18.11.2008. Применение мультиплексоров в системах CCTV

Мультиплексирование – наиболее эффективный способ непрерывной записи изображения от нескольких источников на один носитель.

Мультиплексная запись – это запись полных кадров последовательно (кадр за кадром) от каждой из подключенных камер.

Мультиплексная запись обеспечивается применением процессора цифровой обработки изображения с буферной кадровой памятью, в которую записывается изображение от видеокамер. Процессор с памятью служит в этом случае корректором временной базы (т.е. корректором несинхронности камер).

Вообще говоря, до появления мультиплексоров этой цели служили фреймсвитчеры – переключатели видеосигнала, в которых переключение осуществляется в момент кадрового синхроимпульса. При этом правда, требуется, чтобы все видеокамеры были синхронны и синфазны друг с другом.

Процесс формирования выходного сигнала для записи называется кодированием. При этом в невидимые строки кадрового бланка записывается служебная информация (ID камеры, дата, время, метки тревоги и т.п.). Обратный процесс при воспроизведении называется декодированием. Основным недостатком последовательной мультиплексной записи является увеличение периода обновления изображения от каждой из записываемых камер (эффект мультипликации). При установке магнитофона в режим длительной записи этот эффект может привести к потере ценной информации. Для частичного устранения этого недостатка практически во всех моделях мультиплексоров применяется способ динамического распределения времени записи, в основе которого лежит анализ изменений в изображении. Алгоритмы обнаружения изменений могут быть разными, от простейших яркостных до сложных, с анализом изображение в фазовом пространстве. При обнаружении изменений в изображении от камеры, частота записи изображения от этой камеры увеличивается, что уменьшает вероятность пропуска важных событий. В последних моделях мультиплексоров выходы детекторов активности в каждом канале обработки выводятся на внешний разъем и могут быть использованы для прочих применений.

Рассмотрим некоторые основные характеристики мультиплексоров.

Основные режимы работы мультиплексора:

* Запись изображения от камеры (источника видеосигнала)

* Просмотр записей, сделанных ранее

* Мультиэкранное наблюдения в реальном времени

В зависимости от своих возможностей мультиплексоры бывают, соответственно, симплексные, дуплексные и триплексные.

Симплексные – могут работать только в одном из вышеперечисленных режимов.

Дуплексные – работают одновременно в двух из вышеперечисленных режимов.

Триплексные – работают одновременно в трех из вышеперечисленных режимов.

Применение триплексных мультиплексоров не всегда оправдано, так как при воспроизведении ранее записанных кассет, живое видео можно просматривать на дополнительном мониторе. Поэтому наиболее часто применяются дуплексные мультиплексоры, к тому же триплексные пока еще достаточно дороги.

Разрешающая способность.

В отличие от ТВ камер разрешающая способность мультиплексоров измеряется в пикселях (точках), а не в телевизионных линиях (ТВЛ), хотя в принципе это одно и то же. Объясняется это тем, что мультиплексор – цифровой прибор, а в цифровых приборах разрешение принято измерять количеством отображаемых на экране точек (или в количестве точек на дюйм). Разрешение мультиплексора определяется объемом (структурой) оперативной кадровой памяти и, в первую очередь, быстродействием (тактовой частотой) процессора цифровой обработки изображения (быстродействием АЦП, ЦАП и собственно самого процессора)

Формат мультиэкрана.

Формат мультиэкрана – это количество и размер одновременно отображаемых на экране окон, в которых выводится информация (изображение). Форматы мультиэкрана могут быть самыми разнообразными – от стандартных (2х2, 3х3, 4х4) форматов до самых экзотических с неравномерными размерами окон (8+2, 4+3, 12+1, PIP, и т.д.).

FREEZE (STILL).

Электронный стоп – кадр, “заморозка”, т.е. вывод на экран одного кадра от камеры (неподвижное изображение). В этом случае одно и то же изображение циклически считывается из кадровой памяти, что равносильно эффекту стоп-кадра на видеомагнитофоне.

ZOOM (увеличение).

“Электронная лупа” позволяет увеличивать участок изображения относительно выбранной точки. Увеличение, как правило, двукратное, но бывают и исключения. При этом надо помнить, что электронное масштабирование приводит к ухудшению разрешающей способности (так как исходное изображение уже дискретное), поэтому особенно обольщаться данной возможностью не надо.

Последовательное переключение.

Возможность последовательного автоматического просмотра изображения от подключенных камер (или воспроизводимого изображения) в полноэкранном формате. Как правило, имеется возможность установки времени показа одного изображения, возможность исключения из просмотра каких-то камер.

Выбор камер для записи.

Возможность выбора пользователем тех камер, изображение от которых необходимо записывать на магнитофон либо какой-нибудь другой регистратор.

Маскирование изображения.

Возможность маскирования (запрещения показа) изображения от выбранных камер. Эта возможность используется для запрета наблюдения изображения от некоторых камер пользователем низшего ранга. При этом запись изображения от этих камер все равно производится.

Встроенные часы и календарь.

Встроенные часы и календарь используются для программирования различных режимов в зависимости от времени суток и дня недели. Это может быть автоматический переход на летнее время и обратно, запись различных камер днем и ночью и т.д. и т.п.

Детектор активности. Детектор движения.

Вообще эти понятия довольно часто путают, то есть детектор активности называют детектором движения, хотя это, вообще говоря, разные устройства. Дело в том, что детектор активности реагирует на любые изменения в поле зрения ТВ камеры – локальное изменение освещенности (лампочка зажглась), появление нового объекта, движение объекта в поле зрения и т.д. и т.п. Алгоритмы обнаружения изменения могут, как я уже упоминал, быть разными, но, как правило, все они строятся на анализе яркостных (амплитудных) изменений в изображении. Детектор же движения обязан реагировать только на появление движущегося объекта, и не реагировать на яркостные изменения в стационарном изображении, поэтому алгоритмы обнаружения движения гораздо более сложные. Поле для творчества здесь самое обширное. Как правило, действительно надежные детекторы движения – это интеллектуальные дорогостоящие цифровые устройства с большим количеством сервисных функций.

Телеметрия.

Абсолютно безграмотный с точки зрения телемеханики термин. Дело в том, что под телеметрическими функциями в мультиплексорах, матричных коммутаторах и прочих CCTV устройствах подразумевается возможность управления удаленными устройствами (позиционерами, объективами с MotorZOOM, и т.п.). На самом деле это – телеуправление, а телеметрия, наоборот, получение информации о состоянии удаленного объекта. Ну, да и ладно, термин то устоялся. Вообще говоря, наши восточные партнеры придумали массу замечательных в этом смысле терминов. Шедевром, естественно, является “электронный ирис” в ТВ камерах. Дело в том, что классический ирис регулирует величину светового потока. “Электронный ирис”, а, если правильно говорить, автоматический электронный затвор, регулирует величину времени накопления заряда. И то, и то влияет на экспозицию, то есть на величину фотозаряда, но только физические принципы разные.

О некоторых дополнительных функциональных возможностях мультиплексоров.

Входы тревоги (ALARM).

При поступлении сигнала на вход тревоги мультиплексор переходит в особый режим, называемый “тревожной записью”. Что собственно должен делать мультиплексор в этом режиме, определяется самим пользователем при помощи экранного меню.

Экранное меню.

Некоторый набор функциональных полей, в каждом из которых пользователь может установить определенный набор параметров мультиплексора, впрямую влияющих на режимы работы мультиплексора в различных условиях.

Синхровход (SW IN).

Вход внешней синхронизации мультиплексора. Очень полезная функциональная возможность, позволяющая мультиплексору переключаться от камеры к камере по внешнему синхросигналу. Как правило, внешний сигнал синхронизации поступает на мультиплексор от подключенного к нему видеомагнитофона. При этом у пользователя отпадает необходимость вручную устанавливать режим работы, соответствующий скорости записи магнитофона, это происходит автоматически. То есть при изменении скорости записи (воспроизведения) магнитофона, мультиплексор автоматически отслеживает это изменение.

Выход сигнала тревоги.

При поступлении внешнего сигнала тревоги (или при срабатывании внутреннего детектора активности) на этом выходе формируется некоторый обобщенный сигнал тревоги, который может быть использован (и используется) для переключения видеомагнитофона в режим записи по тревоге. Впрочем, этот сигнал может быть использован при построении конкретной системы видеонаблюдения для чего угодно.

Интерфейс RS-232C и RS-485.

Стандартный последовательный интерфейс, позволяющий с помощью специального протокола (системы команд) управлять мультиплексором либо при помощи персонального компьютера, либо с помощью специального контроллера управления. К сожалению, производители о стандартном протоколе обмена договориться не удосужились, поэтому у разных мультиплексоров система команд отличается друг от друга. Слава Богу, что производители CCTV, в отличие от производителей охранных панелей, хоть протокол не закрывают.

Пульт дистанционного управления.

ПДУ позволяет управлять мультиплексором на некотором расстоянии. В принципе, пульт дистанционного управления обычно полностью повторяет возможности кнопок на передней панели мультиплексора.

В последнее время появились модели мультиплексоров, совмещающие в себе еще и функции матричного коммутатора с возможностью вывода изображения от любой подключенной камеры на любой из подключенных (как правило, до 4-х) мониторов.

Некоторые производители добавляют “телеметрические” функции (управление внешними устройствами).

Использование интерфейса RS-485 позволяет объединять несколько мультиплексоров и управлять ими с одного пульта или (и) персонального компьютера.

Бурное развитие компьютерных технологий сказалось и на CCTV, в этой области стали активно развиваться цифровые системы мультиплексирования, совмещенные с устройствами цифровой записи. Эти устройства представляют собой комплекс программных и аппаратных средств и строятся на базе новейших компьютерных технологий с использованием высокопроизводительных процессоров цифровой обработки изображения. Однако, это предмет другого разговора. Здесь речь идет о классических мультиплексорах CCTV.

Краткие характеристики некоторых моделей мультиплексоров.

Baxall.

В серии ZMX STORM есть 4-х, 9-ти, 10-ти и 16-ти канальные симплексные и дуплексные модели. Имеется встроенный детектор активности (сетка 16х16) в каждом канале с выходом сигнала тревоги на релейный контакт. Есть два порта RS-232C для подключения внешней клавиатуры и компьютера, для объединения в сеть используется интерфейс RS-485. Телеметрический контроллер позволяет управлять камерами на поворотных устройствах. Поддерживаются режимы электронной лупы и электронного стоп - кадра.

Computar.

В серии DPLEX есть 4-х, 9-ти и 16-ти канальные дуплексные модели. Имеется встроенный детектор активности, используемый для динамического распределения времени записи. Поддерживается режим электронной лупы.

Dedicated Micros.

Законодатель мод в области мультиплексоров. Производит широкий спектр различных моделей мультиплексоров. Модели серии Sprite позволяют осуществлять покадровую мультиплексную запись изображения от подключенных камер. Мультиплексоры имеют встроенный детектор движения (сетка размером 16х8 ячеек), характеристики которого программируются пользователем. Чувствительность детектора устанавливается в зависимости от условий на объекте. В случае пропадания видеосигнала или окончания ленты формируется соответствующее уведомление. Возможен режим электронной лупы с перемещением центра увеличения по полю.

Модели Uniplex выпускаются двух серий I и II (соответственно монохромные и цветные). Выпускаются как симплексные, так и дуплексные модели. Модели серии II поддерживают формат S-VHS. Программирование осуществляется с помощью экранного меню. Наиболее часто используемые функции вызываются с помощью программируемых функциональных клавиш. Имеется встроенная батарея для сохранения настроек при пропадании питания. Отображение живого видео и воспроизводимого видео возможно в восьми мультиэкранных режимах. Мультиплексоры имеют встроенный детектор активности в каждом канале. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы. Модели серии Uniplex поддерживают технологию C-BUS, что позволяет строить распределенные системы, объединенные в сеть по интерфейсу RS-485. При этом возможно объединение 16-ти устройств (кол-во камер до 256-ти). Возможно удаленное управление устройствами с помощью внешней клавиатуры. С каждой из 5-ти возможных клавиатур можно управлять до 256-ти камер.

Причем встроенный передатчик “телеметрии” позволяет управлять поворотными устройствами и объективами с Motor ZOOM. Также возможно управление устройствами с персонального компьютера (с помощью специализированного программного обеспечения).

Fine.

Тайваньская фирма выпускает ряд мультиплексоров, в который входят 9-ти и 16-ти канальные дуплексные модели, цветные и монохромные. Все модели имеют встроенный детектор активности в каждом канале. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Модели этой серии поддерживают управление по интерфейсу RS-23С.

HiTron.

Крупнейший южнокорейский производитель CCTV. Выпускает ряд 9-ти и 16-ти канальных симплексных и дуплексных моделей, цветных и монохромных. Все модели имеют встроенный детектор активности в каждом канале. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Модели этой серии поддерживают управление по интерфейсу RS-485, что позволяет строить распределенные системы, объединенные в сеть.

Impac Technologies

В серии Calibur есть 4-х, 8-ми, 10-ти, 16-ти и 32-х канальные симплексные, дуплексные и триплексные модели, цветные и монохромные. Имеется встроенный детектор движения и детектор активности (сетка 16х16) в каждом канале, для объединения в сеть используется интерфейс RS-485. Телеметрический контроллер позволяет управлять камерами на поворотных устройствах. Поддерживаются режимы электронной лупы и электронного стоп - кадра.

Panasonic.

WJ-FS-616 – цветной дуплексный 16-ти канальный мультиплексор. Программирование осуществляется посредством экранного меню. Имеет встроенный контроллер для управления камерами с поворотным устройством. Возможно подключение компьютера по интерфейсу RS-232C. По интерфейсу RS-485 можно объединить несколько мультиплексоров, при этом возможно управление до 64-х камер. Есть режим электронной лупы и детектор пропадания видеосигнала.

Pelco.

Известнейшая фирма в области CCTV. Выпускает мультиплексоры серии Genex, в которую входят 9-ти и 16-ти канальные симплексные и дуплексные модели, цветные и монохромные. Все модели имеют встроенный детектор активности в каждом канале. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Модели этой серии поддерживают управление по интерфейсу RS-485, что позволяет строить распределенные системы, объединенные в сеть.

Philips.

Новые серии мультиплексоров совместимы с любыми типами магнитофонов и поддерживают формат S-VHS. Есть функции электронной лупы, электронного стоп-кадра и титрирования. 16-ти канальные мультиплексоры серии LTC 2650 – монохромные, серии LTC-2660 – цветные. Есть встроенный детектор активности, используемый для динамического распределения времени записи. Мультиплексоры серий LTC-2670 и LTC-2680, кроме того, могут управляться с внешней клавиатуры, имеется возможность управления камерами с поворотным устройством. При этом появляется возможность объединения в сеть до 40 приборов.

Robot Research.

Широко известная фирма, прославившаяся своей моделью MV-16i. В сое время мультиплексор MV16i произвел своего рода революцию в системах видеонаблюдения. Для своего времени это был, с моей точки зрения, лучший мультиплексор по отношению цена – качество. Фирма выпускает монохромные и цветные модели, симплексные и дуплексные. В настоящее время лучшими потребительскими качествами обладает модель MV16p. Этот мультиплексор имеет выходы детектора активности по каждому каналу, высокое разрешение и сравнительно низкую для данного класса цену.

Samsung.

Выпускается две модели мультиплексоров 8-ми канальные и 16-ти канальные симплексные и дуплексные. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Поддерживается управление по интерфейсу RS-232C.

Sanyo.

Фирма Sanyo выпускает ряд 4-х, 9-ти, 10-ти и 16-ти канальных симплексных и дуплексных моделей, цветных и монохромных. Новые модели MPX – xx162 и MPX – xx92 имеют встроенный интеллектуальный детектор активности в каждом канале. Детектор активности имеет выход по каждому каналу. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Модели этой серии поддерживают управление по протоколу SSP, что позволяет строить распределенные системы, объединенные в сеть по интерфейсу RS-485. Возможно управление несколькими мультиплексорами (а также магнитофонами и ТВ камерами) с помощью специального контроллера VSP-7000.

Sony.

Фирма Sony выпустила 16-ти канальный дуплексный мультиплексор, цветной и монохромный. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра.

Vision Factory

В серии Montage Plus есть 16-ти, 24-х и 32-х канальные дуплексные и симплексные модели. Имеется встроенный детектор активности. Есть встроенные часы с календарем, поддерживается режим электронной лупы и стоп – кадра. Модели этой серии поддерживают управление по интерфейсу RS-485, что позволяет строить распределенные системы, объединенные в сеть.

Выводы. На основании всего вышеизложенного понятно почему мультиплексные методы обработки видеосигналов получили широкое распространение в системах CCTV.

Вкратце повторим основные преимущества применения мультиплексоров:

* Запись изображения от нескольких камер на один магнитофон.

* Воспроизведение высокого качества, так как записывается полный кадр.

* Мониторинг событий

* Очевидная экономия аппаратных средств.

* Эффективное использование времени персоналом СБ.

* Интегрируемость в сложные охранные комплексы.

Подводя краткий итог, можно сказать, что мультиплексор, как многофункциональный прибор, значительно улучшает качественные характеристики системы видеонаблюдения а иногда бывает просто незаменим.