Видеонаблюдение

Цифровая обработка, передача и хранение изображений при видеонаблюдении

В последнее время на рынке технических средств и систем безопасности все более широкое распространение получают системы видеонаблюдения, использующие цифровую обработку, передачу и хранение изображений, а в некоторых случаях и звука. Бытует мнение, что такие системы лучше и уже дешевле известных типовых устройств для систем охранного телевидения. Цифровые методы обработки, передачи и хранения информации без сомнения наиболее эффективны, но их достоинства в конечном итоге обусловлены информационной избыточностью сигналов. Точнее говоря, приходится перерабатывать, передавать и хранить большее количество информации, а за это надо платить и в прямом и в переносном смысле.

Заявленные технические характеристики цифровых систем производят сильное впечатление. Например, непрерывная видеозапись от 4 до 16 телекамер в течение трех месяцев. Фантастика ! Уже потом может выясниться, что запись идет с частотой 1-3 кадра в секунду и только по детектору активности, а обещанная длительность реализуется только при минимальной активности и размере кадра в 1-2 кБ. В свою очередь подобный объем кадра возможен только при максимальном сжатии. Естественно, белое или черное поле сжимается очень эффективно, но как это сделать при обилии в кадре мелких подвижных деталей. Борьба за рынок толкает и на прямую фальсификацию. Как минимум это заведомое занижение требований к базовому компьютеру. Встречается и прямая подтасовка, когда при демонстрационном показе на выставке или презентации изображение практически реальной многоканальной видеосистемы стоимостью в несколько тысяч долларов выдается за результат работы простейшей одноплатной системы с коммутатором.

Доступность сетевых функций цифровых систем

Безусловно, для профессиональных интегрированных систем безопасности в настоящее время цифровые (компьютерные) системы, возможно, уже являются практически безальтернативными. Вместе с тем многие замечательные функции в реальных условиях могут оказаться излишними. Например, весьма проблематичен удаленный доступ по телефонным линиям с передачей даже малокадрового видеосигнала, когда темп передачи по модемной связи даже в Москве временами не превышает 0,5-0,8 кб / с. Близки к этому и возможности сотовой связи. При использовании существующих локальных сетей для передачи изображений необходимо учитывать их реальную пропускную способность и загрузку. В противоположном случае, в процессе наблюдения, передача изображения может как минимум существенно замедлиться и оперативность информации будет утрачена.

Информативность и качество видеоизображения

На наш взгляд, является спорным утверждение о достаточности для обеспечения безопасности видеоинформации с частотой кадров 1-3 за секунду. Этого достаточно, только когда в кадре ничего не происходит, и видеозапись ведется только по детектору активности или движения. На практике ограниченные технические возможности многоканальной видеозаписи привели к распространению и утверждению мнения, что достаточно то, что возможно. В этом случае служба безопасности практически получит несколько фотографий среднего или даже посредственного качества, по которым не только затруднительна идентификация, но даже не ясны действия и намерения объекта наблюдения. При этом, в силу крайне малого числа полученных кадров, не помогает даже уникальная возможность цифровых систем производить запись до момента сигнала тревоги. На фото 1. приведена последовательность таких изображений. Изображения получены камерой с полем зрения 120x90 угловых градусов и разрешением 400 ТВЛ. Необходимо отметить, что типовые аналоговые системы с видеомагнитофоном, квадратором или мультиплексором по сигналу тревоги обеспечивают практически реальное видео или переходят в этот режим из режима долговременной записи на заданный интервал времени. При всем обилии дополнительных возможностей цифровых систем главной информацией для системы видеонаблюдения, на наш взгляд, остается движущееся изображение. Не раз при общении с инсталляторами и специалистами, эксплуатирующими цифровые системы, приходилось слышать о некотором разочаровании относительно качества реально получаемого изображения. Это касается как записанных, так и непосредственно выводимых кадров. К сожалению, замечания специалистов носят чисто качественный характер. Мало кто из них располагает объективными данными о качестве изображения, результирующем разрешении и количестве градаций полученного серого изображения. Это понятно, ведь в процессе монтажа нет времени на какой - либо анализ. На заключительном этапе работы едва ли есть желание разбираться и одновременно акцентировать внимание заказчика на недостатках.

К тому же не все располагают даже стандартной телевизионной таблицей. Недостатки реального изображения особенно заметны, как ни странно, на черно - белом изображении. Видимо, сказывается большая информативность цветного изображения.

Цифровая система минимальной конфигурации

Простейшая 4- канальная система - это плата оцифровки видеосигнала с 4 коммутируемыми видеовходами, устанавливаемая в свободный РО - слот вашего персонального компьютера. Систему отличает в основном интерфейс и программные возможности. Предполагается, что они должны заменить типовые системы с квадратором и видеомагнитофоном, широко применяемые в малом бизнесе, а также частных домах, квартирах и усадьбах. Они уже под разными наименованиями выпускаются фирмами Кореи, Тайваня и Китая. Для российских разработчиков это минимальная комплектация, на основе которой, увеличивая число таких плат и меняя программное обеспечение, создаются более совершенные профессиональные системы до 16 и даже 64 видеовходов. В большинстве систем используются платы ввода видеосигнала на микросхемах оцифровки видеосерий ВТ 848 и ВТ 878. Для систем, предлагаемых как одна или несколько плат, размещаемых в типовом ПК, как правило, заявлено разрешение не хуже 384x288 пикселей с контрастом 8 бит (256). При этом разрешение, с учетом КеН - фактора, должно соответствовать стандарту УН 5, т. е. 240-250 ТВЛ.

При прямом сравнении видеозаписи таблицы со стандартного видеорегистратора на 24 часа фирмы Рапазогнс с изображением от одноплатной компьютерной системы можно оценить разрешение по горизонтали регистратора как 250 ТВЛ и не более 200 ТВЛ. Причем ухудшение разрешения на видеомагнитофоне имеет " плав - ный ' шумовой характер: естественный для глаз. Ухудшение изображения в цифровой системе имеет дискретный характер, в виде " сдвиговых искажений ", " ступенек ", " мозаики " и других так называемых артефактов. На фото 2 приведен фрагмент записанного изображения телевизионной таблицы с разрешением 382x288 пикселей и контрастом 8 бит, полученного камерой с горизонтальным разрешением 570 ТВЛ. Некоторые модели систем имеют режимы повышенного разрешения до 768x576 пикселей. В теории такое разрешение должно обеспечивать профессиональное качество: 500-600 ТВЛ для черно - белого изображения и 300-400 - для цветного (качество 5- УН 5). Однако реально даже для черно - белого изображения разрешение можно оценить как 350-400 ТВЛ. Для РС типового и распространенного в наше время уровня Се ! егоп или Р 1 И 300-450 МГц частота кадров не превышает 1-3 в секунду (при реальном пределе - 4). Кроме этого возможен " смаз " изображения даже при обычном перемещении объекта наблюдения, что явно говорите нехватке вычислительных возможностей при обработке. Безусловно, система на базе Р 1 У 800 МГц и выше, со скоростной шиной и памятью, работает " лучше ", но это, как правило, новый компьютер для клиента и совсем другие деньги.

Фото 2. Фрагмент записанного изображения телевизионной таблицы с разрешением 382x288 пикселей и контрастом 8 bit

В результате при использовании типовой компьютерной 4- канальной системы взамен квадратора, монитора и видеомагнитофона мы имеем некоторое снижение качества изображения (разрешение, частота кадров, а иногда и контраст) в обмен на развитые функции. При этом, с учетом стоимости компьютера, цифровая система вдвое дороже классической для черно - белого варианта и примерно равна по стоимости для цветного. Для 16- канальных систем различие черно - белых вариантов может составить 3 и более раз, цветных — около 1,5. То есть дешевизна цифровых систем несколько "преувеличена".

Таким образом, не стоит стремиться к минимальной стоимости цифровых систем, поскольку не в этом их главное достоинство. Снижение стоимости часто связано с аппаратной минимизацией, а это чревато существенным ухудшением качества изображения. В силу своей информационной избыточности цифровые системы имеют право и должны быть дороже, по крайней мере, в настоящее время. Более целесообразно улучшать качественные параметры получаемого изображения, даже за счет некоторого увеличения стоимости. С учетом особенностей характера искажений при цифровой обработке изображений качественные параметры должны в 1,5-2 раза превышать таковые для аналоговых систем.