اجزاء يک سيستم نظارت تصويري تحت شبکه
به منظور درک گستره ي کاربرد و توان بالقوه يک سيستم تمام ديجيتال و مجتمع نظارت تصويري، ابتدا بايد با اجزاء اصلي سيستم ويدئوي شبکه، آشنايي مختصري پيدا کنيم: اين اجزاء شامل دوربين شبکه، رمزگذار ويدئويي (ويدئو سرور)، شبکه، سرور و تجهيزات ذخيره سازي و نرم افزار مديريت ويدئو مي باشند.
با وجوديکه همه ي اين عناصر، جزو المان هاي ضروري محسوب مي شوند، اما توجه به اين نکته جالب است که شبکه، سرور و تجهيزات ذخيره سازي داده، همگي جزو تجهيزات استاندارد IT بوده و اين قابليت، يکي از مزاياي اصلي يک سيستم ويدئوي شبکه مي باشد. سه عنصر ديگر يعني دوربين شبکه، رمزگذار ويدئويي و نرم افزار مديريت ويدئو، اختصاصي بوده و سبب رقابت گسترده بين سازندگان مختلف اين سيستم ها مي گردند (شکل 1). يک المان جديد به نام ويدئوي هوشمند (video intelligent) نيز درحال ظهور است که مي تواند در دوربين شبکه، سرور ويدئويي يا نرم افزار مديريت ويدئو تعبيه گردد.
بر خلاف سيستم هاي ويدئويي آنالوگ، ويدئوي شبکه، به جاي سيستم کابل کشي نقطه به نقطه اختصاصي، بعنوان ستون فقرات شبکه براي انتقال ويدئو و صدا، از شبکه IP استفاده مي نمايد. در يک نرم افزار ويدئوي شبکه، ويدئو و صداي ديجيتايز شده روي شبکه هاي IP سيمي و يا بي سيم ارسال مي شوند؛ و بدينگونه امکان مانيتورينگ و ضبط ويدئو را از هر مکاني روي شبکه امکان پذير مي سازند.
سيستم ويدئويي تحت شبکه، داراي کاربردهاي بسيار زيادي است که اغلب آنها در يکي از دو گروه سيستم هاي نظارت بر امنيت يا مانيتورينگ از راه دور قرار مي گيرند.
سيستم هاي نظارت بر امنيت: امکانات پيشرفته ويدئوي شبکه، اصولاً براي استفاده در کاربردهاي امنيتي ايجاد گرديده اند. انعطاف پذيري فناوري ديجيتال، قابليت پرسنل امنيتي را در حفاظت از مردم، اموال و دارايي هاي عمومي و يا خصوصي افراد افزايش مي دهد. بنابراين چنين سيستم هايي براي شرکت هايي که اخيراً از CCTV استفاده مي کنند، يک گزينه ي جذاب به حساب مي آيد.
مانيتورينگ از راه دور: ويدئوي شبکه به کاربران، قابليت جمع آوري اطلاعات در همه ي نقاط کليدي يک پروسه ي عملياتي (مثل يک کارخانه) و مشاهده آن بصورت بلادرنگ را مي دهد.
شکل 3: تصويري از يک دوربين شبکه ي متعارف
يک دوربين شبکه داراي يک آدرس IP اختصاصي است. دوربين، به شبکه مستقيماً متصل گشته و داراي يک سرور وب داخلي، سرور FTP، برنامه ي کلاينت FTP، برنامه ي کلاينت ايميل، مديريت آلارم، قابليت برنامه ريزي و بسياري موارد ديگر مي باشد. يک دوربين شبکه، بعنوان يک سرور مستقل روي يک شبکه عمل نموده و هر جايي که يک اتصال شبکه ي IP وجود داشته باشد، مي تواند مستقر شود. در مقابل، يک وب کم چيزي کاملاً متفاوت مي باشد. وب کم تنها هنگامي که به يک پي سي از طريق يک پورت USB يا IEEE 4931 متصل بوده و نرم افزار آن روي پي سي نصب باشد، عمل مي نمايد.
علاوه بر ويدئو، يک دوربين شبکه از قابليت هاي ديگري مثل صدا، سيستم فعال سازي آلارم از طريق ورودي/خروجي هاي ديجيتال و ارتباطات سريال پشتيباني مي کند.
يک دوربين آنالوگ، يک حامل (Carrier) سيگنال يکطرفه است که به دستگاه ضبط تصوير منتهي مي شود، در حاليکه يک دوربين شبکه، يک سيستم کاملاً دوطرفه بوده و مي تواند در يک سيستم ميزان پذير بزرگتر ادغام شود. يک دوربين شبکه با چندين نرم افزار، براي اجراي وظايفي چون آشکارسازي حرکت يا ارسال جريان هاي ويدئويي مختلف، بطور موازي کار مي کند.
يک ويدئو سرور، نوعاً داراي يک تا چهار پورت آنالوگ براي اتصال دوربين هاي آنالوگ و نيز يک پورت اترنت براي اتصال به شبکه مي باشد (شکل [4]).
همانند همه ي دوربين هاي شبکه ، يک سرور ويدئويي داراي يک سرور وب، يک تراشه ي فشرده سازي و يک سيستم عامل است بطوريکه خوراک ورودي آنالوگ، به ويدئوي ديجيتال تبديل، ارسال و روي شبکه کامپيوتري (براي قابليت دسترسي آسانتر و مشاهده بعدي) ذخيره مي گردد.
علاوه بر ورودي ويدئويي، يک رمزگذار ويدئويي مي تواند از قابليت هاي صوتي، فعال سازي آلارم توسط ورودي/ خروجي هاي ديجيتال، و کنترل مکانيسم هاي PTZ(Pan، tilt، Zoom) پشتيباني نمايد. يک رمزگذار ويدئويي همچنين مي تواند به طيف وسيعي از دوربين هاي اختصاصي مثل دوربين حرارتي بسيار حساس، دوربين مينياتوري يا يک دوربين ميکروسکوپ متصل گردد.
براي کاربردهاي بزرگتر، با دوربين هاي آنالوگ موجود، رمزگذاري هاي ويدئويي با قابليت نصب روي رک شبکه، موجود بوده و تا 84 پورت را ارائه مي نمايند (شکل 5).
با وجود ميليون ها دوربين آنالوگ در حال کار در سراسر دنيا، رمزگذاري هاي ويدئويي به نقش مهم خود در سيستم هاي نظارت تصويري ادامه خواهند داد.
رشد استفاده از شبکه هاي IP بدان معناست که شرکت ها مقادير هنگفتي پول را براي تحقيق و توسعه مداوم قابليت ها، سرعت و امنيت آنها هزينه مي نمايند. در حاليکه عرض باند در گذشته يک چالش بزرگ محسوب مي گرديد، شبکه هاي فعلي عرض باند کافي براي کاربردهاي غني از محتوا مثل ويدئوي شبکه را ارائه مي نمايند. حتي امروزه شبکه هاي سلولي موبايل نيز داراي عرض باند کافي براي توزيع ويدئو با قيمت معقول مي باشند. هرچه اتکا مردم به شبکه بيشتر گردد، موضوع امنيت شبکه از اهميت بيشتري برخوردار مي گردد. بنابراين فهم فناوري هاي امنيت شبکه مثل X208.1، HTTPS و فايروال ها براي کاربردهاي نظارت تصويري دو چندان مي گردد.
اغلب سرورهايي که نرم افزارهاي مديريت ويدئويي را اجرا مي کنند، PC سرورهايي با سيستم عامل ويندوز هستند. وابسته به عملکرد مورد نياز، يک پردازنده ي دو هسته اي يا چهار هسته اي براي مديريت ويدئويي 50 دوربين (در frame rate کامل) يا بيش از 100 دوربين در سرعت هاي فريم کمتر، کافي به نظر مي رسد. سرورهاي کلاس Enterprise معمولاً از ديسک هاي سخت SCSI (اسکازي) بهره گيري نموده در حاليکه در کاربردهاي کوچکتر مي توان از ديسک هاي ارزان قيمت ATA استفاده نمود. بمنظور افزايش افزونگي (redundancy) از آرايه هاي RAID در ديسک هاي سخت استفاده مي گردد. در پروژه هاي نصب کوچک تا 25 دوربين، از يک سرور معمولي با پردازنده تک هسته اي مي توان استفاده نمود. در پروژه هاي بزرگتر، از سيتسم هاي ذخيره سازي NAS، يا شبکه هاي SAN استفاده مي گردد.
نرم افزار مديريت ويدئو، قابليت هاي مديريت، مانيتورينگ و ضبط ويدئو را به عهده دارد. امروزه صدها نرم افزار مديريت ويدئوي مختلف از شرکت هاي گوناگون در سراسر دنيا ارائه مي گردد که روي سيستم هاي عامل مختلف مثل ويندوز، يونيکس، لينوکس و Mac OS قابل نصب مي باشند.
سازندگان دوربين هاي شبکه و رمزگذاري هاي ويدئويي، اينترفيس هاي API را براي تضمين يکپارچگي و قابليت سازگاري با نرم افزار مديريت ويدئو منتشر مي کنند. هرچه APIهاي بازتري منتشر شود (ترجيحاً روي وب و رايگان) نرم افزار مديريت ويدئوي بهتري در اختيار قرار خواهد گرفت.
برخي ويژگي هاي معمول ارائه شده توسط اغلب نرم افزارهاي مديريت ويدئو عبارتند از:
مشاهده همزمان و ضبط ويدئوي زنده از چندين دوربين: مديريت ويدئو امکان مي دهد چندين کاربر، همزمان خروجي چندين دوربين را مشاهده و ضبط نمايند.
چندين حالت ضبط: داراي مودهاي پيوسته (continuous)، دستي (manual)، زمان بندي شده (Scheduled)، آلارم و آشکارساز حرکت (motion detection) مي باشد. آشکارساز حرکت ويدئويي، با تحليل داده ها و محاسبه يک سري تصاوير، حرکت ها را شناسايي مي نمايد. آشکارساز حرکت ويدئويي، هم توسط دوربين و هم بوسيله نرم افزار قابل اجراست.
چندين تابع جستجو براي رويدادهاي ضبط شده: محيط هاي مورد نظر قابل تعريف بوده و ويدئو از چندين دوربين بطور همزمان مي تواند نمايش داده شود.
مديريت دوربين: سيستم هاي مديريت ويدئو امکان مي دهند، کاربران، دوربين ها را از يک اينترفيس واحد مديريت کنند. اين قابليت براي وظايفي همانند آشکارسازي دوربين روي شبکه (مديريت آدرس هاي IP و تنظيم رزولوشن، فشرده سازي و سطوح امنيتي) مفيد مي باشد.
دسترسي از راه دور: از طريق يک مرورگر وب، نرم افزار کلاينت و حتي سرويس گيرنده PDA
کنترل PTZ و دوربين هاي dome: کنترل از طريق يک جوي استيک يا ماوس، تحت کنترل اپراتور يا بطور اتوماتيک از طريق guard tour بصورت نرم افزاري صورت مي گيرد.
پيکربندي I/O: امکان ارسال و ضبط ويدئو را داده و در پاسخ به سنسورهاي خارجي، آلارم ارسال مي شود. اين امر امکان مي دهد تا ايستگاه هاي مانيتور از راه دور، بلافاصله از يک تغيير در يک محيط تحت نظارت آگاه شوند.
مديريت آلارم: نرم افزار مي تواند يک آلارم را فعال نموده، پنجره pop-up را نمايش داده، ايميل را ارسال نموده يا پيام هاي متني (SMS) را به تلفن هاي سلولي ارسال نمايند.
پشتيباني صوتي: پشتيباني صوتي بلادرنگ براي صداي زنده يا ضبط شده
سيستم هاي مديريت ويدئويي به آساني قابل توسعه هستند زيرا دوربين ها را مي توان بطور آني به سيستم اضافه نمود و برخي سيستم ها مي توانند تا هزاران دوربين توسعه يابند.
منبع: ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 130
با وجوديکه همه ي اين عناصر، جزو المان هاي ضروري محسوب مي شوند، اما توجه به اين نکته جالب است که شبکه، سرور و تجهيزات ذخيره سازي داده، همگي جزو تجهيزات استاندارد IT بوده و اين قابليت، يکي از مزاياي اصلي يک سيستم ويدئوي شبکه مي باشد. سه عنصر ديگر يعني دوربين شبکه، رمزگذار ويدئويي و نرم افزار مديريت ويدئو، اختصاصي بوده و سبب رقابت گسترده بين سازندگان مختلف اين سيستم ها مي گردند (شکل 1). يک المان جديد به نام ويدئوي هوشمند (video intelligent) نيز درحال ظهور است که مي تواند در دوربين شبکه، سرور ويدئويي يا نرم افزار مديريت ويدئو تعبيه گردد.
کاربردهاي سيستم ويدئوي شبکه
بر خلاف سيستم هاي ويدئويي آنالوگ، ويدئوي شبکه، به جاي سيستم کابل کشي نقطه به نقطه اختصاصي، بعنوان ستون فقرات شبکه براي انتقال ويدئو و صدا، از شبکه IP استفاده مي نمايد. در يک نرم افزار ويدئوي شبکه، ويدئو و صداي ديجيتايز شده روي شبکه هاي IP سيمي و يا بي سيم ارسال مي شوند؛ و بدينگونه امکان مانيتورينگ و ضبط ويدئو را از هر مکاني روي شبکه امکان پذير مي سازند.
سيستم ويدئويي تحت شبکه، داراي کاربردهاي بسيار زيادي است که اغلب آنها در يکي از دو گروه سيستم هاي نظارت بر امنيت يا مانيتورينگ از راه دور قرار مي گيرند.
سيستم هاي نظارت بر امنيت: امکانات پيشرفته ويدئوي شبکه، اصولاً براي استفاده در کاربردهاي امنيتي ايجاد گرديده اند. انعطاف پذيري فناوري ديجيتال، قابليت پرسنل امنيتي را در حفاظت از مردم، اموال و دارايي هاي عمومي و يا خصوصي افراد افزايش مي دهد. بنابراين چنين سيستم هايي براي شرکت هايي که اخيراً از CCTV استفاده مي کنند، يک گزينه ي جذاب به حساب مي آيد.
مانيتورينگ از راه دور: ويدئوي شبکه به کاربران، قابليت جمع آوري اطلاعات در همه ي نقاط کليدي يک پروسه ي عملياتي (مثل يک کارخانه) و مشاهده آن بصورت بلادرنگ را مي دهد.
دوربين شبکه
شکل 3: تصويري از يک دوربين شبکه ي متعارف
يک دوربين شبکه داراي يک آدرس IP اختصاصي است. دوربين، به شبکه مستقيماً متصل گشته و داراي يک سرور وب داخلي، سرور FTP، برنامه ي کلاينت FTP، برنامه ي کلاينت ايميل، مديريت آلارم، قابليت برنامه ريزي و بسياري موارد ديگر مي باشد. يک دوربين شبکه، بعنوان يک سرور مستقل روي يک شبکه عمل نموده و هر جايي که يک اتصال شبکه ي IP وجود داشته باشد، مي تواند مستقر شود. در مقابل، يک وب کم چيزي کاملاً متفاوت مي باشد. وب کم تنها هنگامي که به يک پي سي از طريق يک پورت USB يا IEEE 4931 متصل بوده و نرم افزار آن روي پي سي نصب باشد، عمل مي نمايد.
علاوه بر ويدئو، يک دوربين شبکه از قابليت هاي ديگري مثل صدا، سيستم فعال سازي آلارم از طريق ورودي/خروجي هاي ديجيتال و ارتباطات سريال پشتيباني مي کند.
مقايسه ي يک دوربين شبکه و يک دوربين آنالوگ
يک دوربين آنالوگ، يک حامل (Carrier) سيگنال يکطرفه است که به دستگاه ضبط تصوير منتهي مي شود، در حاليکه يک دوربين شبکه، يک سيستم کاملاً دوطرفه بوده و مي تواند در يک سيستم ميزان پذير بزرگتر ادغام شود. يک دوربين شبکه با چندين نرم افزار، براي اجراي وظايفي چون آشکارسازي حرکت يا ارسال جريان هاي ويدئويي مختلف، بطور موازي کار مي کند.
رمزگذاري ويدئويي
يک ويدئو سرور، نوعاً داراي يک تا چهار پورت آنالوگ براي اتصال دوربين هاي آنالوگ و نيز يک پورت اترنت براي اتصال به شبکه مي باشد (شکل [4]).
همانند همه ي دوربين هاي شبکه ، يک سرور ويدئويي داراي يک سرور وب، يک تراشه ي فشرده سازي و يک سيستم عامل است بطوريکه خوراک ورودي آنالوگ، به ويدئوي ديجيتال تبديل، ارسال و روي شبکه کامپيوتري (براي قابليت دسترسي آسانتر و مشاهده بعدي) ذخيره مي گردد.
علاوه بر ورودي ويدئويي، يک رمزگذار ويدئويي مي تواند از قابليت هاي صوتي، فعال سازي آلارم توسط ورودي/ خروجي هاي ديجيتال، و کنترل مکانيسم هاي PTZ(Pan، tilt، Zoom) پشتيباني نمايد. يک رمزگذار ويدئويي همچنين مي تواند به طيف وسيعي از دوربين هاي اختصاصي مثل دوربين حرارتي بسيار حساس، دوربين مينياتوري يا يک دوربين ميکروسکوپ متصل گردد.
براي کاربردهاي بزرگتر، با دوربين هاي آنالوگ موجود، رمزگذاري هاي ويدئويي با قابليت نصب روي رک شبکه، موجود بوده و تا 84 پورت را ارائه مي نمايند (شکل 5).
با وجود ميليون ها دوربين آنالوگ در حال کار در سراسر دنيا، رمزگذاري هاي ويدئويي به نقش مهم خود در سيستم هاي نظارت تصويري ادامه خواهند داد.
شبکه
رشد استفاده از شبکه هاي IP بدان معناست که شرکت ها مقادير هنگفتي پول را براي تحقيق و توسعه مداوم قابليت ها، سرعت و امنيت آنها هزينه مي نمايند. در حاليکه عرض باند در گذشته يک چالش بزرگ محسوب مي گرديد، شبکه هاي فعلي عرض باند کافي براي کاربردهاي غني از محتوا مثل ويدئوي شبکه را ارائه مي نمايند. حتي امروزه شبکه هاي سلولي موبايل نيز داراي عرض باند کافي براي توزيع ويدئو با قيمت معقول مي باشند. هرچه اتکا مردم به شبکه بيشتر گردد، موضوع امنيت شبکه از اهميت بيشتري برخوردار مي گردد. بنابراين فهم فناوري هاي امنيت شبکه مثل X208.1، HTTPS و فايروال ها براي کاربردهاي نظارت تصويري دو چندان مي گردد.
سرور و سيستم هاي ذخيره سازي
اغلب سرورهايي که نرم افزارهاي مديريت ويدئويي را اجرا مي کنند، PC سرورهايي با سيستم عامل ويندوز هستند. وابسته به عملکرد مورد نياز، يک پردازنده ي دو هسته اي يا چهار هسته اي براي مديريت ويدئويي 50 دوربين (در frame rate کامل) يا بيش از 100 دوربين در سرعت هاي فريم کمتر، کافي به نظر مي رسد. سرورهاي کلاس Enterprise معمولاً از ديسک هاي سخت SCSI (اسکازي) بهره گيري نموده در حاليکه در کاربردهاي کوچکتر مي توان از ديسک هاي ارزان قيمت ATA استفاده نمود. بمنظور افزايش افزونگي (redundancy) از آرايه هاي RAID در ديسک هاي سخت استفاده مي گردد. در پروژه هاي نصب کوچک تا 25 دوربين، از يک سرور معمولي با پردازنده تک هسته اي مي توان استفاده نمود. در پروژه هاي بزرگتر، از سيتسم هاي ذخيره سازي NAS، يا شبکه هاي SAN استفاده مي گردد.
نرم افزار مديريت ويدئويي
نرم افزار مديريت ويدئو، قابليت هاي مديريت، مانيتورينگ و ضبط ويدئو را به عهده دارد. امروزه صدها نرم افزار مديريت ويدئوي مختلف از شرکت هاي گوناگون در سراسر دنيا ارائه مي گردد که روي سيستم هاي عامل مختلف مثل ويندوز، يونيکس، لينوکس و Mac OS قابل نصب مي باشند.
سازندگان دوربين هاي شبکه و رمزگذاري هاي ويدئويي، اينترفيس هاي API را براي تضمين يکپارچگي و قابليت سازگاري با نرم افزار مديريت ويدئو منتشر مي کنند. هرچه APIهاي بازتري منتشر شود (ترجيحاً روي وب و رايگان) نرم افزار مديريت ويدئوي بهتري در اختيار قرار خواهد گرفت.
برخي ويژگي هاي معمول ارائه شده توسط اغلب نرم افزارهاي مديريت ويدئو عبارتند از:
مشاهده همزمان و ضبط ويدئوي زنده از چندين دوربين: مديريت ويدئو امکان مي دهد چندين کاربر، همزمان خروجي چندين دوربين را مشاهده و ضبط نمايند.
چندين حالت ضبط: داراي مودهاي پيوسته (continuous)، دستي (manual)، زمان بندي شده (Scheduled)، آلارم و آشکارساز حرکت (motion detection) مي باشد. آشکارساز حرکت ويدئويي، با تحليل داده ها و محاسبه يک سري تصاوير، حرکت ها را شناسايي مي نمايد. آشکارساز حرکت ويدئويي، هم توسط دوربين و هم بوسيله نرم افزار قابل اجراست.
چندين تابع جستجو براي رويدادهاي ضبط شده: محيط هاي مورد نظر قابل تعريف بوده و ويدئو از چندين دوربين بطور همزمان مي تواند نمايش داده شود.
مديريت دوربين: سيستم هاي مديريت ويدئو امکان مي دهند، کاربران، دوربين ها را از يک اينترفيس واحد مديريت کنند. اين قابليت براي وظايفي همانند آشکارسازي دوربين روي شبکه (مديريت آدرس هاي IP و تنظيم رزولوشن، فشرده سازي و سطوح امنيتي) مفيد مي باشد.
دسترسي از راه دور: از طريق يک مرورگر وب، نرم افزار کلاينت و حتي سرويس گيرنده PDA
کنترل PTZ و دوربين هاي dome: کنترل از طريق يک جوي استيک يا ماوس، تحت کنترل اپراتور يا بطور اتوماتيک از طريق guard tour بصورت نرم افزاري صورت مي گيرد.
پيکربندي I/O: امکان ارسال و ضبط ويدئو را داده و در پاسخ به سنسورهاي خارجي، آلارم ارسال مي شود. اين امر امکان مي دهد تا ايستگاه هاي مانيتور از راه دور، بلافاصله از يک تغيير در يک محيط تحت نظارت آگاه شوند.
مديريت آلارم: نرم افزار مي تواند يک آلارم را فعال نموده، پنجره pop-up را نمايش داده، ايميل را ارسال نموده يا پيام هاي متني (SMS) را به تلفن هاي سلولي ارسال نمايند.
پشتيباني صوتي: پشتيباني صوتي بلادرنگ براي صداي زنده يا ضبط شده
سيستم هاي مديريت ويدئويي به آساني قابل توسعه هستند زيرا دوربين ها را مي توان بطور آني به سيستم اضافه نمود و برخي سيستم ها مي توانند تا هزاران دوربين توسعه يابند.
منبع: ماهنامه ي کامپيوتري بزرگراه رايانه، شماره ي 130
