High Definition Stream Management – часть 2 - Технические сведения

Задачи

Во второй части технической документации мы рассматриваем основы и ключевые концепции этой революционной технологии, а также способы эффективного управления видео высокой четкости, обеспечивающие потрясающую детализацию изображения.

Загрузите PDF
High Definition Stream Management –  Part 2 - The Technical Details


Технические данные

Часть 1 технической статьи «High Definition Stream Management (HDSM)™ — максимальная масштабируемость и управление пропускной способностью» охватывает вопросы сохранения целостности изображения высокого качества с увеличением количества используемых камер и включает информацию о технологии HDSM™ от Avigilon — специализированной технологии управления пропускной способностью. Во второй части статьи («Технические данные») мы рассматриваем основы и ключевые концепции этой революционной технологии, а также способы эффективного управления видео высокой четкости, обеспечивающие потрясающую детализацию изображения.


История HDSM: JPEG2000

Когда возникла эта технология, HDSM была инновационным решением, разработанным для оптимизации использования платформы сжатия JPEG2000. Это было связано прежде всего с динамической адаптивностью, а также с высоким разрешением JPEG2000. И вот почему. JPEG2000 — это покадровая или внутрикадровая технология сжатия, которая применяет алгоритм сжатия для каждого кадра, зафиксированного камерой. Полученное видео представляет собой серию индивидуально сжатых кадров, которые не требуют информации о других кадрах. Таким образом, доступен каждый независимый кадр, что позволяет получить быстрый доступ к записанным видео. Уникальной особенностью стандарта JPEG2000 является так называемый «плиточный интерфейс». Плитки JPEG2000 позволяют разбивать изображение на прямоугольные области различных размеров, которые трансформируются и кодируются отдельно. Разделение изображения на плитки в этом случае является предпочтительным, так как для декодирования только требуемых плиток требуется меньше вычислительной мощности.

Технология HDSM™ использовала детализацию стандарта JPEG2000 таким образом, чтобы видео с различными разрешениями можно было хранить, получать к нему доступ и передавать определенные части и слои изображения.


whitepaper hdsm2 2 h2

Переход на H.264

В связи с распространением стандарта сжатия H.264 для компонентов систем видеонаблюдения компания Avigilon разработала обновленную версию собственной технологии HDSM — HDSM 2.0 — с поддержкой этого стандарта. Помимо привычных возможностей исходной технологии, версия HDSM™ 2.0 имеет несколько важных преимуществ: более низкие требования к полосе пропускания при передаче видео, сжатого с помощью H.264, и фрагментация изображения.

Несмотря на то, что H.264 является общепринятым стандартом и обеспечивает гораздо более низкий показатель средней скорости передачи битов, чем JPEG2000, при внедрении технологии HDSM в сочетании со стандартом H.264 возникли определенные технические проблемы, связанные с уровнем детализации.


whitepaper hdsm2 3 scene

Поскольку технология H.264 относится к классу временных стандартов сжатия, она сохраняет ключевые кадры (через определенные интервалы) и отличия промежуточных кадров от ключевых. Таким образом, единицей сжатия являются несколько кадров видеопотока, а не отдельные кадры, как в стандарте JPEG2000.

Одним из достижений компании Avigilon при разработке технологии HDSM 2.0 стала возможность фрагментации изображений, сжатых с помощью H.264, аналогично JPEG2000. Фрагментация кадров обеспечивает гибкость доступа к видеоданным, а также их хранения и передачи. Благодаря этой возможности, а также уменьшенной скорости передачи битов в стандарте H.264 достигается беспрецедентное повышение сетевой производительности в системах, использующих только H.264. Повышение производительности оказывается особенно значимым при переходе на камеры с более высоким разрешением (например, более 5 Мп) и при увеличении общего количества камер.


whitepaper hdsm2 4 monitor

Технология HDSM и транскодирование

Транскодирование не является элементом технологии HDSM™, но оно является популярным методом преобразования в сфере видеонаблюдения и за ее пределами. Транскодирование обычно применяется в случаях, когда целевое устройство не поддерживает формат или имеет ограниченные возможности хранения. Транскодирование также может быть использовано для преобразования несовместимых или устаревших данных в современный формат с лучшей поддержкой. Например, в сфере видеонаблюдения транскодирование обычно используется между сервером управления видео и HTML и/или сессией мобильного устройства клиента. Некоторые утверждают, что технология, чаще всего применяемая в сфере видеонаблюдения, — это трансрейтинг, являющийся процессом, аналогичным транскодированию, при котором файлы кодируются с более низкой скоростью потока данных без изменения форматов видео. Это дает возможность установить устройство с меньшим объемом для хранения или связи с более низкой пропускной способностью.

Однако использование технологии транскодирования связано с определенными ограничениями.

  1. Транскодирование — это сервис, который загружает процессор. Это очевидно, когда пользователи попытаются просмотреть видео, прошедшее процесс транскодирования или трансрейтинга, дистанционно или на мобильном устройстве. В результате этого время ожидания из-за буферизации или необходимость приостановки с целью отображения полного разрешения не приводя к положительному восприятию пользователем. Технология HDSM обходит эту трудность. 
  2. Распределение ресурсов процессора между несколькими программными службами неизбежно ведет к конкуренции за ресурсы и соответствующим ограничениям производительности. Поскольку технология HDSM™ является основой программного обеспечения Avigilon Control Center (ACC), это ПО не монополизирует ресурсы процессора.
  3. Использование специального оборудования для транскодирования значительно повышает производительность, однако при увеличении количества камер в ходе масштабирования такой среды возникают определенные сложности и дополнительные расходы. Например, каждое аппаратное устройство для транскодирования может поддерживать от одного до четырех потоков и не более одного запроса сеанса в каждый момент времени. Технология HDSM не требует специализированных аппаратных средств, что повышает рентабельность и удобство масштабирования сред с внедрением камер более высокого разрешения. 

В результате транскодирование является дорогостоящим с точки зрения вычисления и может ограничивать процесс масштабирования, а также производительность системы видеонаблюдения.


whitepaper hdsm2 5 arrow

Какую пользу технология HDSM™ приносит вашей системе

Технология HDSM™ по-настоящему повышает эффективность управления видеопотоками в сети без увеличения сетевой инфраструктуры.

Например, HDSM 2.0 не требует дополнительной вычислительной мощности сетевого оборудования. На самом деле вычислительная мощность, которая требуется для потока камеры H.264 с HDSM 2.0, была сокращена уже в предыдущих версиях. Каким образом это выполнено.

  1. Декодирование на стороне клиента может выполняться параллельно на нескольких ядрах процессора, что позволяет снизить тактовую частоту. Благодаря этому повышается эффективность использования программного клиента ACC на многоядерных компьютерах. 
  2. В большинстве случаев клиенту никогда не потребуется декодирование всего поля обзора при полном разрешении. 

Следовательно, для того чтобы использовать возможности HDSM 2.0 на серийном оборудовании и существующих устройствах Avigilon под управлением предыдущих версий ACC (ACC 5.2 и более ранних), необходимо обновить программное обеспечение.


whitepaper hdsm2 6 scene

Задержка видео

Применение HDSM 2.0 не приводит к увеличению задержки или снижению качества видео, поскольку не предполагает избыточного потребления системных ресурсов. Благодаря этому повышается гибкость и безопасность среды при увеличении разрешения и общего числа камер без ущерба для качества видео.


Выводы

Программное обеспечение Avigilon Control Center с технологией HDSM™ — это идеальное решение для системных интеграторов и конечных пользователей, которые планируют расширить свою систему видеонаблюдения, повысив при этом ее общую производительность и гибкость. В рамках технологии HDSM 2.0 компании Avigilon удалось интегрировать стандарт сжатия данных H.264 со средствами интеллектуального управления пропускной способностью и создать на их основе эффективное решение с широкими возможностями масштабирования систем путем увеличения количества используемых камер и их разрешения. Эти преимущества достигаются без дополнительного аппаратного обеспечения с повышенной вычислительной мощностью и без увеличения задержки или снижения качества видео. Таким образом, технология HDSM 2.0 может использоваться на имеющемся оборудовании без риска для безопасности, с минимальными требованиями к полосе пропускания и максимальной детализацией изображения.

Читать часть 1 — High Definition Stream Management



Глоссарий

Версия ACC Последняя версия ACC, протестированная с камерой. Поддержка также обеспечивается и для более старых версий ACC, если в технических характеристиках не указано иное.
Аудиовход Получить аудиопоток с камеры.
Аудиовыход Отправить аудио на микрофон, подключенный к камере.
Автоматическое определение Автоматическое определение IP-адреса камеры при подключении в пределах сети LAN.
Тип сжатия Описывает тип шифрования, поддерживаемого камерой.
Тип подключения Описывает тип используемого драйвера устройства. "Native" указывает на драйвер устройства, предоставленный производителем.
Компенсация искажений Встроенная функция компенсации искажений при съемке объективами типа Fisheye или панорамными объективами.
Цифровой вход Получить цифровые входы или входы реле от камеры.
Цифровой выход Запустить цифровые выходы или выходы реле, физически подключенные к камере.
Движение Быстрый вывод информации о том, доступна ли функция записи движения для камеры.
Настройка определения движения Настройка функции определения движения в клиенте ACC.
Запись движения Поддержка записи при обнаружении движения.
PTZ Быстрый вывод информации о том, доступны ли функции PTZ для камеры.
Элемент управления PTZ Базовые движения PTZ.
Образцы/маршруты PTZ Возможность создавать и запускать образцы или маршруты PTZ в зависимости от поддерживаемой камеры.
Предустановки PTZ Создание и запуск предустановок PTZ.
Тип устройства Тип камеры.
Проверено Организация, осуществившая тестирование камеры и заявленных характеристик.
Проверенная микропрограмма Specific firmware version tested.
Производитель Blah
Модель DS-2DE2103
Тип подключения ONVIF
Тип устройства IP-камера PTZ
Compression Types H.264

  • Версия ACC
  • Модель DS-2DE2103
  • Тип подключения ONVIF
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah
  • Производитель Blah