Как сохранить данные видеонаблюдения

Пожалуй, нигде проблема хранения растущего объема данных не проявляется так остро, как при записи результатов видеонаблюдения. И хотя в некоторых сегментах рынка аналоговые системы видеонаблюдения до сих пор популярны, общая тенденция состоит во все более широком применении IP-решений. А распространение сетевых IP-камер, в свою очередь, порождает спрос на сетевые хранилища. Однако во многих случаях предпочтительнее использовать специализированные решения, такие как сетевые видеорегистраторы NVR.

Записи результатов видеонаблюдения составляют почти половину всех Больших Данных в мире. По оценке IHS Technologies, ежедневно добавляется по 500 Пбайт таких данных, а к 2019 году эта цифра вырастет до 2500 Пбайт. Например, в типичном крупном международном аэропорту установлено около 20 тыс. камер, и при частоте 15 кадров в секунду для формата кадра NTSC получаем свыше 5 Пбайт ежедневно. Даже при сокращении частоты кадров до трех в секунду объем записей превышает 1 Пбайт.

Конечно, такие огромные объемы данных характерны только для очень крупных инсталляций, но они растут — зачастую даже более быстрыми темпами — и в случае менее масштабных решений, что происходит за счет увеличения количества используемых камер и распространения таких технологических инноваций, как камеры с разрешением 4K. Ситуация усугубляется тем, что, в соответствии с законодательными или внутрикорпоративными требованиями, эти записи необходимо хранить в течение длительного времени, поэтому перед компаниями встает задача реализовать хранение видеозаписей наиболее эффективным — с экономической и технической точек зрения — способом.

Сетевой видеорегистратор QNAP серии VS-4100 Pro+

СЕТЕВЫЕ ХРАНИЛИЩА ДЛЯ СЕТЕВЫХ КАМЕР

Несмотря на то что в некоторых сегментах рынка аналоговые системы видеонаблюдения до сих пор популярны, IP-решения применяются все более широко. Соответственно, вместо специализированных устройств для записи видео, таких как цифровые видеорекордеры (Digital Video Recorder, DVR), которые, несмотря на свое название, предназначены для захвата изображения с аналоговых камер, сегодня могут использоваться обычные серверы и системы хранения с необходимым программным обеспечением. Однако, как указывает Максим Леонтьев, инженер поддержки продаж в компании Hanwha Techwin Europe Limited, если компании требуется надежная система хранения, значит, ей нужен сетевой регистратор (Network Video Recorder, NVR).

СХД AERODISK ENGINE

Одним из главных преимуществ использования сетевых видеорекордеров является простота их установки и использования. Помимо хранения данных, в них реализуются и функции управления камерами, то есть обеспечивается функциональность VMS. NVR поставляются с предустановленным программным обеспечением и зачастую оснащаются функциональностью Plug&Play для автоматического обнаружения и подключения поддерживаемых видеокамер, то есть оборудование нужно только подключить к сети.

Впрочем, использование NVR связано с определенными ограничениями, поскольку любое аппаратное решение является менее гибким, чем программное. Так, хотя NVR корпоративного класса и рассчитаны на масштабирование, предел масштабирования для них зачастую оказывается меньше, чем для систем управления видео (Video Management System, VMS). К тому же наращивание возможно лишь с фиксированным шагом, что чревато чрезмерными расходами, например, когда требуется обеспечить поддержку всего нескольких дополнительных камер. Скажем, NVR поддерживает 64 канала, а вам требуется подключить еще 5 камер сверх данного числа. В результате придется приобрести еще одно устройство, ресурсы которого по большей части не будут использоваться.

Таким образом, спрос есть и на программные, и на программно-аппаратные решения — всё зависит от конкретной ситуации. «При выборе системы нужно всегда руководствоваться требованиями и предпочтениями заказчика. Любое решение имеет право на существование, если оно оптимальным образом справляется с поставленной задачей, — говорит Павел Зямин, менеджер по продукции NVR, «QNAP Россия». — А NVR нужен, когда требуется «готовое решение из коробки», настройка и запуск которого осуществляется пользователем с помощью пошагового мастера, то есть сбор «железа» и установка фирменной ОС с ПО уже выполнены производителем».

Потенциальный риск в использовании программных решений состоит в том, что порой их выбирают в стремлении сэкономить, поэтому и оборудование приобретается как можно более дешевое, а значит, и надежность невысока. «Никто не говорит, что если используется программный NVR или обычный NAS, то завтра это ПО или оборудование выйдет из строя. Неполадки могут возникнуть и через полгода, и через год-два. Но общий уровень надежности будет ниже, — предостерегает Максим Леонтьев. — Мы не раз сталкивались с ситуациями, когда обычный компьютер зависал или уходил в перезагрузку из-за сбоев в операционной системе. Если для заказчика случайная потеря или остановка видеозаписи не является большой потерей, то тогда действительно имеет смысл обратить внимание на программные регистраторы».

Система хранения данных NEC

ТРЕБОВАНИЯ К СХД ДЛЯ ЗАПИСИ ВИДЕО

Как и камеры, системы хранения для видеонаблюдения становятся все более интеллектуальными и функциональными. Однако прежде всего требуется обеспечение базовых требований к производительности и емкости — запись видео с наилучшим разрешением и оптимальной частотой кадров при требуемой длительности хранения записей с наименьшими затратами. «Оборудование должно гарантировать необходимый срок хранения информации и быстроту доступа к ресурсам, а также соответствовать нормам по резервированию данных и избыточности СХД (с учетом размера файлов и сроков хранения информации) согласно требованиям заказчика и законодательства РФ», — отмечает Сергей Ларичев, менеджер по развитию бизнеса департамента инфраструктурных решений и ИТ в компании «НЭК Нева Коммуникационные Системы».

Как показал наш опрос, среди всех требований поставщики почти единогласно выделяют надежность. Сергей Платонов, руководитель отдела развития продукта компании «Рэйдикс», подчеркивает, что к целостности данных предъявляются самые жесткие требования, поскольку при сохранении видеоданных даже частичная потеря информации может привести к утрате всего записываемого видеопотока. Современная СХД должна обеспечивать стабильную обработку и хранение ненормированного потока данных, генерируемого самыми разными камерами с разрешением от VGA до Full HD и Ultra HD.

Для обеспечения высокого уровня надежности Артем Павлов, технический директор AERODISK, рекомендует использовать системы хранения, которые имеют не менее двух контроллеров, работающих в активном режиме, — это поможет защитить систему видеонаблюдения от нештатных ситуаций, связанных с аппаратными сбоями. Современная система хранения должна легко масштабироваться — как по производительности, так и по емкости. В крупных инсталляциях, где число установленных видеокамер велико, нужная производительность дисковой подсистемы достигается за счет использования дисков SSD в качестве кеширующего устройства для записи и чтения данных.

Впрочем, как считают в Seagate, о широком применении флеш-накопителей в системах хранения видеоинформации говорить еще рано. «Основное их преимущество — существенно более высокая скорость записи — пока не особенно актуально, так как в большинстве случаев вполне достаточно возможностей традиционных дисковых накопителей, — уверен Сергей Давыдов, старший инженер технической поддержки в компании Seagate. — Флеш-накопители имеет смысл использовать, когда устройства работают при постоянной тряске и высоких/низких температурах или применение дисковых накопителей затруднено (пример — накопители в видеокамерах)».

Существенное влияние на реализацию системы хранения видеоданных, как отмечалось выше, оказывает требуемое время хранения записанной информации — от этого зависят общая емкость системы и ее конкретная реализация. По мнению Сергея Давыдова, во многих случаях, особенно когда записи необходимо хранить долго, СХД следует разделять на две подсистемы: оперативную (постоянно используется для записи) и простую архивную (без потоковой записи в реальном времени), куда информация поступает из оперативной в фоновом режиме. Такой подход позволяет обеспечить лучшие показатели по критерию требования/затраты.

Однако, как считает Сергей Платонов, такое разделение на две системы — не лучший вариант: «При построении системы хранения видеоданных следует стремиться к консолидации ресурсов. В современном мире внедрение отдельных СХД для «горячих» данных и архивного хранения нецелесообразно — как с функциональной, так и с коммерческой точек зрения. Единая многоцелевая система управления данными помогает оптимально распределить нагрузки и сэкономить на дальнейшем масштабировании инфраструктуры».

ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ВИДЕО 4K

Реализация в видеокамерах новых технологий оказывает влияние на все остальные компоненты системы видеонаблюдения. К обработке видеопотоков, передаваемых камерами сверхвысокой четкости (4К и более), устройства записи должны быть готовы. Это касается как необходимой емкости хранения, так и поддержки соответствующих протоколов. NVR записывает поступающий видеопоток непосредственно на жесткие диски, без сжатия. Однако для воспроизведения видео NVR должен «понимать» используемый камерой алгоритм кодирования.

Большинство современных NVR понимают протокол сжатия H.264, но для эффективной работы с камерами 4К требуется поддержка протокола H.265. Согласно имеющимся оценкам, H.265 на 50% эффективнее своего предшественника при сжатии видео высокого разрешения и том же качестве изображения. Его использование позволяет сэкономить пропускную способность сети и емкость хранения, однако для сжатия и декодирования H.265 необходимы более мощные процессоры.

«Сейчас уже никого не удивить видеокамерами 4К. Комплектующие становятся доступнее, что ведет к увеличению процессорных мощностей видеокамер и, как следствие, видеорегистраторов. В результате основной тенденцией сейчас является увеличение разрешения видеокамер, что, безусловно, ведет к повышению генерируемого ими потока, — говорит Максим Леонтьев. — И тогда неизбежно возникает необходимость этот поток уменьшить без потери качества. Таким образом, современные NVR должны поддерживать не только запись в высоком разрешении, но и различные возможности по сокращению потока: работу с кодеком Н.265, технологии Wisestream, Zipstream и т. д.».

Увеличение разрешения ведет к увеличению объема данных, что, в свою очередь, приводит к повышенной нагрузке как на сети передачи этих данных, так и на системы хранения. Однако, указывает Андрей Чернов, старший инженер технической поддержки Axis Communications, в случае локальных систем видеонаблюдения передача данных обычно не представляет проблемы. Трудности возникают при использовании облачных хранилищ и удаленного доступа по причине недостаточной пропускной способности имеющихся каналов передачи данных. В связи с этим он призывает обратить внимание на следующие моменты:

• Эффективное использование пропускной способности, что предполагает запись только важных событий и использование «умных» алгоритмов сжатия. В частности, кодеки H.264 и H.265, а также их модификации, например Zipstream от Axis, позволяют значительно сократить ненужный трафик.
• Использование потоков с меньшим разрешением для просмотра в реальном времени и запись в более высоком разрешении.
• Резервирование хранения — например, запись на карту памяти в случае обрыва соединения, что поможет избежать потери данных или хотя бы сократить их.

Однако, как известно, любая система надежна настолько, насколько прочно ее самое слабое звено. Поэтому для предотвращения потери пакетов, помимо достаточной пропускной способности, необходимо обеспечить отказоустойчивость (резервирование) каналов передачи данных. «Современная система видеонаблюдения должна обладать повышенной отказоустойчивостью, причем это касается всех компонентов: камер, систем хранения и сетевой инфраструктуры, — говорит Алексей Воронин, менеджер по проектам Allied Telesis. — Имеется в виду не простое дублирование, хотя для некоторых задач, например для обеспечения электропитания активных сетевых устройств, без дублирования блоков питания не обойтись. Следует не просто дублировать, а резервировать основные узлы системы, что не только повысит ее отказоустойчивость, но и расширит функциональные возможности».

МОЯ ТВОЯ НЕ ПОНИМАЙ

Приобретая специализированную систему хранения для видеонаблюдения, такую как NVR, заказчик надеется на то, что она будет записывать не только видео, но и, если понадобится, аудио, тревожные сообщения и различные метаданные с любых камер, которые уже установлены на его территории или появятся позже. Однако в действительности NVR полноценно поддерживают только определенный перечень устройств. Впрочем, благодаря усилиям консорциума ONVIF по стандартизации интерфейса взаимодействия сетевых камер и VMS, этот список значительно расширился.

Первая спецификация ONVIF появилась после создания консорциума в 2008 году. Однако, как вскоре выяснилось, несмотря на согласие относительно API, каждый производитель по-своему реализовывал интерфейс в своих камерах: расхождения касались того, какие функции следует поддерживать. Для обеспечения унификации функций консорциум ONVIF предложил концепцию профилей. Первый такой профиль (S) был опубликован в 2011 году. Если продукты поддерживают его, они должны взаимодействовать между собой независимо от того, кто их изготовил. С тех пор появилось еще несколько профилей: G для хранения видео, С и A для контроля доступа и Q для упрощения инсталляции.

В настоящее время на рынке предлагается уже более 5000 продуктов с поддержкой спецификаций ONVIF, и некоторые безымянные производители стали заявлять о совместимости с ними, в действительности их не реализуя. Выпускаемые ими камеры нередко не удается даже подключить к NVR. Впрочем, как показывают тесты, даже в случае продукции известных производителей нельзя быть до конца уверенным в полной совместимости с ONVIF, в частности, это касается детектирования движения. К тому же 100-процентная совместимость с ONVIF не гарантирует поддержки всех функций камеры, поскольку зачастую реализуется множество дополнительных возможностей. Однако ONVIF, по крайней мере, гарантирует базовое взаимодействие.

«Вендоров и моделей камер — великое множество, требований очень много, поэтому абсолютно универсальных NVR нет. Все зависит от ПО, посредством которого камера и NVR должны быть полноценно интегрированы для поддержки всех функций при совместной работе, — говорит Павел Зямин. — К сожалению, часто возникают ситуации, когда реализация ONVIF не помогает добиться качественного взаимодействия из-за различных подходов производителей камер и используемых версий протокола».

«Заказчик полагает, что в идеале все камеры должны быть совместимы со всеми регистраторами. Однако это невозможно, и мы вынуждены применять протокол ONVIF, — объясняет Максим Леонтьев. — Он не позволяет использовать все функции камеры, так как каждый производитель закладывает в них какие-то уникальные вещи, а ONVIF является универсальным протоколом. Но доступный набор функций достаточен для получения качественного видео. Нельзя сказать, что это идеальное решение, но лучшего на данный момент нет. Поэтому поддержка и развитие ONVIF должны расширяться и набирать популярность».

Если изначально консорциум ONVIF фокусировался на интерфейсе для камер видеонаблюдения, то теперь он разрабатывает стандарты и для других устройств физической защиты (примерами могут служить упоминавшиеся выше профили С и А). Кроме того, камеры становятся частью Интернета вещей, так что от NVR все чаще требуется поддержка не только камер. «Многие современные записывающие устройства содержат различные датчики, передающие дополнительную информацию об объекте в режиме реального времени, — говорит Сергей Платонов. — Для полноценной поддержки таких камер необходима эффективная обработка как потоковых, так и случайных данных. СХД, в свою очередь, включают в себя новые средства сжатия, возможности распараллеливания различных видеопотоков и создания многоуровневых хранилищ».

ОБЛАКА ДАЛЕКИЕ И БЛИЗКИЕ

Как и в других сегментах, облачные услуги видеонаблюдения (Video Surveillance as a Service, VSaaS) причисляются к перспективным направлениям развития рынка. Более того, они рассматриваются едва ли не в качестве ключевой его составляющей — так, согласно прогнозу Transparency Market Research (TMR), в ближайшие десять лет рынок видеонаблюдения и VSaaS будет ежегодно расти на 17%. Провайдеры предоставляют различные услуги VSaaS. Прежде всего это, конечно, хранение записей видеонаблюдения. Кроме того, в рамках VSaaS часто предлагаются услуги видеоаналитики. Как считают эксперты TMR, дальнейшие перспективы развития VSaaS связаны с разработками в области искусственного интеллекта для решения таких задачах, как анализ городского трафика.

Однако облачное видеонаблюдение, пожалуй, как никакой другой вид облачных услуг, чувствительно к двум критическим факторам — безопасности и доступности (каналов). «Есть ряд причин, из-за которых [облачные сервисы] используются не во всех случаях. В первую очередь это отсутствие быстрого и надежного канала связи до облачного хранилища, — объясняет Артем Павлов. — Второй причиной, конечно же, является безопасность, поскольку очень часто видеоматериалы являются конфиденциальной информацией и передавать их третьей стороне недопустимо».

«Большинство заказчиков не готовы размещать свои корпоративные системы безопасности на облачных сервисах, так как боятся, и весьма обоснованно, что они могут быть взломаны, — соглашается Максим Леонтьев. — Поэтому, как правило, заказчики не хранят в облаках всю имеющуюся у них информацию, а облачные сервисы чаще используются для удаленного просмотра живого видео либо для копирования части архива. Иногда, правда, там размещается часть записей, к примеру за последние сутки, чтобы в случае поломки регистратора не потерять архив. В целом же облачные хранилища и сегмент корпоративной безопасности пока не совместимы на 100%».

«При облачной реализации необходимы скоростные каналы связи между удаленным объектом и ЦОДом. При большом числе камер и пользователей потребуется соответствующий NVR корпоративного класса, — подтверждает Павел Зямин. — Как правило, видеоконтент с объектов, принадлежащих как частным пользователям, так и организациям, требует конфиденциального хранения, поэтому его отправка в облачные сервисы хотя и возможна (особенно в случае NAS-устройств), но используется редко, в отличие от локального хранения или копирования на собственные удаленные серверы».

Безусловно, организация доступа и обеспечение его безопасности — только часть проблемы. Перед провайдером встает непростая задача по созданию эффективной системы хранения. «Для предоставления услуг облачного видеонаблюдения нужна СХД, которая способна обеспечить высокопроизводительный и надежный доступ для записи и чтения видеоматериалов, — говорит Артем Павлов. — Поскольку запись и чтение данных, поступающих из большого количества источников, будут осуществляться параллельно, СХД должна поддерживать использование адаптеров с пропускной способностью 40 Гбит/с на порт Ethernet, а в ближайшем будущем — 100 Гбит/с».

Как бы то ни было, интеграция с облаком практически всегда полезна, так как предоставляет возможность быстро и без серьезных финансовых затрат подключить дополнительное хранилище данных.

NVR ПОД НАГРУЗКОЙ

По некоторым оценкам, видеоданные составляют около половины всех данных Интернета вещей. С распространением камер видеонаблюдения, оснащенных поддержкой стандартов сверхвысокой четкости 4К, потребность в необходимой для их записи емкости хранения увеличится в несколько раз, даже несмотря на применение более эффективных алгоритмов кодирования, таких как H.265. В критичных системах для хранения возрастающих потоков видео целесообразно применять специализированные решения — в частности, сетевые видеорекордеры NVR, рассчитанные на подобную нагрузку. Некоторые советы по повышению эффективности записи информации с камер даны во врезке «Рекомендации по организации записи видеонаблюдения».

Дмитрий Ганьжа, главный редактор «Журнала сетевых решений/LAN»