Введение
Профессиональные видеосистемы по IP используют существующие стандартные видеокодеки для сжатия программного материала в битовый поток (например, транспортный поток MPEG), а затем передают этот битовый поток по сети Интернет-протокола (IP), инкапсулируя его в поток IP-пакетов. Обычно это реализуется с использованием одного из вариантов протокола RTP. Передача профессионального видео по IP-сетям сопряжена с особыми трудностями по сравнению с большинством IP-трафика, не требующего строгой синхронизации. Многие из этих проблем аналогичны тем, что возникают при передаче голоса по IP, но предъявляют значительно более высокие инженерные требования. В частности, для использования в профессиональных вещательных средах необходимо обеспечить очень строгие требования к качеству обслуживания.
Professional video over IP systems use some existing standard video codec to reduce the program material to a bitstream (e. g., an MPEG transport stream), and then to use an Internet Protocol (IP) network to carry that bitstream encapsulated in a stream of IP packets. This is typically accomplished using some variant of the RTP protocol. Carrying professional video over IP networks has special challenges compared to most non time critical IP traffic. Many of these problems are similar to those encountered in voice over IP, but to a much higher level of engineering requirements. In particular, there are very strict quality of service requirements which must be fulfilled for use in professional broadcast environments.
Потеря пакетов
Поскольку даже хорошо спроектированные IP-сети обычно имеют небольшой остаточный уровень потери пакетов, вызванный маловероятными статистическими перегрузками и усилением битовых ошибок в базовом аппаратном обеспечении, большинство профессиональных решений используют ту или иную форму прямой коррекции ошибок, чтобы гарантировать возможность восстановления закодированного видеопотока даже при потере нескольких пакетов. Обычно это применяется на уровне пакетов, поскольку инкапсулированный видеопоток обычно рассчитан лишь на устойчивость к небольшому количеству битовых или импульсных ошибок, а не к потере целых пакетов. Повторная отправка пакетов невозможна из-за последовательной природы исходного видеосигнала. В случае прямой трансляции повторно отправленный пакет прибудет уже после получения следующего кадра видео.
Изменение задержки сети
Изменения в сетевых задержках можно свести к минимуму, используя высокоскоростную магистральную сеть и обеспечивая, чтобы видеотрафик не испытывал чрезмерных задержек в очередях. Обычно это достигается либо путем поддержания сети в состоянии, далеком от полной загрузки, либо путем приоритизации видеотрафика с использованием методов управления трафиком (см. ниже). Оставшиеся колебания задержки можно компенсировать буферизацией, но это приведет к увеличению общей задержки. Если используется коррекция прямых ошибок, допускается небольшое количество пакетов, прибывших с опозданием, поскольку их можно просто отбросить при получении и обработать как потерянные пакеты. Увеличение задержки особенно нежелательно для PTZ-камер, так как затрудняет управление оператором при значениях, превышающих 250 мс.
Реконструкция времени
Другая проблема, возникающая из-за вариаций задержки, заключается в том, что она усложняет синхронизацию, значительно затрудняя восстановление исходного времени видеосигнала. Обычно это решается путем привязки обоих концов системы к внешним сигналам синхронизации станции, которые обычно генерируются такими источниками, как GPS или атомные часы, что позволяет извлекать лишь приблизительную информацию о времени на принимающей стороне для обеспечения высококачественной синхронизации видео. Извлечение приблизительных данных о времени обычно выполняется с помощью фазовой автоподстройки частоты с большой постоянной времени.
Адекватное использование полосы пропускания
Даже при использовании механизмов компенсации потери пакетов, передача видео по IP будет работать только в том случае, если сеть способна обеспечить пропускную способность контента с допустимым максимальным уровнем потери пакетов. На практике это означает, что передача видео по IP невозможна в перегруженных сетях. Поскольку протокол IP сам по себе не предоставляет никаких гарантий по трафику, обеспечение требуемого качества должно осуществляться на уровне проектирования сети. Один из подходов – использование механизмов "качества обслуживания" (QoS), которые выделяют достаточно полосы пропускания для видеопотока, чтобы избежать перегрузки при любой возможной модели нагрузки. Другие подходы включают динамическое снижение частоты кадров или разрешения, управление доступом к сети, резервирование полосы пропускания, управление трафиком и методы приоритизации трафика, требующие более сложной сетевой инженерии, но эффективные в ситуациях, когда невозможно построить неблокирующую сеть. Подробнее об одном из подходов к IP-инженерии сетевого трафика можно узнать в спецификации RSVP. Группа Pro MPEG Wide Area Network активно работает над созданием проекта стандарта для обеспечения совместимости профессионального видео при передаче по IP.
Использование в охранной промышленности
В индустрии средств обеспечения безопасности IP-видеонаблюдение (CCTV) завоевывает позиции на аналоговом рынке. Ключевые компоненты IP-систем видеонаблюдения остаются схожими с аналоговыми технологиями: захват изображения с использованием комбинации IP-камер или аналоговых камер с IP-энкодерами; передача изображения; хранение и извлечение данных, использующее такие технологии, как RAID-массивы и iSCSI для записи и индексации видео; и управление видео, обеспечивающее веб-интерфейс для управления и контроля IP-систем видеонаблюдения. Одним из ключевых преимуществ IP-видеонаблюдения является возможность использования сетевой инфраструктуры, обеспечивающей достаточную пропускную способность и наличие коммутаторов и маршрутизаторов, вместо коаксиального кабеля. Однако передача видеопотоков видеонаблюдения, требующих большой пропускной способности, по корпоративным сетям данных может вызывать разногласия в организации, в зависимости от потенциального влияния на производительность сети. Существуют компании, специализирующиеся на разработке программного обеспечения для управления видео (VMS), которое помогает управлять захватом и хранением видеоконтента. Цифровое видео также делает возможным видеоаналитику, позволяющую автоматически обнаруживать и идентифицировать различные объекты или движения. Кроме того, набирает популярность модель хранения видеоматериалов видеонаблюдения вне площадки. Эти поставщики онлайн-видеонаблюдения используют облачные технологии для консолидации видео с нескольких объектов через интернет. Производители оборудования для видеонаблюдения последовательно интегрируют IP-сетевые технологии в свои продуктовые линейки.