Системы цифрового видеонаблюдения при организации охранных структур на особо охраняемых объектах

возможно например на блоках 16Х16, но практическая реализация таких схем

сопряжена с серьезными вычислительными затратами. При неумеренном повышении

степени сжатия изображение становится все более "оквадраченым".

Гораздо более перспективным для получения больших коэффициентов сжатия

представляется использование Wavelet-преобразования (wavelet - небольшая

волна.). Переход в частотную область в схемах на его основе, как было

сказано выше, достигается применением набора фильтров.

Общую схему сжатия на основе Wavelet-преобразования можно описать так.

Исходное изображение (естественно, после преобразования RGB - YCrCb)

фильтруется с применением низкочастотного и высокочастотного фильтров по

строкам и столбцам с последующим прореживанием, так что вместо одного

изображения размером M X N пикселов после первого прохода синтезируется

четыре, размером (M/2) X (N/2) каждое, причем наиболее информативным из них

является [hh] - то, которое было получено с использованием низкочастотного

фильтра как по строкам, так и по столбцам.

Применение низкочастотного фильтра по строкам и высокочастотного по

столбцам [hg] или высокочастотного по строкам и низкочастотного по столбцам

[gh] дает значительно более "бедную" картинку, и совсем уж

малоинформативным оказывается изображение [gg], полученное с использованием

высокочастотного фильтра как по горизонтали, так и по вертикали. Дальнейшая

судьба этих изображений (саббэндов) неодинакова. Саббэнды [hg] и [gh]

обычно квантуются и после применения статистического кодирования попадают

непосредственно в выходной поток. Саббэнд [gg] чаще всего просто

игнорируется, а вот [hh] ждет та же судьба, что и исходное изображение. Для

изображений "экранного" размера число уровней фильтрации составляет обычно

4-6.

Максимально достижимые коэффициенты сжатия при использовании Wavelet-

преобразования зависят от размеров исходного изображения, и при приемлемых

искажениях на экранном разрешении можно говорить о 50-70-кратном сжатии.

Протоколы передачи видеосигнала по высоко скоростным компьютерным

сетям

Fast Ethernet

У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые

определяют области и ситуации ее эффективного применения. К этим свойствам

относятся:

Большая степень преемственности по отношению к классическому 10-

Мегабитному Ethernet'у;

Высокая скорость передачи данных - 100 Mб/c;

Возможность работать на всех основных типах современной кабельной

проводки - UTP Category 5, UTP Category 3, STP Type 1, многомодовом

оптоволокне.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких

лидеров технологии Ethernet как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали

некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта

на новую технологию, которая обобщила бы достижения отдельных компаний в

области Ethernet-преемственного высокоскоростного стандарта. Новая

технология получила название Fast Ethernet.

В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в

качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом,

а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3. Отличия

Fast Ethernet от Ethernet сосредоточены на физическом уровне.

[pic]

Более сложная структура физического уровня технологии Fast Ethernet

вызвана тем, что в ней используется три варианта кабельных систем -

оптоволокно, 2-х парная витая пара категории 5 и 4-х парная витая пара

категории 3.

Метод доступа к среде CSMA/CD

Подуровни LLC и MAC в стандарте Fast Ethernet не претерпели изменений.

Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами

вышележащих уровней, например, с IP или IPX. Кадр LLC, изображенный на

рисунке, вкладывается в кадр MAC, и позволяет за счет полей DSAP и SSAP

идентифицировать адрес сервисов назначения и источника соответственно.

Например, при вложении в кадр LLC пакета IPX, значения как DSAP, так и SSAP

должны быть равны Е0. Поле управления кадра LLC позволяет реализовать

процедуры обмена данными трех типов.

Процедура типа 1 определяет обмен данными без предварительного

установления соединения и без повторной передачи кадров в случае

обнаружения ошибочной ситуации.

Процедура типа 2 определяет режим обмена с установлением соединений,

нумерацией кадров, управлением потоком кадров и повторной передачей

ошибочных кадров.

Процедура типа 3 определяет режим передачи данных без установления

соединения, но с получением подтверждения о доставке информационного кадра

адресату.

[pic]

Существует расширение формата кадра LLC, называемое SNAP (Subnetwork

Access Protocol). В случае использования расширения SNAP в поля DSAP и SSAP

записывается значение AA, тип кадра по-прежнему равен 03, а для обозначения

типа протокола, вложенного в поле данных, используются следующие 4 байта,

причем байты идентификатора организации (OUI) всегда равны 00 (за

исключением протокола AppleTalk), а последний байт (TYPE) содержит

идентификатор типа протокола (например, 0800 для IP).

Заголовки LLC или LLC/SNAP используются мостами и коммутаторами для

трансляции протоколов канального уровня.

Подуровень управления доступом к среде Media Access Control (MAC)

Подуровень MAC ответственен за формирование кадра Ethernet, получение

доступа к разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью

физического уровня кадра по физической среде узлу назначения.

Разделяемая среда Ethernet, независимо от ее физической реализации

(коаксиальный кабель, витая пара или оптоволокно с повторителями), в любой

момент времени находится в одном из трех состояний - свободна, занята,

коллизия. Состояние занятости соответствует нормальной передаче кадра одним

из узлов сети. Состояние коллизии возникает при одновременной передаче

кадров более, чем одним узлом сети.

MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня

информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC-

подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический

уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра

следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не

возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была

зафиксирована, то передача кадра прекращается, и в сеть выдается

специальная последовательность из 32 бит (так называемая jam-

последовательность), которая должна помочь однозначно распознать коллизию

всеми узлами сети.

После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем

вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает

вероятность одновременной попытки захвата разделяемой среды несколькими

узлами при следующей попытке. Максимальное число попыток передачи одного

кадра - 16, после чего MAC-подуровень оставляет данный кадр и начинает

передачу следующего кадра, поступившего с LLC-подуровня.

MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего

физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с

его собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не

содержит ли кадр специфические ошибки, если кадр корректен, то его поле

данных передается на LLC-подуровень, если нет - то отбрасывается.

Формат кадра

[pic]

Структура физического уровня и его связь с MAC-подуровнем

Для технологии Fast Ethernet разработаны различные варианты

физического уровня, отличающиеся не только типом кабеля и электрическими

параметрами импульсов, но и способом кодирования сигнала.

[pic]

Физический уровень состоит из трех подуровней:

Уровень согласования (reconciliation sublayer);

Независимый от среды интерфейс (Media Independent Interface, MII);

Устройство физического уровня (Physical layer device, PHY).

Устройство физического уровня (PHY) обеспечивает кодирование данных,

поступающих от MAC-подуровня для передачи их по кабелю определенного типа,

синхронизацию передаваемых по кабелю данных, а также прием и декодирование

данных в узле-приемнике.

Интерфейс MII поддерживает независимый от используемой физической

среды способ обмена данными между MAC-подуровнем и подуровнем PHY.

Интерфейс MII располагается между MAC-подуровнем и подуровнями кодирования

сигнала, которых в стандарте Fast Ethernet три - FX, TX и T4.

Подуровень согласования нужен для того, чтобы согласовать работу

подуровня MAC с интерфейсом MII.

[pic]

Передача данных через MII

MII использует 4-битные порции данных для параллельной передачи их

между MAC и PHY. Канал передачи данных от MAC к PHY образован 4-битной

шиной данных, которая синхронизируется тактовым сигналом, генерируемым PHY.

Физический уровень 100Base-FX - многомодовое оптоволокно.

Физический уровень PHY ответственен за прием данных в параллельной

форме от MAC-подуровня, трансляцию их в один (TX или FX) или три

последовательных потока бит с возможностью побитной синхронизации и

передачу их через разъем на кабель. Аналогично, на приемном узле уровень

PHY должен принимать сигналы по кабелю, определять моменты синхронизации

бит, извлекать биты из физических сигналов, преобразовывать их в

параллельную форму и передавать подуровню MAC.

[pic]

4B/5B метод кодирования со скоростью10 Мб/с использует манчестерское

кодирование для представления данных при передаче по кабелю. При этом

методе каждые 4 бита данных MAC-подуровня (называемых символами)

представляются 5 битами.

После преобразования 4-битовых порций MAC-кодов в 5-битовые порции PHY

их необходимо представить в виде оптических или электрических сигналов в

кабеле, соединяющем узлы сети. Спецификации PHY FX и PHY TX используют для

этого различные методы физического кодирования - NRZI и MLT-3

соответственно. Эти же методы определены в стандарте FDDI для передачи

сигналов по оптоволокну (спецификация PMD) и витой паре (спецификация TP-

PMD).

Физический уровень 100Base-T4 - четырехпарная витая пара

Спецификация PHY T4 была разработана для того, чтобы можно было

использовать для высокоскоростного Ethernet'а имеющуюся проводку на витой

паре категории 3. Эта спецификация использует все 4 пары кабеля для того,

чтобы можно было повысить общую пропускную способность за счет

одновременной передачи потоков бит по нескольким витым парам.

[pic]

ATM

Технология ATM сначала рассматривалась исключительно как способ

снижения телекоммуникационных расходов, возможность использования в ЛВС

просто не принималась во внимание. Большинство широкополосных приложений

отличается взрывным характером трафика. Высокопроизводительные приложения

типа ЛВС клиент-сервер требуют высокой скорости передачи в активном

состоянии и практически не используют сеть в остальное время. При этом

система находится в активном состоянии (обмен данными) достаточно малое

время. Даже в тех случаях, когда пользователям реально не нужна

обеспечиваемая сетью полоса, традиционные технологии ЛВС все равно ее

выделяют. Технология ATM позволяет решить эту проблему, Вместо выделения

специальных сетевых ресурсов для каждого соединения сети с коммутацией

пакетов выделяют ресурсы по запросам (сеансовые соединения). Для передачи

пакетов по сетям ATM от источника к месту назначения источник должен

сначала установить соединение с получателем. При использовании других

технологий передачи данных, таких как Ethernet и Token Ring, соединение

между источником и получателем не устанавливается - пакеты с

соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а

концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и

доставляют ему пакеты.

Идея сети ATM очень проста: данные передаются по сети небольшими

пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells), они должны

вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций

адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми

каналами ATM. Краевые коммутаторы, к которым подключаются пользовательские

устройства, обеспечивают функции адаптации, если ATM не используется вплоть

до пользовательских станций. Другие коммутаторы, расположенные в центре

сети, обеспечивают перенос ячеек, разделение транков и распределение

потоков данных. В точке приема функции адаптации восстанавливают из ячеек

исходный поток данных и передают его устройству-получателю.

[pic]

Ячейки имеют два важных преимущества:

Ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей

буферизации (т.е. сохраняются в памяти), что гарантирует его целостность до

начала передачи.

Ячейки имеют одинаковую длину: их заголовки всегда находятся на одном

и том же месте. В результате коммутатор автоматически обнаруживает

заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее.

В сети АТМ так называемой сети с трансляцией ячеек, размер каждой из

них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но

достаточно велик, чтобы минимизировать издержки. Время ожидания (latency) -

это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде

передачи (кабелю), и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой

передается восприимчивый к задержкам трафик (например, звук или видео),

должна обеспечивать минимальное время ожидания.

Любое устройство, подключенное к сети ATM (рабочая станция, сервер,

маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору.

Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора,

устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания

становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика

достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время

ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким;

тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять

на ячейки, ожидающие передачи.

Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой

стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на "издержки"

(то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а

соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным.

Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую

и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания

мало. Исходя из этого ячейки, равен 53 байтам, из которых 48 байт отводится

данным и 5 байт - заголовку ячейки.

Сети с установлением соединения имеют один недостаток - устройства не

могут просто передавать пакеты, они обязательно должны сначала установить

соединение. Однако такие сети имеют и ряд преимуществ:

Поскольку коммутаторы могут резервировать для конкретного соединения

полосу пропускания, сети с установлением соединения гарантируют данному

соединению определенную часть полосы пропускания. Сети без установления

соединения, в которых устройства просто передают пакеты по мере их

получения, не могут гарантировать полосу пропускания.

Пусть два устройства передают в сеть ATM данные, срочность доставки

которых различается (например, голос и трафик ЛВС). Сначала каждый из

отправителей делит передаваемые данные на ячейки (53 байта). Даже после

того, как данные от одного из отправителей будут приниматься в сеть, они

могут чередоваться с более срочной информацией. Чередование может

осуществляться на уровне целых ячеек и малые размеры последних обеспечивают

в любом случае непродолжительную задержку. такое решение позволяет

передавать срочный трафик практически без задержек, приостанавливая на это

время передачу некритичной к задержкам информации. В результате ATM может

обеспечивать эффективную передачу всех типов трафика.

Даже при чередовании и приоритизации ячеек в сетях ATM могут наступать

ситуации насыщения пропускной способности. Для сохранения минимальной

задержки даже в таких случаях ATM может отбрасывать отдельные ячейки при

насыщении. Реализация стратегии отбрасывания ячеек зависит от производителя

оборудования ATM, но в общем случае обычно отбрасываются ячейки с низким

приоритетом (например, данные) для которых достаточно просто повторить

передачу без потери информации. Коммутаторы ATM с расширенными функциями

могут при отбрасывании ячеек, являющихся частью большого пакета, обеспечить

отбрасывание и оставшихся ячеек из этого пакета - такой подход позволяет

дополнительно снизить уровень насыщения и избавиться от излишнего объема

повторной передачи.

Из вышесказанного следует что сети с установлением соединения

гарантируют определенное качество сервиса (Quality of Service - QoS), т.е.

некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в

себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и

допустимое изменение промежутка между ячейками. В результате сети с

установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов

трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме

того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым

трафиком и предотвращать перегрузку сети ("заторы"), поскольку коммутаторы

могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны

поддерживать.

В сети ATM все устройства, такие как рабочие станции, серверы,

маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда

одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они

подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения

коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных -

традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами. Когда соединение

установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто

пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним

важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам,

то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного

маршрута. В сети ATM каждое устройство осуществляет прямой монопольный

доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного

доступа. Отсюда следует что отпадает необходимость арбитража для

определения того, какое из этих устройств имеет доступ к коммутатору.

Архитектура ATM

Модель ATM, в соответствии с определением состоит из трех уровней:

физического;

уровня ATM;

уровня адаптации ATM.

Физический уровень

Стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты

должны проходить через среду передачи. Точнее говоря, стандарты ATM для

физического уровня определяют, как получать биты из среды передачи,

преобразовывать их в ячейки и посылать эти ячейки уровню ATM.

Стандарты ATM для физического уровня также описывают, какие кабельные

системы должны использоваться в сетях ATM и с какими скоростями может

работать ATM при каждом типе кабеля. Изначально была установлена скорость

45 Мбит/с и более высокие. Однако реализация ATM со скоростью 45 Мбит/с

применяется главным образом провайдерами услуг WAN. Другие же компании чаще

всего используют ATM со скоростью 25 или 155 Мбит/с.

Хотя ATM Forum первоначально не принял реализацию ATM со скоростью 25

Мбит/с, отдельные производители стали ее сторонниками, поскольку такое

оборудование дешевле в производстве и установке, чем работающее на других

скоростях. Только 25-мегабитная ATM может работать на неэкранированной

витой паре (UTP) категории 3, а также на UTP более высокой категории и

оптоволоконном кабеле. Вследствие того что оборудование для 25-мегабитной

ATM относительно недорого, оно предназначено для подключения к сети ATM

настольных компьютеров.

155-мегабитная ATM работает на кабелях UTP категории 5,

экранированной витой паре (STP) типа 1, оптоволоконном кабеле и

беспроводных инфракрасных лазерных каналах. 622-мегабитная ATM работает

только на оптоволоконном кабеле и может использоваться в локальных сетях

(хотя оборудование, работающее с такой скоростью, реализовано еще

недостаточно широко).

Уровень ATM

Стандарты для канального уровня описывают, каким образом устройства

могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное

физическое соединение. Стандарты для уровня ATM регламентируют передачу

сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети ATM.

Стандарты для уровня ATM описывают, как получать ячейку,

сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и

посылать ячейку уровню адаптации ATM. Эти стандарты также определяют, каким

образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS),

которое запрашивает ATM-устройство или конечная станция.

Стандарты установления соединения для уровня ATM определяют

виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал ATM - это

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8