Видеорегистраторы

Видеорегистраторы: DVR и NVR

Видеорегистраторами называют устройства, предназначенные для записи, хранения и воспроизведения видеопотоков от различных источников, таких как камеры видеонаблюдения. Существуют два основных типа видеорегистраторов:

DVR (Digital Video Recorder)

Цифровой видеорегистратор (DVR) предназначен для работы с аналоговыми видеокамерами. Он преобразует аналоговый сигнал в цифровой формат, сжимает его и сохраняет на жесткий диск. DVR может работать с различными стандартами аналоговых камер, такими как PAL, NTSC, а также с современными аналоговыми HD-камерами, использующими стандарты AHD, TVI и CVI.

Основные характеристики DVR:

• Поддержка аналоговых камер: DVR принимает сигналы от аналоговых камер через коаксиальный кабель.
• Преобразование сигнала: Аналоговый видеосигнал оцифровывается внутри регистратора, после чего он подвергается сжатию с использованием кодеков, таких как H.264, MPEG-4 или H.265.
• Запись и хранение: Записанные данные сохраняются на встроенный или внешний жесткий диск.
• Управление и доступ к данным: Доступ к видеозаписям возможен через интерфейс видеорегистратора, который обычно включает в себя веб-интерфейс, мобильное приложение или специализированное программное обеспечение.

Аналоговые системы видеонаблюдения уходят в прошлое, хотя и выпускаются до сих пор. В основном, они находят применение там, где уже развернута аналоговая кабельная инфраструктура (протянуты коаксиальные кабели и кабели питания для камер). Благодаря стандартам AHD, TVI и CVI удаётся добиться высокого разрешения, кабели при этом остаются теми же, что в устаревшем классическом композитном видеосигнале CVBS. В нашем курсе мы не будем рассматривать аналоговые системы и сосредоточимся на сетевых.

NVR (Network Video Recorder)

Сетевой видеорегистратор (NVR) работает исключительно с IP-камерами, которые передают цифровое видео по сети Ethernet или Wi-Fi. NVR получает сжатый камерой поток данных от камер и сохраняет его на жестком диске. Обычно регистратор пережимает поток в соответствии с настройками записи и пережатие невозможно отключить (в дешевых моделях это так).

Основные характеристики NVR:

• Работа с IP-камерами: NVR поддерживает работу с IP-камерами, которые могут передавать видео высокого разрешения (например, Full HD). Разрешение потока обычно указывается не в линиях, а в мегапикселях (FullHD или 1080р -- это 2 Мп), разрешение камер наблюдения обычно варьируется от 1.3 до 8 Мп.

• Сжатие и запись: В отличие от DVR, NVR не занимается оцифровкой видео, так как оно поступает виде цифрового потока. Однако регистратор может сжимать поступающее видео заново, несмотря на то, что оно уже было обработано кодеком. Например, поступающие от камер потоки могут приходить в кодеке H.264 с разным битрейтом, а NVR запишет их в H.265 с единым для всех камер битрейтом.

• Доступ и управление: Как и в случае с DVR, доступ к записям осуществляется через веб-интерфейс, мобильные приложения (через облачный сервис) или специализированные программы. NVR часто интегрируется с системами видеонаблюдения через облачные сервисы. Сам NVR обычно имеет порты для подключения монитора и мышки, что позволяет управлять им локально и видеть потоки с камер. На корпусе также могут быть кнопки, позволяющие переключать формат изображения (количество камер одновременно).

• Протоколы передачи данных: Сетевые системы видеонаблюдения работают в обычных сетях TCP/IP. Для управления обычно используют ONVIF (Open Network Video Interface Forum). Есть модели, использующие проприетарные протоколы (см. таблицу ниже).
  Для получения потоков повсеместно в системах видеонаблюдения используется протокол RTSP (Real Time Streaming Protocol), причем, медиаданные могут передаваться как по TCP, так и по UDP, в частности, получая потоки в режиме multicast (используется редко, стабильно работает ещё реже). Наиболее стабильный режим подключения -- TCP.

Таблица 1. Протоколы управления в системах видеонаблюдения

Категория	Протокол	Описание
Открытые	ONVIF	Открытый стандарт для обмена данными между устройствами видеонаблюдения.
	RTSP	Протокол для передачи потокового видео в реальном времени.
	CGI	Общий шлюзовой интерфейс для выполнения команд на устройствах.
	HTTP/HTTPS	Протоколы для доступа к интерфейсам устройств через браузеры.
Проприетарные	Axis API	Специализированный API для управления камерами Axis.
	Dahua SDK	Программный комплект разработки для работы с продуктами Dahua.
	Hikvision SDK	Набор инструментов для разработки приложений под продукты Hikvision.
	Bosch VRM	Платформа управления видео от компании Bosch.
	Pelco API	Интерфейс программирования для работы с камерами и системами Pelco.

Общепринятый и используемый практически во всех современных устройствах систем видеонаблюдения стандарт ONVIF изобилует "необязательными" возможностями. Это приводит к тому, что вы никогда не можете быть уверены в том, что то или иное устройство будет выполнять команды, имеющие в стандарте статус необязательных. Например, управление яркостью или насыщенностью может поддерживаться камерой, а может не быть реализовано в её ONVIF сервере, притом, порой камера отвечает на соответствующие запросы, но команды всё равно не выполняет.

Проприетарные протоколы могут помочь решить задачи управления устройствами, которые не выполняют команд открытого стандарта ONVIF, но гарантировать успех невозможно и здесь.

Сравнение DVR и NVR

Характеристика	DVR	NVR
Тип поддерживаемых камер	Аналоговые	IP
Преобразование сигнала	Да	Да, но не всегда
Качество видео	Ограничено разрешением аналогового сигнала	Высокое разрешение (до 4K)
Протоколы передачи	Коаксиальные кабели	Ethernet/Wi-Fi, TCP/IP, RTSP, ONVIF
Управление	Локальное, через ПО	Локальное и удаленное через сеть

Источники видео и аудиосигнала

Оба типа видеорегистраторов могут принимать видео и аудиосигналы от различных устройств:

• Камеры видеонаблюдения: Это основной источник сигналов для видеорегистраторов. В зависимости от типа регистратора, это могут быть аналоговые камеры (для DVR) или IP-камеры (для NVR). Камеры могут передавать как видео, так и звук (если у них есть микрофон или вход для внешнего источника звука).
• Микрофоны: Если камера не оснащена встроенным микрофоном, звук может поступать отдельно через внешние микрофоны, подключаемые к регистратору. Обычно, если регистратор имеет аналоговый звуковой вход, то на нём ожидается аудиосигнал линейного уровня (предусиленный).
• Дополнительные источники: в качестве источника аудио/видеопотока NVR могут принимать RTSP потоки от кодеров. Но не всегда это работает стабильно.

Потоки и субпотоки

Камеры и кодеры обычно выдают как минимум два видеопотока:

• основной, высокого разрешения (1080р и выше)
• субпоток, низкого разрешения (до 720р).

Субпоток используется видеорегистратором для отображения в режиме матрицы (сетки) камер. Это позволяет экономить трафик в сети и упростить формирование сетки видеопотоков, хотя, при записи с соответствующей камеры всё равно используется поток высокого разрешения.

Кодеки в системах видеонаблюдения

Кодек	Тип	Частота встречаемости	Применение	Комментарии
H.264	Видео	Часто	Камеры, NVR	Широко поддерживается, хорошее качество
H.265	Видео	Часто	Камеры, NVR	Высокая степень сжатия, меньше битрейт
MJPEG	Видео	Редко	Старое оборудование	Низкая степень сжатия
JPEG2000	Видео	Редко	Медицинское видеонаблюдение	Высокое качество, низкая скорость
G.711	Аудио	Часто	Камеры с микрофонами	Простой, но низкое качество
AAC	Аудио	Иногда	Мобильные устройства	Лучший выбор, но редкость в NVR
MP3	Аудио	Редко	Устаревшее оборудование	Использовался с низким битрейтом.

Протоколы управления и медиастриминга

Для управления камерами и передачи видеопотока используются различные протоколы:

• RTSP (Real Time Streaming Protocol): Один из наиболее распространенных протоколов для передачи видеопотоков в реальном времени. Используется для взаимодействия между NVR и IP-камерами.
• ONVIF (Open Network Video Interface Forum): Стандартный набор протоколов, разработанный для обеспечения совместимости оборудования разных производителей. Позволяет управлять настройками камер, получать и передавать видеопотоки.
• HTTP/HTTPS: Протоколы, используемые для доступа к интерфейсу видеорегистратора через браузер или специальное ПО.
• CGI (Common Gateway Interface): Используется для выполнения команд на устройствах, таких как включение/выключение записи, изменение настроек и т.п.

Работа с записью

Запись видео осуществляется следующим образом:

• Режимы записи: Регистраторы могут поддерживать несколько режимов записи:
  • Постоянная запись: непрерывная запись всех поступающих потоков.
  • Запись по расписанию: запись в определенные временные интервалы.
  • Запись по событию: запись начинается при обнаружении движения, звука или другого триггерного события.
• Хранение данных: Записи хранятся на жестких дисках (HDD или SSD) либо в облачных хранилищах (в случае использования NVR с поддержкой облачной интеграции).
• Резервирование и архивация: Многие современные видеорегистраторы поддерживают функции резервирования записей на внешние носители или в облако, а также автоматическое удаление старых записей при заполнении диска.

Управление видеорегистраторами

Регистрация и настройка видеорегистраторов осуществляются несколькими способами:

• Локальное управление: Через интерфейс самого устройства, который может включать в себя кнопки, сенсорный экран или подключенную клавиатуру и мышь.
• Удаленное управление: Через веб-интерфейс или специальные приложения, доступные через интернет или локальную сеть. Это позволяет инженерам настраивать параметры записи, просматривать живые потоки и архивированные записи, изменять настройки камер и многое другое.
• Интеграция с VMS (Video Management System): В крупных системах видеонаблюдения видеорегистраторы могут интегрироваться с централизованными системами управления видео, что упрощает мониторинг и управление большим количеством устройств.

Аналитические функции видеорегистраторов

Продвинутые модели видеорегистраторов обладают широким спектром возможностей по распознаванию различных событий, лиц, объектов и действий благодаря использованию современных технологий искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения. Эти функции значительно повышают эффективность систем видеонаблюдения и помогают автоматизировать мониторинг и анализ обстановки на объекте наблюдения.

Распознавание лиц

Это одна из самых востребованных функций в современных видеорегистраторах. Она позволяет идентифицировать лица людей, попавших в кадр, и сопоставлять их с базой данных. Основные сценарии применения включают:

• Контроль доступа: Система может автоматически разрешать или запрещать проход персоналу или посетителям на основе распознавания лиц.
• Безопасность: Быстрое обнаружение подозрительных личностей или тех, кто находится в списке разыскиваемых.
• Маркетинг: Анализ посещаемости магазинов, торговых центров и других общественных мест с целью улучшения клиентского опыта.

Детекция и классификация объектов

Эта функция позволяет видеорегистратору различать объекты в кадре, такие как люди, автомобили, животные и др. На основании этой информации система может выполнять следующие задачи:

• Обнаружение вторжений: Сигнализация при появлении незнакомого объекта в охраняемой зоне.
• Мониторинг транспортных средств: Определение номеров автомобилей, отслеживание их маршрутов и скорости.
• Анализ поведения: Автоматическая фиксация необычного поведения объектов, например, агрессивных действий или оставленных предметов.

Анализ поведения людей

Некоторые видеорегистраторы способны анализировать поведение людей в кадре, что помогает выявлять потенциально опасные ситуации:

• Распознавание аномального поведения: Например, бегущий человек, драки, падения и т.д.
• Определение скопления людей: Полезно для предотвращения толпы или паники в местах массового скопления людей.
• Выявление подозрительного поведения: Длительное пребывание в одном месте, попытки проникновения в закрытые зоны и пр.

Тепловая карта активности

Тепловые карты показывают, какие области наблюдаемой сцены являются наиболее активными за определённый период времени. Эта информация полезна для:

• Оптимизации работы персонала: Оценка загруженности кассиров, продавцов и других сотрудников.
• Повышение эффективности маркетинга: Анализ популярных зон в магазинах и выставках для размещения рекламы и товаров.

Интеллектуальная аналитика видеопотока

Современные видеорегистраторы могут использовать алгоритмы глубокого обучения для обработки видеопотока в режиме реального времени. Примеры такой аналитики:

• Детектор движения: Различает движение объектов и фиксирует его даже в условиях низкой освещённости.
• Трекинг объектов: Отслеживает перемещение объектов по сцене, помогая отслеживать их маршруты и действия по помещениям, из которых приходят видеопотоки.
• Автоматический поиск по архиву: Поиск конкретных событий или объектов в больших объёмах видеозаписей.

Современные системы видеоаналитики могут выполнять весьма сложные задачи в масштабе крупного объекта (аэропорта, предприятия, торгового центра и тд), но, как правило, это не отдельное устройство, а программная система, обрабатывающая сетевые видеопотоки, а аналитические функции задействуют вычислительные мощности серверов.

Возможности управления

Продвинутые видеорегистраторы предлагают широкий спектр инструментов для управления и автоматизации процессов:

• Планирование задач: Настройка автоматического запуска определённых сценариев в заданное время или при наступлении определённого события.
• Уведомления и тревоги: Отправка уведомлений на электронную почту, SMS или в мобильное приложение при возникновении определённых ситуаций. В некоторых моделях регистраторов есть контактный терминал со входами и выходами тревожных линий (alarm in / alarm out). Такие линии позволяют обрабатывать внешние события (открытие двери и сопутствующее ему размыкание цепи сигнализации) или вызывать внешнее действие (включение освещения, световой или звуковой сигнализации и тд).
• Интеграция с внешними системами: Возможность подключения видеорегистратора к другим системам безопасности, таким как системы контроля и управления доступом (СКУД), пожарные сигнализации и т.д.

Аппаратные интерфейсы видеорегистраторов

Входные интерфейсы

1. Видеовходы
   • BNC (Bayonet Neill–Concelman): Традиционный интерфейс для подключения аналоговых камер к DVR, в NVR не используется. Если видите BNC коннектор на задней панели видеорегистратора -- это DVR или гибридное устройство (DVR с поддержкой сетевых камер).
2. Аудиовходы
   • RCA (Radio Corporation of America): Аудиоразъем для подключения внешнего источника звука.
3. Интерфейсы для датчиков и сенсоров
   • Alarm In (входы сигнализации): порты для подключения кнопок, реле и других датчиков внешних событий.
4. USB-порты
   • USB 2.0 / USB 3.0: Порты для подключения внешних накопителей (флеш-дисков, жестких дисков), клавиатуры, мыши и других USB-устройств. Часто клавиатуры не поддерживаются NVR и приходится вводить пароли, адреса и другую конфигурационную информацию мышкой на экранной клавиатуре.

Выходные интерфейсы

1. Видеовыходы
   • HDMI (High-Definition Multimedia Interface): Может использоваться для подключения внешнего монитора.
   • VGA (Video Graphics Array): Также используется для вывода видео на монитор.
   • CVBS (Composite Video Baseband Signal): Аналоговый композитный видеоинтерфейс, используемый для подключения устаревших телевизоров и мониторов. В современных моделях NVR не встречается (но в камерах встречается в для задач настройки при их установке).
2. Аудиовыходы
   • RCA: Разъем для подключения усилителя. На выходе обычно линейный сигнал, требующий усиления для вывода на динамики или наушники.
3. Сетевые интерфейсы
   • LAN (Local Area Network): Порт для подключения видеорегистратора к локальной сети или интернету. Если в регистраторе установлен PoE коммутатор, то и для подключения IP-камер. Такой порт можно встретить в большинстве (в современных -- во всех) моделей DVR, он используется для удаленного управления и просмотра потоков и записей, но не для подключения потоков от IP камер.
   • Wi-Fi: обычно не используется в NVR, хотя, подключить к видеорегистратору Wi-Fi камеры можно: они соединяются с точкой доступа и далее потоки идут по кабельной сети (ethernet).
4. PTZ-контроль
   • RS232/RS422/RS485: Интерфейсы для управления поворотными камерами (Pan-Tilt-Zoom, PTZ).

Дополнительные интерфейсы

1. eSATA (External Serial ATA): Интерфейс для подключения внешних жестких дисков с высоким быстродействием.
2. SD-карты: Слот для карт памяти SD, MicroSD и других форматов, позволяющий сохранять небольшие объемы данных или создавать резервные копии.
3. SIM-карта: В некоторых моделях видеорегистраторов может быть слот для SIM-карт, что позволяет устройству отправлять уведомления и сообщения через мобильную сеть.

Устройства, которые можно подключить к видеорегистратору

Кроме питания, сетевого кабеля и камер, к видеорегистратору можно подключить следующее оборудование:

• Внешние жесткие диски: Для увеличения объема хранилища видеозаписей.
• Мониторы и телевизоры: Для просмотра живого видео и архивированных записей.
• Клавиатура и мышь: Для удобства управления видеорегистратором.
• Микрофоны и динамики: Для записи и воспроизведения звука (с усилителем).
• Датчики движения, открытия дверей и прочие сенсоры: Для расширения функциональности системы безопасности.
• Поворотные камеры (PTZ): Для управления углом обзора и масштабированием.
• Модемы и роутеры: Для подключения к интернету и отправки уведомлений.

Вложения

• image.png