Преимущества цифрового видеонаблюдения

По определению аналоговые сигналы могут иметь любое значение в заданном диапазоне. Примером такового аналогового сигнала может служить как аудиосигнал, так и видеосигнал. Как мы знаем, заданным диапазоном для аналогового видеосигнала является интервал от 0 вольт, что соответствует черному, до 0.7 вольт, что соответствует белому.

Как уже говорилось ранее, большинство телекамер, используемых сейчас в видеонаблюдении, формируют аналоговые сигналы. Однако основная проблема, с которой мы сталкиваемся при работе с аналоговыми сигналами, заключается в том, что в них возникает и накапливается шум, и, как читатели, вероятно, знают из собственного опыта, в реальных условиях от этого шума избавиться невозможно. Он накапливается на каждом этапе формирования, передачи и обработки видеосигнала.

Возникая еще в матрице и электронике телекамеры на начальном этапе формирования сигнала, шум увеличивается как при передаче (в кабеле), так и на завершающем этапе (в видеомониторах и устройствах записи и т. д.). Чем длиннее путь видеосигнала, тем больше шума мы получим в конце этого пути.

Именно в этом проявляется существенное отличие цифрового сигнала. Так, одним из наиболее принципиальных различий между аналоговым и цифровым сигналом, кроме непосредственно формы, является иммунитет к шумам. Цифровой сигнал в электронной форме также подвержен воздействию шума, как и аналоговый. Но цифровые сигналы могут иметь только два значения: нуль и единицу. Шум будет воздействовать на сигнал только в том случае, если его величина достигнет уровней, которые могут превзойти помехоустойчивость цифровых схем, определяющих равенство сигнала нулю или единице. Это означает, что цифровые сигналы допускают аккумуляцию шума до невообразимого уровня по сравнению с аналоговыми видеосигналами, поэтому мы говорим, что цифровые сигналы фактически имеют иммунитет к шумам. (Можно также отметить, что уровням «нуль» и «единица» в цифровых электронных устройствах соответствуют режимы отсечки или насыщения активных элементов, а в этих режимах усиление наводок невозможно. Прим. ред .)

В конечном итоге, это дает более протяженные расстояния для передачи, высокую помехозащищенность и отсутствие деградации сигнала, то есть более высокое качество изображения.

Другое важное преимущество цифрового видеосигнала – это возможность цифровой обработки и хранения информации. Под этим подразумевается улучшение изображения, его сжатие, различные коррекции и т. д. Крайне существенным является то, что копия и оригинал ничем не отличаются по качеству изображения. Сколько бы копий цифрового изображения мы ни делали (1,2 или 10), качество всегда будет оставаться таким же, как у оригинала. И последним (не по степени важности) преимуществом цифрового видео является возможность проверки подлинности копии. Эта функция часто называется нанесением «водяных знаков» (water‑mark) и позволяет защитить информацию, записанную в цифровой форме от подделки, что крайне важно для индустрии видеонаблюдения.

Рис. 9.2. Представление цифрового видеосигнала

Цифровые видеорегистраторы (DVR)

В настоящее время в видеонаблюдении эпоха записи на видеокассеты практически завершилась. Пять лет назад при подготовке предыдущего издания книги, видеомагнитофоны еще встречались в большом количестве, а цифровые видеорегистраторы только начинали появляться. Сейчас они поменялись местами. Но какие реальные преимущества дают в видеонаблюдении цифровые видеорегистраторы по сравнению с видеомагнитофонами?

Во‑первых, видеомагнитофоны с аналоговым методом хранения информации не позволяют быстро найти нужную запись от нужной телекамеры, исключение составляет относительно быстрый поиск по тревогам, который имеется во многих TL‑видеомагнитофонах. Так как видеомагнитофоны хранят информацию в аналоговом виде, то ее дальнейшая обработка практически невозможна. Запись видеомагнитофона всегда имеет более низкое качество, чем у исходного видеосигнала.

Первоначально были попытки внедрить цифровую запись в видеонаблюдении на цифровых кассетах формата DAT. Несмотря на то, что информация записывалась в цифровом виде, доступ к ней по‑прежнему осуществлялся последовательно, что не так эффективно, как при произвольном доступе к информации жесткого диска. Кроме того, жесткие диски имеют значительно более высокую скорость передачи данных и большую емкость, чем у других доступных устройств хранения. При этом можно записывать видео с качеством выше, чем S‑VHS, используя соответствующие алгоритмы сжатия. Еще несколько лет назад существовала проблема длительности записи на жесткие диски, но это уже осталось в прошлом. Сейчас широко распространены жесткие диски объемом 300 Гбайт, а цифровые видеорегистраторы с объемом внутреннего дискового пространства 1200 Гбайт (1.2 Тбайт) перестали быть редкостью.

Хранение многих недель записи от нескольких телекамер перестало быть проблемой. Современные жесткие диски теперь имеют малое время доступа и при использовании хорошего алгоритма сжатия теперь на одном жестком диске можно хранить и воспроизводить в режиме реального времени (то есть с частотой обновления кадров «живого» видео) записи от нескольких телекамер одновременно.

Стоимость жестких дисков ежедневно снижается. Читателям, вероятно, интересно будет узнать, что когда шла работа над предыдущим изданием этой книги, появился первый жесткий диск формата 3.5 дюйма с емкостью 30 Гбайт. Теперь в 2005 году за ту же самую цену мы можем купить жесткий диск с десятикратной емкостью. В связи с возросшим значением жестких дисков для современной системы видеонаблюдения, эту главу мы завершим обсуждением их наиболее важных технических параметров.

Суммарное время записи, то есть сколько дней или неделей записи может храниться на жестком диске определенной емкости (например, 300 Гбайт) зависит от типа сжатия и качества исходного изображения. Также очень важным фактором будет вид записи: постоянная запись или запись по детектору движения. Запись по детектору движения стала очень популярной в видеонаблюдении, так как она позволяет увеличить время записи как минимум в 2–3 раза (это очень сильно будет зависеть от качества самого детектора движения). Конечно, можно увеличивать и емкость дискового пространства цифрового видеорегистратора, но при этом нужно не забывать и о повышении отказоустойчивости, что может быть уже изначальным требованием заказчика.

Когда мы имеем дело с таким количеством переменных, невозможно дать однозначный ответ. Но, поскольку я знаю, что одним из первых вопросов многих клиентов бывает вопрос о том, сколько дней записи можно будет хранить, то чтобы вам немного помочь, на нашем веб‑сайте (www.cctvlabs.com) я разместил две таблицы, позволяющие автоматически рассчитывать время записи.

Все сказанное выше приводит нас к различным размышлениям о том, что мы должны учитывать при выборе алгоритма сжатия, накопителей и их скорости передачи информации. Поэтому нам нужно понимать теорию обработки и сжатия цифрового видео. В следующей части главы мы постараемся объяснить основы.

Рис. 9.3. Цифровые видеорегистраторы