Курсовая работа (т): Современные системы видеонаблюдения

Во второй половина 1990-х годов вместе с появлением цифровых видеорегистраторов увидели свет системы, построенные по новому принципу (гибридному). Смысл заключается в том, что на отдельных участках между элементами системы видеосигнал при передаче имел цифровую форму. Более того, с началом нового века вместе с внедрением в цифровой видеорегистратор встроенного интерфейса для TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) - соединения стала возможна работа систем видеонаблюдения совместно с локальными сетями. Однако возможность работы совместно с локальной сетью в них было всего лишь дополнительная опция, не влияющая существенно на принцип построения системы.

Но в итоге, в 2005 году стали появляться системы видеонаблюдения нового типа - полностью основанные на цифровых технологиях. Между всеми элементами системы видеосигнал передается в цифровой форме и не в каком другом. Эти системы получили название "IP-видеонаблюдение". В состав таких систем входят сетевые камеры или IP-камеры, программно-аппаратные комплексы для анализа видеоизображения и для обработки и хранения сигнала. IP-видеонаблюдение принципиально отличается от гибридных и аналоговых систем использованием различных сетевых устройств, таких как свичи, роутеры и т.д.

3. Классификация

Современные технологии видеонаблюдения стремительно развиваются. Производители систем улучшают качество оборудования и сегодня, охранное видеонаблюдение имеет высокий технический уровень. Несколько лет назад установка системы видеонаблюдения ограничивалась комплектом из 4 узлов: аналоговая видеокамера, монитор, источники питания и соединительные провода, для записи использовали видеомагнитофоны. Сейчас, это сложные технические комплексы, охранное видеонаблюдение позволяет не только постоянно наблюдать за охраняемой зоной, но производить постоянную запись или в момент движения объектов, с помощью видеорегистраторов, передавать картинку в сеть при помощи видеосерверов. IP видеонаблюдение отличается высокой скоростью передачи и отличным качеством изображения.

.1 Аналоговые системы видеонаблюдения

В прошлом веке установка видеонаблюдения была построена на аналоговых камерах, микшерах и мониторах, современное охранное видеонаблюдение вытесняет старые системы и во многих комплексах практически не использует аналоговые системы, почти полностью переключившись на цифровой формат. Схема работы аналоговых систем видеонаблюдения представлена на рисунке 3.1.

Рис. 3.1. Аналоговая система видеонаблюдения

Тенденция развития цифровых технологий никогда не сможет полностью вытеснить аналоговую аппаратуру, равно, как цифровая фотография не заменит фотопечать. Конечно, передача аналоговых сигналов неэффективна, низкая помехоустойчивость, потеря сигнала, сложность в записи и обработке цифровых сигналов. Тем не менее, охранное видеонаблюдение не исключает возможности использования аналоговых камер. Установка видеонаблюдения на основе аналоговых видеокамер не теряет своей популярности. Среди множества недостатков аналогового видеонаблюдения, есть существенные положительные стороны.

Достоинства аналоговых систем видеонаблюдения

Во-первых, установка видеонаблюдения и его настройка, гораздо проще, чем установка видеонаблюдения цифрового формата. Это связано с исключением цифровой синхронизации между камерами и оборудованием для записи сигнала.

В-третьих, цифровое охранное видеонаблюдение отличается от аналогового удобством хранения и обработки данных. Видеосерверы имеют возможность оцифровки сигнала, таким образом, на аналоговых видеосистемах можно организовать качественное охранное видеонаблюдение. С помощью видеосерверов аналоговые камеры можно подключать к сетям.

В-четвертых, несмотря на сложность повышения разрешений изображения и скорости, установка видеонаблюдения на основе аналоговых камер пользуется спросом. Качество цветопередачи для цветных аналоговых камер значительно выше, кроме того, по сравнению с цифровым видеонаблюдением аналоговые системы лучше работают в темноте, чувствительность матрицы достаточно высокая, чтобы можно было различить не только силуэт, но и лицо преступника. Аналог лучше работает в темноте, поэтому установка видеонаблюдения базируется не на современности того или иного оборудования, а на конкретных задачах обозначенных для составления проекта.

Многие наши клиенты, работают с профессиональным оборудованием, ведут охранное видеонаблюдение, и используют аналоговые видеокамеры. Мы можем с уверенностью сказать, что за все время обслуживания аналоговых систем проблем с аппаратурой такого класса не возникало.

3.2 Цифровые системы видеонаблюдения

Для людей, кто никогда не сталкивался с установкой системы видеонаблюдения, фраза - цифровое видеонаблюдение простое сочетание двух современных слов. Цифровое телевидение, видеокамеры и цифровые фотоаппараты знакомы всем, но чем цифровая техника лучше и почему установка систем видеонаблюдения с цифровым качеством, является такой популярной. Постараемся понятно рассказать о том, что такое цифровое видеонаблюдение, какие достоинства и недостатки имеет установка системы видеонаблюдения цифрового формата. Схема работы цифровой системы видеонаблюдения представлена на рисунке 3.2.

Рис. 3.2. Цифровая система видеонаблюдения

За несколько десятков лет, наш мир качественно изменился. Многие помнят виниловые пластинки с характерным потрескиванием при воспроизведении, а сейчас у нас в распоряжении лазерные диски. Разница между этими двумя носителями информации в том, что винил - это аналоговый формат, а компакт диск - цифровой. Соответственно разные размеры и колоссальная разница в объеме хранимой информации, кроме того цифровой носитель устойчив к воздействию времени и считыванию с него информации. Вот в принципе и общий ответ.

Если провести параллель и взять за основу цифровое видеонаблюдение, то получится примерно следующая картина. Аналоговый поток ограничен реальным временем, таким образом по одному проводу можно передать только один сигнал от одной видеокамеры, что получается. Установка системы видеонаблюдения аналогового типа подразумевает индивидуальное подключение для каждой камеры.

Цифровые системы также как и аналоговые ведут последовательную передачу данных, но скорость передачи несравнимо выше. Благодаря существующим протоколам (правилам) данные можно разделять, для того чтобы было понятно можно провести такую аналогию: аналоговый сигнал сравним с жидкостью, которую если смешать, то сложно разделить, цифровой формат можно сравнить с цветными шариками, которые можно перемешивать и разделять. Таким образом, цифровое видеонаблюдение позволяет подключать большое количество камер, управлять ими, быстро сохранять информацию и параллельно работать с ней.

Установка системы видеонаблюдения цифрового формата позволяет избежать потерь при передачи данных, это связано с тем, что цифровой сигнал состоит из последовательности единиц и нолей, а аналоговый на амплитуде колебаний. Как это сказывается на выборе установки системы видеонаблюдения? Никак, просто в случае помех в аналоговой системе вы увидите шумы и искажения на экране, а цифровая передача данных, стараясь исправить ошибку «заморозит» кадр или успеет исправить и сбои будут незаметными.

Цифровое видеонаблюдение отличается высоким разрешением картинки, так можно увеличивать изображение, рассматривать отдельные детали, такой эффект достигается за счет уменьшения размера ячеек матрицы, и следовательно их количества, которое измеряется в мегапикселях. Для сравнения, аналоговая камера это 0,4 Мpx, а цифровые камеры в несколько раз больше. Но качество изображения для обычного видеонаблюдения не приносит существенной пользы.

Цифровое видеонаблюдение обосновано в случае охраны больших объектов, или если требуется высокий уровень безопасности, например в Банках. Многие ниши клиенты используют полностью цифровое видеонаблюдение, но применение цифровых камер должно быть обоснованным, для экономической целесообразности проекта видеонаблюдения.

3.3 IP-системы видеонаблюдения

видеонаблюдение - один из распространенных методов с современных системах наблюдения и охраны. Все крупные производители электроники стараются сделать свою технику ip совместимой. IP - это протокол (Internet Protocol) межсетевого взаимодействия. Он позволяет устройствам подключаться к сети и взаимодействовать при помощи программ с компьютером. Схема работы IP-систем видеонаблюдения представлена на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. IP-система видеонаблюдения

Именно IP видеонаблюдение используется в современных системах охраны, новых системах обнаружения и анализа предметов, для автоматического распознавания номерных знаков автомобилей. Монтаж видеонаблюдения на основе IP позволяет объединить видеокамеры посредством существующей сети, обращение к камере возможно напрямую с компьютера, достаточно просто ввести ip адрес камеры.

Монтаж видеонаблюдения занимает минимум времени, камеры быстро инсталлируются. IP видеонаблюдение подходит как для работы внутри помещений, так и снаружи. Для уличного наблюдения используется специальный кожух и объектив. Камеры для ip видеонаблюдения имеют функцию пре и пост записи (по сигналу тревоги), для этого используется карта памяти.видеокамеры бывают нескольких типов, высокочувствительные, панорамные, купольные, с высоким разрешением 1280х1024 пикс. и скоростью до 30 к/с. Все они разработаны для организации систем охраны и наблюдения. Для ip видеонаблюдения выпускаются специальные кожухи к камерам, для работы в условиях повышенной влажности, низких температур и даже антивандальный кожух для городского ip видеонаблюдения.

Монтаж видеонаблюдения с использованием IP, обычно осуществляется совместно с организацией локальных сетей. Наша компания разрабатывает проекты связанные не только с IP видеонаблюдением, но и комплексные решения организации безопасности. Такие как, системы контроля доступа, автоматизированные парковки или АТС телефония.

Наши клиенты только положительно отзываются о нашей работе. Однажды, организовав на своей территории ip видеонаблюдение, Вы по-настоящему оцените надежность и простоту обеспечения безопасности и наблюдения.

3.4 Беспроводные системы видеонаблюдения

Беспроводное видеонаблюдение завоевывает российский рынок. Все большее число наших клиентов предпочитают беспроводное видеонаблюдение. Монтаж системы видеонаблюдения стандартного проводного подключения отягощен некоторыми технологическими сложностями, в частности с монтажом кабеля для подключения. Схема работы беспроводных систем видеонаблюдения представлена на рисунке 3.4.

Рис. 3.4. Беспроводная система видеонаблюдения

Стоит сказать, что мнение профессионалов относительно беспроводного видеонаблюдения - однозначно, специалисты предпочитают производить монтаж системы видеонаблюдения основанной на кабельном соединении. Давайте определим достоинства и недостатки беспроводного видеонаблюдения.

Недостатки беспроводного видеонаблюдение

Монтаж системы видеонаблюдения стандартного, кабельного типа, позволяет получить: качественное изображение с высоким разрешением и скоростью 25 к/сек., звуковое сопровождение, возможность управлять видеокамерой, и возможностью её подключения напрямую к локальной сети LAN. Беспроводное видеонаблюдение лишено или частино лишено этих преимуществ.

Беспроводное видеонаблюдение нуждается в источнике питания. Это могут быть аккумуляторы, в таком случае необходима постоянная замена или зарядка, или выносные, сетевые блоки питания. Системы беспроводного видеонаблюдения лишены защиты от перепадов напряжений.

Достоинства беспроводного видеонаблюдения

К достоинствам беспроводного видеонаблюдения можно отнести два главных преимущества. Во-первых, монтаж системы видеонаблюдения не требует сверления стен для прокладки линий. Во-вторых, беспроводное наблюдение - это мобильная система, при желании Вы можете менять местоположение видеокамеры. Кроме того современные системы могут быть миниатюрны и работать со специальным приемником, с жк дисплеем. В основном это бытовое применение. Хотя, существует и уличная система беспроводного видеонаблюдения. Видеокамеры оснащены специальным кожухом и инфракрасными светодиодами для съемки в ночное время, они автоматически переключаются в режим ночной съемки при недостаточной видимости. Монтаж системы видеонаблюдения оправдан, если по разным причинам возникают сложности с прокладкой кабеля.

4. Сжатие видеоинформации

.1 Кодек MPEG-4

MPEG - это аббревиатура от Motion Picture Experts Group, названия комитета по стандартизации методов цифровой компрессии потоков видеоданных международной организации ISO/IEC (International Standards Organization/International Electrotechnical Commission). Этот комитет на протяжении многих лет занимается разработкой стандартов для цифровой передачи данных. В 1992 г. им был создан MPEG-1, а в 1994 г. - MPEG-2. Работа над новым стандартом MPEG-4 началась давно (в 1993 г.), но только в 1998 г. была выпущена его первая версия, а в начале 1999 г. - вторая. И хотя на рынке уже представлены изделия, основанные на новом стандарте, что же такое MPEG-4 и для каких целей он будет использоваться, не понятно для многих.

Вся техническая документация видеокодека MPEG-4 открыта для изучения. Это очень важно, так как информация такого рода для большинства других кодеков является исключительной собственностью производителя и тщательно засекречивается. Я думаю, что именно кодек MPEG-4 в будущем будет заложен в качестве базового при разработке классификации кодеков.

В кодеке MPEG-4 сохранены многие характерные особенности MPEG-1 и MPEG-2. В первую очередь это касается алгоритмов кодирования, среди которых можно назвать дискретное косинусное преобразование, используемое при компрессии (DCT - Discreet Cosine Transformation), сжатие видеоданных по ключевым кадрам с учетом избыточности внутрикадровой информации (I-кодирование), предиктивное кодирование или сжатие видеоданных с учетом избыточности для последовательных кадров (P- кодирование ), кодирование видеоизображений с использованием промежуточных интерполированных кадров (B-кадровое кодирование). Последовательности I-, P-, B-изображений объединяются в фиксированные по длине и структуре группы GOP (Group of Pictures).

Однако все эти алгоритмы были усовершенствованны, особенно в отношении их работы в сетях с низкой скоростью передачи данных, предложены более качественный анализ параметров движения и новый вариант фильтра для распаковки блоков информации. В MPEG-4, по сравнению с MPEG-1, улучшено качество передачи видеоданных при скоростях обмена от 20 кбит/с до 1000 кбит/с, характерных для Интернет, по этому параметру кодек MPEG-4 не уступает другим современным решениям для web-видео.

В отличие от большинства кодеков, применяемых для работы в Интернет, MPEG-4 обеспечивает полную поддержку контента с чересстрочной разверткой и разрешением до 4096 х 4096, а также скорость передачи данных в поражающем воображение диапазоне - от 5 кбит/с до 10 Мбит/с (версия 1). Теоретически MPEG-4 гарантирует стабильный прием для самых различных устройств (от мобильных с очень узкой пропускной способностью до HDTV), но, естественно, что для поддержки воспроизведения видео с различными характеристиками одних профилей MPEG-4 явно недостаточно.

В видеокодек MPEG-4 заложена поддержка альфа-каналов, что позволяет в реальном времени накладывать видео на задний план и отрывает новые возможности при создании высококачественных изображений. Такой прием будет полезен при сегментации или для разделения в базовом изображении элементов переднего и заднего планов при переходе от одной сцены к другой. В идеальном случае информация о сегментации передается по альфа-каналу вместе с исходным изображением, но ее также можно динамично сгенирировать, если кодирующая программа поддерживает такую функцию.