06.07.2009. Системы видеозаписи

Цифровые системы видеонаблюдения давно стали неотъемлемым элементом в обеспечении безопасности различных объектов. Правильный выбор конкретной системы для конкретного объекта очень важен.

Основные критерии выбора систем

Многоканальный цифровой видеорегистратор имеет множество параметров и тонких характеристик, всю совокупность которых может оценить и интерпретировать только опытный специалист, а ошибка может стоить дороже, чем вы ожидаете. Несоответствие системы объекту может привести к фатальным последствиям, а реклама скорее дезинформирует, чем наоборот, поэтому при выборе системы, важно иметь представление о технологиях и принципах, на которых основываются современные многоканальные цифровые видеорегистраторы. Итак, главные аспекты, на которые стоит обратить внимание:

# технические характеристики

# цена

# уровень технической поддержки

В этой статье наиболее подробно будут рассмотрены важные с практической точки зрения технические аспекты систем видеонаблюдения и записи, например:

# соотношение качества изображения и степени его компрессии (сжатия);

# форматы видеокадров;

# скорость обработки и записи немультиплексированных изображений для видеосервера;

# наличие или отсутствие детектора движения;

# возможность экспорта видеоинформации;

# возможность интегрирования в многоуровневые системы;

# возможность программирования паттерна задания и подключения к внешним системам;

# качество материалов в контексте пригодности к идентификационному исследованию.

Форматы видеокадров

Хрестоматийно для записи изображения необходимо не менее восьми бит (один байт), но сегодня стандартом являются девяти-десятибитные видеоАЦП, используемые для представления двухсот пятидесяти шести(пятисот двенадцати, тысячи двадцати четырёх) уровней яркости RGB (красного, зеленого и синего цветов), а также со структурой дискретизации цветного видеосигнала 4:2:2, следовательно, хранение одного пикселя изображения требует трёх-четырёх бит информации.

Пропускная способность форматов различного разрешения – это одна из ключевых характеристик передачи видеосигнала. Основой для всех форматов стал Common Intermediate Format (CIF). С ним в некоторой степени (для видеостандарта PAL) совпадает формат SIF, но для NTSC разрешение задающего кадра уже 352x240.

Большинство технических заданий для систем видеозаписи регламентирует использование формата 4CIF в вариациях 704 на 576, 720 на 576, 768 на 576, называемый также Full (Полный).

Четкость видеоизображения также завязана на его формат. Для формата CIF максимальное разрешение составляет около 250-280 телевизионных линий (ТВЛ) по горизонтали, (это называется качеством VHS), а для 4CIF - от 400 ТВЛ по вертикали и до 500-550 ТВЛ по горизонтали (S-VHS-качество).

Четкость изображения можно проверить с помощью методик, описанных в специальных стандартах.

Технологии сжатия видео

Инструмент для компрессии и последующей распаковки видеоданных называется кодеком.

Современные методики, по которым производится сжатие видео, делят на 2 группы. Одни из них практикуют внутрикадровый метод сжатия (к примеру, JPEG или Motion JPEG, JPEG-2000, Wavelet). Другие используют поточную (межкадровую) компрессию - MPEG-1, MPEG-2, H.261/H.263, MPEG-4, а также типы Wavelet, использующие межкадровую (дельта-) компрессию.

Видеокодеки обычно бывают реализованы программно или аппаратно. За быстродействие системы отвечает аппаратная часть, при этом характеристики компьютерной платформы отходят на второй план. Если число каналов системы составляет более ста (распределенная система видеозаписи), то аппаратное сжатие видеосигнала предпочтительнее.

Неизбежные потери и борьба с ними

При достижении высокого коэффициента сжатия любой метод дает потерю данных (исходное изображение не совпадает с тем, что получается на выходе). Это происходит в связи с тем, что слабо различимые человеческим глазом детали «замыливаются», тизображение становится менее детализированным.

Во время сжатия видеосигнала цветовая схема RGB переходит в схему YCrCb по следующим формулам:

Y = 0,299xR+0,587xG+0,114xB;

Cr = (R-Y)/0,701/2+128;

Cb = (B-Y)/0,866/2+128.

Это соотношение определяет формат получаемого изображения: 4:1:1, 4:2:0 или 4:2:2 и выше. В охранном телевидении должен применяться формат от 4:2:2, иначе видеоизображение непригодно для экспертизы в случае запечатления противоправных действий: пропадает слишком много деталей, картинка значительно теряет в качестве.

Если подразумевается непрерывность трансляции, то лучше использоваться методику поточного сжатия, на этой основе действуют интернет- и телевещание. Технология этого сжатия такова: так как повтор деталей изображения составляет примерно 95 процентов от кадра к кадру, поэтому без особого вреда для всего изображения они заменяются единым оригинальным шаблоном и таблицей повторяющихся участков. В результате изображение приобретает высокую четкость и не требует высокого пропускного значения битрейта.

До кодирования видеоинформация анализируется с выбором ключевых кадров, которые не подвергнутся изменениям во время компрессии, а кадры, информация с которых будет частично удалена, выделяются в отдельную группу.

Типы выделяемых кадров:

# I – (Intra frame). Ключ-кадры, не изменяющиеся при компрессии.

# Р – (Predicted frame, или предсказанные кадры). Часть информации с P-кадров удаляется, уменьшая их в два-три раза по сравнению с I-кадрами. Замещение отсутствующей информации происходит с помощью I- или Р-кадров, которые были воспроизведены раньше.

# В – (Bidirectional frame, или двунаправленные кадры). Еще большая потера информации возмещается меньшим размером кадра, в сравнении с I-типом примерно в три-пять раз. В-кадр восполняет пробелы и с помощью предыдущих, и с помощью последующих I- или Р- кадров. В Н.261 их нет.

Во время кодирования создается группа кадров разных типов, длина которых регулирует степень сжатия изображения. Например, при длине в 8 кадров последовательность может выглядеть так: IBBBPBBBIBBBPBBBE, а воспроизводиться они будут в следующей очереди: 1 523467891310.

В MPEG-1 обычно длина 6: IBBPBBIBBPBBIE;

в MPEG-2 обычно длина 15: IBBPBBPBBPBBPBBIBBPE

Когда все кадры обработаны и разбиты на группы, подготавливается кодирование. Дельта-кодирование для видеодокументирования не слишком подходит, так как методы кодировки MPEG и Н.2бх не дают возможности разбиения на четкие кадры, потому что в B- и P- кадрах не хватает части информации. Эксперт-криминалист не сможет использовать такое изображение для работы.

Скорость обработки и записи видеоизображений

Производительность видеосервера и расчет стоимости одного канала определяются, в первую очередь, суммарная скорость обработки и записи немультиплексированных данных и количество таких же каналов. Последнее зависит от количества плат видеозахвата и типом схемы ввода. Обычно это 16 немультиплексированных входов и четыре канала на плату; также распространена схема 4х4.

Скорость обработки немультиплексированных изображений обычно составляет до 25 кадров в секунду (25 FPS) стандарта PAL; по качеству это «живое» видеоОднако нельзя четко сказать, какие кадры имеются в виду: цветные, черно-белые, формата CIF или 4CIF. Например, корейская видеоаппаратура характеризуется цифрами, которые определяют даже менее продвинутые форматы, чем CIF. К тому же, скорость записи видеоинформации и скорость обработки видеоизображения могут значительно отличаться. Скорость записи в таком случае сильно подвержена влиянию алгоритма сжатия и то, каким способом – аппаратным или программным – оно реализуется.

Единица платы видеозахвата готова к обработке одного, двух или четырех немультиплексированных каналов единовременно. Таким образом, путем установки 4 плат видеозахвата можно добиться обработки от 4 до 16 каналов немультиплексированных видеоизображений; скорость обработки при этом доходит до 25 FPS.

Суммарная скорость обработки и записи видеоизображений рассчитывается умножением числа немультиплексированных каналов на эту исходную скорость (то есть 25, 50, 100 FPS и т.д.). Если в создании «живого» видео нет нужды, тогда к одному каналу подключено несколько камер с попеременным обращением к ним – итог такого действия называется мультиплексированием. При этом падает производительность комплекса, потому что переключение с канала на канал и синхронизация с камерами происходит с небольшим (60-80 микросекунд) опозданием. Потому для мультиплексированных систем интересующая нас величина будет в 1,5-2 раза меньше, чем для немультиплексированных. Захвата нечетных или четных полукадров с более-менее четким алгоритмом не происходит, поэтому изображение при мультиплексированном видео обычно подергивается, если не использовать цифровой мультиплексор. Это устройство позволяет оцифровать видеопоток с камеры перед его мультиплексированием, что значительно улучшает ситуацию.

Многоканальные детекторы движения

Оснащенность цифровых систем, использующихся на сей день, мноканальными детекторами движения, делает видеосистемы по-настоящему охранными. Эти устройства используются для того, чтобы выявить активность и динамику в кадрах, снятых камерой. Это достигается путем замера относительных изменений яркости и контраста в контрольных зонах.

Для того, чтобы не стать жертвой ложных срабатываний, необходимо приобретать качественные профессиональные детекторы, которые можно настроить под условия окружающей среды. Настройки таких камер включают фильтрацию помех, например, помех от осадков, бликов, шевеления листвы и т.п.

Экспорт видеоинформации

Преобразование видеоизображения из внутреннего формата обработки и компрессии во внешние форматы, понимаемые большинством оборудования, называется экспортом видеоинформации. Экспорт видеоданных позволяет просматривать результаты видеозаписи не только на специальном оборудовании, входящем в охранную видеосистему.

Самыми распространенными внешними форматами экспорта стали AVI и MPEG; отдельные кадры преобразуются в JPEG-формат. Совершать экспорт можно как в автоматическом, так и в мануальном режиме, а также просматривать файл в он-лайн режиме или работать с информацией, доступной в видеоархиве.

Многоуровневые системы видеозаписи

Сложные распределенные многоуровневые системы, используемые для видеозаписи, требуют определенных параметров приобретаемой руководством охраняемого объекта аппаратуры. Естественно, что должны наличествовать функция удаленного видеомониторинга и администрирования системы, а также работа в сети по протоколу TCP/IP. Но этого мало. Система, созданная из выбранного вами оборудования, должна иметь единый протокол событий, а также единую базу данных для всего сетевого комплекса. Этому не должно препятствовать наличие в сети других клиентов, число их может быть неограниченно большим. Также при создание сервера используется архитектура «клиент - сервер» и создается видеоархив, к которому можно обратиться в любой момент.

Средства задания логики работы

Специальными средствами задания логики работы системы является возможность работы по характеру тревоги и по расписанию Когда срабатывает детектор, показывающий наличие активности в охраняемой зоне, происходит обработка изображения, оценка опасности вторжения и отдается соответствующий сигнал. Этого можно добиться такими несложными средствами, как простейшие макросы, которые строят алгоритм действий в рамках одного блока видеозаписи. Для более сложных систем необходимы уже скрипты – более продвинутые сценарии. Некоторые из таких систем поощряют самостоятельную разработку программного обеспечения с подробной пошаговой инструкцией и средствами построения подобных прикладных программ (SDK), программными интерфейсами (API) и др.

Пригодность видеоматериалов для идентификации

Если вам необходима система, полностью отвечающая за безопасность на уровне последующего использования полученных видеоматериалов в качестве доказательств, то выбор должен быть сделан в пользу систем видеозаписи, гарантирующих высокую четкость изображения. Для этого оборудование исследуется и проходит сертификацию в лаборатории Экспертно-криминалистического центра МВД России.