سیستم توزیع فایلهای MPEG تحت شبکه

● پیش درآمد:
سیستم دوربین دیجیتالی به منظور ارایه در لحظه (Real-time) جریان ویدیویی از طریق شبکه های محلی، شبکه جهانی اینترنت و سایر شبکه های کامپیوتری پیشرفت کرد. این سیستم در برگیرنده موارد زیر است:
▪ TCP/IP
ـ دوربینهای فرمانبرداریکه می توانند بصورت مستقیم به شبکه وصل شوند.
ـ نرم افزارهای کاربردی نمونه برای سمت (PC-Side).
ـ برنامه های کاربردی دقیق API (Application Programming Interface ).
و محیطی که مشتریها را قادر می سازد که به میل خویش برنامه را تغییر دهند (customize).
برنامه کاربردی اجازه می دهد تا هر یک از تصاویر به دست آمده از دوربینها به دلخواه به نمایش در آیند. کنترلهای گسترش یافته شامل سویچینگ بین دوربینها، سیستمهای کنترلی دوربینها ( مثل حرکت افقی دوربینها، کج کردن و بزرگنمایی )، و کنترل حجم اطلاعاتی ویدئویی مورد ارسال می توانند موثر واقع شوند.
● مقدمه :
علاقه مراکز جرم و جنایت، سوپرمارکتها و سایر مراکز تجاری به نصب سیستمهای اعلام خطر، میزان نیاز روزافزون به سیستمهای مونیتورینگ را نشان می دهد. در کنار دل بستن به شرایط دلخواه اقتصادی، آمریکا شاهد شکوفایی ساختاری در هتلهای لوکس و گرایش واضح و صریح کازینوها در به تصویر کشیدن ویدیویی تا تصاویر معمولی بوسیله دوربینهای گنبدی شکل وجود دارد.
با کمک تکنولوژی، بازار این دوربینها سالانه بین ۱۰ تا ۲۰ درصد در حال رشد است. شرکت هیتاچی در حال تهیه دوربینهای قابل بزرگنمایی گنبدی بر روی یک بستر ( OEM : Original Equipment Mann fact user ) است و در حال حاضر سهم ۶۰ درصدی از بازار را به خود اختصاص داده است. دو بخش از بازرا بطور اخص، پتانسیل ویژه ای برای رشد سریع در سالهای آینده دارند:
● مونیتورینگ از راه دور
مونیتورینگ از خارج (outdoor monitoring )
بطور خاص، مونیتورینگ کنترل از راه دور دیجیتال پتانسیل فوق العاده ای برای محقق کردن نسبتا ارزان سیستمهای مونیتورینگ روی شبکه های محلی توسعه یافته و شبکه جهانی اینترنت دارد.
سیستم دوربین تحت شبکه های گسترده و اینترنت، آن هم بصورت Real-time خدمت بزرگی به دنیای کامپیوتر ارزانی داشته است. با مشخص کردن آدرس هر دوربین، تصویر بدست آمده توسط آن دوربین می تواند روی سیستم کامپیوتر به نمایش درآید. کنترلهای گسترش یافته شامل سویچینگ بین دوربینها، سیستمهای کنترلی دوربینها ( مثل حرکت افقی دوربینها، کج کردن و بزرگنمایی )، و کنترل حجم اطلاعاتی ویدئویی مورد ارسال می توانند موثر واقع شوند.
صفحه نمایش به کاربر امکان می دهد تا تصویر تهیه شده توسط یک دوربین خاص را با کنترل حرکات دوربین و کنترل میزان تغییر حجم تبادل اطلاعات مشاهده نماید. برای تغذیه نیاز این بازار در حال رشد، هیتاچی سیستم دوربین تحت شبکه را عرضه نموده که در شکل ۱ توصیف شده. این تصویر دوربینهای MPEG، انکودر MPEG سازگار با TCP/IP، برنامه کاربردی سیستم و API مربوطه را نمایش می دهد. شکل ۲ صفحه نمایش سیستم را در یک برداشت از یک برنامه نرم افزاری پیش رفته را که به کاربر امکان انتخاب و کنترل حرکات هر دوربین و همچنین مقدار حجم اطلاعات مورد نظر جهت تبادل در واحد زمان می دهد را نمایش می دهد.
● سیستم دوربین شبکه:
سیستم دوربین شبکه تولید شده توسط هیتاچی می تواند بطور مستقیم به شبکه های یکپارچه، اتصالات سویچینگ نلفنی و سایر تجهیزات شبکه ای وصل شود. از آنجا که سیستم، تصویر Real-time را بدون نیاز به تجهیزات خاص گرانقیمت ارائه می کند، می تواند بمنظور مراقبتهای با دقت بالا و البته با قیمت ارزان، مونیتورینگ و سایر امور نظارتی مورد استفاده قرار گیرد. فایلهای ویدیویی بدون نیاز به اتصال هر گونه وصیله الحاقی می توانند بر روی یک کامپیوتر معمولی ذخیره شوند. همچنین این امکان وجود دارد تا بصورت Remote access به هر یک از دوربینها دسترسی یابند – حتی اگر پشت میز کار خود نشسته باشند. این سیستم می تواند به راحتی با سیستمهای Wireless سازگاری پیدا کند. اکنون اجازه دهید تا نگاهی عمیقتر به این سیستم داشته باشیم:
۱) اتصال به شبکه با کمک TCP/IP:
تمام دوربینهای سیستم شبکه دوربینها بطور مرکزی توسط پرتکل ارتباطی TCP/IP به هم کتصل هستند. اولین تصویر، تصویری کلی از شمای اصلی سیستم را نشان می دهد. حتی اگر هر دوربین روی شبکه با هدف دیگری نصب شده باشد و در شبکه ای دیگر (زیرگروه خاص ) قرار گرفته باشد، به سادگی با اعلام آدرس IP منحصر به فرد آن دوربین قابل دسترسی است.
۲) عملیات کنترل از راه دور:
هر نما از فعالیت دوربینها می تواند توسط ورود فرامین از طریق Host کنترل شود: تصویر ویدیویی تهیه شده می تواند قطع یا وصل شود و یا سرعت انتقال داده ها کنتل شود. توانایی تنظیم سرعت انتقال داده ها به کاربران این امکان را می دهد تا سیستم خود را با عرض باند موجود سازگار کنند و در نتیجه بازدهی کافی و کاملی با هر ساختار شبکه از اینترنت تا شبکه های داخلی را پیدا کنند.
۳) تبادل تصاویر بصورت Wireless:
با استفاده از کارت شبکه های Wireless، سیستم می تواند با سیستمهای غیر استاندارد تبادل ویدئویی که ذاتا با ابزارهای آنالوگ مشکل دارند، هماهنگی کامل پیدا کند.بخصوص که شرایطی قابل رخ دادن است که در آن مسیرهایی برای تبادل اطلاعات وجود دارد که کمتر از یک مایل هستند. با توجه به قدرت محدود امواج یا محل دریافت امواج متناوب و یا موانعی که بر سر راه امواج وجود دارد، سیستم راهع حلهای مناسبی جهت تبادل داده فراهم نموده است.
۵) تبادل اطلاعات از طریق مراکز سویچینگ عمومی :
تبادل ویدیویی می تواند به راحتی توسط( PSDN : Public Switched Telephone Network ) و تنها با استفاده از یک کارت مودم یا یک کارت( PHS : Personal Hand phone System ) انجام گیرد. اگرچه شبکه های عمومی فقط اخیرا می توانند تبادل تصویری متناوب را پشتیبانی کنند ( آن هم با توجه به محدودیت در عرض باند )، اما با وجو تمام این مسائل، تصاویر می توانند از سراسر دنیا فرستاده یا دریافت شوند.
● تنظیمات دوربین شبکه:
▪ تنظیمات کلی:
شکل یک نمودار کلی از شبکه دوربینها است.در این مقاله ما اساس به جنبه های مربوط به انتقال تصویر از طریق شبکه می پردازیم. شکل ۴ طرح کلی لایه های نرم افزاری را نشان می دهد که شامل می شود از دوربین تحت شبکه تا کامپیوترهای کاربران. بی تردید داده های تصویری دریافت شده توسط کامپیوتر کاربران می تواند نمایش داده یا ذخیره شوند.به علاوه میان افزارهای در فرم( DLL : Dynamic linking library ) نیز تولید شده تا کاربران یا برنامه نویسان رده سوم بتوانند برنامه هایی تولید کنند که با نیازهایشان سازگار باشد.
▪ شکل ۳: تنظیمات دوربین شبکه:
دوربین شبکه از یک انکودر Real-time برای MPEG/JPEG و یک پردازنده SH برای به انجام رساندن ارتباطات و کنترل از خارج دوربین تشکیل شده. دوربین می تواند بطور مستقیم به شبکه وصل شود در صورتیکه کارت شبکه سازگار با شبکه به آن وصل شود.
▪ شکل ۴: لایه های نرم افزاری داده تصویری از یک دوربین شبکه بوسیله مدل TCP/IP توسط کامپیوتر دریافت می شود و به نمایش در می آید یا ذخیره می شود.DLL ها نیز جهت دادن امکان تغییر در برنامه های کاربردی تولید شده اند.
▪ مدیر MPEG Handler - MPEG :
دوربینهای شبکه جهت سازگاری با سرعتهای انتقال ۳۰kbit/s تا ۲Mbit/s طراحی شده اند تا بتوانند در طول تجهیزات شبکه با سرعتهای متفاوت حرکت نمایند. همزمان، استاندارد MPEG، ۳۰فریم در ثانیه تولید می کند تا تصویری مناسب و صاف از جریان ویدیویی تنظیم شود. این بسیار مشکل است که فشرده سازی مورد نیاز خود را به شکلی انجام دهد که دیکودر را قانع کند تا فایل مورد نظر را علی رقم تغییرات اعمالی باز نماید.
راه حلی به کمک تغییر میزان فشرده سازی فریمهای داخلی و همچنین سرعت پخش فریمها با توجه به سرعت انتقال پیدا شد. این مسئله باعث می شد تا پخش تصاویر را با کیفیت تصویری و سرعت پخش مناسب، ثابت نگاه داریم. مدیر MPEG قادر می ساخت این کنترل ارزشمند توسط وفق دادن درجه فشرده سازی تصویر فریم داخلی و سرعت پخش فریمها در واحد زمان با سرعت انتقال هماهنگ شود. شکل ۵ میزان انتقال داده را در مقابل میزان بازپخش فریم در ثانیه نشان می دهد. در این مثال :
۱) وقتی میزان انتقال از ۳۸۴kb/s بیشتر می شود:
با استفاده از هر ۳ نوع( IPB: intra, predicted, bi-directional ) از فریمها در حداکثر سازگاری با روش معمول استاندارد MPEG .
۲) وقتی میزانم انتقال زیر ۳۸۴kb/s است:
در این رده سرعت، از فریمهای B صرفه نظر می شود. جریان ویدیویی بصورت …IPPPPIPP کد می شود و تصویر ویدیویی با سرعت ۱۰fpsپخش می شود. به سادگی، حذف فریمهای خاص، جریان را از سازگاری با استاندارد MPEG۱ خارج می کند. این به این معنی است که هیچ یک از دیکودرهای استاندارد قادر به نمایش این فایل نخواهند بود! به همین علت یک «کد حذف فریم» در هر کجا که فریمی حذف شده است اضافه کرده ایم. کد حذف فریم به دیکودر می گوید که این فریم باید توسط I یا P باز شود (بجای استفاده از MPEG استاندارد )
۳) وقتی سرعت زیر ۱۹۲kb/s است:
در این رده سرعتی، تعداد فریمها در واحد زمان با ۵ کد حذف فریم بین هر دو فریم فرستاده می شود. پس ۵ فریم در ثانیه نشان داده می شود.
● پروتکل پشته ای TCP/IP:
سیستم یک پردازشگر ۵۴KHz SH-۳ را برای MPU در اختیار می گیرد و این همانجایی است که استک TCP/IP ارایه می شود. آنچه بصورت عمومی به عنوان پروتکل TCP/IP ارائه می شود در واقع کلکسیونی از قابلیتهایی است که البته در اینجا تمام آنها مورد نیاز نیستند و بدیهی است که تمام آنها در طراحی استفاده نشده اند.
البته با توجه به افزایش عملیات استفاده از سایر قابلیتها نیز در دستور کار است. جدول ۱ پروتکلهایی که در حال حاضر اضافه شده اند را نشان می دهد. از این جدول به وضوح مشخص است که علاوه بر IP و TCP، UDP، ARP، ICMP، و چند پروتکل دیگر نیز در حال حاضر اضافه شده اند. وظیفه پروتکلهای نشان داده شده در پایین جدول آن است که بصورت دینامیک آدرسهای IP را از سرورهایی که در طول مسیر مقدار IP و subnet mask را تعیین می کند ( DNS Servers ) را می گیرد. البته بصورت پیش فرض این پورتها روی پورتهای سریال ست شده اند.
▪ جدول ۱: استک پروتکلهای TCP/IP درایورهای کارت شبکه: ۳ مدل درایور کارت شبکه بطور پیش فرض قرار گرفته اند که به سیستم این امکان را می دهد که با ۳ شبکه زیر ارتباط داشته باشند:
- خطوط سیمی ( Wire line connection )
LAN Card Driver
- خطوط بدون سیم:
Wireless LAN Card Driver
PHS Card Driver

منبع : prdev