Цифровые системы охранного телевидения

Цифровые системы охранного телевидения.
В последнее время на рынке технических
средств и систем безопасности все более
широкое применение получают системы
охранного телевидения (СОТ), использующие
цифровую обработку, передачу и хранение
видеоинформации.
Технический прогресс в информационных
и компьютерных технологиях отразился и на
развитии охранного телевидения. Цифровые
технологии
обеспечивают
неоспоримые
преимущества по сравнению с аналоговыми.
Преобразованный в цифровую форму сигнал
может сохранять практически всю информацию,
заложенную в аналоговой форме, а современные
технологии передачи, записи и хранения
цифровой информации практически не
подвергают искажениям сигнал и в любой момент
могут воспроизвести его со 100%-ной
повторяемостью, чего не скажешь об аналоговых
технологиях. Соответственно у оцифрованного
сигнала открывается весь спектр возможностей
для всякого рода его обработки, анализа и
моделирования
мощными
арсеналами
программно-математических средств. Одно из
неоспоримых
преимуществ
цифровых
технологий
-возможность
применения
к
оцифрованному
сигналу
мощного
математического аппарата упаковки и сжатия
информации.
Все это и положено в основу построения
современных цифровых систем охранного
телевидения (ЦСОТ). При этом аппаратная часть
систем сокращается до трех компонентов телекамеры, платы видеоввода (видеозахвата,
видеообработки) и персонального компьютера
(ПК) со специальным программным обеспечением
(видеосервер). ПК или видеосервер в ЦСОТ
заменяет собой традиционные в аналоговых
СОТ -квадраторы, матричные коммутаторы,
мультиплексоры,
детекторы
движения
и
видеомагнитофоны. Системы на базе ПК легко
наращиваются, модифицируются и, в большинстве
случаев, имеют широкие возможности по
управлению и настройкам.
Другим направлением использования
цифровых технологий в СОТ является перевод
традиционных аппаратных устройств на работу с
цифровыми сигналами.
Прежде всего это телекамеры и цифровые
видеомагнитофоны или многофункциональные
видеорегистраторы (Digital Video Recorder DVR). На их базе строятся ЦСОТ без
использования ПК. Прежде всего их отличает
простота управления за счет меньшей гибкости в
конфигурировании системы.
В целом ЦСОТ имеют следующие
отличительные особенности от аналоговых систем:
неограниченные возможности конфигурирования и модернизации;
высокую функциональность и настраивае-
мость под конкретный объект;
высокие характеристики скорости ввода
видеоинформации и качества ее записи;
неограниченное время хранения записи и
глубина архива;
быстрый доступ к архиву по различным
критериям и приоритетам;
возможность удаленного доступа к
видеоизображениям и архивам;
интеллектуальный детектор движения.
Рынок ЦСОТ растет, количество предложений увеличивается и неискушенному потребителю необходимо знать, на что обращать
внимание и каковы критерии выбора этого
оборудования.
Все ЦСОТ, независимо от исполнения и
способа реализации, характеризуются тремя
главными показателями: разрешением, скоростью
захвата (записи) и количеством каналов
(телекамер). При этом в условиях конкретного,
недорогого среднестатистического компьютерного "железа", а также с учетом ограниченной
пропускной способности PCI-шины компьютера выбор двух показателей с высокими значениями
сводит "на нет" третий, и записывать видеоинформацию в такой ситуации можно:
- либо с высокими разрешением и высокой
скоростью, но с малого количества каналов;
- либо с высокими разрешением и с боль
шого количества каналов, но с малой скоростью;
- либо с высокой скоростью и с большого
числа каналов, но с малым разрешением.
Исключение составляют системы, применяющие аппаратное сжатие видеоинформации
на плате видеозахвата: PCI-шина ПК разгружается,
и граница компромисса "разрешение /скорость/
количество каналов" значительно отодвигается. Но
такая технология исключает последующую
обработку
видеоматериала
программными
ресурсами ПК, тем самым очень ограничивая
набор функций и возможностей системы в целом.
Поэтому, в первую очередь, необходимо обращать
внимание на качество обработки видеосигнала.
Этот параметр ЦСОТ приобретает важное
значение для объектов с повышенными
требованиями к безопасности. Для полноценного
обеспечения безопасности объекта сегодня уже
не достаточно просто следить за ситуацией, глядя
в монитор, и оперативно реагировать на нее.
Необходимо вести высококачественную запись,
пригодную для идентификации личности и
действий возможного нарушителя. Известно, что
аналоговая телекамера СОТ выдает изображение
со скоростью 25 кадр/сек, что специалистами
называется потоком "живого" видео. И именно
такие телекамеры чаще всего используются в
ЦСОТ, как самые распространенные и оптимальные по параметру цена/качество.
Цифровое видео достигает качества
лучших аналоговых СОТ тогда, когда производится
полная оцифровка каждого кадра. Максимально
возможное качество - разрешение оцифровки
768x576 пикселей с захватом полного кадра, а не
одного поля с последующим его повторением.
Такое разрешение оцифровки кадра позволяет
различить на мониторе индивидуальные черты
лица человека, номерной знак автомобиля,
номинал денежных купюр, масти игральных карт и
т.п. Разрешение записи в формате полного кадра
становится нормой, однако многие устройства все
еще записывают видеоинформацию в разрешении
полукадра или даже четверти - ведь запись
телекамер низкого разрешения (320-380 ТВЛ) с
высоким разрешением в пикселях не даст
никакого преимущества, а только займет больше
места на жестких дисках и увеличит стоимость
системы. Кроме того, для восприятия видеоинформации гораздо более важно горизонтальное разрешение, нежели вертикальное.
При оцифровке и записи полнокадрового
изображения, в котором присутствуют, например,
несколько движущихся объектов, следует
обращать внимание на функцию деинтерлейса устранение эффекта гребенки на экране
монитора, возникающего из-за черезстрочного
метода передачи видеосигнала в аналоговом
тракте.
Другим фактором, влияющим на качество
отображения и записи видеоинформации, является используемый в системе алгоритм компрессии или сжатия оцифрованного изображения. На
рынке цифровых технологий в основном
представлены системы, использующие следующие типы компрессии: IPEG, MIPEG, MPEG-2,
MPEG-4 (или Н-264 как развитие MPEG-4),
Wavelet.
Основные
принципы
сжатия
видеоинформации сводятся к следующему:
- сжатие данных внутри отдельного кадра;
- оптимизация в передаче изменений
между кадрами.
Даже при внешнем рассмотрении
цифровых данных внутри кадра видно, что в них
много однотипной и дублирующей информации.
Например, интенсивность фона чаще всего имеет
постоянное значение. Многие отдельные участки
изображения, занимающие значительные
размеры кадра, тоже имеют одинаковый уровень
цифрового сигнала. Естественно, эту информацию
передавать полностью не имеет смысла. В
соседних
кадрах
при
частоте
50
Гц
относительное изменение информации очень
незначительно, особенно в СОТ, где в кадре,
как правило, находятся неподвижные объекты. В
этом случае основной подход при сжатии
видеоинформации заключается в том, что вся
информация не передается по кадрам, а
происходит передача лишь изменений между
кадрами. Более того, многие алгоритмы
сжатия, используя динамические модели
объектов, достигают высоких коэффициентов
сжатия при передаче лишь этой изменяющейся
информации. Другие алгоритмы не передают
собственно изменяю-
щиеся данные, а только коэффициенты их изменения или коэффициенты экстра- и интерполяционных изменений между кадрами. Кроме того, в
современных кодеках (программах компрессии/декомпрессии) применяются различные
алгоритмы с использованием вероятностных
методов, математической статистики и др.
Не вдаваясь в дальнейшие подробности
по отличиям одних типов компрессии от других,
отметим следующее. Практика и испытания
показывают, что самым качественным форматом
на сегодняшний день является Wavelet без
межкадрового сжатия. Однако поток информации
на запись в реальном времени может достигать 3
Мб, что серьезно сказывается на стоимости
накопителей информации (жестких дисков), а,
следовательно, и на времени хранения
информации. Формат MPEG-4 уступает Wavelet
по размеру кадра и качеству изображения, но
более эффективен по соотношению качества и
цены.
В
большинстве
случаев
MPEG-4
обеспечивает хорошее качество и значительно
меньшую стоимость накопителей информации.
Остальные форматы значительно уступают
этим, выше указанным двум, как в качестве, так и
в размерах кадра.
Аппаратное Wavelet - сжатие происходит
непосредственно на платах видеоввода без
использования центрального процессора. Это
позволяет обеспечить запись 16 каналов
"живого" полноцветного видеоизображения в
полном разрешении (768x576) на стандартных
материнских платах с процессором Pentium IV,
2,6 ГГц и со стандартными жесткими (IDE)
дисками. Вообще, следует отметить, что
многоканальную запись (более 4 каналов) в
реальном времени с разрешением полного кадра
могут осуществлять только ЦСОТ на базе плат
с аппаратной компрессией, либо платы с
использованием шины компьютера PCI-Express. В
любом случае это достаточно дорогие системы.
Естественно, что "живое" видео требуется
не всегда. В охранных целях часто достаточно
осуществлять запись со скоростью 6-12 кадр/сек.
В этих случаях применяется мультиплексирование,
при котором часть времени неизбежно тратиться
на синхронизацию. В непрофессиональных
системах это приводит к снижению общей
производительности системы. Следует так же
обращать внимание на применение в ЦСОТ
технических решений, позволяющих полностью
устранить
недостатки
аналогового
мультиплексирования. Профессиональная ЦСОТ
вполне в состоянии обеспечить стабильность
такого параметра, как разрешение/скорость
захвата/количество каналов.
Любая профессиональная ЦСОТ должна
иметь в своем составе детектор движения.
Применение цифровых технологий и компьютерной
техники в охранном телевидении дали
детектированию движения огромные возможности
по сравнению с аналоговыми системами.
Считается нормой наличие в системе набора
детекторов для детектирования быстрого и
медленного движения, а также оставленных
предметов. Многие системы могут создавать в
поле зрения одной телекамеры зоны с различной
чувствительностью и другими параметрами. Более
профессиональные системы позволяют задавать
направление движения, относительные размеры и
соотношения сторон объектов, возможны также
дополнительные
логические
построения,
задающие последовательность работы зон в поле
зрения одной или даже нескольких телекамер.
Такой интеллектуальный детектор движения
помогает настроить ЦСОТ для автоматизации
процесса наблюдения и удобства работы
операторов, повышая уровень безопасности
охраняемого объекта.
При выборе или построении ЦСОТ
большое внимание необходимо уделять способам
хранения записываемой информации и
возможностям доступа к архиву и базам данных
системы, а также управлению ими. Прежде всего
система должна обеспечивать циклическую
запись видеоинформации. Она позволяет в
автоматическом режиме перезаписывать самые
старые видеоархивы новыми. Неплохо иметь так
называемую функцию "страйпирования" - это
когда записи распределяются по разным
жестким дискам. Также полезна функция
"неудаляемого" архива, когда вы специально
помечаете какие-то записи и они не будут
стираться при стандартной циклической записи.
Хранить записанную видеоинформацию
можно по-разному. Наиболее прогрессивным
считается специальный закрытый формат данных
(файлов), оптимизированный под задачи
охранного телевидения, В этом случае появляется
возможность избавиться от многих недостатков
присущих стандартным мультимедийным
форматам и обеспечить одновременно быстроту
записи и эффективность воспроизведения. Для
хранения данных должна применяться
полноценная система управления базами данных,
При этом очень полезно дублирование всех
хранимых атрибутов и в базе данных, и в самих
файлах, что обеспечивает быстроту поиска и
самовосстановление архива при возможных сбоях
операционной системы.
И уж непременно любая ЦСОТ должна
предоставлять пользователю как минимум два
уровня доступа - полный и ограниченный.
Системы, построенные на базе ПК,
допускают создание неограниченного количества
пользователей и управление их уровнем доступа.
Естественно,
что
любая
профессиональная ЦСОТ должна обладать
возможностью работы по расписанию, иметь
входы для подключения внешних датчиков и выходы
тревог, уметь управлять поворотными устройствами
и скоростными купольными телекамерами.
Полезны также сквозные выходы и выходы на
дополнительные видеомониторы.
Для того, чтобы не испытывать проблем при
расширении задач в области безопасности
объекта, необходимо обращать внимание на
совместимость ЦСОТ с системами контроля
доступа, охранной и пожарной сигнализации, а
также другими системами жизнеобеспечения
объекта.
Таким образом, только с помощью
компьютера и цифровых технологий можно
получить гибкую, открытую для дальнейших
модернизаций систему охранного телевидения,
которая всегда будет удовлетворять требованиям,
меняющимся чуть ли не каждый день.