Видеонаблюдение 4K

Постоянный рост качества изображения, в видеонаблюдении является устоявшимся трендом, хоть и нельзя сказать, что с появлением более высокого разрешения все моментально на него переходят. Видеонаблюдение 4K UHD: хайп или новый золотой стандарт в видеонаблюдении?

Однако 2025 год, похоже, станет переломным моментом, который сделает 4К новым золотым стандартом в видеонаблюдении. Вместо людей все чаще видеоизображения анализируют алгоритмы, что уменьшает количество ошибок и ускоряет принятие решений. Кроме того, камеры с более высоким разрешением могут охватывать большие площади, повышая эффективность. Благодаря достижениям в области искусственного интеллекта и распознавания объектов лучшее качество изображения обеспечивает более точное обнаружение и более подробные данные. Изображения теперь постоянно анализируются, что позволяет компаниям быстрее и точнее реагировать на инциденты. Это не только повышает безопасность, но и эффективность работы, например, на оживленных транспортных развязках или производственных линиях. Наконец, операторы получают мгновенные оповещения о соответствующих событиях, что позволяет им реагировать быстрее.

В течение последних нескольких лет видеонаблюдение 4K неоднократно называлось основным трендом в сфере видеонаблюдения, и с такой же регулярностью эти прогнозы не оправдывались. Тем не менее, не стоит заблуждаться, вопрос стоит не в том, перейдет ли рынок видеонаблюдения на камеры с разрешением 4K, вопрос только в том, когда это произойдет.

Многие компании уже активно используют возможности анализа видео, чтобы не просто фиксировать инциденты и угрозы безопасности, но и собирать показатели для принятия управленческих решений. Одной из основополагающих технологий в новой волне видеонаблюдения стал искусственный интеллект (ИИ). Машинное обучение помогает обрабатывать и систематизировать видеопотоки в режиме реального времени. С учетом возможностей и скорости развития ИИ, уже в ближайшие пару лет видеонаблюдение из консервативной и во многом пассивной системы превращается в мощнейший аналитический и управленческий инструмент. Благодаря активной интеграции с ИИ, предприятия смогут не только повысить безопасность, снизить количество персонала участвующего в обеспечении безопасности предприятия, но и вывести управление качеством, контроль рабочих процессов и эффективность взаимодействия с клиентами на принципиально новый уровень.

Однако, системы видеонаблюдения с разрешением 4K (Ultra HD, 8 МП) предъявляют высокие требования к оборудованию, кабельной инфраструктуре и программному обеспечению, поэтому важно не только заменить камеры с HD разрешением на камеры с разрешением 4K, нужно чтобы вся инфраструктура системы видеонаблюдения была готова к этому. При проектировании 4K-видеонаблюдения важно учитывать баланс всего необходимого для 4K-системы оборудования: нет смысла ставить 4K-камеры не обеспечив достаточную пропускной способности сети и не предусмотрев соответствующую систему хранения или просмотра видео. Все преимущества от 4K можно получить, используя только комплексный подход: камеры + инфраструктура + ПО + оборудование, оптимально подобранные под требования 4K-видеонаблюдения и под ваши цели.

4K-камеры отличаются ультравысоким разрешением 3840×2160 пикселей, что дает очень четкую картинку и позволяет фиксировать мельчайшие детали в кадре. При подборе конкретных моделей камер видеонаблюдения 4K необходимо учитывать ряд ключевых параметров, влияющих на качество изображения и не забывать про пригодность для условий объекта:

• Разрешение и размер матрицы. 4K-камеры имеют около 8 миллионов пикселей, именно это обеспечивает высокую детализацию. Однако чем выше разрешение, тем ниже чувствительность каждого пикселя, а значит и матрицы в целом, т.к. чем меньше размер пикселя, тем меньше на него будет попадать света. Поэтому при выборе камеры очень важно обратить внимание на физический размер матрицы. Чем больше размер матрицы, тем больше он собирает света, давая лучшее качество изображения, особенно это заметно в сложных условиях для съемки.
• Светосила объектива (апертура). Апертура (F-число) – относительное отверстие объектива, влияет на количество света, попадающего на матрицу. Меньше F число – больше света, хуже качество изображения. Например, объектив с F/1.2 пропустит больше света, чем F/2.0. Для вечерней или ночной съемки более светосильная оптика (F1.0–1.6) предпочтительна. В спецификациях чувствительности камеры обычно указывается, при каком F-числе проводилось измерение.
• Режим «день/ночь» и ИК-фильтр. Для круглосуточного наблюдения камера должна поддерживать режим Day/Night. Днём такая камера использует ИК-фильтр (режет инфракрасное излучение, чтобы оно не искажало цвета), а в темноте фильтр механически убирается (механизм ICR), делая сенсор чувствительным к ИК-спектру.
• WDR (широкий динамический диапазон). Эта функция позволяет камере справляться со встречным светом и сильными перепадами яркости в кадре. Камера с WDR склеивает несколько кадров с разной экспозицией и комбинирует их. На рисунке ниже, изображение без WDR (слева) и с WDR (справа), как говорится, почувствуйте разницу.

Форм-фактор и конструкция камеры

4K-камеры видеонаблюдения выпускаются во всех основных форм-факторах: купольные (dome), цилиндрические (bullet), поворотные PTZ, корпусные (box), многосенсорные панорамные камеры. Выбор зависит от места установки и целей, которые вы ставите перед видеокамерой

• Цилиндрические (bullet) камеры – в металлическом кожухе с козырьком – обычно легче обеспечить длиннофокусной оптикой​. Их часто ставят снаружи на стены, столбы, для обзора периметра, дорог, открытых пространств. Как правило, оснащаются более мощная ИК-подсветкой и лучшая теплоотдача (важно для 4K).
• Купольные (dome) и (EyeBall) – в полусферическом корпусе, компактны, хорошо подходят для помещений​. Устойчивы к ударам (вандалозащищенные купольные камеры имеют прочный прозрачный купол). Для 4K купольных камер важно высокое качество купола, чтобы не снижать четкость изображения.
• Поворотные PTZ (Pan-Tilt-Zoom) – управляемые камеры с 4K-сенсорами, обычно с мощным зумом от 20-ти до 40-ка крат. Они позволяют покрыть большую территорию одной камерой, активно поворачиваясь по команде оператора или по заранее запрограммированным пресетам. 4K PTZ полезны на стратегических объектах, городских площадях, парковках. Но они дорогие и не заменяют необходимости в статичных камерах, т.к. в каждый момент смотрят только в одну сторону, оставляя в этот момент противоположную сторону в слепой зоне.
• Box-камеры (корпусные) – камеры без объектива, требующие установки отдельной оптики. Обычно используются профессионалами для специфических задач. Можно поставить любые объективы (например, с сверхдлинным фокусом, или с особой диафрагмой). Корпусные камеры можно использовать с термокожухами на улице (для распознавания лиц на входах в здание или распознавания автомобильных номеров на въездах)​. Это нишевое решение, которое дает максимальную гибкость.
• Мультиматричные камеры – относительно новый тип камер: в одном корпусе 2, 3, 4 и более сенсоров. Например, панорамная камера с четырьмя матрицами 4K может давать обзор 360° высокой детализации. Такие устройства полезны для перекрытия крупных открытых пространств без “мертвых зон”. Они стоят дорого и нагружают сеть сразу несколькими потоками, но заменяют несколько отдельных камер.

Самое важное при выборе 4K камеры

Хорошая камера видеонаблюдения с разрешением 4K все еще достаточно дорогое удовольствие, поэтому особенно важно чтобы они служили долгие годы. А когда мы говорим про качество, надо понимать, что это не только про качество «железа». Качество «железа» от большинства ведущих производителей достаточно высокое, что положительно сказывается на сроке службы камеры. Однако реальная долгосрочная ценность камеры видеонаблюдения, заключается в поддержке обновления программного обеспечения камеры ( Firmware). Именно обновления встроенного программного обеспечения камеры обеспечивают кибербезопасность и гарантируют, что камеры будут оставаться актуальными и стабильно работать даже спустя годы после покупки.

Кабельная инфраструктура

Кабельные коммуникации являются «кровеносной системой» видеонаблюдения. От которой зависит, сможет ли 4K-видеопоток без потерь дойти от каждой камеры до устройства записи. Кроме этого кабельная инфраструктура это ~ 60% стоимости любой системы видеонаблюдения, так что это пожалуй, то к чему стоит отнестись с особым вниманием. Пропускная способность. Один поток 4K @ 25 к/с, H.265, при хорошем качестве может требовать от 8 до 20 Мбит/с пропускной способности (а в пике – все 35 Мбит/с). Несколько таких потоков могут легко забить 100-мегабитный канал. Поэтому для 4K-видеонаблюдения предпочтительнее использовать гигабитные Ethernet-сети, а на участке «коммутатор – сервер или видеорегистратор» гигабитные сети просто must have. При расчете пропускной способности важно учитывать, что даже если основные характеристики камер одинаковы, разные модели камер от разных производителей могут существенно различаться по потреблению полосы пропускания. Такие факторы, как сжатие и частота кадров, также оказывают большое влияние.

Организация кабельной инфраструктуры

Выбор кабельной инфраструктуры для видеонаблюдения зависит от условий монтажа и требований к защите кабеля. Кабель-каналы подходят для помещений, позволяя эстетично прокладывать кабель по стенам и потолкам.  Гибкий металлорукав обеспечивает защиту от механических повреждений и электромагнитных помех, удобен для сложных маршрутов прокладки. Пластиковые трубы экономичны, просты в монтаже и хороши для наружной установки без значительных нагрузок. Металлические трубы обеспечивают максимальную механическую защиту, пожаробезопасность и экранирование от помех, рекомендуются для промышленных и агрессивных сред.

Самое важное при выборе кабельной инфраструктуры

Для 4K-систем мы рекомендуем развертывать гигабитные сети на витой паре с питанием по PoE сегментами до 100 метров. На больших расстояниях – переходим на оптоволокно. Всегда планируйте с запасом пропускной способности: лучше проложить сразу Cat6A и иметь возможность 10-гигабитного аплинка при росте числа камер, чем потом менять кабели.

Устройства хранения видеоархива

Запись и последующее воспроизведение 4K‑видеоданных предъявляют особые требования к оборудованию хранения. Для плавного воспроизведения 4K‑видео требуются устройства с поддержкой современных кодеков (H.265/H.265+) и мощными процессорами или специализированными декодерами. Это касается как NVR, так и серверных решений. Существует несколько подходов к организации видеоархива. Основные варианты: локальный видеорегистратор, сервер (сетевое хранилище) или запись на карту памяти в камере. Каждый имеет свои плюсы и минусы:

• Для небольших систем (до 8–16 камер). Оптимален аппаратный видеорегистратор (NVR) – он недорог и прост, видеоархив при этом хранится локально. Очевидные плюсы - простота “из коробки”: достаточно подключить камеры – запись и управление через удобный интерфейс. Надежность за счет встроенной ОС, оптимизированная под запись. Относительно невысокая стоимость решения.
• Убедитесь, что модель NVR поддерживает разрешение 8 МП на канал и имеет достаточный суммарный входной поток (например, ~160 Мбит/с под 8–10 камер 4K).
• Для средних систем (16–64 камер). Можно использовать несколько NVR или более мощный NVR на 64 канала, либо уже рассмотреть серверное решение – особенно если нужны интеллектуальные функции.
• Крупные проекты. Однозначно требуют серверов / СХД – они гибче и в перспективе экономичнее, поскольку легче масштабируются (добавлением дисков, узлов).

Мониторы для 4K-видеонаблюдения

ИИ – не магия. Для обучения нейросетей использовались разные датасеты, и иногда в специфичных условиях возможны ошибки (например, манекен может быть принят за человека, тень – за оставленный объект). Поэтому критически важные системы все равно требуют человеческого контроля на подтверждающем этапе. Это я все к тому, что без профессионального монитора все равно пока не обойтись. Просмотр видео сверхвысокого разрешения требует соответствующих мониторов. Казалось бы, любой 4K-телевизор или монитор подойдет – но для профессиональных систем есть особые критерии выбора мониторов и дисплеев. Рассмотрим основные параметры:

• Разрешение и размер экрана. Чтобы раскрыть потенциал 4K-камер, монитор оператора должен иметь разрешение 3840×2160 (UHD). Диагональ подбирается исходя из рабочих мест: для одного оператора за столом обычно комфортны 27–32 дюйма (на 27 дюймов UHD плотность пикселей очень высокая, мелкий интерфейс – убедитесь, что ПО масштабируется, либо берите 32 дюйма). Для видеостен и постов охраны, где экран находится дальше от глаз, берут большие панели 43–55–65 дюймов.
• Тип матрицы и качество изображения. Профессиональные охранные мониторы обычно используют LCD IPS-панели с LED-подсветкой. IPS дает широкие углы обзора (178°) – важно, если несколько операторов смотрят или монитор на стене. Контрастность типично 1000:1 (у некоторых VA-панелей – до 3000:1). Яркость – 300–400 кд/м² достаточно для помещений. Для ярких диспетчерских с оконным светом могут потребоваться модели 500 кд/м².
• Также важно время отклика, 5–8 мс будет достаточно, чтобы смазывания не было заметно. Частота обновления 60 Гц является стандартом; более высокие (120 Гц +) встречаются редко и актуальны разве что для специальных задач (например, обзор очень быстрого движения – но скорее это прерогатива спортивных камер, не охранных).
• Некоторые мониторы поддерживают HDR – широкий динамический диапазон – однако в системах безопасности это не критично, т.к. сама камера чаще всего выдает SDR-видео (WDR в камере уже “сжат” к стандартному диапазону).
• Тем не менее, глубина цвета может иметь значение при детальном анализе видео. Есть линейки мониторов, которые отображают 1.07 млрд. цветов (10-bit LUT), что может немного улучшить различимость нюансов в изображении, хотя большинству хватит 16,7 млн. (8-bit).
• Разъемы и совместимость. 4K @ 60Hz требует HDMI 2.0 или DisplayPort 1.2 интерфейса (DP предпочтительнее для ПК, HDMI – для подключений к видеорегистраторам и видеосерверу). Профессиональные мониторы часто имеют BNC-входы для прямого подключения аналоговых камер или выхода DVR – это удобно при переходе от старых систем, но уже не обязательно. Обратите внимание на наличие нескольких входов (если нужно переключаться между источниками или выводить несколько NVR).
• Некоторые специализированные модели поддерживают сквозной выход (loop out) – т.е. один вход HDMI и дублирование его на выход, для каскадирования дисплеев. Это может пригодиться для видеостен. Также не лишними будут встроенные динамики (для прослушивания звука с камер) – обычно 2×2–5 Вт, этого достаточно для голоса.
• Надежность и 24/7 режим. Мониторы, предназначенные для видеонаблюдения, рассчитаны на круглосуточную работу. Производители указывают “панельный ресурс” в часах, например 30 000 ч, что эквивалент ~3.5 лет непрерывной работы. Следует выбирать устройства именно коммерческого/промышленного класса, т.к. бытовые телевизоры или офисные мониторы могут выгореть или выйти из строя при постоянной нагрузке. Кроме того, у проф. моделей лучше защита от “выпадения” сигнала: при пропаже картинки они обычно не засыпают и не показывают всплывающих надписей (что важно, если сигнал будет временами прерываться).
• Сценарии использования нескольких мониторов. В диспетчерских часто ставят несколько экранов: скажем, один большой 4K для вывода множества камер одновременно и один-два поменьше для детального просмотра выбранного канала или работы с архивом. Современные VMS позволяют гибко настраивать раскладки (например, на одном мониторе сетка 4×4 камер, на другом – крупно выведена одна камера по тревоге).

В итоге

Следуя приведенным рекомендациям, вы сможете избежать наиболее серьезных просчетов при проектировании эффективной системы видеонаблюдения 4K – будь то для защиты бизнеса, дома или крупного производства. Однако понятно, что чем больших размеров система, тем больше требований и нюансов стоит учитывать, описать которые просто невозможно в рамках статьи в силу большой вариативности специфических требований.

По материалам SR