Содержание
Средства и системы охранного телевидения
Системы видеонаблюдения
Системы видеоконтроля
Системы видеоохраны
Телекамеры
Гермокожухи
Поворотные устройства
Устройства инфракрасной подсветки
Мониторы
Специализированные видеомагнитофоны
Устройства обработки видеосигнала
Детекторы движения
Устройства передачи видеоизображения
Цифровые системы охранного телевидения
Средства и системы охранного телевидения
Сферы применения охранного телевидения и круг решаемых с его помощью задач достаточно широки. Уже давно стали обыденностью телевизионные камеры в супермаркетах, складах и офисах, не говоря о таких серьезных объектах как банки, режимные предприятия и т.п. Системы охранного телевидения состоят из:
телевизионных камер;
мониторов;
оборудования для обработки изображения;
видеомагнитофонов или других устройств записи и хранения видеоинформации;
источников питания;
кабельной сети передачи информации и питания.
Несмотря на то, что мировые лидеры в производстве средств и систем охранного телевидения, как говорится, у всех на слуху - Sony, Panasonic, Philips, Samsung и т.д., следует заметить, что охранное телевидение коренным образом отличается от бытовой видеотехники. Более того, это совершенно другая продукция. И отличия здесь - не только внешние. Например, мониторы отличаются от своих бытовых собратьев более высоким разрешением и надежностью. Видеомагнитофоны, используемые в охранном телевидении, обладают возможностью вести более плотную запись (от 24 до 960 часов записи на стандартную трехчасовую кассету), изменять скорость записи по сигналу от внешних устройств. Оборудование для обработки изображения - квадраторы, мультиплексоры, матричные коммутаторы - вообще выпускаются практически только для систем охранного телевидения. Какие факторы нужно учитывать при выборе средств и систем охранного телевидения? Прежде всего, нужно четко определить задачи, которые предстоит решать системе охранного телевидения: на улице или в помещении будет установлено оборудование, какова освещенность объекта, какое количество информации предстоит воспринять и переработать системе, в каком режиме ей предстоит работать в дневное и в ночное время. Исходя из этих параметров и требований строится система охранного телевидения. При обеспечении безопасности объектов главной и основной задачей для службы безопасности является сохранение материальных и иных ценностей на вверенном объекте. Из всех имеющихся на сегодняшний день технических средств охраны только телевизионные системы могут немедленно показать происходящие в данный момент события на охраняемом объекте. Правильно спроектированная телевизионная система позволяет в реальном масштабе времени сиюминутно оценить обстановку в контролируемых зонах, снизить время реакции на нештатную ситуацию и обеспечить принятие наиболее целесообразных мер защиты и противодействия возникшим обстоятельствам. В настоящее время можно выделить несколько основных задач, решаемых с помощью систем охранного телевидения при охране объектов:
общее наблюдение за обстановкой;
обнаружение появившихся в поле зрения телекамер людей, автомашин, животных, предметов и т.п.;
идентификация обнаруженных образов (объектов контроля).
Кроме того, в зависимости от назначения, выполняемых функций и сложности решаемых задач, системы охранного телевидения могут обеспечить создание различных контролируемых зон на объекте:
зоны видеонаблюдения - это зоны объекта, в которых оператор, используя один-два видеомонитора, осуществляет простое наблюдение обстановки на различных участках (фрагментах и т.п.) объекта с помощью нескольких телекамер, коммутаторов и квадраторов;
зоны видеоконтроля - это зоны объекта, видеоинформация из которых автоматически (без участия оператора) фиксируется на специальное видеорегистрирующее устройство и может воспроизводиться для ретроспективного контроля видеообстановки на охраняемом объекте;
зоны видеоохраны - это зоны объекта, в которых осуществляется видеонаблюдение и/или видеоконтроль и автоматическое обнаружение нарушителя или другого явления при изменении изображения ("картинки") на видеомониторе в контролируемой зоне. При этом выдается сигнал тревоги с помощью внутренних и/или внешних оповещателей;
зоны видеозащиты - зоны объекта, которые, в первую очередь, оборудованы многокамерными системами видеонаблюдения, видеоконтроля и видеоохраны, управляемыми многофункциональными, программируемыми матричными коммутаторами, мультиплексорами, компьютерами и контроллерами со специальными программами охраны объектов и включенными в интегрированный комплекс охраны объекта, содержащий еще различные средства охранной сигнализации, устройства контроля доступа, несколько постов наблюдения, посты охраны с персоналом немедленного реагирования, при этом все составные части комплекса взаимосвязаны и позволяют с помощью мультиплексоров и компьютеров рационально распределять тревожную информацию (например, включать по сигналу тревоги видеонаблюдение несколькими телекамерами в разных ракурсах, включать дополнительную подсветку и т.п.). (В начало)
Системы видеонаблюдения
Системы видеонаблюдения делятся на простые (одно- двухкамерные) и сложные (многокамерные) с различной обработкой изображения. Простые системы видеонаблюдения служат для примитивного сиюминутного наблюдения за обстановкой на объекте в реальном масштабе времени. При достаточно серьезных требованиях по контролю охраняемого объекта в нескольких зонах применяются многокамерные системы видеонаблюдения, оборудованные, например, несколькими телекамерами, подключенными через коммутаторы, квадраторы или мультиплексоры на один-два видеомонитора. В таких случаях используют обычно до 8-ми телекамер, т.к. большее количество телекамер затрудняет работу одного оператора по отслеживанию ситуации в каждой зоне видеонаблюдения. Оптимальным считается наблюдение 4-х телекамер одним оператором. Простая система видеонаблюдения состоит из двух элементов: телекамеры и видеомонитора, соединенных между собой линией связи для передачи сигнала от телекамеры на видеомонитор. Такая система является базовым элементом для систем видеонаблюдения, видеоконтроля и видеоохраны любой сложности. Видеосистема может быть цветной или черно-белой (ч/б). В подавляющем большинстве применяются ч/б видеосистемы, т.к. они значительно дешевле цветных и имеют большую разрешающую способность. Цветные видеосистемы используют тогда, когда цвет несет существенную дополнительную информацию об объекте контроля (цвет волос, одежды и т.п.) или, например, о цвете охраняемых автомобилей. Важнейшей характеристикой видеосистемы является ее разрешающая способность, т.е. возможность отображать наиболее мелкие детали изображения. Обычным разрешением считается 380-420 ТВ линий для ч/б телекамеры и 300-350 ТВ линий для цветной. Видеомонитор должен иметь более высокое разрешение, чтобы не ухудшать общее разрешение системы. Целесообразно выбирать видеомонитор с разрешением 600-800 ТВ линий. (В начало)
Системы видеоконтроля
Важнейшим качеством телевизионных систем при охране объектов является возможность осуществления регистрации и документирования в течение длительного времени видеонаблюдения событий, происходящих на охраняемых объектах. Для этого используют видеозапись на специализированные видеомагнитофоны или другие регистрирующие устройства, которые могут работать как в непрерывном режиме, так и в режиме покадровой записи с заданным интервалом времени между кадрами, с обязательной записью текущего времени и даты. При воспроизведении такой записи возможен многократный ретроспективный контроль всей обстановки в наблюдаемых зонах, детальное изучение тревожной ситуации в наблюдаемой зоне с установлением времени происходящих событий. Таким образом, системы видеоконтроля - это системы видеонаблюдения с видеозаписью оказывают огромную помощь службе безопасности в объективной оценке обстановки на объекте, идентификации объектов контроля, а так же позволяют оценить качество работы операторов. (В начало)
Системы видеоохраны
Как уже отмечалось выше, на охраняемых объектах могут быть созданы зоны видеоохраны, или более строго - зоны видеоохранной сигнализации, в которых сигнал тревоги формируется телевизионной системой при изменении изображения, поступающего с телекамеры наблюдаемой зоны. Для этой цели в телевизионной системе используются одно- и многоканальные детекторы движения. Детекторы движения бывают аналоговые (обычно одноканальные) и цифровые (одно- и многоканальные). В аналоговых детекторах движения (их иногда называют детекторами активности) на видеомониторе могут выделяться белым или черным контуром (обычно прямоугольным) обособленные маркерные окна, в пределах которых производится обнаружение движения нарушителя по изменению изображения в них, Для этого в каждом маркерном окне измеряется и отдельно запоминается среднее напряжение видеосигнала изображения и, затем, через заданный интервал времени оно сравнивается с напряжением в тех же окнах вновь полученного кадра изображения. Если разница в напряжении составит более 10% (обычный порог чувствительности) в ту или иную сторону, то детектор движения генерирует сигнал тревоги. В цифровых детекторах движения изображение на экране видеомонитора может разбиваться на несколько десятков и сотен маркерных окон. Каждое маркерное окно для обнаружения движения может программироваться отдельно как по своему размеру, так и по чувствительности. Чувствительностью в данном случае является количество несовпадающих элементов и амплитуда несовпадения в каждом отдельном элементе. При этом все маркерные окна могут конфигурироваться в любом сочетании по желанию заказчика. Изображение в каждом маркерном окне каждого кадра одного цикла видеозаписи фиксируются отдельно в память цифрового детектора движения и затем через заданный интервал времени сравниваются поэлементно (в соответствии с дискретностью записанного изображения) с изображением в тех же маркерных окнах вновь полученного кадра в следующем цикле. Тревожная ситуация возникает в том случае, если при сравнении двух изображений в любых одноименных маркерных окнах двух кадров число несовпадающих элементов изображений в одном и/или нескольких окнах превысит заданное. В этом случае детектор движения формирует сигнал тревоги в виде мигания рамки маркерного окна или другими видеосигналами на экране видеомонитора, а также выдает звуковой сигнал на внутренний и внешний оповещатели для привлечения внимания оператора. В большинстве случаев на контролируемом объекте ночью и днем требуется задать разный набор параметров обнаружения. Поэтому в детекторах задаются два переключаемых режима работы: дневной и ночной, отличающиеся как по конфигурации маркерных окон, так и по чувствительности. Режимы работы переключаются с помощью внутреннего или внешнего таймера. (В начало)
Основные элементы систем охранного телевидения
Телекамеры
Все современные телекамеры строятся на основе использования ПЗС-матриц, поверхность которых представляет собой совокупность светочувствительных ячеек (пикселей), причем чем больше их количество, тем качественнее формируемое изображение. Основным параметром ПЗС-матрицы является ее формат - диагональный размер, измеряемый в дюймах. В системах видеонаблюдения применяются, в основном, телекамеры с размером ПЗС матрицы 1/4 и 1/3, 2/3 дюйма. Одним из важных параметров телекамеры является разрешение, зависящее от числа пикселей на ПЗС-матрице и от параметров электронной схемы телекамеры. Разрешение телекамеры измеряется в телевизионных линиях. По разрешению все телекамеры делятся на два основных вида:
телекамеры обычного разрешения: 380-420 твл
видеокамеры высокого разрешения: 570-600 твл У цветных телекамер разрешение несколько хуже:
цветные телекамеры обычного разрешения: 300-350 твл
цветные телекамеры высокого разрешения: 450-480 твл
Чем выше разрешение камеры, тем качественнее получаемое изображение. Другим немаловажным параметром телекамеры является ее чувствительность, под которой обычно понимают минимальную освещенность на объекте наблюдения, позволяющую различить на видеоконтрольном устройстве (мониторе) переход от черного к белому. Чувствительность телекамер измеряется в люксах. Поскольку освещенность на объекте изменяется в течение суток, для поддержания на постоянном уровне количества света на ПЗС-матрице используют телекамеры со встроенным электронным затвором, оснащенные объективом с автоматической регулировкой диафрагмы и прочими техническими решениями. Функция электронного затвора телекамеры аналогична функции выдержки фотоаппарата, а скорость ее переключения обычно составляет 1/100000 секунды. Объективы с автоматической регулировкой диафрагмы подобны зрачку человеческого глаза: чем больше освещение, тем больше сужается диафрагма, и наоборот. Основным элементом любой телекамеры является объектив, важнейшей характеристикой которого выступает фокусное расстояние, измеряемое в миллиметрах. Угол поля зрения объектива зависит от фокусного расстояния следующим образом: чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол поля зрения. По фокусному расстоянию все объективы можно разделить на два основных вида: короткофокусные и длиннофокусные. Обычно в системах видеонаблюдения используют объективы с фокусным расстоянием от 2,8 мм (угол поля зрения по горизонтали около 90o) до 12,0 мм (угол поля зрения по горизонтали около 20o). Как правило, короткофокусные (широкоугольные) объективы вносят нелинейные искажения в изображение, особенно заметные по краям. В своевременных системах видеонаблюдения в составе телекамер используются следующие основные типы объективов:
объективы с фиксированной диафрагмой, которые используются для наблюдения внутри помещений в составе телекамер, оснащенных электронным затвором;
объективы с автоматически регулируемой диафрагмой, используемые в составе уличных телекамер, работающих в условиях переменной освещенности;
трансфокаторы (вариообъективы) - объективы с изменяемым фокусным расстоянием, применяемые обычно в составе уличных телекамер, размещенных на опорно-поворотном устройстве для контроля движущихся объектов;
объективы Pinhole (игольное ушко) - объектив с вынесенным зрачком. Диаметр вынесенного зрачка обычно составляет 0,8 до 2,0 мм. Такие объективы используют в составе внутренних телекамер повышенной защищенности для скрытого наблюдения. (В начало)
Гермокожухи
Более жесткие условия наружной эксплуатации систем видеонаблюдения требуют своего конструктивного решения. Камеры, используемые на открытом воздухе, помещаются в защитные кожухи, оборудованные подогревом - гермокожухи (боксы). Гермокожухи предназначены для работы в широком диапазоне климатических условий и позволяют использовать различные комбинации телекамер и объективов. Кожух снабжен солнцезащитным козырьком (фильтром), платой для установки камеры, термостатом и коммутационной панелью. Некоторые гермокожухи имеют дополнительное оборудование - вентиляторы, дворники, омыватели стекла. Следует отметить, что импортные нагреватели не всегда отвечают нашим климатическим условиям и не всегда рассчитаны на сильные морозы. (В начало)
Поворотные устройства
Поворотные устройства предназначены для телекамер с дистанционным управлением. Они обеспечивают поворот в горизонтальной (до ±365o) и вертикальной (до ±183o) плоскостях либо только в горизонтальной. Различают поворотные устройства с постоянной и регулируемой угловой скоростью перемещения. Сигналы управления камерами преобразуются в заданные механические перемещения с помощью приемников телеметрических сигналов управления. Как правило, вместе с поворотными устройствами поставляются пульты для управления трансфокаторами объективов при необходимости получить укрупненное изображение. (В начало)
Устройства инфракрасной подсветки
Для обеспечения работоспособности камеры в полной темноте, а также для скрытности видеонаблюдения используются устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы, осуществляющие облучение наблюдаемого объекта невидимыми человеку инфракрасными лучами. Однако этим устройствам присущи и некоторые недостатки:
устройства ИК-подсветки нельзя использовать совместно с цветными телекамерами;
потребляемая мощность таких устройств примерно на порядок выше, чем при использовании обычного искусственного освещения для создания эквивалентной (для ПЗС-матрицы) освещенности объекта. (В начало)
Мониторы
В качестве видеоконтрольного устройства в системах видеонаблюдения используются специализированные мониторы. Специализированные мониторы отличаются от обычных телевизоров высокой надежностью, гораздо большим временем наработки на отказ и повышенным разрешением (порядка 800 телевизионных линий). Выбор размера монитора зависит от количества телекамер, изображение от которых будет одновременно выводиться на экран в режиме мультикартинки. Для небольших систем видеонаблюдения (порядка 4 телекамер) разумно использовать мониторы с размером экрана по диагонали не менее 12 дюймов. Для многокамерных систем видеонаблюдения (порядка 16 телекамер) рекомендуется использовать мониторы с размером экрана не менее 20 дюймов. В отдельных случаях находят применение в качестве видеоконтрольных устройств жидкокристаллические индикаторы, характеризующиеся небольшим энергопотреблением (распространенное напряжение питания 12 В), мобильностью применения и повышенной стоимостью. (В начало)
Специализированные видеомагнитофоны
Для регистрации видеоизображения в системах видеонаблюдения применяются спецвидеомагнитофоны, отличие которых от бытовых моделей заключается в продолжительности записи на стандартную видеокассету Е-180 (до 960 ч), ее высоком качестве и надежности самих устройств. Все спецвидеомагнитофоны снабжены так называемыми "тревожными" входами. При поступлении сигнала от "тревожного" извещателя на вход спецвидеомагнитофона он может автоматически начать запись происходящего события в течение установленного времени (от 0,5 мин и больше), причем видеомагнитофон автоматически переходит при этом в трехчасовой режим записи (непрерывный, в масштабе реального времени). Спецвидеомагнитофоны могут работать в двух режимах: непрерывном (время записи на стандартную видеокассету Е-180 - 3 ч.) и прерывистом (время записи 24, 480 или 960 ч.). В прерывистом режиме кадры записываются с определенной дискретностью:
при длительности записи до 3-х часов записываются все кадры с дискретностью 25 кадров в секунду;
при длительности записи до 24-х часов записывается каждый 8-й кадр с дискретностью 3 кадра в секунду;
при длительности записи до 480-ти часов записывается каждый 160-й кадр с дискретностью 1 кадр за 7 секунд;
при длительности записи до 960-ти часов записывается каждый 320-й кадр с дискретностью 1 кадр за 14 секунд.
При документировании видеозаписи должен использоваться генератор даты-времени, с помощью которого отмечается текущее время суток и дата. Важными характеристиками спецвидеомагнитофона являются его разрешающая способность и надежность. Высокое разрешение позволяет зафиксировать даже мелкие детали, а надежность важна ввиду того, что эти видеомагнитофоны предназначены для непрерывной работы в течение нескольких лет. (В начало)
Устройства обработки видеосигнала
Для управления многокамерными системами видеонаблюдения и обработки видеоизображения применяются следующие основные устройства:
видеокоммутаторы;
видеоквадраторы реального времени;
видеомультиплексоры;
матричные коммутаторы.
Видеокоммутаторы представляют собой самые простые устройства управления небольшими видеосистемами (обычно до 8 телекамер). Коммутатор позволяет выводить на экран монитора изображение от любой телекамеры системы в ручном или автоматическом режиме. В автоматическом режиме время переключения обычно регулируется от 0,5 до 60 с. Большинство видеокоммутаторов имеют "тревожные" входы для подключения внешних устройств (датчиков движения, датчиков положения двери и т.д.), при срабатывании которых на экран монитора выводится изображение от телекамеры, "ответственной" за участок, где находится сработавший датчик. К выходу видеокоммутатора можно подключить спецвидеомагнитофон. Видеоквадраторы реального времени (или просто квадраторы) применяются в небольших системах видеонаблюдения (до 4 телекамер) для одновременного вывода на экран монитора изображения от всех телекамер в реальном масштабе времени в режиме мультикартинки, то есть каждое изображение занимает 1/4 экрана. Практически все квадраторы обладают функциями видеокоммутатора, то есть в любой момент времени оператор может вывести изображение от одной из телекамер на полный экран. Большинство квадраторов имеют "тревожные" входы. В каждом окне мультикартинки можно задать номер телекамеры и вывести текущее время. Видеомультиплексоры предназначены для управления работой многокамерной системы (до 16 телекамер), а также для обработки видеосигналов при записи на спецвидеомагнитофон и воспроизведении. Видеомультиплексор обладает всеми функциями видеокоммутатора и видеоквадратора. В режиме мультикартинки изображение от телекамер получается дискретными ("дерганым"), причем дискретность возрастает с числом подключенных телекамер. Это происходит из-за того, что мультиплексор производит цифровую обработку видеосигнала от каждой камеры, теряя при этом часть информации. Все видеомультиплексоры имеют "тревожные" входы для подключения внешних устройств (датчиков движения, датчиков положения двери и т.д.). К мультиплексору обычно подключается основной монитор (как правило, 20 дюймов по диагонали), на который выводятся изображения от всех телекамер, и дополнительный, куда выводится изображение от телекамеры, контролирующей наиболее важный участок охраняемого объекта. Основным достоинством видеомультиплексора является качественная видеозапись от всех телекамер на один видеомагнитофон, что достигается последовательной покадровой записью от всех телекамер без ухудшения разрешения. Большинство мультиплексоров имеют встроенный детектор активности, посредством которого можно выбрать и установить зоны активности в поле зрения любой телекамеры. При изменении уровня видеосигнала в установленной зоне мультиплексор выдаст сигнал тревоги, по которому изображение от "тревожной" телекамеры выведется на монитор (обычно дополнительный), и произведет более подробную запись происходящего события на видеомагнитофон. Существуют следующие основные классы мультиплексоров: симплексные, дуплексные и триплексные. К симплексному мультиплексору можно подключить один видеомагнитофон для круглосуточной записи изображения от всех телекамер, но для того, чтобы просмотреть ранее записанную информацию, нужно будет остановить запись и только после этого приступить к просмотру. В современных системах практически не применяется. К дуплексному мультиплексору можно подключить два видеомагнитофона: один для круглосуточной непрерывной записи, а другой для воспроизведения. Причем воспроизведение можно осуществлять на дополнительном мониторе, выводя на него запись изображения либо от одной из выбранных камер, либо в режиме мультикартинки. Триплексный мультиплексор позволяет подключать помимо двух видеомагнитофонов монитор для получения на нем мультиэкранной картинки. Матричный коммутатор - устройство, позволяющее построить гибкую и легко настраиваемую систему видеонаблюдения. Матричный коммутатор дает возможность вывести видеосигнал с одной из подключенных телекамер на любой монитор системы или видеомагнитофон. Кроме того, он позволяет программировать последовательности вывода видеосигналов на мониторы и видеомагнитофоны, а также предустановки для опорно-поворотных устройств и трансфокаторов, причем для каждой камеры задается индивидуальное время вывода на определенный монитор. Предустановки задают трансфокаторам и опорно-поворотным устройствам определенный порядок последовательных действий (например, повернуться по вертикали на 25o вверх и увеличить изображение в 12 раз, затем повернуться по горизонтали на 50o влево). Программирование матричного коммутатора осуществляется при помощи клавиатуры. К одному матричному коммутатору можно подключить несколько удаленных клавиатур, что позволяет организовать несколько независимых каналов управления телекамерами. Матричный коммутатор имеет RS-232 порт для подключения к компьютеру, что позволяет с помощью последнего программировать и управлять действиями коммутатора. Матричный коммутатор оборудован "тревожными" входами для подключения охранных извещателей или детекторов движения, при срабатывании которых можно задать определенные последовательности действий коммутатора (например, включается камера, расположенная в поле действия сработавшего извещателя, изображение от нее выводится на основной монитор и одновременно происходит запись данной информации на спецвидеомагнитофон). (В начало)
Детекторы движения
Видеодетектор движения представляет собой электронный блок, который хранит в памяти текущее изображение с телекамеры и подает сигнал тревоги при возникновении изменений в охраняемой зоне. Видеодетекторы движения применяются, главным образом, в системах охраны крупных объектов, где оператору приходится контролировать большое количество камер. Детекторы движения могут функционально входить в состав мультиплексоров. Различают аналоговые и цифровые детекторы движения. Наиболее простыми и дешевыми являются аналоговые детекторы, действие которых можно, при некоторых допущениях, сравнить с действием охранных извещателей, подключаемых к тревожным входам коммутаторов, квадраторов и т.п. Цифровые видеодетекторы движения - это многоканальные устройства, позволяющие разбивать охраняемую зону на отдельные блоки, для каждого из которых устанавливается свой порог срабатывания: чем он выше, тем большие изменения должны произойти на "картинке". Характеристики движения (начало движения, направление, скорости и т.п.) можно задавать программным путем, что позволяет, например, не воспринимать человека, движущегося в направлении от охраняемого объекта либо параллельно ему на некотором расстоянии, как нарушителя. Настройка системы с цифровыми детекторами на оптимальный режим должна производиться с учетом особенностей места установки телекамеры и характеристик охраняемого объекта (вероятных путей перемещения нарушителя, наличия уязвимых мест и т.п.), иначе трудно избежать большого числа ложных срабатываний или, наоборот, пропуска нарушителя. Цифровые видеодетекторы движения применяются в сложных телевизионных системах высокого класса. (В начало)
Устройства передачи видеоизображения
Для передачи телевизионного сигнала могут использоваться как проводные каналы связи (коаксиальные кабели, телефонные линии, волоконно-оптические линии), так и беспроводные каналы: радио- или ИК-канал. Наиболее стабильная и качественная работа системы возможна при использовании коаксиальных кабелей. Максимальное расстояние от телекамеры до приемника видеосигнала зависит от типа используемого кабеля и для лучших образцов не превышает 500 м. Для передачи сигнала на большие расстояния применяют видеоусилители и модемы (передатчики-модуляторы и приемники-демодуляторы). При этом видеосигнал с помощью специальной аппаратуры преобразуется, запоминается и передается с использованием модема. Время передачи может составлять от долей секунды до минуты в зависимости от требований к качеству "картинки". В настоящее время наиболее широко используются три системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:
системы с компрессией изображений по принципу "условного обновления" (CR), предназначенные для передачи информации исключительно об изменении изображения от кадра к кадру;
системы с MPEG-компрессией, в которых используют специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;
системы с GPEG-компрессией, которые обеспечивают независимое сжатие кадра изображения.
В специальных системах видеонаблюдения, когда требуется повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяются волоконно-оптические линии связи. Дальность действия таких систем практически не ограничена. Их относительная дороговизна обусловлена отсутствием у телекамер выхода для подключения оптоволоконного кабеля, что требует ввода в систему преобразователей электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме этого, прокладка, сращивание и подключение таких линий достаточно сложны. При создании мобильных и переносных систем, а также в случае невозможности или нецелесообразности прокладки кабельных линий используется радио- или инфракрасный каналы связи. Дальность передачи при этом составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров. Однако такие системы имеют существенные недостатки: могут создавать помехи бытовому телевещанию, а сигнал в зоне действия передатчика может принимать злоумышленник. Этих недостатков лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом диапазоне, а также инфракрасные системы. Последние не требуют разрешения на применение от Государственного комитете по радиочастотам России, однако работают в зоне прямой видимости, а их дальность действия в значительной мере зависит от оптической плотности среды (снег, дождь, туман, пыль и т.п.). (В начало)
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 настраиваемость 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 большого 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 768х576 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 изменяющиеся 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, вышеуказанным 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 (768?576) 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 тратится на синхронизацию. В непрофессиональных системах это приводит к снижению общей производительности системы. Следует также 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. (В начало)
