4g

В чем главная проблема современных недорогих IP-камер? Вы не можете просто так добавить их на свой сайт! Они выдают видео совсем не в том формате, который понимают браузеры. Да, конечно, можно зайти напрямую на камеру (и часто только с IE), и у многих моделей есть облако. Но проблема остается я не могу просто так взять и поместить камеру на сайт, как например, простую картинку!

Я рассмотрел множество решений для организации трансляций с IP-камер от разных поставщиков, в том числе и OpenSource решения. У большинства один недостаток, очень критичный для меня: система постоянно захватывает поток с камеры, даже если нет зрителей.

В моем случае нужно было вывести картинку на сайт с удаленных камер, подключенных по 4G каналу в глухом районе. Скорость на отдачу не поднималась выше 10 Мбит/с в лучшие времена, но обычно она была 2-3 Мбит/с. Трафик хоть и неограничен, но провайдер неофициально предупредил, что расход выше 200 ГБ трафика непременно скажется негативным образом, такой вот условный безлимит. Предполагаю, просто порежут скорость.

Некоторые решения, найденные на просторах GitHub, практически подходили, но не обладали хорошей документацией или казались просто сложными и громоздкими.

А была мне нужна система онлайн-трансляций с такими свойствами:

1. не расходующая трафик в отсутствие зрителей;

2. среднедневное одновременное число зрителей 1-3 человека;

3. поддержка если не всех, то большинства популярных интернет-браузеров, в том числе мобильных;

4. максимально простая и понятная;

5. недорогая;

6. желательно OpenSource.

Имея богатый опыт работы с программой FFMpeg, весь этот функционал я решил попробовать реализовать самостоятельно. В конце концов, чем плох велосипед, сделанный своими руками, если есть желание и время?

Но тут вы наверняка скажете зачем на свой сайт, ведь есть iVideon? и будете правы. Действительно, этот сервис практически не потребляет трафик, когда трансляция неактивна, очень простой в развертывании и вообще классный. А еще весьма дорогой, когда камер много и много зрителей, которым нужно передать права (никаких публичных ссылок). И забавно, зрителю тоже нужно оплачивать подключение каждой новой камеры сверх лимита (во всяком случае, год назад было именно так). Постепенно условия сервиса менялись, и вот теперь на бесплатном аккаунте можно разместить лишь одну камеру, и передать права лишь одному пользователю. И это уже не говоря о том, что в идеале потребуются камеры или видеорегистраторы с iVideon-овской прошивкой.

По моим наблюдениям, оказалось, что такие браузеры, как Google Chrome и Mozilla Firefox, спокойно воспроизводят правильно подготовленный H.264-поток с камеры. Под правильной подготовкой имеется ввиду переупаковка потока программой FFMpeg со следующими параметрами:

-movflags +frag_keyframe+separate_moof+omit_tfhd_offset+empty_moov

Эти опции подсказывают FFMpeg, что на выходе мы хотим получить фрагментированный MP4-файл с наличием атома moov в начале файла и последовательность атомов moof с интервалом в один ключевой кадр.

Из прочих параметров я задавал еще такие:

-c copy для копирования потока без перекодировки;

-an без аудио (почему-то всё ломается, если камера не передает аудиопоток, а таких камер много);

-t лимит для ограничения времени одного сеанса (конкретно у меня трафик ограничен, экономим на всём);

-rtsp_transport tcp проще тем, что не требуется пробрасывать RTP-порты, если камера находится за NAT (поддерживается практически всеми камерами);

-probesize 32 эта команда ускоряет воспроизведение видео;

-stimeout 5000000 тайм-аут чтения потока (5 секунд).

Хорошо, а причем тогда здесь PHP? А нужен он вот зачем. Посылаем необходимые заголовки:

header("Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, max-age=0");

header("Cache-Control: post-check=0, pre-check=0", false);

header("Pragma: no-cache");

header('Accept-Ranges:bytes');

header('Connection:keep-alive');

header('Content-type: video/mp4');

И средствами PHP запускаем FFMpeg с перенаправлением потока напрямую в браузер зрителя:

passthru("ffmpeg <параметры кодирования и ссылка на поток> -f mp4 pipe:");

И все было бы отлично, но видео грузится несколько секунд, и не воспроизводится в Safari на Mac и iOS. То ли особенность реализации кодека там такая, то ли просто фрагментированные MP4 толком не поддерживаются, не знаю перепробовал все варианты. Еще заметил, что видео начинает моргать в браузере Google Chrome, если не обождать пару секунд перед стартом воспроизведения.

Самый простой способ решения проблемы, который пришел мне в голову а почему бы не пустить сначала перекодированный в MJPEG поток, а после, когда прогрузится основной MP4, сделать замену? У этого формата масса плюсов простой, поддерживается наверно вообще всеми браузерами, очень нетребователен к ресурсам сервера, но очень прожорлив в плане размера выходного файла, и как следствие, расходуемого трафика. Поэтому по максимуму урежем качество картинки, лишь бы работало.

И знаете, получилось весьма сносно. Я доработал первоначальный скрипт, и теперь он:

1. умеет выводить видео и в других форматах: OGV и WEBM;

2. умеет выдавать по запросу статичную картинку (снимок);

3. если видит, что вкладка с ранее открытым видео была в фоне при запуске браузера, то переадресует на указанный вами сайт (например, каталог камер), таким образом, экономя ресурсы;

4. не стопорится в Яндекс-браузере на Mac. Там кодек тоже как-то хитро работает до второго ключевого кадра воспроизводит, а потом всё. Для него пришлось делать дополнительную проверку, вдруг видео сломалось. Safari поступает более мудро просто не воспроизводит и всё.

Кажется, получилось уже много текста, поэтому перейдем к самому интересному как его установить на свой сервер. Установка скрипта проста:

1. берете сервер, например, с Debian, ставите Apache+PHP7 и FFMpeg;

2. получаете SSL-сертификат для своего сервера;

3. копируете файлы моего скрипта в любую доступную по www папку;

4. открываете camera.php и указываете свой ключ (придумываете; допустима латиница и цифры) в переменной $key, а в $redirectToIfBackground указываете, куда переадресовывать из фоновых вкладок;

5. размещаете на страницах своего сайта трансляций ссылки на camera.php в таком формате: camera.php?a=<rtsp-ссылка в base64>&b=<ключ>&c=<rtsp-ссылка на второй поток в base64>. При этом параметр c необязательный, но очень желательный.

Риску предположить, что на шаге 4 у вас могут возникнуть затруднения. Но здесь нет ничего сложного, можно взять любой онлайн base64 конвертер, например http://base64.ru/, и сконвертировать вашу ссылку на RTSP-поток.

И вроде бы на этом всё, но без одной маленькой детали рассказ был бы неполным. Если вы планируете сайт с камерами сделать на MODX Revolution, то используйте приложенный плагин, упрощающий работу по размещению ссылок. Инструкция по установке плагинов есть в документации к этой CMS. После установки плагина откройте его на редактирование и в начале файла подставьте свои значения в $key и $camera_server_url (иными словами замените текст, выделенный заглавными буквами, своим ключом и адресом сервера).

После его установки, в тексте ваших страниц ссылки на камеры теперь можно указывать в таком виде:

{camera*НАЗВАНИЕ*RTSP-ССЛКА*RTSP-ССЛКА НА ВТОРОЙ ПОТОК}

Название и RTSP-ссылки подставляете свои. Если нет ссылки на второй поток, то дублируете ссылку основного потока. Если есть затруднения с поиском RTSP-ссылок на вашу камеру, то можно использовать программу Onvif Device Manager. Она покажет ссылку снизу слева, по клику на Живое видео.

По поводу безопасности. В принципе, если сервис будет непубличным, для чего и задумывался скрипт, то всё нормально. В противном случае, любой кто подсмотрит ссылку на camera.php, может вытащить исходную RTSP-ссылку, пароль на камеру (он прописывается в RTSP-ссылке), и сам секретный ключ $key. Пароль на камеру дает доступ к её админке, если вы пренебрегли созданием отдельной учетной записи на этой камере специально для RTSP. Секретный же ключ даст возможность через ваш сервер крутить сторонние камеры. Поэтому, данный скрипт только для частного доступа. Я мог бы реализовать шифрование параметров, но при размещении в публичный доступ ввиду отсутствия кэширования видеоряда интернет-канал быстро забьется, как и ресурсы на сервере.

Кстати, лично у меня все камеры посредством VPN (я люблю Wireguard) связаны в одну сеть, все ссылки я прописываю с серыми IP. Удобно, безопасно, радует.

Мой код публикуется под лицензией MIT.

В проекте используется библиотека ifvisible.js, разработанная Serkan Yeren, лицензия MIT.

Скачать, 14 кБ

Зеркало

В конце 2020 года компания Keenetic выпустила ожидаемые роутеры с интегрированным модулем 3G/4G, предложив альтернативу легендарному роутеру Zyxel Keenetic LTE, который участвовал в моих прежних тестах. На этот раз роутеров сразу два и оба имеют большие шансы на успех. А новогодних праздников с лихвой хватило на всесторонние испытания. Хочу поделиться опытом эксплуатации и результатами своих испытаний, как эти роутеры справились с задачами в городе и в загородном доме.

Герой или бегун?

Компания Keenetic выпустила два устройства со схожими функциями, но с разной производительностью, правильно посчитав, что не всем на даче нужна гигабитная сеть, или в городе с гигабитной сетью провайдера можно упереться в производительность сетевого интерфейса.

Итак, у меня в руках два роутера Keenetic Hero 4G и Keenetic Runner 4G, с возможностью вставить SIM-карту и начать работу в любом месте, где ловит сеть 3G или 4G. Детально познакомиться с характеристиками моделей можно на сайте производителя, а я добавлю таблицу различий между моделями, чтобы дальше было проще.

Как видно из таблицы, старшая модель HERO отличается более производительным процессором, наличием 5, а не 4 сетевых интерфейсов, большей скоростью этих портов, ну и наличием USB порта для подключения внешних устройств. Вполне логично, что у старшей модели на борту так же имеется сеть Wi-Fi на 5 ГГц, в то время, как у младшей только 2,4 ГГц. Можно сделать предположение, что младшая модель будет больше популярна у загородных жителей и дачников, так как большого засилья Wi-Fi сетей в частном секторе нет и эфир на 2,4 ГГц не перегружен, как в многоквартирных домах. С другой стороны, у меня был опыт развертывания MESH сети на базе роутеров Keenetic на большом участке с несколькими домами - там у владельцев внутри дома смарт-телевизоры подключались по Wi-Fi 5 ГГц. Оба роутера могут являться контроллерами или элементами MESH сети прямо из коробки.

Внутри роутеры существенно различаются, единый только 3G/4G модуль, прошивка аналогична и есть выбор: за дополнительные функции, вроде гигабитной сети и USB порта можно заплатить несколько большую сумму или не переплачивать, если нужен только выход в инет по Wi-Fi.

Тесты и эксплуатация

Огромная благодарность инженерам компании за наличие стандартных входов SMA для подключения антенн к модулю сотовой сети. Это позволяет подключить внешнюю антенну и улучшить качество сигнала, если оно оставляет желать лучшего. Ну а с направленной антенной можно "выцелить" наименее загруженную БС и отсечь ближайшую вышку, которая может давать хороший сигнал, но низкую скорость.

Методика тестирования обоих роутеров была схожа и обкатана на тестах многих других устройств, таким образом испытания оказались максимально приближены к реальной эксплуатации. Тестирование разделено на три этапа:

1. Тест на улице в 200 м от базовой станции в стандартном исполнении. Используются собственные антенны.

2. Тест в доме, на высоте 10м от земли. Используются собственные антенны. Какая БС поймается автоматически - на той и тестируем. То есть будем вести себя, как самый неопытный пользователь - воткнул SIM-карту и работает.

3. Тест в доме на высоте 10м от земли. Используется направленная антенна PRISMA 3G/4G MIMO с усилением 27 дБ, направленная на базовую станцию с удалением 8 км. Антенна подключается к роутеру кабелем 5D-FB длиной 3м.

Все тесты проводятся при помощи сервиса Speedtest.net до сервера RETN Moscow 3 раза, фиксируется лучший результат. В качестве провайдера был выбран Wifire, так как он работает на базовых станциях Мегафон, который обеспечивает ширину канала 20 МГц и имеет хорошую пропускную способность своих линий. Надо отметить, что он еще и позволяет работать с пиринговыми сетями, не ограничивая скорость, как это делают другие операторы.

Результаты тестирования

Скажу честно, я был приятно удивлен получившейся таблице. Ни разу скорость не опустилась ниже 50 Мбит/с на прием. Причем даже в доме, где базовую станцию не видно невооруженным взглядом, скорость была вполне приемлемой. Стоит отметить, что тестирование проводилось зимой и листвы на деревьях не было, а значит летом скорость со встроенными антеннами может упасть, так как листва существенно влияет на прохождение радиосигнала на такой частоте (Band7 или 2600 МГц). Кроме того, дачников было мало и БС не сильно загружены, что тоже не может не радовать.

Отдельно хочу отметить, что несмотря на наличие БС заметно ближе к дому, роутеры цеплялись к БС на удалении почти 8 км со встроенной антенной! И даже скорость была вполне приличной, хотя направленная антенна на эту же БС прибавила 20 Мбит/с к результатам!

Также надо отметить механизм сканирования сетей. Он выдает список всех сетей, даже тех, которые недоступны для авторизации с этой SIM-картой. Хочется пожелать инженерам компании, чтобы они доработали этот сканер, что может облегчить ориентацию внешней антенны на БС - именно за это любили предшественника Zyxel Keenetic LTE.

Я протестировал роутер не только в режиме эксплуатации с радиомодулем, но и с использованием сотовых сетей в качестве резервного доступа. И в этом случае тоже было все отлично: достаточно выставить в интерфейсе проводного провайдера режим проверки доступности интернета АВТО, как при исчезновении сигнала или пропадании пингов, роутер сам переключается на резервный канал. То есть, если домашний проводной провайдер перестанет давать доступ в интернет по тем или иным причинам (закончились деньги, авария на линии), вы особо не заметите разницы - доступ в Интернет останется.

Итоги

Подводя итог, надо отметить, что долгожданные роутеры от Keenetic со встроенными 3G/4G радиомодулями вышли на славу. Весь функционал стандартных прошивок с интегрированным, а не внешним, модемом и возможностью подключения внешней MIMO антенны - это огромное подспорье всем дачникам и владельцам загородных домов. Тем интереснее, что роутеры Keenetic оснащены сервисом KeenDNS, позволяющим получить доступ к интерфейсу роутера и веб-сервисам устройств за роутером даже когда провайдер выдает серый ip-адрес. Это может пригодиться, если видеонаблюдение не наделено облачным сервисом.

Результаты замеров скорости обещают комфортную работу в сети, если БС не окажется перегружена. Ну и стоит пожелать инженерам компании доработать прошивку с учетом пожеланий пользователей, а может и заменить модем на другой, с поддержкой LTE категории 6 или 12, что положительно скажется на входящей скорости.

В преддверии дачного сезона решал проблему с устойчивым интернет соединением в рамках ограниченного бюджета.

Дано

• Отсутствие базовых станций мобильного оператора в прямой видимости.

• Нестабильный мобильный интернет на скорости до 2Мбит/c.

• Расстояние до вышки ~2км.

• Щитовой дом внутри которого будет располагаться Wi-Fi роутер.

Ожидаем получить

• Скорость не ниже 15Мбит/c - этого будет достаточно для параллельного проигрывания видеопотока в качестве 720p на 3х устройствах.

• Покрытие 6 соток устойчивым Wi-Fi сигналом.

• Минимальные финансовые и временные затраты.

Теория

Для выбора подходящего оборудования нам необходимо разобраться в теории и провести некоторые измерения:

1. Т.к. сигнал 4G может передаваться на различных частотах нам потребуется определить частоту, на которой работает ближайшая базовая станция.

   Для этого устанавливаем на телефон приложение Сотовые вышки, локатор или аналогичное, далее запускаем приложение находясь на территории дачного участка и обращаем внимание на частоту работы базовой станции. В моём случае это 2657Мгц. Так же мы узнаем примерное направление, в котором расположена станция.

2. Для повышения скорости передачи сигнала технология 4G использует технологию MIMO.
   Это значит, что сигнал передаётся по 2м каналам - в горизонтальной и вертикальной поляризации.

3. Мы должны учитывать, что в коаскиальном кабеле происходят значительные потери сигнала, примерно 0,5Дб на 1м кабеля. Чем дороже кабель, тем меньше потери.

4. Чем выше установлена антенна, тем лучше качество сигнала - Эйфелева и Останкинская башни нам на это намекают.

Оборудование

Вооружившись полученной информацией переходим к выбору оборудования:

1. Антенна: при выборе антенны мы ориентируемся на рабочую частоту 2600Мгц. Т.к. Базовая станция находится относительно недалеко, будет достаточно усиления 10-15Дб.

   Тип антенны - панельная. Если качество сигнала хуже и базовая станция находится дальше, подойдёт параболическая антенна - это повысит стоимость решения и усложнит настройку антенны из-за более узкого луча, но коэффициент усиления будет значительно выше.

   Чтобы исключить потери сигнала в кабеле, будем выбирать антенну с возможностью установки симкарты или модема внутри антенны.

   Антенна должна поддерживать MIMO.

2. 4G модем: должен поддерживать выбранную симкарту, иметь возможность подключения антенны, поддерживать MIMO. Модемы с поддержкой MIMO имеют 2 разъёма для подключения антенн.

3. Wi-Fi роутер: т.к. скорость 4G интернет соединения невысока и проблем с перекрытием Wi-Fi каналов на дачном участке нет, нам будет достаточно 2,4Гц Wi-Fi роутера.

В результате был выбран следующий комплект оборудования, компоненты выбирались исходя из минимальной стоимости и технических характеристик, обеспечивающих мои потребности:

• Антенна: Petra-12 MIMO 2x2 BOX, антенные разъёмы CRC-9 (как в 4G модеме)

  Плюсы: возможность установки 4G модема внутри антенны, как следствие, отсутствие потери сигнала в коаксиальном кабеле, нет дополнительных затрат на кабель. Антенна укомплектована 10м USB кабелем который подключается в ноутбук или Wi-Fi роутер.

  Минусы: пыле/влаго защита - IP54, этого недостаточно для установки антенны вне помещения, я устранил данный недостаток с помощью силиконового герметика.

  Стоимость: 3 000р. + герметик 200р.

• 4G модем - Huawei 3372.

  Плюсы: один из самых распространённых USB модемов, следовательно, не будет проблем с драйверами в нашем роутере.

  Минусы: обновлённая версия модема лишилась антенных разъёмов.

  Стоимость: 2 900р.

• Wi-Fi роутер: ZBT we1626

  Плюсы: стоимость, возможность подключения USB модема, за месяц эксплуатации проблем не возникло

  Минусы: сомнительный производитель

  Стоимость: 1 400р.

• Стоимость комплекта: 7 500р.

4G антенна расположена на уровне 2го этажа, если сигнал ухудшится - можно поднять антенну выше, установив её на мачту.

Wi-Fi роутер расположен внутри дома на 2м этаже.

Результаты тестирования

CINR - Соотношение сигнал/шум. Больше - лучше.
RSSI - Уровень мощности принимаемого сигнала. Больше - лучше.

Роутер находится внутри дома на уровне 1го этажа, модем подключен непосредственно в роутер:

Модем подключен в антенну, антенна находится на уровне 2го этажа:

Итог

• Вместо нестабильной скорости соединения, мы получили качественный сигнал и скорость 15Мб/c.

• Wi-Fi сигнал ловится на всей территории участка и за его пределами. 2.4ГГц сигнал успешно преодолевает стены щитового дома и обеспечивает нам запас по скорости.

• Финансовые затраты: 7500р.
  Временные затраты: всё что потребовалось сделать - это соединить устройства между собой, прикрепить их к стене в правильном месте и воткнуть в розетку.