Цифровое переключение и оборудование для обработки видеосигналов

Видеоквадраторы

«Неумение» последовательных коммутаторов отображать все телекамеры одновременно и проблемы с синхронизацией заставили разработчиков оборудования для систем видеонаблюдения на создание нового устройства – видеоквадратора (разделителя экрана).

Видеоквадратор помещает изображение от четырех (или менее) телекамер на один экран, разделенный на четыре прямоугольные области, по аналогии с прямоугольной системой координат иногда называемые квадрантами (отсюда иногда используемое название такого прибора «quad »). Для решения этой задачи видеосигнал вначале должен быть оцифрован, а затем сжат до размера соответствующего квадранта (отсюда еще одно название прибора – quad compressor ). Электроника прибора приводит все синхроимпульсы к единой временной базе, в результате формируется единый видеосигнал, в котором представлены сигналы всех четырех квадрантов, поэтому нет необходимости во внешней синхронизации.

Видеоквадратор – это прибор с аналоговыми входом и выходом, выполняющий цифровую обработку изображения.

Как и в случае любого цифрового устройства обработки изображений, здесь есть ряд моментов, которые необходимо знать, чтобы уметь определять качество системы: разрешение кадровой памяти в пикселах (по горизонтали и по вертикали) и скорость обработки изображений.

Рис. 7.11. Типичный черно‑белый видеоквадратор

Типичная для современных видеоквадраторов емкость кадровой памяти составляет 512 х 512 или 1024 х 1024 пикселов. Первое сравнимо с разрешающей способностью телекамеры, но не забывайте, что эти 512 х 512 пикселов мы разбиваем на четыре изображения, и каждый квадрант будет иметь разрешение 256 х 256 пикселов, что приемлемо лишь для системы среднего уровня. Итак, если у вас есть выбор, то выбирайте видеоквадратор с большей кадровой памятью. Кроме того, каждый пиксел хранит информацию об уровне яркости (в черно‑белых видеоквадраторах) и цветовую информацию (в цветных видеоквадраторах). Обычный черно‑белый видеоквадратор хорошего качества дает 256 уровней серого, хотя для некоторых приложений достаточно 64 уровней. А вот 16 уровней серого – это слишком мало, и изображение будет выглядеть чересчур оцифрованным. Цветные видеоквадраторы высокого качества дают более 16 млн. цветов, то есть 256 уровней по каждому из трех первичных цветов (всего 256³).

Рис. 7.12. Двухстраничный видеоквадратор

Еще один важный аспект видеоквадратора – это время обработки изображения. Когда появились первые устройства, цифровая электроника работала сравнительно медленно, и видеоквадратор мог обрабатывать всего несколько изображений в секунду, поэтому вы могли видеть «дерганье» перемещающихся объектов на экране. Медленные видеоквадраторы есть и сегодня. Чтобы движение на экране было плавным, электроника должна обрабатывать каждое изображение на полевой частоте ТВ‑системы (1/50 с или 1/60 с), только тогда на отображении не будет задержек и эффект оцифровки будет менее заметен. Такие «быстрые» приборы называются видеоквадраторами реального времени. Видеоквадраторы реального времени с высоким разрешением стоят дорого. Цветные приборы дороже, чем черно‑белые, так как в этом случае на каждый канал требуется три модуля кадровой памяти (по числу первичных цветов). Если в системе больше четырех телекамер, то решением может быть использование двух‑страничных видеоквадраторов, в этом случае до 8 телекамер могут переключаться последовательно в виде двух изображений с квадовым представлением. Большинство таких видеоквадраторов позволяет настраивать время отображения между переключениями.

Другая очень удобная характеристика, свойственная большинству видеоквадраторов, – это входы тревоги. При получении сигнала тревоги, соответствующая телекамера переключается с квадового режима на полноэкранный. Обычно это режим реального времени, то есть аналоговый сигнал отображается без цифровой обработки и хранения в кадровой памяти. Переключение по тревоге в полноэкранный режим особенно важно в режиме видеозаписи. Независимо от того, насколько хорошим кажется выходной сигнал с видеоквадратора, при записи на VHS‑магнитофон разрешающая способность ограничивается возможностями видеомагнитофона. Это составляет 240 ТВЛ (мы обсудим это позже в разделе, посвященном видеомагнитофонам) для цветного сигнала и около 300 ТВЛ для черно‑белого. При воспроизведении в квадовом режиме с видеомагнитофона очень трудно сравнивать детали в таком изображении с тем, что было в исходном изображении в режиме реального времени. По этой причине система может быть спроектирована таким образом, чтобы при срабатывании датчика тревоги происходил переход с квадового отображения на полноэкранное.

Рис. 7.13. Видеоквадратор с входами тревоги

В последствии детали видеозаписи по тревоге могут быть изучены подробнее. В качестве устройств активации могут быть использованы самые разные датчики, но чаще всего это пассивные и активные инфракрасные детекторы, видеодетекторы движения, тревожные кнопки и датчики открывания дверей.

Как и для последовательных видеокоммутаторов с входом тревоги следует четко определить, что последует после работы в режиме тревоги, то есть как долго видеоквадратор останется в полноэкранном режиме, требуется ли ручное подтверждение восприятия тревоги оператором. Это мелочи, но они многое могут изменить в построении видеосистемы и ее эффективности.

Иногда потребителя устраивает и запись в квадовом режиме, в этом случае достаточно простого видеоквадратора, без входов тревоги.

Однако, если требуется запись полноэкранного изображения, то следует осторожно относиться к выбору видеоквадратора с функцией увеличения при воспроизведении. Они могут выглядеть так же, как и устройства с входами тревоги, но на самом деле они не поддерживают запись полноэкранного изображения, как этого можно было бы ожидать; вместо этого они электронным образом «раздувают» записываемые квадранты на полный экран. Разрешение таких увеличенных изображений составляет лишь четверть (1/2 по вертикали и 1/2 по горизонтали) того, что должно быть.

Видеомультиплексоры

Естественная эволюция устройств цифровой обработки изображений сделала видеомультиплексоры лучшей альтернативой видеоквадраторам, особенно для записи. Видеомультиплексоры – это устройства, выполняющие временное мультиплексирование входных видеосигналов и дающие два типа выходных видеосигналов: один для просмотра и один для записи.

Выход для видеонаблюдения позволяет показывать изображения со всех телекамер на одном экране одновременно. То есть, если у нас есть 9‑канальный видеомультиплексор с 9 телекамерами, то все они будут представлены на экране в виде мозаики 3 х 3 (мультиэкранное отображение. Прим. ред .). Та же концепция применима к 4‑ и 16‑канальным видеомультиплексорам. В большинстве видеомультиплексоров любая телекамера может быть выбрана для полноэкранного отображения. Пока на видеовыходе воспроизводятся эти изображения, на магнитофонный выход видеомультиплексора посылаются разделенные по времени мультиплексированные изображения со всех телекамер, выбранных для записи. Это разделенное по времени мультиплексирование похоже на очень быстрый последовательный видеокоммутатор с той лишь разницей, что все видеосигналы синхронизированы для последовательной записи на видеомагнитофон. Некоторые производители изготавливают видеомультиплексоры, выполняющие лишь быстрое переключение каналов (для записи) и вывод полноэкранных изображений, без функции мозаичного воспроизведения. Такие устройства называются frame switcher (коммутатор кадров), причем при записи они ведут себя подобно видеомультиплексорам. (Более распространенное название – симплексный видеомультиплексор.Прим. ред .)

Рис. 7.14. Uniplex – один из первых видеомультиплексоров

Рис. 7.15. Мультиплексирование видеозаписи

Чтобы понять, как это происходит, мы упомянем здесь несколько моментов, касающихся концепции записи на видеомагнитофон (эти вопросы также обсуждаются в следующем разделе). Головки видеомагнитофона (обычно две) расположены на 62 мм вращающемся барабане, который выполняет спиральную развертку магнитной ленты, проходящей вплотную с барабаном.

Вращение зависит от ТВ‑системы: для PAL это 25 оборотов в секунду, а для NTSC – 30. Если две головки расположены на барабане под углом 180° напротив друг друга, спиральная развертка может составлять 50 полей/с на чтение или запись для PAL и 60 – для NTSC. Это означает, что каждое ТВ‑поле (состоящее из 312.5 строк для PAL и 262.5 строк для NTSC) записывается на диагональные, плотно расположенные дорожки магнитной ленты. Когда видео‑магнитофон воспроизводит записанную информацию, он делает это на скорости, соответствующей ТВ‑стандарту, так что мы опять получаем движущееся изображение.

Понятно, поскольку головки видеомагнитофона представляют собой электромеханические устройства, то точность вращения здесь критична. Из‑за электромеханической инерции видеомагнитофоны обладают более длительным временем захвата кадровой синхронизации, чем видеомониторы. Это становится причиной еще больших проблем с перемещением изображения по вертикали при записи несинхронизированных телекамер с помощью последовательного видеокоммутатора.

Рис. 7.16. 8‑канальный видеомультиплексор

При нормальной записи и воспроизведении видеоголовки постоянно считывают или записывают поля, одно за другим, по 50 (60 в NTSC) полей в секунду.

Вместо того, чтобы записывать одну телекамеру несколько секунд, затем другую и т. д. (что делает последовательный видеокоммутатор), видеомультиплексор обрабатывает видеосигнал таким образом, что каждое следующее поле, посылаемое на видеомагнитофон, исходит от другой телекамеры (обычно следующего по порядку входа).

Итак, в действительности мы имеем на выходе очень быстро переключаемый сигнал, который переключается со скоростью, соответствующей скорости записывающих головок. Эта скорость зависит от типа видеомагнитофона и от режима записи (как в случае видеомагнитофонов с функцией time lapse , что мы обсудим ниже). Вот почему так важно настроить видеомультиплексор на выходную скорость, соответствующую конкретному видеомагнитофону. Это можно сделать в меню установок любого видеомультиплексора. Если на вашем видеомультиплексоре нет конкретного видеомагнитофона, то можете попробовать выбрать типовую установку или же, если нет ничего похожего, последуйте методу проб и ошибок и попытайтесь найти эквивалентную модель (Современные видеомультиплексоры имеют вход VEXT для синхронизации импульсами с видеомагнитофона, что исключает описанную выше процедуру. Прим. ред .) . Основное различие time lapse видеомагнитофонов заключается в том, что одни записывают поля, другие кадры.

Кроме синхронизации выхода (MUX–VCR), теоретически нужна еще и синхронизации входов (камеры‑MUX), но поскольку видеомультиплексоры являются цифровыми устройствами обработки изображения, то приведение всех синхроимпульсов от телекамер к единой временной базе происходит в самом видеомультиплексоре. То есть сигналы различных телекамер могут быть «смешаны» в одном видеомультиплексоре, и нет никакой необходимости их синхронизировать.

Однако на рынке встречаются и другие модели видеомультиплексоров, которые осуществляют внешнюю синхронизацию телекамер посредством синхроимпульсов, передаваемых по тому же коаксиальному кабелю, по которому передается видеосигнал. Эти модели видеомультиплексоров не теряют времени на временную коррекцию синхроимпульсов и поэтому должны работать быстрее. (Другое решение проблемы – использование в видеомультиплексорах двух параллельно работающих процессоров, осуществляющих поочередную оцифровку входных видеосигналов, в результате отсутствует время на ожидание прихода начала поля следующей несинхронизированной телекамеры. Прим. ред .)

Если необходимо воспроизведение, то выход видеомагнитофона вначале обращается к видеомультиплексору, затем видеомультиплексор извлекает сигнал выбранной телекамеры и посылает изображение на видеомонитор. Видеомультиплексор может отобразить любую телекамеру на полном экране или воспроизвести все записанные телекамеры в мозаичном режиме (вывести несколько изображений одновременно).

Рис. 7.17. 16‑входовый видеомультиплексор со сквозными видеовходами

Время обновления видеозаписи

Следует понимать, что количество кадров (изображений), взятых от каждой телекамеры для записи, зависит от общего числа подсоединенных к видеомультиплексору телекамер и временного режима работы time lapse видеомагнитофона. То есть, невозможно одновременно записать в реальном режиме времени изображения со всех телекамер – ведь это мультиплексирование с временным разделением.

Однако можно улучшить качество работы видеосистемы при помощи внешних датчиков тревоги и встроенного в видеомультиплексор детектора активности (что мы объясним позже). Лучше всего записывать минимальное количество телекамер в самом быстром (насколько это практически возможно) режиме записи. Проще говоря, если заказчик может менять ленту хотя бы раз в сутки, не следует использовать режим time lapse больший, чем «24 часа». Если система не обслуживается в выходные, то следует выбрать режим «72 часа». А если позволяет бюджет, то вместо 16‑канального видеомультиплексора для 9 (или более) телекамер лучше использовать 9‑канальные (некоторые производители выпускают 8‑ и 10‑канальные устройства) видеомультиплексоры и два видеомагнитофона. Тогда частота записи удвоится и нужно будет использовать две ленты вместо одной.

Вот как можно посчитать временные интервалы между последовательными кадрами с каждой телекамеры. Допустим, у нас имеется видеомагнитофон с режимом time lapse «24 часа». Ранее мы установили, что нормальный (реального времени) видеомагнитофон записывает 50 полей в секунду в PAL и 60 в NTSC.

Если вы откроете техническое руководство time lapse видеомагнитофона, то вы увидите, что видеомагнитофон в режиме «24 часа» делает запись каждые 0.16 секунды; даже если у вас нет руководства, то это легко подсчитать: если видеомагнитофон PAL делает запись в режиме реального времени, то он записывает поле каждые 1/50=0.02 с. Частота записи time lapse видеомагнитофона в режиме «24 часа» в 24/3=8 раз меньше, тогда мы получим 0.02x8=0.16 с. Аналогичный расчет для видеомагнитофона NTSC даст нам, что одно поле записывается каждую 1/60=0.0167 с. В режиме «24 часа» с лентой Т120 мы получим 24/2=12. Это значит, что в режиме 24 «часа» в формате NTSC лента time lapse видеомагнитофона двигается в 12 раз медленнее, чтобы уместить 24 часа на одной 2‑часовой ленте. Таким образом, скорость обновления каждого записываемого поля в режиме «24 часа» составляет 12x0.0167=0.2 с.

Рис. 7.18. Типовая схема соединения типичный видеомультиплексор – time lapse видеомагнитофон

Все приведенные выше вычисления сделаны для сигнала одной телекамеры, то есть, если к видеомультиплексору подсоединена только одна телекамера, то он будет делать запись каждые 0.16 ев PAL и каждые 0.2 с в NTSC. Если в системе большее число телекамер, то чтобы подсчитать скорость обновления для каждой телекамеры, нужно умножить это значение на число телекамер и добавить время, которое видеомультиплексор тратит на временную коррекцию несинхронизированных телекамер. Если у нас, например, 8 телекамер на запись, то получим 8x0.16=1.28 с (PAL) и 8x0.2=1.6 с (NTSC). Добавив к этому время, затрачиваемое на синхронизацию и реальные временные интервалы между записями каждой телекамеры, получим примерно от 1.5 до 2 с. Это неплохой результат, особенно если учесть, что все 8 телекамер записываются на одну ленту.

Если нам нужно идентифицировать важное событие, которое имело место, например, в 3 часа дня, мы можем либо просмотреть изображение со всех телекамер в мозаичном режиме и найти ту из них, на которой зарегистрирована важная активность, либо просмотреть все телекамеры по отдельности в полноэкранном режиме.

Рис. 7.19. Типичное отображение с помощью видеомультиплексора

Для некоторых видеосистем 2 секунды – это слишком большая потеря времени, и тогда могут приго‑диться вход тревоги или детектор активности. Большинство видеомультиплексоров имеют входы тревоги, благодаря чему можно перейти в режим приоритетной записи. Режим приоритетной записи – это режим, при котором сигналы от телекамеры с тревогой видеомультиплексор записывает с приоритетом. Допустим, поступил сигнал тревоги, связанный с телекамерой 3. Вместо нормального временного мультиплексирования 8 телекамер в последовательности 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 1, 2, мы получим 1, 3, 2, 3, 4, 3, 5, 3, 6, 3 и т. д. Временной интервал задержки в таких случаях длиннее для всех телекамер, кроме 3. Но поскольку номер 3 – это самая важная для данного момента телекамера, то приоритетное кодирование «заставит» телекамеру 3 записываться каждые 2x0.16=0.32 с, или на практике почти каждые 0.5 с (из‑за временной коррекции). Это гораздо лучшая реакция, чем предыдущие 2 с для простого мультиплексного кодирования. Следует отметить, что если на входах видеомультиплексора больше одного сигнала тревоги, то временной «провал» между последовательными кадрами телекамер удлиняется, и если мы проходим через все входы тревожных телекамер, то получаем простое мультиплексное кодирование. (Кроме приоритетной видеозаписи некоторые видеомультиплексоры позволяют реализовать режим эксклюзивной видеозаписи, то есть запись видеосигналов только тех зон, где произошла тревога, что еще больше повышает ценность записанной информации. Прим. ред .)

Если система не может использовать внешние датчики тревоги, то следует помнить, что многие видеомультиплексоры имеют встроенные детекторы активности. Это очень удобная характеристика, суть которой заключается в том, что каждый канал видеомультиплексора анализирует изменения видеоинформации при каждом обновлении кадровой памяти. Если произошли изменения (что‑то движется в поле зрения), то активируется «внутренняя тревога», которая, в свою очередь, включает схему приоритетной кодировки. Это очень помогает при анализе вторжений или иных событий. Детектирование активности можно отключить. Некоторые модели видеомультиплексоров позволяют конфигурировать зоны детектирования. (Более того, может быть реализован детектор движения, обеспечивающий срабатывание выходных контактов тревоги. Настройками можно выбрать чувствительность, игнорировать влияние медленно изменяющейся освещенности и пр. с тем, чтобы минимизировать уровень ложных тревог.Прим. ред .)

На рынке оборудования для систем видеонаблюдения появились видеомагнитофоны реального времени с функцией time lapse , что может запутать нас в вопросе подсчета скорости записи. Это более быстрые устройства, с модифицированной механикой, записывающие 16.7 полей в секунду в PAL (одно поле в 0.06 с) и 24 часа на ленту Е240. В случае NTSC около 20 полей в секунду (поле в 0.05 с) может быть записано за 24 часа на ленту Т160. Понятно, чтобы подсчитать скорость обновления информации мультиплексированных телекамер при записи на такой видеомагнитофон, следует умножить число телекамер на вышеупомянутую скорость обновления полей.

Честно говоря, это не настоящее время записи в реальном времени, но определенно лучше, чем обычный режим time lapse. Насколько я знаю, есть только один производитель, оборудование для систем видеонаблюдения которого действительно делает 24 ч записи со скоростью 50 полей в секунду (PAL) и 60 (NTSC) – это Elbex .

В системе NTSC лента используется при более высокой скорости записи (2 метра в минуту), чем в системе PAL или SECAM (1.42 метра в минуту). Еще более запутывает вопрос то, что на VHS лентах маркируется время воспроизведения, а не длина ленты. Поэтому лента Т120 (2‑часовая), купленная в США, – это не то же, что лента Е120 (2‑часовая), купленная в Великобритании. Американская лента Т120, длиной 246 метров, дает два часа воспроизведения на NTSC‑видеомагнитофоне. Такая же лента, используемая на видеомагнитофоне PAL, даст 2 часа и 49 минут воспроизведения. А английская лента Е120, длиной 173 метров, даст 2 часа воспроизведения на видеомагнитофоне PAL. Та же лента на NTSC‑видеомагнитофоне даст 1 час и 26 минут воспроизведения. В таблице 7.1. приведено время воспроизведения лент в PAL, SECAM и NTSC.

Симплексные и дуплексные видеомультиплексоры

Многие видеомультиплексоры позволят вам просматривать изображения с любой выбранной телекамеры в мозаичном режиме. Если нужно просмотреть записанную ленту, то, как мы уже говорили, вначале сигнал с выхода видеомагнитофона поступает не на видеомонитор, а на видеомультиплексор, где происходит декодирование сигналов. В этот момент видеомультиплексор не может быть использован для записи. Итак, если необходимо одновременно сделать запись и просмотреть изображение, то потребуется еще один видеомультиплексор и видеомагнитофон. Видеомультиплексоры, которые в конкретный момент времени могут выполнять только одну задачу, называются симплексными.

Но бывают и дуплексные видеомультиплексоры, фактически представляющие собой «два в одном» – два видеомультиплексора в одном корпусе, один для записи, другой для воспроизведения. Если требуется одновременное воспроизведение и запись, то потребуется два видеомагнитофона.

Некоторые производители изготавливают видеомультиплексоры, называемые триплексными. Эти устройства обладают той же функциональностью, что и дуплексные, но вдобавок могут воспроизводить на одном экране комбинацию из наблюдаемых в данный момент и воспроизводимых с видеомагнитофона изображений на одном видеомониторе.

Видеомультиплексоры, как и видеоквадраторы, могут быть черно‑белыми или цветными. Кадровая память тоже имеет ограничения. Наиболее узким местом в смысле разрешающей способности является сам видеомагнитофон. Новые современные системы видеонаблюдения инсталлируются с видеомагнитофонами Super VHS, что дает улучшенное разрешение до 400 ТВЛ (сравните с 240 ТВЛ в обычном VHS‑формате).

Видеомультиплексоры можно с успехом использовать и в других приложениях, не только при видеозаписи. Например, если нужно передавать по радиоканалу более одного видеосигнала. Используя два идентичных симплексных видеомультиплексора на концах линии, мы сможем передавать более одного изображения в режиме мультиплексирования с временным разделением. В этом случае скорость обновления для каждой телекамеры будет такой же, как при записи этих телекамер в реальном режиме (3 часа) на видеомагнитофон.

Рис. 7.20. 16‑канальный триплексный видеомультиплексор

Видеодетекторы движения

Видеодетекторы движения (Video Motion Detector – VMD ) – это устройства, анализирующие поступающие на вход видеосигналы и определяющие наличие изменений в видеосигнале; в случае их появления активируется выход тревоги.

Быстро развивающаяся технология обработки изображений позволяет запоминать и обрабатывать изображения в течение очень короткого времени. Если время обработки равно или меньше 1/50 с (PAL) или 1/60 с (NTSC), что, как мы знаем, равно скорости обновления «живого» видео, то мы можем обрабатывать изображение без потери полей и сохранить видимость «движения в реальном времени». На самом раннем этапе развития VMD была возможна только аналоговая обработка. Такие простые VMD все еще применяются и, пожалуй, достаточно эффективны в сопоставлении с их ценой, хотя они не способны сделать сложный анализ и поэтому дают большое количество ложных тревог.

Принципы работы аналогового VMD (иногда их называют видеосенсорами движения) очень просты: видеосигнал с камеры подается на VMD и затем на монитор или любой видеокоммутатор. При помощи нескольких регуляторов, расположенных на передней панели устройства, на анализируемом изображении позиционируются маленькие метки (обычно четыре).

Рис. 7.21. Простой аналоговый одноканальный видеодетектор движения

Рис. 7.22. Система Dindima с видеодетектором движения (VMD) на базе PC

Эти прямоугольные метки указывают зоны чувствительности, а уровень видеосигнала определяется электроникой VMD. Как только уровень меняется (становится выше или ниже) – то есть кто‑то появился в поле зрения и попал в отмеченные зоны – активируется тревога. Чувствительность определяется величиной изменения уровня яркости, вызывающей состояние тревоги (обычно 10 % или более от максимального размаха видеосигнала).

Сигнал тревоги обычно звуковой, кроме того, VMD обеспечивает замыкание выходных контактов, что может использоваться для запуска других устройств. Подтверждение восприятия предупреждающего сигнала может быть автоматическим (через несколько секунд) или ручным. На передней панели устройства находится регулятор чувствительности, и если его настроить соответствующим образом, то можно получить неплохие результаты. Ложные тревоги будут всегда – их могут вызвать колышущиеся на ветру деревья, прогуливающиеся кошки, световые блики – но причина тревоги всегда может быть определена при воспроизведении записи с видеомагнитофона (если VMD к нему подсоединен).

VMD нередко являются лучшим решением, чем пассивные инфракрасные детекторы (PIR), не только потому, что причину тревоги можно увидеть, но и потому, что VMD точно анализирует все, что видит телекамера. Если используются PIR‑детекторы, то зона охвата датчиков должна соответствовать полю обзора телекамеры, – только тогда система будет эффективна.

Если в системе несколько телекамер, то мы не сможем переключаемые видеосигналы подавать на VMD, так как это будет постоянно вызывать сигналы тревоги, и тогда нам потребуется по одному VMD на телекамеру. В системах последующей обработки видеосигнала метки зоны чувствительности могут быть сделаны невидимыми, оставаясь при этом активными.

Следующий шаг VMD‑технологии – это цифровой видеодетектор движения (DVMD), еще более сложное и популярное устройство. И конечно же, более дорогое, но при этом более надежное и дающее меньшее количество ложных тревог.

Основные различия между DVMD различных производителей лежат в области алгоритмов программного обеспечения и обработки движения. Эти концепции достигли такой стадии, что теперь можно игнорировать движение сгибаемых ветром деревьев, можно выделить движение машин на заднем плане изображения и исключить его из процесса принятия решения об активации тревоги. В последние годы были разработаны DVMD‑устройства, учитывающие перспективу. Это означает, что по мере передвижения объектов в направлении «от камеры» (при этом их размеры на изображении уменьшаются), увеличивается чувствительность VMD с целью компенсации уменьшения размеров объекта из‑за эффекта перспективы. Следует отметить, что этот эффект также зависит от объектива.

Рис. 7.23. 3‑мерный VMD на базе PC (Practel)

Рис. 7.24. Усовершенствованное многоканальное устройство обнаружения движения

Сегодня многие компании выпускают дешевые альтернативы сложным автономным системам в виде РС‑плат. Платы снабжены специализированным программным обеспечением, и в качестве VMD может использоваться практически любой персональный компьютер. Более того, можно хранить кадры изображения на жестком диске и передавать их по телефонной линии, подсоединенной к PC. VMD имеет множество опций настройки, и для его установки вам потребуется уйма времени, но в награду вы получите надежное функционирование системы с меньшим количеством ложных тревог.

Стандартной опцией для многих VMD‑устройств стал специальный метод записи, называемый «предыстория тревог» (pre‑alarm history). Лежащая в его основе идея довольно проста, но чрезвычайно полезна для систем видеонаблюдения. При возникновении состояния тревоги сохраняются записанные изображения как после активации тревоги, так и до активации (Для этого видеосигналы сначала поступают в буфер с емкостью хранения потока видеосигналов в течение нескольких секунд, а уже потом из буфера могут подаваться для записи на жесткий диск. Прим. ред .). В результате мы получаем последовательность изображений, отражающих не только период тревожной ситуации, но и то, что ей предшествовало.

Одной из последних разработок в этой области стала (оригинальная) концепция трехмерной видеодетекции движения, предложенная одной австралийской компанией. Согласно этой концепции предлагается использовать две (или более) телекамеры для наблюдения за объектом под различными углами, что дает чрезвычайно низкий уровень ложных тревог. Таким образом определяется трехмерная объемная защищаемая зона, которая невидима для публики, но вполне различима для электроники, выполняющей обработку изображения. Согласно этой концепции движение перед любой из камер не вызовет ситуации тревоги до тех пор, пока не будет нарушена защищаемая зона, воспринимаемая с позиций обеих телекамер. Опираясь на эту концепцию, можно организовать наблюдение, например, за ценными произведениями искусства в галереях; тревога не будет активироваться каждый раз, когда кто‑то проходит перед произведением искусства, а только тогда, когда объект будет сдвинут с места.

Довольно часто более удобен такой вариант: детектирование тревоги происходит не в том случае, когда кто‑то или что‑то движется в поле зрения, а только когда фиксированный объект смещается со своего положения. Эти можно сделать при помощи видеодетектора стационарных объектов (VNMD, video non‑motion detector). Это устройство во многом аналогично VMD, но только в этом случае собирается дополнительная информация о тех объектах, которые стационарны в течение длительного времени. Любые движения вокруг выбранных объектов не вызывают сигнала тревоги; тревога активируется только в том случае, когда защищаемый объект смещается со своей стационарной позиции.

В последние годы появились телекамеры с цифровой обработкой сигнала со встроенной схемой VMD.

Это удобно в тех системах, в которых запись и/или тревога активируются только в том случае, если человек или объект перемещается в поле зрения данной телекамеры.

Все вышеупомянутые VMD имеют выход тревоги, обеспечивающий замыкание релейных контактов, которые включают дополнительные устройства видеонаблюдения, вроде видеомагнитофонов, матричных видеокоммутаторов, кадровой памяти, сирен и т. п. Если вы решили использовать именно такое устройство, то следует точно выяснить у поставщика типы выхода тревоги, так как это может быть все что угодно, начиная от изолированных нормально разомкнутых контактов и заканчивая напряжением 5 В логического уровня.

Упомянем также VMD, которые кроме обнаружения движения могут звонить на удаленные станции приема и посылать изображения по телефонным линиям. С такими устройствами становится возможен дистанционный мониторинг практически из любого места земного шара. Изображения посылаются на принимающую станцию только тогда, когда VMD обнаруживает движение, что экономит затраты на международные телефонные звонки.

Устройства видеопамяти

Концептуально устройство видеопамяти – это очень простое электронное устройство, предназначенное для временного хранения изображений. Две его основные части – это аналого‑цифровой преобразователь и оперативное запоминающее устройство (RAM). Первая часть осуществляет преобразование аналогового видеосигнала в цифровой код, который затем сохраняется в ОЗУ до тех пор, пока подключено питание.

Главным преимуществом устройства видеопамяти в сравнении с видеомагнитофонами является время отклика. Так как устройство не содержит механических частей, то запись изображений при активации тревоги выполняется мгновенно. Затем информация передается на видеопринтер или видеомонитор для просмотра или проверки.

Более сложные устройства обычно содержат несколько страниц кадровой памяти, на которые постоянно записываются последовательности изображений на основе принципа «первым поступил – первым выводится» (FIFO), вплоть до момента активации тревоги. При активации тревоги можно просмотреть не только события, происходящие в момент тревоги, но также несколько кадров, предшествующих ситуации тревоги; таким образом устройство хранит краткую историю событий. Это та же концепция, что и «предыстория тревог» в VMD‑устройствах.

Еще одно применение устройства видеопамяти – использование в качестве устройства кадровой синхронизации. Это устройство непрерывно обрабатывает поступающие на вход видеосигналы и выполняет временную коррекцию, синхронизируя сигнал по внутреннему синхрогенератору. Поскольку этот процесс выполняется с очень большой скоростью (в реальном режиме времени) и устройство видеопамяти имеет высокую разрешающую способность, то ощутимого ухудшения видеосигнала не возникает. Это очень удобное устройство для просмотра коммутируемых изображений от несинхронизированных телекамер на одном мониторе. В таких случаях данное устройство выполняет функции синхронизатора, то есть исключает эффект перемещения изображений по вертикали.

Устройства видеопамяти, используемые в системах видеонаблюдения, делятся на черно‑белые и цветные устройства. Качество устройства видеопамяти определяется прежде всего разрешающей способностью, то есть количеством пиксел, которые могут быть сохранены, и, во‑вторых, выраженным в двоичных единицах количеством уровней серого, а в случае цветного устройства – числом бит, используемых для хранения цвета. Типичное устройство видеопамяти хорошего качества имеет более 400x400 пикселов, а обычное разрешение составляет 752x480 пикселов и 256 уровней яркости (2⁸). Для цветного устройства видеопамяти (с тремя цветовыми каналами) мы получим более 16 млн. цветов (256x256x256).

Рис. 7.25. Устройство видеопамяти

Видеопринтеры

Видеопринтеры обычно используются в больших системах, когда необходимо получать твердые копии «живого» или записанного изображения для их последующей оценки или использования в качестве свидетельства. Есть два типа видеопринтеров: черно‑белые и цветные. В черно‑белых видеопринтерах выходным носителем обычно служит термографическая бумага, но некоторые, более дорогие, модели могут выводить печать на обычную бумагу. Видеопринтеры с термографической бумагой, используемые для вывода черно‑белого сигнала, работают так же, как и факсимильные аппараты: размер и разрешение выводимых изображений зависят от разрешения принтера. Отпечатки, сделанные на термографических принтерах, не долговечны и не стабильны (из‑за старения термографической бумаги), и для длительного хранения приходится фотокопировать отпечатанные изображения.

Цветные видеопринтеры выводят печать на специальную бумагу, и процесс печати подобен работе принтеров с термической возгонкой красителя с использованием голубых, пурпурных, желтых и черных фильтров. Качество печати великолепное, но число копий ограничено – для каждой пачки бумаги приходится менять картридж.

Более сложные видеопринтеры обладают рядом управляющих функций, включая вставку заголовков, регулирование четкости, задание числа копий и функцию сохранения изображений в кадровой памяти принтера до вывода на печать. Во многих случаях пользователи систем видеонаблюдения не хотят инвестировать средства в видеопринтер, и тогда возникает потребность в услугах специализированных центров. Туда доставляется магнитная лента, с которой и выводятся на печать изображения, соответствующие конкретным событиям.

Рис. 7.26. Цветной видеопринтер