Μετάδοση video υψηλής ανάλυσης σε δίκτυα χαμηλού bandwidth

Καθώς η ανάλυση των IP καμερών αυξάνεται και οι χρήστες επιζητούν περισσότερη καθαρότητα στις εικόνες, η χωρητικότητα των δικτύων αποκτά όλο και μεγαλύτερη σημασία. Σήμερα οι κάμερες πολύ υψηλής ανάλυσης (τεχνολογίας HD) παράγουν περισσότερο όγκο δεδομένων από εκείνον που μπορούν να διαχειριστούν τα δίκτυα ευρείας περιοχής (Wide Area Network-WAN). Ενώ σε τοπικές εφαρμογές τα δίκτυα LAN (Local Area Network) τα οποία χρησιμοποιούνται σε μεμονωμένα κτίρια είναι σε θέση να μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες δεδομένων, προκύπτει ένα θέμα όταν αυτά τα δεδομένα θα πρέπει να μεταφερθούν σε άλλο γεωγραφικό σημείο μέσω των δικτυακών διαύλων, δηλαδή όταν θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν τα δίκτυα της κατηγορίας WAN.
Η προφανής λύση για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος – θα πει κάποιος – είναι η αύξηση της χωρητικότητας των δικτύων WAN. Επειδή όμως τεχνολογικά αλλά και οικονομικά αυτή η πρόταση δεν είναι πάντα εφικτή, αυτό που οφείλει κάποιος να εξετάσει σε πρώτη φάση είναι αν γίνεται σωστή διαχείριση του υφιστάμενου bandwidth και ποιοι είναι οι τρόποι για τη βελτιστοποίηση της διαχείρισής του.
Πέντε είναι τα βασικά σημεία τα οποία βοηθούν στην αποσυμφόρηση των δικτύων μετάδοσης (ελαχιστοποίηση των bottlenecks). Μια γρήγορη παρένθεση για την ερμηνεία του όρου bottleneck, για όσους δεν είναι εξοικειωμένοι με τις έννοιες της πληροφορικής, είναι ότι πρόκειται για τα σημεία εκείνα στο δίκτυο στα οποία εντοπίζεται συμφόρηση της μετάδοσης δεδομένων. Αυτό υπονοεί και η ακριβής μετάφραση του όρου, καθώς αναφέρεται στο λαιμό του μπουκαλιού, στον οποίο λόγω στένωσης παρεμποδίζεται η ροή του υγρού. Επανερχόμενοι στα 5 βασικά σημεία που κάποιος θα πρέπει να εστιάσει ώστε να αποφύγει καταστάσεις συμφόρησης στη μετάδοση των δεδομένων, είναι τα ακόλουθα:

• Ο λόγος συμπίεσης του βίντεο
• Η καθυστέρηση στη μετάδοση των δεδομένων (latency)
• Το φιλτράρισμα στα δεδομένα που στέλνονται
• Τα σημεία αποθήκευσης του συστήματος
• . Η διαχείριση της ζήτησης

Συμπίεση βίντεο
Στην αγορά υπάρχει μια σημαντική παρεξήγηση σχετικά με τις προτεινόμενες τεχνολογίες συμπίεσης. Η χρήση του προτύπου Η.264 ήταν για πολλούς η απάντηση σε όλα τα προβλήματα που σχετίζονταν με τη σμίκρυνση του μεγέθους των αρχείων. Εντούτοις όμως δεν είναι ακριβώς έτσι η κατάσταση. Με τον όρο H.264 περιγράφεται γενικά ο τρόπος συμπίεσης των αρχείων και η μέθοδος αποκωδικοποίησης των συμπιεσμένων αρχείων. Δεν προδιαγράφεται όμως αυστηρά το μέγεθος της συμπίεσης που επιτυγχάνεται, καθώς αυτή εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον κάθε κατασκευαστή ξεχωριστά. Όπως, είναι προφανές λοιπόν, μπορεί να υπάρχουν σημαντικές αποκλίσεις. Η διαφορά ανάμεσα σε ένα μεγάλο βαθμό συμπίεσης και σε ένα μικρό, μπορεί να είναι πολύ σημαντική ακόμα και αν χρησιμοποιείται η ίδια τεχνολογία Η.264.
Οπότε, πριν από κάθε επιλογή καμερών θα πρέπει να γίνεται μια ενδελεχής έρευνα η οποία να εστιάζει και στα θέματα του βαθμού συμπίεσης που η κάθε εταιρεία προσφέρει. Πρακτικά, ένας πολύ μεγάλος βαθμός μπορεί να απαιτεί το μισό bandwidth από ένα σχετικά καλό βαθμό συμπίεσης, ενώ μια χαμηλή συμπίεση, ουσιαστικά δεν προσφέρει τίποτα. Στην προσπάθεια για μείωση του συνολικού bandwidth (τοπικού και απομακρυσμένου) ένας ικανοποιητικός βαθμός συμπίεσης θα φανεί πολύ χρήσιμος, καθώς επιτρέπει τη διπλή μετάδοση αρχείων (dual stream). Τοπικά, θα στέλνονται τα αρχεία μεγάλου framerate καθώς εκεί το bandwidth επαρκεί και απομακρυσμένα θα στέλνονται αρχεία μικρότερου μεγέθους, με λιγότερες απαιτήσεις στη χωρητικότητα του δικτύου.

Καθυστέρηση
Η καθυστέρηση στη μετάδοση των αρχείων – ή latency όπως συνήθως αποκαλείται – αποτελεί άλλο ένα αντικείμενο συζήτησης. Στην περίπτωση όπου εξετάζεται ένα αρχείο σε μαγνητοσκοπημένη μετάδοση, είναι προφανές ότι δεν υπάρχει πρόβλημα αν υπάρχει μια μικρή καθυστέρηση στη μετάδοση της εικόνας. Το πρόβλημα όμως εμφανίζεται όταν αναφερόμαστε σε ζωντανές μεταδόσεις εικόνας, όπου ο χρήστης θα πρέπει να μπορεί να δει τι διαδραματίζεται στη σκηνή, χωρίς χρονική υστέρηση. Το πρόβλημα διογκώνεται ακόμα περισσότερο στην περίπτωση όπου υπάρχει διπλή καθυστέρηση, δηλαδή από την εικόνα στη θέση του χειριστή και από το χειριστή πίσω στον έλεγχο της κάμερας PTZ. Εκεί δεν θα υπάρχει καμία πιθανότητα για το χρήστη να μπορεί να ακολουθήσει τα διαδραματιζόμενα στη σκηνή. Η καθυστέρηση στη μετάδοση των IP βίντεο αποτελεί έναν από τους λόγους για τον οποίο τα αναλογικά συστήματα έχουν ακόμα τόσο σημαντικό μερίδιο. Εδώ υπεισέρχεται ο παράγοντας του σωστού σχεδιασμού, ο οποίος μπορεί να μειώσει στο ελάχιστο την παράμετρο της καθυστέρησης στα δικτυακά συστήματα, αρκεί φυσικά να υλοποιηθεί σωστά.

Φιλτράρισμα στην αποστολή δεδομένων
Ένας βασικός κανόνας που θα πρέπει να τηρείται είναι να στέλνονται μέσω δικτύου μόνο εκείνα τα αρχεία που είναι απαραίτητη η αποστολή τους. Πρέπει να αποφεύγεται η υπερφόρτωση του δικτύου με περιττά δεδομένα. Ένα καλό σύστημα διαχείρισης (video management) θα απενεργοποιήσει αυτόματα τη μετάδοση των δεδομένων, όταν δεν διαδραματίζεται τίποτα στο χώρο. Φυσικά, θα πρέπει αστραπιαία να συμβαίνει και το αντίθετο – όταν ξεκινά η δράση θα πρέπει αμέσως να ξεκινά η μετάδοση των εικόνων που καταγράφονται.
Σημαντική σε αυτό το θέμα είναι και η συνεισφορά της τεχνολογίας video analytics, η οποία μπορεί να προχωρήσει ακόμα περισσότερο την παραπάνω δυνατότητα. Με τη χρήση αυτής της τεχνολογίας μπορεί να αποφεύγεται η μετάδοση δεδομένων ακόμα και όταν υπάρχει κίνηση, αλλά η κίνηση αυτή είναι φυσιολογική και δεν εγκυμονεί κινδύνους. Ενώ το σύστημα video analytics θα μπορεί να αντιλαμβάνεται ότι κάτι δεν είναι φυσιολογικό, π.χ. μια κίνηση ενός ανθρώπου στην αντίθετη ροή του πλήθους και τότε να ξεκινά τη μετάδοση των δεδομένων.

Σημεία αποθήκευσης
Προκειμένου να αποφεύγεται η αποστολή των δεδομένων προς ένα κεντρικό σημείο ελέγχου στο οποίο να αποθηκεύονται όλα τα αρχεία, συνιστάται και η χρήση ενδιάμεσων τοπικών δικτυακών καταγραφικών (NVR-Network Video Recorders). Τα NVR μπορούν να τοποθετούνται εγγύτερα στις κάμερες και να συλλέγουν εικόνες από μια ομάδα καμερών μέσω ενός τοπικού δικτύου LAN, το οποίο και διαθέτει μεγαλύτερη ικανότητα μετάδοσης δεδομένων. Στο κεντρικό σημείο αποθήκευσης, το οποίο μπορεί να βρίσκεται σε άλλο χώρο, θα μεταφέρονται μόνο τα σημαντικά αρχεία μέσω ενός δικτύου WAN. Οπότε, μια "αποκεντρικοποιημένη" αρχιτεκτονική στην υλοποίηση ενός IP δικτύου θα βοηθήσει ώστε να μεταφέρονται σε κεντρικό επίπεδο μόνα εκείνα τα δεδομένα που είναι κρίσιμα. ¶λλωστε, ένα τεράστιο ποσοστό των πληροφοριών που καταγράφονται από τις κάμερες, δεν πρόκειται να χρησιμεύσει πουθενά, οπότε είναι άσκοπο να καταναλώνονται πόροι για τη μεταφορά του σε ένα κεντρικό σημείο αποθήκευσης.

H διαχείριση της ζήτησης
Αποτελεί πραγματικά τη μεγαλύτερη πρόκληση το ερώτημα ΄΄ποιος είναι ο σωστός και αποδοτικότερος τρόπος διαχείρισης της ζήτησης στη μετάδοση των βίντεο΄΄. Από εκεί όμως ξεκινούν όλα και εκεί καταλήγουν. Το πλέον εξελιγμένο σύστημα να διαθέτει ένας χρήστης, αν δεν μπορεί να το χειριστεί με τον ανάλογο τρόπο, θα βρεθεί πάλι απέναντι σε αδιέξοδο όσον αφορά στη δυναμικότητα του δικτύου του. Οι χειριστές του συστήματος οφείλουν να αντιληφθούν ακριβώς ότι τα δίκτυα είτε LAN είτε WAN (εδώ ακόμα περισσότερο) διαθέτουν μια πεπερασμένη δυναμικότητα. Πολλές φορές θεωρούμε ότι η τεχνολογία μας προσφέρει άπλετους πόρους και τους χρησιμοποιούμε άκριτα, χωρίς μέτρο. Θα πρέπει να υπάρξει λοιπόν η ανάλογη εκπαίδευση, που θα οδηγήσει τους χειριστές να συνειδητοποιήσουν ότι θα πρέπει με τη βοήθεια του συστήματος video management να χειρίζονται τον όγκο των πληροφοριών έξυπνα και να αποφεύγουν την περιττή υπερφόρτωση του συστήματος.

Πριν προχωρήσει κάποιος στην αναβάθμιση του δικτύου – θεωρώντας ότι αυτό πλέον δεν επαρκεί – οφείλει ακριβώς να αξιολογήσει πώς αυτό χρησιμοποιείται και αν υπάρχει δυνατότητα εξοικονόμησης πόρων με τη μείωση των πληροφοριών που διακινούνται. Όταν αποφασιστεί η αναβάθμιση ενός συστήματος ή η εγκατάσταση ενός καινούριου, θα πρέπει να γίνει ένας προσεκτικός σχεδιασμός, στον οποίο να ληφθούν υπόψη όλες οι παράμετροι που αναφέρθηκαν παραπάνω, προκειμένου να αποφευχθούν – όσο τουλάχιστον αυτό είναι δυνατόν – τα φαινόμενα συμφόρησης του δικτύου.

Του ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ ΛΥΜΠΕΡΟΠΟΥΛΟΥ