны иметь IGMP Snooping, а маршрутизаторы – PIM для мульткаста, иначе возможны либо лишняя нагрузка, либо проблемы с доставкой. Подводя итог: всегда проектируйте сеть с учетом роста нагрузки. Если планируете 30 камер, а в будущем может быть 50, – сразу заложите коммутаторы с 10 гигабитным аплинком. Разведите трафик камер и остальной трафик предприятия. В идеале используйте конвергентные сети, чтобы не было взаимного влияния. Не перегружайте один коммутатор до отказа – лучше распределить камеры по нескольким, исходя из топологии системы. При использовании PoE учитывайте тепловыделение – в щитке должно быть не слишком жарко, иначе мощность коммутатора может проседать.
Устройства хранения видеоархива Запись и последующее воспроизведение 4K видеоданных предъявляют особые требования к оборудованию хранения. Для плавного воспроизведения 4K видео требуются устройства с поддержкой современных кодеков (H.265/H.265+) и мощными процессорами или специализированными декодерами. Это касается как NVR, так и серверных решений. Существует несколько подходов к организации видеоархива. Основные варианты: локальный видеорегистратор, сервер (сетевое хранилище) или запись на карту памяти в камере. Каждый имеет свои плюсы и минусы: • Для небольших систем (до 8–16 камер). Оптимален аппаратный видеорегистратор (NVR) – он недорог и прост, видеоархив при этом хранится локально. Очевидные плюсы – простота “из коробки”: достаточно подключить камеры – запись и управление через удобный интерфейс. Надежность за счет встроенной ОС, оптимизированной под запись. Относительно невысокая стоимость решения. Убедитесь, что модель NVR поддерживает разрешение 8 МП на канал и имеет достаточный суммарный входной поток (например, ~160 Мбит/с под 8–10 камер 4K). • Для средних систем (16–64 камер). Можно использовать несколько NVR или более мощный NVR на 64 канала, либо рассмотреть серверное решение – особенно если нужны интеллектуальные функции. • Крупные проекты. Однозначно требуют серверов СХД – они гибче и в перспективе экономичнее, поскольку легче масштабируются (добавлением дисков, узлов). Из плюсов – высокая гибкость и масштабируемость, можно наращивать емкость дисков, подключать сотни камер (при соответствующей конфигурации). Расширенные возможности – продвинутая аналитика, интеграция с другими системами, тонкие настройки. Надежность при правильной организации: можно реализовать RAID, бэкап, резервные серверы. Глубина архива видеозаписей с камер видеонаблюдения, может быть какой угодно. Запись на SD-карту памяти рекомендуется нами как важная вспомогательная мера. Например, если камера находится на отдаленном объекте с бесперебойным питанием, но связь нестабильна, – тогда локальная запись предотвратит потерю данных при обрыве связи, а при восстановлении камера может выгрузить пропущенные фрагменты на сервер или видеорегистратор. Итог такой: всегда оценивайте критичность потери данных. При охране периметра ядерной станции нельзя рисковать – нужен RAID-массив и резервирование; для дачной IP-камеры достаточно и карты памяти, если потеря фрагментов не критична. Таким образом, выбор оптимального оборудования для хранения 4K видео и воспроизведения записей зависит от специфики объекта, требований к глубине архива, возможностей сети и уровня квалификации персонала. Баланс между стоимостью, масштабируемостью и надежностью является ключевым фактором при выборе между локальным NVR, серверным решением, edge записью и облачными системами хранения. Продолжение в №5.2025 Источник: securityrussia.com
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru