Transmisja wideo w sieciach bezprzewodowych

Obserwujemy wyraźny wzrost zainteresowania aplikacjami transmisji obrazu w sieciach pakietowych. W wielu przypadkach chodzi o monitorowanie krytycznych rejonów miejskich, ruchu ulicznego czy obsługę imprez masowych. Transmisja wideo przez IP nie tylko redukuje koszty i złożoność rozwiązania, lecz także umożliwia urządzeniom, takim jak komputery przenośne, PDA czy telefony komórkowe, dostęp do nowej formy przekazu informacji.

Obserwujemy wyraźny wzrost zainteresowania aplikacjami transmisji obrazu w sieciach pakietowych. W wielu przypadkach chodzi o monitorowanie krytycznych rejonów miejskich, ruchu ulicznego czy obsługę imprez masowych. Transmisja wideo przez IP nie tylko redukuje koszty i złożoność rozwiązania, lecz także umożliwia urządzeniom, takim jak komputery przenośne, PDA czy telefony komórkowe, dostęp do nowej formy przekazu informacji.

Porównanie metod kompresji

Porównanie metod kompresji

Nowa generacja bezprzewodowych kamer IP pozwala na łatwiejsze i tańsze wdrożenia aplikacji wideo. Prostota instalacji i stosunkowo niewielki koszt rozwiązań bezprzewodowych czynią bezprzewodową transmisję IP głównym elementem systemów monitorowania i nadzoru. Instalacja jest mniej kosztowna, ponieważ bezprzewodowa opcja nie wymaga okablowania przebiegającego przez budynki, mury czy drogi. Sama kamera może zostać łatwo ukryta, ponieważ nie prowadzą do niej żadne kable. Przy wykorzystaniu sieci IP możliwe jest wirtualne monitorowanie obiektów z dowolnej lokalizacji za pomocą internetu.

Co zamierzamy transmitować?

Cyfrowy obraz jest najczęściej kompresowany - w celu przyspieszenia transmisji oraz zmniejszenia zapotrzebowania na pojemność pamięci masowych. Spośród wielu różnych typów kamer IP dostępnych na rynku, większość obsługuje jedną lub kilka z następujących metod kompresji:

  • Motion JPEG - standard polecany do przekazywania obrazów IP, pokazywanych z prędkością powyżej 30 klatek na sekundę. Pozwala uzyskać wysokiej jakości wideo, ale duże rozmiary poszczególnych obrazków stawiają wysokie wymagania dla jakości transmisji i przepustowości sieci.
  • JPEG2000 - optymalizowany dla obrazów o niskiej szczegółowości danych. Wykazuje stosunkowo małe zapotrzebowanie na przepustowość po stronie medium transmisyjnego. Oferuje wysoką wartość parametru FPS (liczbę klatek na sekundę), ale charakteryzuje się niską jakością obrazu. Technika jest popularna dla konferencyjnych aplikacji wideo.
  • MPEG-1 - standard wideo, który typowo dostarcza 25-30 klatek na sekundę. Istnie-je wiele odmian tego standardu. Dzięki wykorzystaniu MPEG-1 otrzymujemy niską rozdzielczość obrazu, przy znacznej oszczędności medium transmisyjnego.
  • MPEG-2 - oferuje wysoką rozdzielczość obrazu i taką samą liczbę klatek na sekundę, co MPEG-1.
  • MPEG-4 - standard wideo oferujący wysokiej jakości obraz wideo w dobrej rozdzielczości, przy ograniczonym zapotrzebowaniu na przepustowość. Idealny na potrzeby aplikacji wykorzystujących niską przepustowość, np. telefonów mobilnych.

W przypadku monitorowania IP, wybór metody kompresji poprzedzony będzie rozważeniem wartości parametru FPS, rozdzielczości oraz jakości obrazu. Parametrem krytycznym z pewnością okaże się dostępna przepustowość łączy.

Odpowiednia jakość obrazu jest niezwykle ważna w aplikacjach bezpieczeństwa, ale wymaga także odpowiedniej przepustowości , co z reguły wpływa na koszty urządzeń. Wybór odpowiedniej techniki kompresji to kompromis pomiędzy liczbą klatek, jakością obrazu a zapotrzebowaniem na pasmo. Sieci bezprzewodowe mogą spełniać wszystkie założenia transmisji wideo. Parametry transmisji oraz kompresja wybrana przez użytkownika będą dyktowały jakość transmitowanego obrazu. Liczba klatek na sekundę w sieci bezprzewodowej także będzie zależna od wybranego typu kompresji.

Przedstawione priorytety i wymagania pozostawiają na placu walki dwa formaty: Motion JPEG oraz MPEG.

Zalety Motion JPEG to duża liczba transmitowanych ramek oraz bardzo wysoka jakość obrazu. Format wspierany jest przez wszystkie przeglądarki sieciowe, umożliwia wysoką skalowalność FPS, zapewniając niskie opóźnienia. Wadą Motion JPEG jest głównie konsumpcja dużej ilości pasma, szczególnie przy gwarantowaniu wysokiej wartości parametru FPS. MPEG charakteryzuje niższe zapotrzebowanie na przepustowość, nawet przy dużej liczbie klatek (powyżej 10 FPS). Wadami MPEG są specyficzna metoda kompresji, wysokie opóźnienia, konsumpcja znacznej ilości zasobów do dekompresji obrazu.

W systemach monitorowania opartych na MPEG, oglądanie strumienia wideo wymaga odpowiednich zasobów. Dla użytkowników, którzy zamierzają oglądać obraz wideo w czasie rzeczywistym, opóźnienia (wynikające z czasu kompresji) stają się istotnym czynnikiem. Opóźnienia wzrastają z kompleksowością techniki kompresji i mogą wynosić nawet sekundę. Aplikacje takie jak monitoring na żywo, zbliżenia kamer, będą wymagały tak niskich opóźnień jak to tylko możliwe, więc MPEG nie zawsze będzie tu dobrym wyborem. W celu zachowania znakomitej jakości obrazu, liczba klatek nie powinna być redukowana.

Bezprzewodowa transmisja obrazunie akceptuje niskiej wydajności

Użytkownicy oczekują wysokiej jakości sygnału wideo. Obsługa takiej transmisji jest wyzwaniem dla administratorów oraz usługodawców, nawet w przewodowym środowisku. Transmisja wideo wykazuje wysokie zapotrzebowanie na przepływność, ale jest także bardzo wrażliwa na opóźnienia i zmienność opóźnień w sieci. Nie wszystkie aplikacje wideo wymagają takiego samego poziomu jakości. Administratorzy muszą mieć możliwość zarządzania jakością pakietów (Quality of Service) w celu zróżnicowanej obsługi różnych strumieni wideo. Aplikacje wideo wspomagające wykrywanie zagrożeń powinny mieć większy priorytet w sieci. Dostarczenie nieprzerwanej usługi jest głównym zadaniem aplikacji, które musi zostać doprecyzowane na etapie projektowania sieci.

Nowoczesna sieć transmisji wideo powinna charakteryzować się niskimi opóźnieniami i wysoką prędkością transmisji danych. Duże obrazy wymagają dużej przepustowości. Możliwość przesłania obrazu z kilku kamer przez łącze bezprzewodowe oraz wielu kamer przez jedną stację bazową jest ważnym atrybutem szybkiej sieci transmisji bezprzewodowej. Bezprzewodowe sieci powinny mieć minimalną zmienność parametrów sygnału, co w rezultacie przełoży się na lepszą dostępność i wyższą jakość obrazu.

Bezprzewodowe i przewodowe kamery IP konwertują obraz wideo w strumienie danych i wysyłają je przez sieć. Siecią mogą być przewodowy Ethernet, bezprzewodowe standardy 802.11 WLAN/ 802.16 WiMAX, czy dowolna inna sieć przenosząca pakiety IP. Jednym z kluczowych rozważań dotyczących kamer IP jest omawiany już stopień kompresji danych przed wysyłką oraz liczba na sekundę (FPS) wysyłanych przez kamerę. Jako punkt odniesienia możemy przyjąć telewizję analogową o 24, 25 lub 30 FPS, zależnie od kraju. Do realizacji zadań monitoringu wideo wystarczy od 10 do 15 FPS.

Jaką przepustowość powinna mieć sieć przeznaczona do mo-nitorowania IP? transmitująca maksymalnie 30 ramek na sekundę może zajmować przepustowość na poziomie 2 - 5 Mb/s.

Wideo bez kabli

Instalacje cyfrowego wideo rosną w szybkim tempie. Najszybciej nową technologię adaptuje sektor publiczny. Tanie kamery, kosztowne pamięci masowe, łącza szerokopasmowe, dedykowane połączenia bezprzewodowe - wiele dostępnych technologii jest łączonych w celu stworzenia kompletnej instalacji nadzoru. Transmisja wideo jest aplikacją wymagającą dużej przepustowości i nie znosi na tym etapie kompromisu. Kamery oparte na protokole IP mogą zostać uruchomione na dowolnym typie połączenia, toteż bezprzewodowość staje się mocną alternatywą dla kablowej opcji instalacji środowiska monitorowania wideo w czasie rzeczywistym.