Проект системы охранного телевидения
 Скачать 249.86 Kb.
|
|
1.3 Классификация цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля Под цифровыми (компьютерными) системами видеоконтроля принято понимать современные технические средства видеонаблюдения и/или видеорегистрации, выполненные на базе современной компьютерной техники и/или специализированных цифровых устройств обработки видеоинформации. Как правило, цифровые системы видеоконтроля отличаются от простых систем видеонаблюдения и видеорегистрации наличием многоканальных цифровых видеодетекторов движения (активности) и возможностью задания определенной логики обработки тревожных событий. При этом, в свою очередь, функции видеонаблюдения и видеорегистрации соотносятся друг к другу, как и в обычных аналоговых системах. Видеонаблюдение в основном связано с многоканальным дистанционным наблюдением за выделенными зонами объекта охраны с максимальным качеством видеоотображения с помощью специальных технических средств, и, как правило, с использованием устройств телеметрического управления видеокамерами, при этом к видеозаписи не предъявляется особенных требований, вплоть до ее полного отсутствия. Видеорегистрация - наоборот, связана с организацией качественной многоканальной цифровой видеозаписи, как правило, по срабатыванию детектора движения (активности) и/или тревожных входов, с возможностью выдачи в процессе своей работы управляющих сигналов для остального охранного оборудования общей системы безопасности охраняемого объекта, а к видеоотображению особые требования не предъявляются, вплоть до полного егоотсутствия. Современные цифровые средства видеоконтроля принято разделять на интегрированные и неинтегрированные. Интегрированные цифровые (компьютерные) системы видеоконтроля могут эффективно взаимодействовать со всеми подсистемами общей системы безопасности объекта: подсистемой контроля и управления доступом (СКД), подсистемой аудиоконтроля (АК), подсистемой охранно-пожарной сигнализации (ОПС) и другими инженерно-техническими средствами обеспечения безопасности и жизнедеятельности охраняемого объекта. Неинтегрированные системы, напротив, являются автономными системами, в лучшем случае имеющими несколько простых тревожных входов/выходов, подобно обычной аналоговой технике видеоконтроля. К сожалению, иногда за средства интеграции выдаются именно эти самые обыкновенные тревожные входы/выходы, как в аналоговой технике видеоконтроля, что не совсем корректно, если рассмотреть доступную и при этом достаточно примитивную логику обработки тревожных событий и возможных реакций на них.[6] В зависимости от набора технических характеристик, из всего спектра цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля принято также выделять профессиональные системы, в которых технические характеристики позволяют получать высокое качество видеоряда как при видеоотображении, так и при видеорегистрации, в сочетании с высокой скоростью обработки видеосигналов (быстродействием), большой емкостью оперативного архива, многоканальностью и многофункциональностью в сочетании с высокой надежностью как на уровне используемого оборудования, так и на уровне прикладного и системного программного обеспечения. Например, к профессиональными следует отнести цифровые системы видеоконтроля, имеющие до 16-64 видеоканалов на один системный блок, обрабатывающие мультиплексированные/немультиплексированные видеосигналы со скоростью 12,5-25 кадров/с для форматов кадра 768х288 и 768х576 ( иногда - 720(704)х576 и даже 640х480) с разрешением до 500-600 (иногда - 450-500 ТВЛ) телевизионных линий по горизонтали (ТВЛ) для черно-белого изображения и до 350-400 ТВЛ - для цветного. При записи компрессированных видеосигналов разрешение должно оставаться на приемлемом уровне (150-300 ТВЛ) даже для размера отдельных видеокадров размером в 2-10 Кбайт. Отличительной особенностью профессиональных систем является также наличие у них профессионального детекторадвижения, в отличие от обычных детекторов активности у остальных систем видеоконтроля.[5] Следующей важной характеристикой цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля является возможность работы в LAN/WAN компьютерных сетях, т.е. ее сетевые свойства. При этом следует различать возможность организации удаленного видеонаблюдения с помощью специальных сетевых клиентов и/или сети Интернет и обычных Интернет-браузеров (например, Microsoft Internet Explorer, Netscape, Opera и т.п.), от многосерверных сетевых конструкций с возможностью удаленного перекрестного видеонаблюдения и видеорегистрации, а также удаленного администрирования всей системы. Как правило, большинство систем свойствами перекрестного видеонаблюдения и видеозаписи не обладают, и лишь некоторые позволяют осуществлять удаленное администрирование всего сетевого комплекса в целом. Совершенно особняком стоят системы, не имеющие полнофункциональных сетевых свойств. Такие системы или находятся в начальной стадии своего развития, или являются намеренно несетевыми, узкоспециализированными, для решения каких-нибудь отдельных задач видеонаблюдения или видеорегистрации. Еще одна важная характеристика современных цифровых систем видеоконтроля - это их функциональность. Как правило, различают узкоспециализированные системы видеоконтроля, с ограниченным набором функций, и многофункциональные цифровые средства видеоконтроля, наиболее полно сочетающие в себе весь арсенал современных функций видеоконтроля, ранее недоступных в аналоговой технике (функции простой, удобной и гибкой работы с видеоархивами, многоканальной цифровой видеозаписи, встроенного многоканального обнаружения движения, одновременной работы режимов "запись" и воспроизведение", возможности цифровой обработки и улучшения качества видеосигналов, совмещение в одном устройстве сразу нескольких функций - мультиплексирования, мультиотображения, видеокоммутации, видеозаписи и т.д.). Узкоспециализированные цифровые системы видеоконтроля обычно реализуют ограниченный набор функций, например, служат для регистрации проезжающего автотранспорта с определением их государственных номерных знаков, и, иногда, скорости движения объектов.[7] Технические характеристики, важные для сравнения цифровых систем видеоконтроля. При анализе технических характеристик современных цифровых(компьютерных) систем видеоконтроля следует различать характеристики собственно системы видеоконтроля от обычных характеристик современной компьютерной техники, на базе которой такие системы собраны. Например, тип (EIDE, SCSI) и емкость ( 10-80 G ) жесткого диска имеет смысл анализировать только в блочных системах, выпускаемых с ограниченной номенклатурой жестких дисков. Аналогично следует относиться к разрешению видеомонитора, обычным коммуникационным и сетевым интерфейсам (RS-232, Ethernet IEEE 802.3 и т.д.) и прочим компьютерным комплектующим и компьютерной периферии (CD-ROM, ZIP, DAT-накопители, тип процессора, объем оперативной памяти и т.п.). Как правило, все эти характеристики имеют смысл сравнивать только для систем, поставляемых в жестко заданных конфигурациях. Большинство же цифровых систем видеоконтроля выпускаются как в блочном, так и в так называемом ОЕМ-исполнении, т.е. допускают использование практически любых компьютерных комплектующих и РС-платформ, наиболее подходящих для каждой конкретной цифровой системы видеоконтроля, востребованной Заказчиком.[3] Из характеристик собственно систем видеоконтроля отметим следующие: Интерфейс управления/администрирования системы. Очень важная характеристика, определяющая "лицо" системы и удобство ее управления/администрирования. К сожалению, большинство цифровых систем видеоконтроля обладают Windows-подобным интерфейсом, который при всем его преимуществе в офисных приложениях, для профессиональных систем видеоконтроля является очень серьезным недостатком, т.к. неэффективно использует доступную для отображения площадь экрана монитора, позволяет произвольно закрывать, в т.ч. случайно, окна управления и отображения, имеет очень много повторяющихся панелей управления одними и теми же функциями и т.п. Иногда такой интерфейс для организации нормальной работы требует использования нескольких мониторов, что также является серьезным недостатком (например, видеоотображение - на одном мониторе, а работа с видеоархивом - на другом). Некоторые цифровые системы видеоконтроля, обладая специализированным, и, на первый взгляд "красивым" интерфейсом, тем не менее также неэффективно используют доступную площадь экрана монитора системы видеоконтроля (часть панелей управления системой фиксировано занимают часть площади монитора). Профессиональныецифровые системы видеоконтроля должны иметь максимально простой, рациональный интерфейс, с количеством настроек и органов управления, минимально необходимых и достаточных для их эффективного использования.[8] Допустимые форматы видеокадров, которые используются при видеообработке и видеозаписи. Существует множество форматов, используемых современными цифровыми (компьютерными) системами видеоконтроля. Профессиональные цифровые системы, как правило, работают со всеми максимально допустимыми для цифровой обработки видеоформатами : 768х576, 720х576 и 768х288. Иногда, по совокупности остальных показателей, к профессиональным относят цифровые системы видеоконтроля, работающие с форматами 704х576, 640х512 и иногда 640х480 (в основном для зарубежных систем, обычно работающими с меньшими форматами, чем отечественные профессиональные цифровые системы видеоконтроля). Остальные обычно довольствуются разрешениями от 640х480 до 640х256, 384х288, 320х256, 320х240 и даже 192х144, 160х120, 80х60. С учетом так называемого Kell-фактора и известной пропорции телевизионного изображения - аспекта (3/4), формат 384х288 (или аналогичные по количеству пикселов по горизонтали) соответствует разрешению около 250-280 телевизионных линий по горизонтали (качество VHS), а форматы 768х288 и 768х576 (или аналогичные) - разрешению 500-600 линий по горизонтали для черно-белого изображения и 300-400 - для цветного (качество S-VHS). Современные видеокамеры, как правило, имеют следующие форматы ПЗС-матриц: монохромные высокого разрешения - 782х582, 768х576, стандартного - 512х582, 512х576, цветные высокого разрешения - 752х582, стандартного - 500х582.[15] Поскольку в системах видеоконтроля, как правило, используются черно-белые видеокамеры высокого и стандартного разрешения, для профессиональных цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля очень важны именно форматы 768х288 и 768х576 (или аналогичные им по количеству пикселей по горизонтали/вертикали), поскольку только они позволяют получать максимально информативные для последующей цифровой обработки видеокадры, с минимальной потерей исходного разрешения входного видеосигнала. Разрешение канала видеообработки/записи, измеряемое в телевизионных линиях (ТВЛ). Принято считать, что профессиональные системы должны обеспечивать разрешение канала видеообработки по горизонтали500-600 ТВЛ для черно-белого изображения и 350-400 ТВЛ - для цветного. Разрешение канала видеообработки связано как с форматом видеокадра, уже упоминаемым выше, так и с методами цифровой обработки видеосигналов. Для цветных композитных видеосигналов именно цифровая обработка является определяющей в ограничении максимального разрешения канала обработки (выделение сигнала цветности из общего спектра видеосигнала), что накладывает жесткие ограничения на максимально возможное разрешение по горизонтали не более, чем 350-400 ТВЛ (обычно 78-100 ТВЛ на 1 МГц полосы видеосигнала). Более высокие разрешения (400-500 ТВЛ и выше) для цветных изображений возможны только в случае работы с компонентным цветным сигналом: Y:C, RGB и пр. Естественно, в этом случае необходимо использовать и соответствующие видеокамеры с раздельными выходами яркостного (Y) сигнала и сигнала цветности (C). Не менее важна и характеристика разрешения по вертикали, которая очень сильно связана с допустимыми форматами видеокадров системы: для формата 768х576 речь идет о реальном разрешении по вертикали в 400-450 линий (теоретически - не более 576), для формата 640х480 - 360-400 линий (теоретически - не более 480) а для формата 384х288 - 200-250 линий (теоретически - не более 288). Пересчет формата из пикселей в ТВЛ и обратно обычно выполняется с помощью так называемого расширенного Kell-фактора (который равен 0,7-0,85 по горизонтали и 0,7-0,8 - по вертикали). Kell-фактор позволяет выполнять такой пересчет при любом переходе от черезстрочной развертки входных видеосигналов в прогрессивную развертку компьютерных (цифровых) мониторов. Отдельно следует выделять разрешение канала видеозаписи, которое может широко варьироваться в зависимости от степени компрессии (сжатия) видеосигнала. В профессиональных системах даже хорошо сжатое изображение должно обеспечивать достаточно высокое разрешение (150-250 ТВЛ), приемлемое по качеству, при минимальном объеме отдельного видеокадра (от 1-2 кбайт до 5-10 кбайт). На практике разрешение канала обработки/записи и по горизонтали, и по вертикали удобно проверять с помощью специальных измерительных таблиц, например, EIA1956. Метод и степень компрессии (сжатия) видеосигнала. Как правило, в цифровых (компьютерных) системах видеоконтроля используются следующие методы компрессии (сжатия)видеоизображений: WAVELET-подобные (WL, DELTA-WL и т.д.), JPEG и M-JPEG/MPEG - подобные (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 и т.д.). При этом последние пришли или из обычной компьютерной техники сжатия статических изображений (JPEG), или позаимствованы из бытовой цифровой видеозаписи потокового видео (MPEG), что накладывает некоторые особенности на их использование в системах видеоконтроля. Дело в том, что JPEG очень плохо сжимает потоковое видео видеопоследовательности), а M-JPEG/MPEG - подобные методы компрессии работают на основе так называемых опорных кадров и практически перестают работать при мультиплексировании видеосигналов, когда могут возникать задержки между отдельными видеокадрами до 100-200 мс и более, что соответствует скорости обработки до 5-10 FPS (frame per second, кадров/с). С другой стороны, M-JPEG/MPEG - подобные методы компрессии при больших степенях компрессии (32:1 и более) дают очень заметные искажения характерной формы (блоккинг-эффект, мозаичный эффект, искажения типа ступеньки и т.п.), что делает практически невозможным использование больших степеней компрессии для целей осуществления более компактной цифровой видеозаписи и организации оперативных видеоархивов большой емкости.[9] От этих недостатков почти свободны методы компрессии, которые базируются на WAVELET - преобразованиях, т.е. на так называемой математике "волновых всплесков". Здесь искажения, как правило, носят визуально менее выраженный характер, что очень плодотворно сказывается на качестве хорошо компрессированных видеокадров (т.е. на разрешении канала записи/воспроизведения). Иногда в цифровых системах видеоконтроля используются MPEG-подобные, оптимизированные по скорости, алгоритмы компрессии h.261 и h.263 (с модификациями h.261+, h.263+), в основном предназначенные для реализации видеоконференций и видеотелефонии по сетям ISDN, без особых требований к качеству сжатых видеокадров (это, кстати, делает их малопригодными в профессиональных системах видеоконтроля). По степени компрессии они занимают промежуточное положение между WAVELET и M-JPEG/MPEG и встречаются в цифровых системах видеоконтроля довольно редко. Как правило, при одинаковых степенях сжатия WAVELET опережает по качеству методы компрессии на базе JPEG/MPEG, и, тем более, h.261 и h.263, а при одинаковом или сопоставимом качестве - имеет существенно меньший размер сжатого кадра: 1-3Кбайт для WAVELET против 5-10 Кбайт для M-JPEG/MPEG. А это, как правило, соответствует степени компрессии (сжатия) для WAVELET от 10 до 100 раз (максимум - до 200 и даже в 300 раз), а для M-JPEG/MPEG - от 5 до 20 раз (максимум - до 50-70 раз). Следует также понимать, что степень компрессии принципиально не может иметь какого-то заранее заданного значения, т.к. очень сильно зависит от характера реальных видеоизображений (однородно белые стены внутри офиса сжимаются куда сильнее, чем осенняя листва деревьев или кустарников во всем ее цветовом многообразии и движении). Некоторые системы используют модификации алгоритмов компрессии на основе так называемой "дельта-компрессии" (DELTA), которая за счет передачи лишь изменений между отдельными кадрами видеоизображений позволяет обеспечить дополнительную степень компрессии до 5:1 и выше (при различиях между смежными кадрами - до 20% и меньше), что может быть очень важно для передачи видеоизображений по низкоскоростным каналам связи (при скоростях от 9,6 до 56 Кбайт/с). Кстати, видеоизображения, записанные в форматах на базе стандартных JPEG/MPEG-преобразований, как правило, можно просмотреть любыми внешними программными средствами (стандартными просмотрщиками). С этой стороны закрытые алгоритмы кодирования на базе WAVELET для средств обеспечения безопасности куда более предпочтительны, т.к. принципиально не позволяют получать свободный внешний доступ к видеоархиву (в этом случае для преобразования в формат AVI, например, надо использовать специальные конверторы).[25] В последнее время в некоторых профессиональных цифровых системах видеоконтроля наметилась тенденция перехода на аппаратную поддержку компрессии WAVELET, что дает таким системам неоспоримые преимущества в повышении общего быстродействия и качества всей системы в сочетании с уменьшением требований к компьютерной платформе, в отличие от уже сравнительно давно используемой дорогой и не очень подходящей для систем видеоконтроля аппаратной компрессии MPEG. Тип платы видеозахвата (схема ввода) - это характеристика системы, которая объясняет количество немультиплексированных /мультиплексированных входов и каналов обработкина одну плату (например, схема ввода 4х4 - это 4 немультиплексированных входа и 4 канала/микросхемы обработки, 16х1 - 16 мультиплексированных входов и 1 канал/микросхемуобработки, 16х4 - 16 мультиплексированных входа и 4 канала/микросхему обработки и т.д.). Скорость обработки/записи немультиплексированных изображений. Как правило, современные цифровые системы видеоконтроля обрабатывают немультиплексированные изображения со скоростью до 25 FPS. Здесь и далее характеристики скорости обработки приведены для стандарта PAL, наиболее широко распространенного на отечественном рынке видеокамер. Скорость обработки 25 FPS соответствует качеству "живого видео" ("live-video"). К сожалению, для многих цифровых видеорегистраторов скорость приводится без указания формата обрабатываемых видеокадров (768х576, 768х288, 384х288 и т.д.) и их цветности (черно-белые или цветные). Именно отсюда очень много некорректностей в сравнении. Как правило, все характеристики цифровых систем видеоконтроля указываются для формата видеокадра 384х288 (или аналогичных форматов), а для многочисленных корейских систем - и того меньших форматов. Но отсутствие привязки скорости обработки/записи к формату и цветности видеокадра может привести к тому, что характеристики систем, обрабатывающих со скоростью 25 FPS кадры форматов 768х576 и 640х480, могут отличаться значительно. Следует также понимать существенную разницу между скоростью обработки и записи, которые могут очень сильно отличаться друг от друга. На скорость записи очень влияет используемый алгоритм компрессии и способ ее реализации (программная или аппаратная). |