Лекция 2. Цифровая регистрация. Передача видео на расстояние

Цель лекции: изучение основных отличий в организации систем видеонаблюдения при цифровой регистрации видеосигнала

Содержание лекции: переход к цифровым системам регистрации, передача видеосигнала на расстояние

С начала 90-х годов компании воспользовались преимуществами, которые давали выросшая производительность чипсетов и общее движение к цифровой записи изображений. В то время как аналоговое изображение непосредственно записывалось на кассетный видеорегистратор, для записи изображения в цифровом виде его вначале необходимо конвертировать из аналогового в цифровое (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Форматы цифрового изображения

Как можно видеть, изображение размером 640х480 содержит в четыре раза больше информации (или пикселей), чем 320x240. Это означает, что цифровой размер изображения 640х480 в четыре раза больше, чем цифровой размер изображения 320х240. Если изображение 320х240 имело размер 7 Мб, то 480х240 будет иметь 28 Мб. В зависимости от используемого чипсета, цифровое изображение имеет различное число пикселей, которые взяты из аналогового видеосигнала. Наиболее распространенные размеры изображения - 640х480 или 320х240. Важно помнить, что аналоговое изображение состоит из двух полей. Так как каждое поле в среднем аналоговом изображении состоит из примерно 262-1/2 линий, легко видеть, как можно поле конвертировать в 320х240: просто путем выборки каждого второго пикселя по горизонтали и каждой линии по вертикали для каждого поля. Так как второе поле передается на 1/60 с позже, два цифровых изображения должны быть «расплетены» (de-interlaced), чтобы избежать артефактов в конечном изображении. В то время как 30-дневная емкость архива при применении Time-Laps VCR легко достигается использованием 30 лент и 24-часового режима, регистрирующие средства для цифровых видеорегистраторов, во-первых, значительно более дорогие, а во-вторых, использовать их как сменные более затруднительно. По этой причине цифровые видеорегистраторы требуют сжатия (компрессии) изображений для их хранения, но чтобы при этом визуальные потери были бы минимальные. Хотя методы сжатия могут быть разными, одна черта является общей для всех алгоритмов видеокомпрессии: с определенного уровня компрессии видеоизображение начинает быстро деградировать (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Зависимость ухудшения качества изображения от степени сжатия

Степень сжатия и размер изображения (в пикселях) следует варьировать в зависимости от количества изображений, которые необходимо сохранить на жестком диске. Кроме того, большинство цифровых видеорегистраторов на сегодняшний момент регистрируют только единичное поле для того чтобы избежать проблем с чересстрочной разверткой и чтобы вдвое обрезать количество информации, которую необходимо сжать - с изображения размером 640х480 до 640х240. В то время как изображение 320х240 может воспроизводиться с качеством VHS, для получения изображения с SVHS-качеством требуется разрешение 640х240 или 640х480. Обычная ошибка заключается в предположении, что изображение в формате 640х480 всегда имеет лучшее качество, чем в формате 320х240. Предположим, что изображение 320х240 сжато с соотношением 1000:1, при этом размер результирующего изображения уменьшится с 7 Мб до 7 кб. Для достижения того же размера в 7 кб изображение в 640х480 пикселей должно быть сжато с фактором 4000:1. При таких крайне высоких степенях компрессии потери качества из-за сжатия могут в действительности привести к худшему изображению при 640х480 пикселей, чем при 320х240. Реальные алгоритмы компрессии могут меняться в широких пределах от индустриальных стандартов (JPEG, MPEG) до "самоделок", но могут быть разделены на две основные группы: полнокадровые (Full Frame) и обновляемые по условию (Conditional Refresh). Новое свойство, которое было введено вместе с мультиплексором - это детектор активности. Детектор активности позволяет мультиплексору менять частоту изображений, посылаемых на кассетный видеорегистратор. В результате изображения "с движением" будут регистрироваться с более высокой скоростью, чем "без движения". Некоторые из ранних моделей мультиплексоров даже включали режим, при котором изображения посылались на видеорегистратор только в том случае, когда обнаруживалось движение в этих изображениях. Так как кассетный видеорегистратор двигал магнитную ленту с установленной скоростью, это приводило к пропускам на ленте. Хотя теоретически этот режим должен был облегчить просмотр ленты с записью изображений от 16 камер, так как показывались только изображения с наличием активности, этот режим распространения не получил. Для цифровых видеорегистраторов этот режим обеспечивает значительно большую выгоду, так как он сохраняет пространство на жестком диске и может значительно расширить емкость памяти. Однако цифровые регистраторы - не более чем продвинутая версия комбинации из мультиплексора и кассетного видеорегистратора. Имеется третье свойство, предлагаемое в большинстве цифровых видеорегистраторов, которое в аналоговый век требовало приобретения дополнительного оборудования: дистанционного видеотрансмиттера. Как только модемы стали быстрее, чем 9600 бод, потребители стали выражать желание рассматривать натуру прямо со своего рабочего места. Передача видео на расстояние не только экономит время на доставке лент, но также позволяет пользователям переключаться с одного объекта наблюдения на другой, и даже позволяет наблюдать несколько объектов одновременно. В то время как объединение кассетного видеорегистратора, мультиплексора и видеотрансмиттера представляет серьезную задачу (особенно применительно к воспроизведению), большинство цифровых видеорегистраторов предлагает это как часть интегрированного, легкого в использовании пакета. Рынок требует разных цифровых видеорегистраторов. Малые системы цифровой видеорегистрации могут использоваться в стандартной охранной схеме вместо системы с мультиплексором, если число камер ограничивается четырьмя или менее и если стоимость является основным фактором. Основная масса цифровых видеорегистраторов обычно предлагает все три основные преимущества, а также одновременные запись и воспроизведение, интеллектуальные алгоритмы поиска и другие продвинутые свойства. Большие системы цифровой видеорегистрации используют технологии, которые позволяют производить регистрацию по каждой камере в полнокадровом режиме и с полной скоростью, предлагают избыточную емкость для хранения информации, такую, как RAID - подсистемы, и сетевую архитектуру, которая делает легким развертывание регистраторов в больших приложениях, таких, как аэропорты, супермаркеты, казино и др. В дополнение к более традиционным цифровым видеорегистраторам, имеется также расширенное предложение DVR, которые являются интерфейсом в таких приложениях, как банкоматы и системы контроля доступа. При регистрации данных от этих и других приборов вместе с видео, сортировка видео и поиск в нем может производится более умным и быстрым способом. При преимуществах, которыми обладают цифровые видеорегистраторы, нет ничего удивительного в том, что они являются самым быстрорастущим сегментом на рынке CCTV. Многие специалисты, связанные с управлением предприятий, широко пользуются системами передачи компьютерной информации - специализированными компьютерными сетями. Они решают задачи передачи компьютерных данных, телефонных переговоров, видеоконференций и многого другого. Данные технологии могут быть использованы при организации управляемого видеонаблюдения. Известны различные системы охранного наблюдения на основе видеокамер. Основной недостаток таких систем заключается в очень ограниченной области их работы: расстояние передачи аналогового видеосигнала по физическим кабелям составляет всего несколько сот метров. Дальнейшее увеличение расстояния приводит к значительному ухудшению качества изображения, затрудняется распознавание объекта наблюдения, т.е. система перестает выполнять свои основные функции. Также представляется весьма затруднительным создание крупных систем наблюдения на аналоговом принципе. Современные цифровые технологии не только делают систему значительно более надежной и универсальной, но и более доступной по стоимости. Видеонаблюдение, основанное на цифровых технологиях, объединяет возможности передачи высококачественного видеосигнала с управлением на любом расстоянии вращающимися видеокамерами. Видеосигнал и дополнительная информация с видеокамеры поступают в реальном времени без задержек по сети связи в оцифрованном виде на пульт управления, который может находиться как в том же здании, так и в любом другом месте. Рабочим местом оператора могут быть персональный компьютер, видеомонитор или телевизор. При использовании персонального компьютера программное обеспечение оператора устанавливается непосредственно на компьютер. Очень простой и удобный для использования графический интерфейс обеспечивает прямой доступ ко всем функциям управления и отображению видеоизображения на экране монитора компьютера. Для управления поворотными устройствами могут использовать джойстик, графический интерфейс или стандартная клавиатура. При этом возможен любой тип соединения к видеосерверу, включая локальную сеть, арендованную линию или Internet. Если в системе присутствуют два или более поста наблюдения, будут выполняться необходимые уровни доступа и приоритеты. К одному видеосерверу может быть подключено одновременно несколько видеопотоков и телеметрических приемников. Приемники команд дистанционного управления разных изготовителей имеют различные и, как правило, несовместимые системы управления и протоколы. Однако оборудование обеспечивает легкую адаптируемость к различным системам и позволяет объединять оборудование различных производителей в единую систему. Представляемые системы могут быть использованы для наблюдения за технологическими процессами, за движением автотранспорта, в медицине, обучении, системах охранного видеонаблюдения, в игорном бизнесе. Они отличаются простотой использования, универсальностью и высокой защищенностью от несанкционированного доступа.