Для профессиональных инсталляторов не станет новостью, что в сфере видеонаблюдения присутствуют определенные группы задач. Для их решения лучше всего подходит специализированное оборудование. Частным случаем, являются те, в которых требуется обеспечение беспроводной передачи видеоизображения с камеры. Кажется, что вопрос прост, ведь передача сигнала по сетям Wi - Fi сейчас абсолютно повседневна. Однако, бывает и так, что применение Wi - Fi технологий нецелесообразно или невыгодно. Например, в загородных домах, а также в небольших офисах или магазинах где тарифы для юридических лиц завышены. В таких случаях решением может стать использование сетей 3G/4G. Видеонаблюдение с использованием беспроводной передачи данных по мобильным сетям становится всё доступнее, а технология 4G сегодня активно развивается и поддерживается всеми крупными операторами связи. Нельзя сказать, что территориальная распространенность 4G в неевропейской части России идеальна. Тем не менее зона покрытия уже достаточно широка и продолжает увеличиваться.

На рынке CCTV эта технология сравнительно недавно. Производители постепенно расширяют список своих моделей IP - камерами с поддержкой 4G. Эти модели, как и проводные камеры, на бумаге обеспечивают высокую скорость передачи видеосигнала и возможность просмотра видеоданных из любой точки мира и с любого устройства. Конечно можно задаться вопросом: а почему бы не подключить обычную камеру к 4G – маршрутизатору? Ответ кроется в главном преимуществе 4G камер: не нужно проводное подключение к сети, единственное условие – наличие SIM-карты с возможностью выхода в Интернет и поддержкой технологии LTE. Немаловажно и отсутствие необходимости осуществлять настройку всей системы и получение статического IP – адреса. А это может сильно усложнить подключение и настройку проекта.

В случае передачи данных по мобильным сетям, вопрос экономических затрат (периодическая оплата траффика) встает еще более остро, чем в традиционном проводном видеонаблюдении. Зачастую, спектр задач, стоящих перед беспроводными камерами вполне решается экономичными мегапиксельными моделями. Мы решили провести тестирование IP - камер с поддержкой 4G для оценки качества реализации подобной идеи в условиях близких к эксплуатационным.

Что тестируем

Наше тестирование сводится к анализу качества реализации идеи передачи видеосигнала по мобильным сетям 4G. Основа для хорошей и, что не менее важно, экономичной передачи сигнала кроется в совокупной работе нескольких систем: передача 4G сигнала, кодирование и сжатие информации, видеосъемка, формирование и управление изображением. Таким образом, чтобы представить насколько хорошо будет выглядеть максимально экономичное видеоизображение мы будем исследовать:

1. Качество системы передачи 4G сигнала;
2. Качество кодирования сигнала.

Что нам предоставили на тест

Сети 4G уже широко распространены в России, а образцов видеокамер с поддержкой передачи видеосигнала по этим сетям мало. На тест лабораторией были получены 4 камеры:

• САПСАН IP-Cam 1407 ЗG/4G (LTE)
• BEWARD B2710-4G
• Proline PR-NC336FG
• Viguard 4G CAM

Как станем это измерять?

В реалиях современного рынка пользователю доступен широкий выбор операторов связи, предоставляющих передачу данных по сетям 4G. Зачастую пользователю сложно разобраться в большом выборе вариантов подключения. Множество 4G вышек операторы используют совместно. А зона покрытия сетей неравномерна на карте России. Поэтому, если инсталлятор решит использовать 4G камеру в своем проекте - мы советуем ознакомиться с картой покрытия и стоимостью связи подходящих операторов. Для теста мы приобрели 3 сим карты от разных известных операторов связи. В месте проведения теста мощность сигнала у разных операторов сильно различалась. Поэтому мы условно разделили сигнал сим-карт на слабый, средний и сильный.

Таким образом, испытания сводятся к следующим:

1. Определяем процент потерянной информации при заданном битрейте. Определяем размер файла длительностью 5 минут при съемке с максимальным доступным разрешением и битрейтом 1 и 2 Мбит/с. Записываем аналогичный файл, но по проводному (или Wi-Fi при его отсутствии) соединению. Находим относительную разницу объемов этих файлов;
2. Определяем минимальный битрейт камеры при заданном разрешении. Измеряем минимальный битрейт, при котором каждая камера будет снимать вращающуюся таблицу с одинаковым разрешением 620 линий;
3. Определяем минимальный битрейт в настройках камеры. Устанавливаем минимальное допустимое значение битрейта, максимальное сжатие кодека и разрешение в камере и оцениваем визуальное качество съемки;
4. Определяем влияние снижения мощности 4G сигнала на изображение. Проводим штатную съемку камеры, после этого скачком уменьшаем мощность 4G сигнала и оцениваем влияние этого на качество изображения.

САПСАН IP-Cam 1407 ЗG/4G (LTE)

Предоставлена компанией «ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЖИЗНИ»

Входит в число лидеров по качеству передачи информации. Процент потерь при среднем и сильном сигнале составил (13% и 6%, соответственно при 1 Мбит/с и 23% и 39% при 2 Мбит/с), при слабом сигнале не осуществлялось подключение к основному потоку. Вторичный поток при этом записывался. Обладает одним из наименьших доступных потоков при максимальном разрешении 860 Кбит/с (25 к/с) и 170 Кбит (1 к/с), сохраняя хорошее качество изображения. При подаче питания 12В камера готова к работе.

Обмен по сети 4G ведется за счет облачных сервисов. После регистрации, весь видеопоток проходит через облачный сервер, заявлена запись на FTP-сервер. Заявлено автоматическое переключение скорости трансляции от наиболее высокой к меньшей доступной, авто-восстановление потока видео после потери связи. Возможно подсоединение наружной всенаправленной круговой антенны на магнитной основе 3G/4G (LTE) с кабелем 3 м, при помощи SMA разъема. Управление и онлайн наблюдение по сети 4G осуществляется с помощью специального ПО «CMS – САПСАН», идущего в комплекте поставки, либо через браузер Internet Explorer.

В камере применен сенсор 1/3'' CMOS, с разрешением 1,3 Мпкс (опционально 2 Мпкс). Присутствует 2 видеопотока (основной и экстра), для просмотра изображения с мобильных телефонов и записи видео, алгоритмы BLC и DNR, поддержка ONVIF. Производитель утверждает, что механический инфракрасный фильтр и высокая чувствительность, обеспечивают качественную работу в слабо освещенных местах.
Есть слот для SD-карты (32 Гб), которой, по словам производителя, при максимальных настройках хватает на 18 часов непрерывной записи (2е – 3е суток по детекции движения). Установлен вариофокальный объектив 2,8 – 12 мм (опционально 6 – 22 мм), дающий гибкую настройку угла обзора и увеличения при установке. Можно подсоединить микрофон, громкоговоритель, датчик тревоги и прочие устройства. Питание камеры 12 В DC или PoE (опционально).

Заявлены функции: «защита экранирования», выдающая тревогу, если камеру чем-либо заслонили и «Виртуальный Периметр», позволяющий настроить запись видео при пересечении в любую выбранную сторону виртуально заданной границы (кордон) или периметра- функция с широким набором настроек. Производитель заявляет, что такие алгоритмы точнее, экономичнее и удобнее, чем срабатывание по движению. Возможна отправка фото на e-mail или карту памяти. Производитель отмечает, что Корпус NordQuard имеет европейский эстетичный вид, производится на базе отечественного предприятия ВПК, выполнен со степенью защиты IP66 и обеспечивает работу от -45 до +50°С, что подтверждено протоколами испытаний. Возможно исполнение с ИК-подсветкой до 25 м.

BEWARD B2710-4G

Предоставлена компанией НПП «Бевард»

Оказалась самой лучшей в качестве приема сигнала. Имеет самые низкие потери пакетов в тесте со всеми сим-картами. На среднем и низком по мощности сигнале потери были менее 1%, а в самом худшем сигнале камера потеряла 3% информации. Также имеет самую гибкую настройку величины потока. Настройками камеры удалось уменьшить поток максимального разрешения до 290 Кбит/с (при 25 кадр/с) и 32 Кбит (при 1 кадр/с). Кодирование информации наилучшее в тесте: величина потока видео с разрешением 620 линий составила 650 Кбит/с.

Обладает интерфейсом с самыми широкими возможностями настройки. При этом подключение по 4G осуществляется с помощью OpenVPN сервера, который устанавливается на компьютере клиента. Благодаря этому осуществляется прямое защищенное подключение камеры и компьютера. Камера может работать без получения статического IP адреса.

Производитель заявляет, что в сравнении с обычным 4G USB модемом, модуль промышленного класса, применённый в камере, обладает превосходной стабильностью показателей скорости соединения и как результат, наименьшим числом задержек при онлайн видеотрансляции. Так же заявляется, что модуль имеет в 2 раза расширенный диапазон рабочих температур в сравнении с потребительскими модемами типа USB-стик. В камере присутствует разъем RP-SMA для подключения антенн различного класса, усиления и направленности. Заявлен продвинутый алгоритм снижения энергопотребления в зависимости от качества сигнала и объема передаваемого трафика.

В камере применятся 2 Мп КМОП-матрица SONY Exmor, которая, по словам производителя отличается усовершенствованной системой уменьшения шумов. Технология цифрового расширения динамического диапазона является эффективным вариантом для работы в умеренно-сложных условиях освещенности. Работа алгоритмов устранения помех в видеоизображении не только повышает его качество, но также влияет и на последующие процессы обработки – сжатие и декомпрессию. Поддерживает 2 фильтра шумоподавления: 2DNR и трехмерный 3DNR. Доступна передача одновременно 2-х видеопотоков. Модель Onvif – совместима.

Камера поддерживает 2 варианта питания 12 В DC и PoE. Благодаря своему Box исполнению камеру возможно установить в соответствующий задаче термокожух. Производитель предлагает герметичные уличные термокожухи с температурами до -40°C с различными объективами на выбор.

Proline PR-NC336FG

Предоставлена компанией «ПРОЛАЙН РУС»

Камера в числе лидеров по качеству передачи при сигнале средней мощности, потеряно 17% (при 1 Мбит/с) и 30% (при 2 Мбит/с), при слабом сигнале 4G камера не осуществляла подключение к основному потоку. Вторичный поток меньшего разрешения и битрейта при этом был доступен и записывался. При уменьшении потока до минимальных значений качество изображения практически не изменяется. Занимает второе место по эффективности кодирования, имея битрейт 760 Кбит/с (минимальное доступное значение в настройках) при разрешении 620 линий.
Подключение к камере осуществляется с помощью специального ПО, в котором следует указать ID камеры и через облачный сервис камера соединяется с ПО. Благодаря простоте интерфейса настройка и подключение этой камеры прошли проще и быстрее, чем в других моделях. Присутствует вкладка помощи для поэтапного подключения камеры и обеспечения видеонаблюдения. Отсутствует выбор режима ограничения потока VBR/CBR.

Уличная IP-камера предназначена для трансляции видео в Full HD-качестве по сети Интернет. В камере применяется 2 Мпкс 1/2.7" Progressive Scan CMOS матрица. Запись видео на максимальном разрешении 1920x1080 пкс доступна со скоростью 15 к/с. В камере установлен объектив 4 мм, обеспечивающий угол обзора 90 град по горизонтали.
Производитель отмечает, что 4G SIM карта устанавливается непосредственно в камеру и надежно защищена. Камере не требуется внешний статический IP-адрес - она связывается с компьютером через удаленный сервер. В камере требуется только прописать настройки мобильного интернета.

Производитель заявляет встроенный детектор движения, по которому ведется запись роликов с задаваемой длительностью. В модели присутствует встроенный микрофон для прослушивания аудиофона территории вокруг камеры. Также доступен аудиовыход для подключения активных колонок для двухсторонней аудиосвязи.

Присутствуют тревожные вход/выход. Для запитывания датчиков непосредственно от камеры реализован дополнительный выход питания 12В. В камере есть слот для карты памяти microSD объемом до 64 Гб. Встроенная ИК-подсветка обеспечивает освещение пространства с заявленной дальностью до 15 метров. Производитель заявляет, что камера выполнена в защищенном герметичном корпусе с классом защиты IP66 и запитывается от 12 В DC. Заявленная температура эксплуатации -20…+60°C.

Viguard 4G CAM

Предоставлена компанией "Видос"

Камера в числе лидеров по качеству передачи при сигнале средней мощности на 1 Мбит/с, потеряно 11%, при слабом сигнале 4G камера не осуществляла подключение к основному потоку. Вторичный поток меньшего разрешения и битрейта при этом был доступен и записывался. Лидирует по качеству изображения при минимальном битрейте 800 Кбит/с (25 к/с) и 170 Кбит (1 к/с). При этом качество изображения практически не изменяется. В числе лидеров по эффективности кодирования, имея битрейт 680 Кбит/с (минимальное значение в настройках) при разрешении 620 линий.
Стоит отметить, что в этой камере подключение по сети Ethernet недоступно. Соединение в ходе теста осуществлялось по сети Wi-Fi. Информационный обмен по сети 4G осуществляется за счет применения мощностей проверенного временем облачного сервиса www.xmeye.net.

Видеокамера позволяет осуществлять видеозапись с разрешением 1080p без проводного интернета. В камере применяется матрица 1/2.9" SONY Exmor IMX322, с функциями DWDR и 3DNR для улучшения изображения. Присутствует встроенный объектив с регулируемым углом обзора 80° — 22° и фокусным расстоянием f=2.8 — 12 мм. Видеозапись осуществляется со скоростью 25 кадров/с во всех разрешениях. Доступно передача видео по 2 независимым потокам.

Производитель утверждает, что в камере применяется скоростной модем последнего поколения с поддержкой 4G+ сетей а также раздачей интернета по WiFi. Возможности работы видеокамеры в режиме Wi-Fi точки доступа позволяет организовать комбинированное бюджетное решение за счет подключения дополнительных недорогих Wi-Fi камер и использовать только один 4G модем основной камеры. Это также позволяет использовать камеру, как уличный мобильный роутер для любых Wi-Fi устройств на объекте, будь то ноутбук или смартфон. Удаленный доступ через 3G/4G/LTE-сети доступен с SIM-картами всех операторов сотовой связи. Производитель заявляет, что модель обеспечивает высокое качество связи благодаря двум антеннам с технологией усиления сигнала. Заявлена автоматическая адаптация разрешения в зависимости от качества связи Видеозапись с камеры можно просматривать на компьютере через WEB-интерфейс и CMS.

Для локальной записи возможна установка карты памяти microSD до 128 Гб. Предусмотрено гибкое разграничение прав пользователей разного уровня. Производителем заявлена технология предотвращения системных сбоев. Присутствует аудиовход и аудиовыход и 2 тревожных входа. Поддерживается протокол ONVIF. В камере заявлена ИК-подсветка дальностью до 50 м, с применением диодов нового поколения. Заявлена поддержка 2 типов питания: 12 В DC или PoE. По словам производителя, камера обладает прочным дюралюминиевым корпусом с легким доступом к настройке объектива и установке SIM-карты. Это обеспечивает инсталлятора удобством монтажа и юстировки. Рабочая температура: -40..+60°C.

Результаты испытаний

Таблица 1 Характеристики камер

Рисунок 1 Процент потерь за 5 мин при потоке 1 Мбит/с (Меньше - лучше)

Рисунок 2 Процент потерь за 5 мин при потоке 2 Мбит/с (Меньше - лучше)

При потоке 2 Мбит/с ни на одной камере не удалось осуществить передачу видео при слабом сигнале 4G сети. В итоге получилось, что некоторые камеры не транслируют основной поток при слабом сигнале 4G, однако не стоит забывать, что данный тест, мы проводили при завышенных битрейтах 1 и 2 Мбит/с.

Рисунок 3 Минимальный допустимый поток в камере при максимальном разрешении (Меньше - лучше) и оценка качества видео (Больше - лучше)

Минимальный поток в тесте составил 290 Кбит/с при 25 к/с (или 32 Кбит/с при 1 к/с), при этом разрешение изображения осталось на достаточном для детектирования уровне. Среднее значение потока при 25 к/с составило 833 Кбит/с и 156 Кбит/с при 1 к/с. Таким образом, возможна видеосъемка с достаточным, а возможно и избыточным разрешением, с минимальными потерями.

Рисунок 4 Минимальный поток, требуемый для сохранения разрешения съемки 620 линий (Меньше - лучше)

При уменьшении мощности сигнала в процессе видеосъемки происходит появление в видео «притормаживаний» и резких перемещений движущихся объектов. При этом сама картинка не «рассыпается». Видеопоток восстанавливает свое качество при возращении мощности 4G. При критичном уменьшении мощности сигнала происходит разрыв соединения.

Все это позволяет профессиональному инсталлятору настроить связку «качество изображения – величина потока (стоимость траффика 4G)» под любой конкретный проект.

В камерах реализованы следующие типы подключения: настройка VPN, собственное ПО и использование облачных хранилищ. Можно отметить, что прямое проводное подключение камеры к ПК (или его аналог p2p), не осуществляет обмен информации со сторонними сайтами. Благодаря этому обмен между камерой и рабочим местом оператора идет быстрее, а данные не доступны никому, кроме непосредственного пользователя.

У каждой камеры был реализован свой подход к удобному и функциональному интерфейсу видеозаписи по 4G. В каждом случае, он обладал своими сильными сторонами и слабостями, будь то скорость включения или доступный функционал. Однако, даже непрофессиональному пользователю вполне будет по силам достаточно быстро организовать видеонаблюдение по 4G на интересующей его территории.

Кратко об операторах связи 4G

На рынке на данный момент присутствует только 2 оператора с безлимитным интернет траффиком. Первый оператор позволяет гибкую настройку стоимости оплаты тарифа, в зависимости от битрейта камеры. У второго присутствует тариф, позволяющий пользоваться безлимитным интернет ос скоростями, не превышающими 4 Мбит/с. Да и то только в пределах Москвы и Московской области. У других же операторов присутствует ограничение на месячный траффик 30 Гб, и в лучшем случае траффик в ночные часы не учитывается. Однако, это открывает возможность передачи записанного днем архива видеонаблюдения, как только наступают льготные ночные часы. Запись по расписанию тоже станет своеобразным спасением.

С учетом, полученного значения битрейта от камер, можно посчитать, во сколько выльется использование беспроводного способа видеосъемки.

Если обратить внимание на цели применения таких камер – загородные участки, стройки. То становится ясно, что основное назначение таких камер – наблюдения за неподвижными объектами. Т.е. можно настроить камеру реагировать по событию. Немаловажно и то, что битрейт сильно падает, при съемке статичных объектов, а это влияет на требуемый итоговый битрейт камеры.

Готов ли российский рынок к видеонаблюдению 4G

В целом, по своим характеристикам 4G камеры — это те же самые камеры, что и обычные линейные модели производителей. Однако 4G добавляет свою сумму к стоимости подобной модели. По результатам теста видно, что скорость передачи данных сетей 4G вполне позволяет осуществлять надежную видеофиксацию с приемлемым для задач распознавания качеством.
Интерес к камерам 4G безусловно есть, а выбор оператора при этом слишком неочевиден. Частному лицу, у многих операторов, просто не предлагается тарифа, подходящего для видеонаблюдения. В итоге для видеонаблюдения экономически обосновано применение 2-х операторов.

Рисунок 5 Зависимость абонентской платы в месяц от предоставляемого битрейта

Мы считаем, что рынок 4G- видеонаблюдения будет расти и возможно будет разработан подходящий для него тарифный план (для «умных домов» уже есть). Не стоит забывать, что стационарный интернет раньше тоже не был безлимитным.

Все испытанные нами камеры по техническим характеристикам и доступным настройкам представляют законченные профессиональные решения. А настройка 4G в них упрощена и доступна даже непрофессиональному инсталлятору. Решить же проблему с высокой загрузкой канала, при сохранении качества изображения вполне возможно. Например, за счет использования кодека H.265, который дает прирост до 50% эффективности кодирования, относительно кодека H.264. Проведенное исследование опубликовано в журнале «Системы Безопасности» №4 2017.