Цифровое видеонаблюдение.Расширение возможностей с помощью шины PCI-X

1. Выбор материнской платы
2. Конфигурация компьютеров
3. Тестовая программа
4. Тестирование
5. Итоги
6. Вместо послесловия

Большое предприятие сейчас редко обходится без CCTV (Closed-Circuit TeleVision - система замкнутого телевидения) — системы охранного видеонаблюдения, эта необходимость диктуется требованиями к безопасности. Понятное желание владеть обстановкой на предприятии сталкивается с рядом проблем, одна из которых — выбор адекватной системы видеонаблюдения.

Конечно, можно использовать обычные видеокамеры, которые 24 часа в сутки будут передавать картинку на экраны мониторов, а несколько видеомагнитофонов будут записывать всё происходящее на объекте. Только одной видеокассеты хватит максимум на шесть часов записи в режиме LP. И, если каналов записи несколько, то число видеокассет будет расти не по дням, а по часам. Еще стоит упомянуть о скорости доступа к записанной информации, о невозможности реализации мгновенной фотографии, увеличения интересующего фрагмента, настройки выполнения задания по наступлению события — список можно продолжать долго. В итоге руководитель сталкивается с тем, что аналоговая система видеонаблюдения не справляется с растущими требованиями к CCTV. В сложившейся ситуации оптимальным выходом является реализация цифровой CCTV.

Основа цифровой CCTV — сервер с большим объемом хранимой информации, с высокой отказоустойчивостью за счет использования RAID массива, высоким быстродействием и профессиональным программным обеспечением. Но даже самая мощная программа, обеспечивающая полный набор возможностей CCTV, может споткнуться именно из-за неумело подобранных комплектующих компьютера. Ведь необходима поддержка передачи видео в режиме реального времени — это 25 кадров в секунду и с разрешением кадра, достаточным для внятного восприятия изображения. Но простого отображения также недостаточно; необходимо производить запись изображения на жесткий диск компьютера, зачастую с ведением списка событий, детекцией движения и т.д. Здесь происходит оперирование большими объемами информации, и чем больше объект, тем выше требования к способности компьютера управлять этой информацией с максимальной производительностью.

Поэтому особое внимание при выборе «железа» для рабочей станции уделяется пропускной способности материнской платы и производительности процессора. И если с процессорами все более-менее ясно, то с возможностями шин все не так просто, как может показаться на первый взгляд. Сейчас наиболее скоростными на материнских платах являются шины PCI, PCI-E и PCI-X. А так как при изготовлении плат видеозахвата наиболее отработанными являются технологии для шин PCI и PCI-X, то возможности этих шин для построения CCTV очень заманчивы.

ВЫБОР МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ

Специалисты тестовой лаборатории НПК СоюзСпецАвтоматика провели несколько тестов, где исследовали производительность цифровой системы CCTV, используя сочетания PCI-X + PCI, либо PCI + PCI, при разных режимах цветности, размерах кадра и записи.

Главная цель тестирования — выяснить, какие преимущества даёт применение технологии разбиения потоков с плат видеозахвата по разным шинам, и какой процессор нужен для обработки этих потоков.

В качестве платформы для тестовой конфигурации была выбрана материнская плата SuperMicro PDSGE. Выбор именно этой платы был обусловлен тем, что она поддерживает установку процессора Pentium 4, а также двуядерных процессоров Pentium D и имеет более одной шины PCI. Такой набор на материнских платах встречается не очень часто.

Другие платы в таком сочетании рассчитаны на установку процессоров Intel Xeon, что делает систему в целом очень дорогой.

Плата SuperMicro PDSGE, использованная в тесте, содержит на шине PCI три порта, и на шине PCI-X — два порта.

Также в тестах использовались высокопроизводительные платы видеозахвата для профессиональных систем видеонаблюдения — P8_2 PCI и P8_2 PCI — X.

КОНФИГУРАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

Итак, тестовая конфигурация первого компьютера (PC 1):

• Материнская плата: SuperMicro PDSGE.
• Процессор: Intel Pentium D 830.
• Оперативная память: Samsung 2 x 256 Мб DDR2, 667 MHz.
• Жесткий диск: Seagate Barracuda 2 x 200 Гб, 7200 об/мин, SATA-II.
• Видеокарта: ASUS EAX X 300SE T PCI-E.
• Плата видеозахвата: 2 x P8_2 PCI.

Тестовая конфигурация второго компьютера (PC 2):

• Материнская плата: SuperMicro PDSGE.
• Процессор: Intel Pentium D 830.
• Оперативная память: Samsung 2 x 256 Мб DDR2, 667 MHz.
• Жесткий диск: Seagate Barracuda 2 x 200 Гб, 7200 об/мин, SATA-II.
• Видеокарта: ASUS EAX X 300SE T PCI-E.
• Платы видеозахвата: P8_2 PCI и P8_2 PCI-X.

ТЕСТОВАЯ ПРОГРАММА

Для тестирования применялась программа «КОДОС-ВИДЕОСЕТЬ 4.7», которую можно использовать для проверки возможностей компьютерных систем в такой конфигурации.

Программа «КОДОС-ВИДЕОСЕТЬ 4.7» — полноценная программа для профессионального использования в охранном видеонаблюдении с широкими возможностями настройки и работы, высокой устойчивостью в эксплуатации. Тестирование производилось в трех режимах захвата видеопотока. В первом размер кадра был 384х288 точек, во втором — 768х288 точек, третий режим был самым тяжелым — 768х576 точек c включенным режимом «Deinterlace». Данный режим предназначен для сглаживания так называемой «гребенки», возникающей на границах изображения движущегося объекта. Возникновение такой гребенки характерно именно при высоких разрешениях и связано с чересстрочной развёрткой, применяемой в подавляющем большинстве современных аналоговых камер.

Также рассматривались разные цветовые режимы изображения — полноцветный RGB (24 бит на пиксель), сжатый цветной YUV 4:2:2 (16 бит на пиксель) и черно-белый Y8 (8 бит на пиксель).

Для выявления производительности системы в целом, производился анализ работы системы при включенном и выключенном режиме записи.

Для снижения нагрузки на процессор, в программе «КОДОС-ВИДЕОСЕТЬ» был выключен «Адаптивный алгоритм», это увеличивает размер сжатого кадра на 5-15%, но зато даёт выигрыш в скорости на те же 5-15%.

Адаптивный режим отключается в панели «Настройки» («Операции», «Настройки», либо клавишами Ctrl+A). В дереве «Конфигурация» выбирается ветвь «Архив», в правой части убирается флажок «Адаптивный алгоритм». Остальные настройки были оставлены по умолчанию, как оптимальные.

ТЕСТИРОВАНИЕ

Размер кадра — 384х288. Запись выключена.

Использование шин PCI+PCI-X на втором компьютере дает двукратный прирост скорости в режиме RGB, а это 20 кадров в секунду на канал в среднем, против 10 кадров на канал при использовании только шины PCI на первом компьютере. В режиме YUV передача видео при использовании шин PCI+PCI-X на втором компьютере выходит на 25 кадров в секунду на всех каналах, при использовании только шины PCI на первом компьютере — всего 16-17 кадров в секунду на канал.

При черно-белом режиме пропускной способности одной шины PCI достаточно для реализации 25 кадров в секунду на всех каналах.

Запись включена.

Оба компьютера выдают 25 кадров в секунду только в черно-белом режиме. В режиме YUV второй компьютер (шина PCI+PCI-X) выдаёт всего 15 кадров в секунду на канал.

В режиме RGB у второго компьютера (шина PCI+PCI-X) производительность составила 12 каналов в секунду на канал, и около 10 — у первого (шина PCI). Включение записи нагружает процессор, ему приходится обрабатывать не только информацию с двух шин, но и процесс записи.

Размер кадра — 768х288. Запись выключена.

Здесь получен двукратный прирост в режиме RGB, в среднем девять кадров в секунду на канал у второго компьютера (PCI+PCI-X), против четырех-пяти у первого (PCI).

В режиме YUV прирост более существенный. Если первый компьютер (PCI) выдавал в среднем шесть кадров в секунду, то второй (PCI+PCI-X) добился устойчивых 13-14 кадров в секунду на канал.

В черно-белом режиме первый компьютер (PCI) уже не справлялся с таким разрешением и выдал всего 15 кадров в секунду. Второй компьютер (PCI+PCI-X) уверенно держал полнопотоковое видео на всех каналах.

Запись включена.

Производительность уменьшилась незначительно по сравнению с режимом без записи, и только на втором компьютере (PCI+PCI-X) — до шести кадров в режиме RGB и до 12 в режиме YUV.

Включение записи нагружает процессор, ему приходится обрабатывать не только информацию с двух шин, но и процесс записи, как и в случае с размером кадра 384х288.

Размер кадра — 768х576, deinterlace. Запись выключена.

Итак, первый компьютер (PCI) выдает три кадра в секунду на канал при цветности RGB, второй (PCI+PCI-X) — шесть с половиной. В режиме YUV первый компьютер (PCI) выдает пять-шесть кадров в секунду на канал, второй (PCI+PCI-X) — 11.

В черно-белом режиме 11 кадров в секунду на канал у первого компьютера (PCI) и 12 у второго (PCI+PCI-X).

Общее снижение количества кадров при этом режиме, по сравнению с вышеописанными, связано с тем, что процессор не справляется с обработкой такого большого потока.

Запись включена.

При включенном режиме записи производительность становится еще меньше в связи с увеличившейся нагрузкой на компьютер. На втором компьютере (PCI+PCI-X) преимущество в использовании шины PCI-X сведено на нет — процессор перегружен, производительность практически такая же, как у первого компьютера (PCI).

ИТОГИ ТЕСТОВ

Данные по результатам тестирования:

На основании проведенного тестирования и полученных результатов можно сделать следующие выводы.

Применение шин PCI-X + PCI удваивает производительность системы практически на всех режимах, вплоть до режима «Размер видеоокна — 768х576, deinterlace. Запись выключена». Поэтому можно получить существенный прирост FPS не за счет покупки нового, более дорогого оборудования, а только за счет разумного использования имеющихся ресурсов.

При самом тяжелом режиме — «Размер видеоокна — 768х576, deinterlace. Запись включена» наблюдается снижение производительности второго тестового компьютера с использованием PCI и PCI-X, по сравнению с режимом без записи. Это обусловлено нагрузкой на процессор, который не успевает обрабатывать высокий поток и производить запись. Однако следует учитывать, что тестирование производилось при 16 канальном видеопотоке, режим записи был включен постоянно, а это большая нагрузка. При меньшем числе каналов и включении режима записи по детектору движения такой конфигурации вполне хватит для реализации CCTV среднего уровня. Ситуация, когда движение есть на всех камерах и со всех камер необходима запись, встречается достаточно редко. Вдобавок, для CCTV редко необходимы 25 кадров в секунду, поэтому при снижении числа кадров в секунду до трех-четырех, нагрузка на систему также снизится. Такое число кадров является достаточным для большинства CCTV. Практика показывает, что при просмотре архивных записей скорость в восемь кадров в секунду воспринимается практически как полнопотоковое видео, для анализа ситуаций вполне достаточно четырех кадров в секунду.

В результате тестов было получено, что производительность системы CCTV - это грамотно установленный баланс между возможностями шин PCI и PCI-X и мощным процессором. При большом потоке пропускной способности шины PCI не хватает и, несмотря на то, что процессор загружен не полностью — FPS мал.

Пропускная способность шин PCI и PCI-X достаточна для больших потоков, но уже не справляется процессор, и, как итог, — невысокий FPS.

В дальнейшем, для увеличения производительности на самом тяжелом режиме, с постоянной записью на всех каналах следует подбирать более мощный процессор, например, Core 2 Duo. Этот процессор позволяет увеличить производительность системы и задействовать все возможности шин PCI и PCI-X.

Обычно для решения подобных задач используют двухпроцессорные серверы с процессорами Intel Xeon. Результаты теста показывают, что при правильном подборе комплектующих можно построить хорошую систему видеонаблюдения со значительно меньшими затратами.

ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ

Специалисты тестовой лаборатории НПК СоюзСпецАвтоматика, не удовлетворившись полученными результатами, решили выжать максимум из имеющейся конфигурации.

И раз шины уже не отвлекали специалистов, то взгляд закономерно упал на потенциального виновника снижения производительности в тяжелых режимах — процессор. Если процессор не успевает обрабатывать информацию, значит, надо ему помочь. Процессор Intel Pentium D 830, использовавшийся в тестах, был подвергнут разгону.

В этих целях была увеличена частота материнской платы с заводских 3.0 ГГц до лабораторных 3.2 ГГц. После непродолжительной работы чипсет материнской платы стал угрожающе перегреваться, и разгон пришлось прекратить. Дело в том, что в угоду бесшумности на данной плате стояла пассивная система охлаждения, которая, по всей видимости, не рассчитана даже на небольшой разгон. Конечно, попытка разгона на этом не закончена, более того, сейчас идет тестирование системы именно с разогнанным процессором. Но об этом — в следующей статье.

Кстати, любой желающий может провести подобные тесты у себя дома, на своем компьютере, имея всего одну или две камеры и используя программу «КОДОС-ВИДЕО» (размер инсталлятора — 24,7 МБ). Эта полнофункциональная свободно распространяемая программа для CCTV работает без защиты от копирования, и отличается от «КОДОС-ВИДЕОСЕТЬ 4.7» тем, что в состоянии обслужить максимум две камеры, вдобавок сетевые возможности в данной программе отключены.

 [Все статьи в разделе «Цифровое Видео»]