Выполнил студент группы 09-ОЗИ-1
Сенюков А.В.
Преподаватель:
Дракин А.Ю.

Передача видеоинформации в сети интернет

Введение

Передача видеоинформации в компьютерных сетях, включая сеть Internet, является важнейшей составляющей информационного потока для многих современных мультимедиа-приложений. Это и различные системы мониторинга, наблюдения, видеотелефонии, регистрирующие и передающие огромные объемы видеоинформации, и персонализированное телевизионное вещание и многие другие системы. Неотъемлемым инструментом видеосистем следующего поколения станет использование потоковой передачи видеоинформации, представленной в цифровом виде. Термином «потоковое видео» обозначают технологии сжатия и буферизации данных, которые позволяют передавать видеоинформацию в реальном времени по локальным компьютерным сетям и через сеть Internet. Согласно статистике исследовательских организаций CacheLogic и Ipoque до 50% всего Internet трафика представляет собой видеоинформацию, передаваемую в распределенных компьютерных сетях. Передача видеоинформации в реальном времени предъявляет повышенные требования к ширине канала, задержкам передачи и допустимым потерям данных. В настоящее время сеть Internet не всегда обеспечивает гарантированное качество обслуживания. Кроме этого, неоднородность структуры сетей и характеристик систем передачи и приема видеоинформации затрудняет передачу в режиме распределенного доступа. Освоение наиболее подходящих стандартов сжатия, преобразования и представления видеоинформации, разработка, протоколов и методов передачи составляют важную проблему в области развития информационных технологий (1; 50).
Наряду с указанными проблемами, при передаче информации по открытому каналу связи неизбежно встает задача защиты её конфиденциальности, целостности и доступности. Под конфиденциальностью видеоинформации обычно понимается субъективно определяемая характеристика видеоинформации, указывающая на необходимость введения ограничений на круг субъектов, имеющих доступ к данной видеоинформации и обеспечиваемая способностью сохранять указанную видеоинформацию в тайне от субъектов, не имеющих полномочий доступа к ней. Никто сегодня не сможет назвать точную цифру суммарных потерь от компьютерных преступлений, связанных с несанкционированным доступом к информации. С развитием и глобализацией Internet и используемых технологий передачи данных, эта проблема встает наиболее остро, затрагивая и подчиняя себе полный спектр различных решений и разработок. Уникальность глобальной сети Internet в том, что она не находится во владении какого-то физического лица, частной компании, государственного ведомства или отдельной страны. Вследствие этого, практически во всех сегментах сети отсутствует государственное регулирование, цензура и другие формы контроля как за информацией, циркулирующей в сети, так и за субъектами, пользующихся ее услугами. С другой стороны, Internet сегодня, практически безальтернативный и единственный путь обмена информацией, как на магистральном, так и на локальном уровне.(2;59)
Использование новых возможностей информационных технологий становится более эффективным при оптимизации структуры информационных сетей, отдельных узлов и их взаимодействия. В наиболее совершенных системах критические характеристики распределяются в известной мере согласованно в структурной части, характеристиках оборудования и программном обеспечении, что повышает качество и надежность работы и расширяет функциональные возможности системы в целом.

Особенности передачи видеоинформации в компьютерных сетях

Для обеспечения требуемого качества передачи видеоинформации в реальном времени требуется определенная ширина полосы или пропускная способность канала. Существуют два принципа потоковой передачи звука и изображения в Интернет — одноадресная передача данных (Unicast) и многоадресная передача (Multicast).
В режиме одноадресной передачи данных (см. рис. 1. а) сервер-отправитель информации формирует для каждого клиента отдельный поток данных, а компьютер пользователя периодически отсылает на сервер подтверждение о доставке информационных пакетов. При этом требуемые мощность сервера и полоса пропускания канала связи прямо пропорциональны количеству клиентов. Как видно из примера рис. 1.а, пять копий потока данных пересылаются через участок 1 и три копии — через участок 2. Одноадресная передача данных используется, в основном, в системах "видео по запросу" (video-on-demand). Она удобна для работы с видеоархивами единичных пользователей и для распространения вещания на абонентов, подключенных по низкоскоростным коммутируемым линиям связи.
В режиме многоадресной передачи данных (рис. 1. б) сервер формирует один поток данных, к которому могут подключаться по сети различные группы клиентов. Здесь мощность сервера и полоса пропускания канала не зависят от количества получателей информации. Многоадресная передача удобна, например, для Интернет-телевидения и видеоконференций, поскольку каждый пользователь имеет возможность подключения к источнику информации. Однако это преимущество достигается ценой отсутствия подтверждения о доставке информации и ручной настройки каждого маршрутизатора или коммутатора на всем сетевом пути от сервера-отправителя до группы получателей информации. Технология многоадресной передачи данных применяется для новости иных и обучающих программ в корпоративных сетях. Для российского сегмента Интернет, где ощущается дефицит высокоскоростных соединений сетевых узлов, сдерживающий широкое использование вещательных технологий, применение многоадресной передачи данных особенно актуально.

Обычные маршрутизаторы не обеспечивают контроля переполнения или превышения пропускной способности канала связи и, следовательно, гарантированного качества передачи. Другая проблема состоит в том, что при передаче непрерывной видеоинформации каждый информационный пакет должен вовремя достигать получателя, быть декодирован и отображен без пауз. Задержки передачи пакетов нарушают непрерывность отображения, что неприятно для визуального восприятия, а в ряде случаев является неприемлемым. В настоящее время сеть Интернет не обеспечивает гарантированной доставки информационных пакетов в реальном времени и без потерь. Потери пакетов считаются в среднем допустимыми, если их относительный уровень составляет не более долей процента. В ситуациях превышения пропускной способности потери информации могут быть гораздо большими, и качество передачи резко снижается. Неоднородность структуры сети и характеристик отдельных систем передачи и приема приводят к изменчивости значений задержек и потерь, которые в результате не могут быть скомпенсированы. Этот недостаток особенно характерен для многоадресной передачи видеоинформации.
При решении указанных проблем могут быть использованы два основных подхода. Первый из них состоит в обеспечении требуемого QoS за счет поддержки всех необходимых параметров сети при глобальном усовершенствовании сетевого оборудования. Второй подход основан на использовании на стороне приема видеоинформации таких систем, которые обеспечивали бы приемлемое качество при малой зависимости от характеристик сети. Этот подход рассматривается как более предпочтительный, поскольку не требует кардинального изменения параметров сети.
Повышение качества передачи видеоинформации в компьютерных сетях может быть достигнуто в двух направлениях, либо за счет совершенствования методов управления, обработки и передачи безотносительно к характеру видеоинформации, либо на основе использования методов сжатия, учитывающих семантику изображений на различных уровнях компрессии.(4)

Управление параметрами передачи видеоинформации

Управление параметрами сети осуществляется тремя основными способами: варьированием скорости передачи, адаптивным кодированием видеоинформации, характеристики которого определяются скоростью передачи, и локальным ускорением передачи на коротких интервалах за счет повышения степени сжатия. Первый способ реализуется на уровне передачи информации, второй основывается на специальных методах сжатия видеоинформации, третий включает в себя управление передачей и сжатием видеоинформации.
В качестве примера на рис. 2 представлена структурная схема управления, включающая перечисленные процедуры.
Система со структурой рис. 2 ориентирована на передачу видеоинформации в реальном времени, однако она может быть использована для стационарного потока видеоданных в случае отключения блоков адаптивного кодирования в зависимости от скорости передачи. В схеме реализуется управление скоростью передачи на стороне источника информации (отправителя). В динамическом режиме передачи после адаптивного сжатия поток видеоданных обрабатывается в блоке локального ускорения передачи и далее преобразуется на уровнях RTP/UDP/TP перед поступлением в сеть.
Транспортный протокол RTP (Real-Time Transport Protocol) обеспечивает передачу данных между конечными узлами сети, работает поверх протокола IP и является альтернативой широко используемому протоколу TCP. Хотя протокол TCP и гарантирует доставку пакетов данных в нужной последовательности, трафик при этом очень неравномерен (пакеты испытывают всевозможные задержки). Обладая способностью распознавать содержимое пакетов (например, различать видеоданные, соответствующие спецификациям MPEG и Н.261), а также средствами обнаружения потери данных, протокол RTP снижает задержки до уровня, необходимого для успешной передачи потоков интегрированных аудио-, видео- и цифровых данных. Протокол RTP обеспечивает идентификацию типа и номера пакета, устанавливает в него метку синхронизации. На основе этой информации приемный терминал синхронизирует данные и осуществляет их последовательное и непрерывное воспроизведение. Корректное воспроизведение RTP возможно при наличии в абонентских терминалах механизмов буферизации принимаемой информации.

Протокол UDP (User Datagram Protocol) используется в сетях с негарантированной полосой пропускания с целью минимизации задержек и максимального использования имеющейся полосы пропускания для передачи видеопотоков. Этот протокол реализует упоминавшийся выше механизм многоадресной рассылки (IP Multicast) для негарантированной доставки аудио- и видеоинформации определенному числу пользователей. Поверх IР Multicast работает RTP, который создает необходимые условия для нормального воспроизведения полученных потоков данных на абонентских терминалах. Однако протокол UDP не обеспечивает контроля превышения пропускной способности канала, поэтому такой контроль должен быть обеспечен на более высоких уровнях в схеме рис. 2.
На стороне получателя информационные пакеты преобразуются на уровнях IP/UDP/RTP перед их декодированием. В схеме рис. 2 предусмотрен динамический мониторинг показателя QoS, основывающийся на свойствах полученных пакетов, а именно на контроле потерь и задержек при их получении. Используя эту информацию, блок управления обратной связью обеспечивает оценку требуемой ширины полосы для выбора подходящего режима адаптивного кодирования и локального ускорения скорости передачи за счет локального повышения степени сжатия.(4)

Реализация методов передачи видеоинформации в сетях

При проектировании сетей, предназначенных для работы с видеоданными, необходимо особенно тщательно выбирать методы сжатия информации и аппаратные средства применительно к типу информационной сети.
Первое узкое место сети — это серверы. Способность большинства серверов передавать видеоизображения в реальном времени ограничивается главным образом скоростью обмена с дисковыми накопителями. Видеосигнал представляет собой непрерывный поток данных, и накопитель, считывающий информацию отдельными фрагментами, как правило, не способен поддерживать такой поток. Скорость поступления данных в центральный процессор и, соответственно, непрерывность потока видеоданных определяются средней установившейся скоростью считывания с диска, т.е. той, с которой производится последовательное считывание файлов. На пропускную способность отрицательно влияют также задержки, вызванные необходимостью коррекции ошибок считывания. Это препятствие можно обойти, отказавшись от отдельных пакетов данных, что мало сказывается на качестве видеоизображения. Другой вариант - направить видеотрафик в обход центрального процессора. Передача стандартного видеосигнала не требует вычислений, и пропускная способность сервера может быть увеличена за счет непосредственной пересылки данных с диска на устройство ввода/вывода.(4)
Еще одна существенная задача при работе с видеоданными состоит в обеспечении требуемого объема и быстродействия внешних запоминающих устройств (ВЗУ). Как правило, в вычислительных системах применяются первичные (где хранятся часто используемые данные) и вторичные (служащие для резервного копирования и хранения редко используемых файлов) ВЗУ. Чтобы обеспечить максимальную пропускную способность локальных сетей, в качестве первичных ВЗУ применяются накопители с интерфейсом SCSI (Small Computer Systems Interface). Они рассчитаны на работу с 8-разрядной или 16-разрядной шиной SCSI (что теоретически обеспечивает вдвое большую скорость обмена). Имеется несколько типов таких накопителей: SCSI-1 и SCSI-2 имеют скорость обмена 5 Мбайт/с, Fast SCSI-2 -10 Мбайт/с, Fast Wide SCSI-2 -20 Мбайт/с и, наконец, Fast-20 SCSI — 40 Мбайт/с. Накопители SCSI, способные хранить значительные (измеряемые гигабайтами) объемы информации, производятся в больших количествах. К одному контроллеру может быть подключено до семи 8-разрядных и до пятнадцати 16-разрядных накопителей (контроллер SCSI представляет собой мост между шиной SCSI и шиной сервера, такой как PCI, VME, IESA, ISA и др.).
Еще одна возможная технология хранения данных основана на использовании матриц дисковых накопителей с избыточностью (RAID), в которых несколько дисков рассматриваются как единое целое. Применение накопителей типа RAID позволяет кардинальным образом улучшить показатели запоминающего устройства, увеличивает степень защищенности от ошибок и допускает наращивание емкости накопителя путем добавления новых дисководов. Передача видеоданных по локальной сети требует реализации технологии сжатия данных для сокращения объема, передаваемой и хранимой информации. В частности, при работе с видеоданными обычно уменьшают разрешение (количество элементов изображения на экране) и частоту следования кадров.
При видеомонтаже наиболее популярен метод Motion JPEG, несмотря на то, что он не позволяет работать с аудиосигналом. Первоначально эта технология была разработана для сжатия неподвижных изображений, но, поскольку динамическое видеоизображение, по сути, представляет собой последовательность неподвижных изображений, следующих одно за другим с частотой 30 кадров/с, упомянутая технология может применяться для преобразования в цифровую форму отдельных кадров, последовательное воспроизведение которых имитирует полномасштабное видеоизображение.
Стандарты MPEG-1 и MPEG-2 предполагают сжатие данных с использованием программных или аппаратных средств. В методе MPEG избыточность информации, содержащейся в кадрах, устраняется путем дифференциального кодирования в последовательности видеокадров. В результате каждый отдельный кадр не хранится в виде самостоятельного элемента данных, и для восстановления одного кадра необходимо иметь только информацию об отличиях предыдущих кадров. Поскольку при использовании метода MPEG эффективность сжатия значительно выше, чем при применении JPEG, требования к пропускной способности канала оказываются намного мягче. С другой стороны, сжатие методом MPEG обычно сопряжено с большей потерей информации, что влияет на качество изображения.
Стандарт MPEG-1 используется при скорости передачи от 1 до 1,5 Мбит/с и позволяет получать степень сжатия до 200:1, но удовлетворительное качество изображения сохраняется при соотношении не более 100:1. Обеспечивается разрешение 352x240 точек в стандарте NTSC при частоте 30 кадров в секунду, что сравнимо с качеством изображения VHS, получаемого с помощью бытовых видеосистем. Стандарт MPEG-1 находит применение в основном при передаче мультипликационных изображений и обычных видеоизображений. MPEG-2 поддерживает качество изображения на уровне вещательного стандарта и требует пропускной способности канала передачи данных 7-8 Мбит/с.
Технология Wavelet, как и JPEG, предусматривает раздельное кодирование данных для разных кадров. При этом, в отличие от JPEG, видеокадр при кодировании не разбивается на отдельные блоки пикселов. В результате дефекты, обычно возникающие при использовании этого метода, отличаются от дефектов, которые иногда появляются при применении метода JPEG с большой степенью сжатия. Недостатком технологии Wavelet является заметное снижение качества изображения по краям объектов.
Технологии Intel Indeo и TrueMotion S реализуют программные методы кодирования и декодирования данных, позволяющие воспроизводить полноэкранное видеоизображение с частотой 30 кадров/с на стандартных ПК. Сжатие методом Indeo требует относительно небольших по сравнению с другими методами затрат. Качество изображения получается не очень высоким, но, если это не существенно, экономия средств обычно оправдывает эту потерю. Метод TrueMotion S обеспечивает более высокое качество изображений.(4)
Метод Apple Video прекрасно подходит для компьютерной мультипликации, а для обычных видеоизображений — не очень. Radius Cinepak (совместная разработка Apple и SuperMac Technology) представляет собой программный кодек, используемый в основном в мультимедиа-продуктах на CD-ROM. Он очень медленно работает при сжатии данных, но обеспечивает значительную степень сжатия, высокую скорость воспроизведения и прекрасное качество изображения.
Декодирование и воспроизведение видеоданных осуществляется программными или аппаратными средствами. Программные методы все еще значительно медленнее, чем аппаратные, позволяющие декодировать видеосигнал в реальном времени, но использование методов TrueMotion S и MPEG-1 можно считать шагом в правильном направлении.
Для повышения производительности локальных сетей при передаче видеоданных обычно применяют управление потоками данных на основе двух протоколов. Первый -МТР (Media Transport Protocol) фирмы Starlight Networks - обеспечивает необходимую для передачи видеоданных пропускную способность сети с помощью программирования путем присвоения видеоданным высокого приоритета. Второй подход разработан фирмой Novell для мультимедиа-систем и предусматривает отбрасывание отдельных кадров при перегрузке сети.
Не менее существенным препятствием при передаче мультимедиа-данных в локальных сетях без приоритета узлов или с архитектурой клиент/сервер является сама сеть. В настоящее время не решен окончательно вопрос, какой тип линий связи наилучшим образом подходит для передачи видеоинформации. Принято считать, что наиболее перспективными высокоскоростными сетями являются сети ATM (Asynchronous Transfer Mode). ATM с его масштабируемой пропускной способностью и гарантией качества услуг представляет собой идеальную инфраструктуру для поддержки мультимедийных приложений. Однако, сегодня многие компании не испытывают потребности или не располагают достаточными средствами для развертывания ATM либо другой высокоскоростной технологии для магистрали. Сети ATM обеспечивают скорость передачи данных до 622 Мбит/с. Сеть ATM — самое дорогостоящее, но и самое эффективное решение проблемы передачи мультимедиа-данных по сети.
Для увеличения пропускной способности локальных и глобальных сетей разработан ряд технологий передачи информации. Технология коммутируемой Ethernet, вытесняющая традиционную технологию Ethernet с разделяемым доступом, на сегодняшний день реализуется в двух вариантах —10 Мбит/с и 100 Мбит/с. В последнее время значительное внимание привлекла к себе еще одна разновидность Ethernet — Gigabit (1 Гбит/с).
Технология Fast Ethernet является эволюционным развитием классической технологии Ethernet. Ее основными достоинствами являются: увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мб/с, сохранение метода случайного доступа Ethernet, сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных с использованием витой пары и оптоволоконного кабеля.
Указанные свойства позволяют осуществлять постепенный переход от сетей 10Base-T — наиболее популярного на сегодняшний день варианта Ethernet — к скоростным сетям, сохраняющим значительную преемственность с хорошо освоенной технологией. При этом Fast Ethernet не требует коренного переобучения персонала и замены оборудования во всех узлах сети.
Технология Gigabit Ethernet является перспективной с точки зрения простоты и экономичности для высокоскоростной передачи информации при сохранении достоинств Ethernet, но не освобождает от недостатков последней. Это препятствует использованию Gigabit Ethernet для передачи потоков данных в реальном времени в силу непредсказуемости задержек и отсутствия поддержки требуемых классов обслуживания.
Соединение коммутаторов Fast Ethernet по Gigabit Ethernet позволяет резко повысить пропускную способность магистрали локальной сети и в результате поддерживать большее число как коммутируемых, так и разделяемых сегментов Fast Ethernet. Установка сетевой платы Gigabit Ethernet на сервер дает возможность повысить характеристики канала с сервером и тем самым увеличить производительность пользователей мощных рабочих станций, в том числе при передаче и обработке видеоинформации.
В системах, где требуется передавать видеоизображения в реальном времени с качеством, соответствующим вещательному стандарту, наилучшим решением был бы канал связи с высокой пропускной способностью. Поскольку реальная скорость трафика не может превосходить пропускную способность используемого участка сети, сбои в передаче видеоизображения с качеством на уровне телевизионного возникают даже в выделенных линиях ATM. В то же время узкополосный сигнал, получаемый при сжатии видеоданных методом MPEG-1, может передаваться с очень малой задержкой по сети Ethernet. Таким образом, выбор оптимальных решений должен осуществляться на основе использования различных технологий и методов.(4)

Перспективы развития волоконно-оптических средств передачи видеоинформации

Уровень современной цивилизации определяется объемом передаваемой и перерабатываемой информации. Как показывают теоретические и статистические исследования, объем передаваемой информации возрастает пропорционально квадрату прироста валового продукта, при этом реальный спрос на средства ее передачи постоянно превышает прогнозируемый. Бурное развитие телекоммуникационных технологий, применение оптических методов передачи информации не оставило в стороне и технику охранного телевидения. Все трудности, связанные с использованием коаксиального кабеля и витой пары (ограничение дальности передачи, частотные искажения) исчезают с внедрением широкополосных сетей с цифровыми методами передачи данных на базе волоконно-оптических линий связи. При длине линии связи свыше 500 м, применение оптоволокна оправдано даже с точки зрения затрат на создание тракта передачи видеосигнала с требуемымкачеством.
Если принять во внимание другие факторы – пропускную способность, конфиденциальность, высокую степень электрической изоляции – то выигрыш в применении оптического волокна будет более ощутимым. Представляется целесообразным области применения различных способов передачи видеоинформации рассматривать в системе координат "полоса пропускания – дальность передачи". В этом случае наиболее наглядно демонстрируются области безусловного перехода к оптоволокну – передача одного видеосигнала на расстояние более километра и передача больших потоков видеоинформации на любые расстояния при физических ограничениях на линию связи.
Наиболее важные преимущества оптоволоконных линий связи общеизвестны. Подчеркнем отсутствие частотных искажений видеосигнала, невосприимчивость к помехам и наводкам и тенденцию к снижению цены. Оптоволокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния – широко распространенный, а потому недорогой материал. Запасы песка на планете, в отличие от меди, вряд ли будут истощены в ближайшем будущем. До недавнего времени многих пугали технологические трудности сращивания и оконцовки волоконно-оптических кабелей. Современные технологии стыковки оптических кабелей позволяют монтировать линии связи, не имея высокой квалификации и дорогостоящего оборудования, что делает их особенно привлекательными при выполнении работ собственными силами в условиях постоянной ротации монтажников.
Основными недостатками волоконно-оптических линий связи являются подверженность световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам в волокне. Тем не менее, использование волоконно-оптических технологий является одним из ключевых направлений развития систем охранного телевидения.
Принципы построения волоконно-оптических систем передачи видеоинформации и технические характеристики конкретных моделей оборудования неоднократно освещались на страницах специализированных изданий.
Волоконно-оптические сети легко можно модернизировать для передачи большего объёма видеоинформации путем замены только приемопередающего оборудования. Весьма эффективным является метод уплотнения оптических несущих – WDM (Wavelength Division Multiplexing). Суть этого метода состоит в том, что ряд информационных потоков, переносимых каждый на своей оптической несущей, с помощью специальных устройств – оптических мультиплексоров объединяются в один оптический сигнал, после чего он вводится в оптическое волокно. На приемной стороне производится обратная операция демультиплексирования.
Технология CWDM продлевает время "жизни" существующих волоконно-оптических сетей путем использования сетки частот, не используемых традиционными приемопередатчиками. Технология инвариантна к протоколам передачи информации, что позволяет организовать различные телекоммуникационные услуги в одной транспортной среде. Увеличение частотного расстояния между каналами приводит к заметному снижению стоимости активных и пассивных компонентов по сравнению с технологией DWDM (плотное спектральное мультиплексирование с расстоянием между каналами 0,8 нм). Кроме того, грубое спектральное мультиплексирование надо обеспечивает гибкость системы передачи информации и возможность реализации различных топологий – "точка-точка", соединение с ответвлениями (drop-and-insert), кольцо.(5)
Можно отметить следующие основные преимущества систем передачи видеоинформации с технологией CWDM.
• Полная двунаправленность. Представленные оптические компоненты обеспечивают на системном уровне "прозрачность" в пределах каждого из оптических каналов. Применительно к оборудованию ОР-Х это означает, что в каждом канале связи могут передаваться до 8 видеосигналов совместно с данными (2 канала), аудиосигналом (1 канал) и сигналом типа "сухой контакт" (1 канал). Таким образом, рассмотренная аппаратура весьма эффективна при построении ТВ систем с поворотными камерами.
• Большое число каналов в волокне. Передача информации на 8 длинах волн внутри СWDM-диапазона совместно с работой на длине волны 1320 нм обеспечивает 72 независимых канала передачи видеосигналов. Один или несколько из этих каналов могут быть использованы для организации других информационных потоков. В ближайшем будущем прогресс в CWDM-технологии приведет к увеличению количества рабочих длин волн до 18, что эквивалентно реализации 144 видеоканалов в одном волокне.
• Совместимость с Ethernet. Современные решения в области видеонаблюдения часто базируются на IP-технологиях. Совместимость аппаратуры ОР-Х с существующими сетями достигается использованием специализированных Ethernet-коммутаторов CES (layer-2). Трафик Ethernet может быть легко введен в CWDM-систему c помощью окна 1320 нм или одного из CWDM-каналов.
• Надежность и качество. Возможность резервирования канала передачи информации повышает отказоустойчивость системы видеонаблюдения в целом в случае обрыва оптоволокна или выхода из строя активных компонентов. Высокое (60 дБ) отношение сигнал/шум и малый уровень искажений типа "дифференциальная фаза" и "дифференциальное усиление" обеспечивают высокое качество передаваемых изображений.
• Нулевая задержка. Время реакции является одним из основополагающих критериев при создании систем безопасности. В CWDM-системах задержка передачи видеосигнала пренебрежимо мала (единицы наносекунд). Сетевые системы видеонаблюдения характеризуются значительно большими временами задержки (сотни миллисекунд и более). Это обстоятельство делает аппаратуру ОР-Х идеальным выбором в критических приложениях.
• Простота модификации. Существующие системы с рабочей длиной волны 1320 нм легко могут быть дополнены CWDM-аппаратурой с целью увеличения числа каналов передачи видеоинформации.(5)

Проблемы передачи видеоинформации в беспроводных локальных сетях Wi-Fi

Передача видеоинформации становится все более востребованной услугой в корпоративных сетях. Видео помогает нагляднее донести мысли, идеи, доводы, аргументы в различных видах коммуникаций, будь то видеообращение президента, корпоративный тренинг по продажам или видеоконференция с коллегами зарубежного офиса. Почему бы не добавить ко всем преимуществам видео еще и возможность использовать эти услуги на мобильном устройстве? Тогда сотрудники смогут принимать участие в видеокоммуникациях там, где они находятся и когда им это удобно. Однако не все так просто, как хотелось бы. В чем же проблема?
Видеотрафик является трафиком реального времени и предъявляет ряд жестких требований к каналам, по которым передается:
• Очень чувствителен к задержке, джиттеру и потере пакетов. В каналах общего пользования крайне необходимо внедрение механизмов обеспечения качества обслуживания QoS, а клиентские устройства должны буферизировать пакеты видеоданных.
• Требует большой полосы пропускания канала. Например, видео в стандартном качестве требует полосы от 1 до 8 Мбит/сек, видео в HD качестве требует уже от 7 до 20 Мбит/сек, одна камера видеонаблюдения генерирует поток со скоростью от 1 до 4 Мбит/сек.
В свою очередь, беспроводные каналы Wi-Fi:
• Делят полосу пропускания между несколькими пользователями. Клиенты сети используют протокол CSMA/CA, поэтому время передачи пакета данных не является детерминированным.
• Обладают более низкой пропускной способностью по сравнению с проводными каналами. Даже современные сети стандарта 802.11n как минимум в 10 раз проигрывают проводным сетям.
• Среда передачи радиосигналов является менее предсказуемой. Пакеты данных могут искажаться и теряться при передаче. Да, есть механизм подтверждения и повторной передачи, но он увеличивает время задержки и снижает полезную пропускную способность.
Кроме того, для передачи видеоданных по проводным сетям используют многоадресную передачу (multicasting). При переходе в беспроводную среду передачи это также создает ряд дополнительных сложностей, поскольку стандарт 802.11 не специфицирует передачу многоадресных пакетов multicast. Все пакеты многоадресной рассылки передаются по радиоканалу только как широковещательные (broadcast). А это приводит к следующим последствиям:
• Чтобы любой клиент в зоне покрытия точки доступа мог принять широковещательный пакет с видеоданными, видео будет передаваться только на самых низких скоростях, занимая большое время для передачи. Большой объем видеоданных будет передаваться крайне неэффективно, и не сможет использовать преимущества высоких скоростей 802.11n.
• Прием широковещательных пакетов согласно стандарту 802.11 не подтверждается клиентами. Значит, мы не можем быть уверены, что видеоданные были доставлены на все клиентские устройства.
• Передача широковещательных пакетов не может быть приоритезирована. Поэтому широковещательные пакеты видеоданных будут отправляться на общих основаниях, и параметры канала могут «поплыть» при большой нагрузке на точку доступа. Видеотрафик, очень чувствительный к параметрам канала передачи, начнет проявлять артефакты: картинка начнет «зависать», рассыпаться на пиксели, пропадать.(6)

Заключение

Методы передачи видеоинформации основываются на положениях теории информации, теории связи и теории обработки изображений, которые активно разрабатывались в течение нескольких последних десятилетий. Успехи современных высоких технологий позволили реализовать и оптимизировать различные методы и алгоритмы преобразования и обработки изображений применительно к телекоммуникационным сетям.
Технологии Интернет обеспечивают широкую доступность мультимедиа-информации, однако при этом требуется решать ряд проблем, обусловленных особенностями передачи видеоинформации в реальном времени. Использование новых возможностей информационных технологий становится более эффективным при оптимизации структуры информационных сетей, отдельных узлов и их взаимодействия, широкого использования методов управления параметрами сети и режимов адаптации, рассмотренных в настоящей работе. В наиболее совершенных системах критические характеристики распределяются согласованно в структурной части, характеристиках оборудования и программном обеспечении, что повышает качество и надежность работы и расширяет функциональные возможности систем передачи видеоинформации.

Список литературы

1. Сергеенко B.C. Сжатие данных, речи, звука и изображений в телекоммуникационных системах. / B.C. Сергеенко, B.B. Баринов. М.: РадиоСофт, 2009. - 360 с.
2. Володин, А.А. Обработка видео в системах телевизионного наблюдения / А.А. Володин, В.Г. Митько, Е.Н. Спинко // Вопросы защиты информации. — 2002.-159 с.
3. Ефимов В.И. Система мультиплексирования разнесенного TCP IР трафика / В.И. Ефимов, Р.Т. Файзуллин // Вестник Томского университета. Приложение. 2005.- 200 с.
4. Анализ методов видео передачи в компьютерных сетях (сайт) URL: http://www.ict.edu.ru/ft/001784/sbornik6_4_1_2.pdf
5. Перспективы развития волоконно-оптических средств передачи видеоинформации (сайт) URL: http://www.rubatech.ru/book/print/158
6. Проблемы передачи видеоинформации в беспроводных локальных сетях Wi-Fi (сайт) URL: http://simplewireless.ru/blog/2011/03/wifi_video/