Вопросы и ответы

ВОПРОСЫ

1. Что такое IP-видеокамера?

2. В чем главное отличие IP-камер и аналоговых камер видеонаблюдения?
 
3. Почему происходит массовый переход от систем аналогового видеонаблюдения к цифровым системам видеонаблюдения на основе IP-камер?
 
4. Из чего состоит аналоговая и IP-камера?
 
5. Что определяет качество изображения видеокамеры?
 
6. Какие характеристики являются основными для светочувствительных матриц?
 
7. Какие основные типы матриц существуют?
 
8. Почему разрешение матриц измеряется в пикселях и телевизионных линиях?
 
9. Что такое разрешение QCIF, CIF, 2CIF, 4CIF, D1?
 
10. Что такое светочувствительность матрицы?
 
11. Что такое размер светочувствительной матрицы?
 
12. Что такое матрица день/ночь?
 
13. Почему до сих пор используются черно-белые матрицы?
 
14. Что такое блок компрессии изображения и для чего он нужен?
 
15. Что такое кодек и какие форматы сжатия применяются в IP-камерах?
 
 
 
ОТВЕТЫ
 
1. Что такое IP-видеокамера?
 
IP-видеокамера ― это видеокамера, имеющая встроенный веб-сервер, сетевой интерфейс (Ethernet или Wi-Fi) и подключающаяся непосредственно к LAN/ WAN/ Internet сети. Многие IP-камеры имеют такие дополнительные функции, как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и многое другое. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного веб-браузера или специального программного обеспечения, как правило, поставляемого вместе с камерой. В зависимости от настроек и политики сетевой безопасности, доступ к видеоизображению, полученному IP-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.
 
 
2. В чем главное отличие IP-камер и аналоговых камер видеонаблюдения?
 
Главное отличие IP-видеокамеры от обычной аналоговой камеры видеонаблюдения ― это наличие в IP-камере встроенного кодера, который преобразует сигнал светочувствительной матрицы в цифровой поток. В аналоговой камере сигнал со светочувствительной матрицы непосредственно подается на выход видеокамеры.
 
 
3. Почему происходит массовый переход от систем аналогового видеонаблюдения к цифровым системам видеонаблюдения на основе IP-камер?
 
Массовый процесс перехода на цифровые решения идет во всех отраслях, связанных с обработкой и передачей информации. Еще недавно цифровые системы не могли соперничать с аналоговыми: то есть запись и передача информации осуществлялась только в аналоговом виде (например: бытовые магнитофоны и видеомагнитофоны, телефонные станции, телеграф). Однако, благодаря непрерывному прогрессу в области электроники, идет непрерывный процесс перехода от «аналога» к «цифре». 
 
Цифровой сигнал легче обрабатывать, проще хранить и воспроизводить, он не подвержен искажениям в процессе передачи информации (вспомните качество изображения при многократной перезаписи видеокассет и сравните его с качеством видео, записанного на DVD, которое не зависит от того, сколько раз этот DVD перезаписывался). Поэтому аналоговые системы постепенно уходят в прошлое. Уже не выпускаются аналоговые видеомагнитофоны, аналоговые телефонные станции, аналоговые сотовые телефоны и тому подобное. Постепенно прогресс дошел и до области работы с видеосигналом.
 
Сейчас уже сложно найти в продаже видеокассеты, идет переход эфирного телевидения на цифровое вещание (должно завершиться во всем мире в 2015 году), то есть аналоговое телевидение сдает свои позиции.
 
В области охранных систем видеонаблюдения так же идет переход от аналогового видеонаблюдения к системам видеонаблюдения на основе цифровых IP-камер.
 

4. Из чего состоит аналоговая и IP-камера?

IP-камера похожа на аналоговую камеру, но имеет дополнительные узлы в своем составе. 


Таблица сравнения состава аналоговых и IP-камер

Компонент
Аналоговая камера
IP-камера
Светочувствительная матрица + +
Объектив + +
Оптический фильтр Возможен Возможен
Процессор обработки видеосигнала Возможен +
Блок компрессии 
(сжатия) видеоизображения
- +
Микрофон Возможен Возможен
Звуковой выход - Возможен
ОЗУ - +
Флэш-память - +
Сетевой интерфейс - +
Беспроводной интерфейс - Возможен
Последовательные порты - Возможен
Тревожные входы/ выходы - Возможен
Детектор движения - +
Источник питания + +, в том числе питание 
и передача данных по одному кабелю
Термокожух При установке на улице При установке на улице

В качестве светочувствительной матрицы используется полупроводниковая CCD или CMOS-матрица, преобразующая падающий свет в выходной электрический сигнал.

Объектив ― это система линз, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент камеры. Объектив является неотъемлемой частью камеры, поэтому от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения.

Процессор обработки видеосигнала предназначен для обработки сигнала, поступающего со светочувствительной матрицы, и преобразования его в цифровой вид. Процессор может улучшать качество изображения камеры.

Микрофон и звуковой выход. В аналоговой системе передача звука невозможна, разве что в случае прокладки соответствующего кабеля к цифровому видеорегистратору. Сетевая IP-камера решает эту проблему путем регистрации звука самой камерой, синхронизации его с видеосигналом и отправки его для прослушивания и/или записи по той же сети. Аудиосвязь может быть полностью двунаправленной, что позволяет собеседникам вести разговор через переговорные устройства. Такие звуковые устройства дешевы и легки в установке.

ОЗУ (оперативное запоминающее устройство ― оперативная память) ― служит для хранения временных данных. Многие IP-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, то есть, новый кадр записывается вместо самого старого.

Флэш-память хранит редкоперезаписываемые данные. Например, настройки камер и прошивку, управляющую работой IP-камеры.

Сетевой интерфейс Ethernet служит для подключения IP-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.

Беспроводной интерфейс служит для подключения IP-камеры к беспроводной сети Wi-Fi и позволяет осуществлять наблюдение там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность.

Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP.

Каждая IP-видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, встроенный процессор и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и клиента e-mail. Современные сетевые видеокамеры имеют также множество дополнительных привлекательных функций, таких как детектор движения, питание по PoE, настройки и коррекция видеоизображения, передача звука и т.д.

Вверх

5. Что определяет качество изображения видеокамеры?

Главный компонент любой видеокамеры - неважно, аналоговой или IP-камеры -  определяющий на 90% качество изображения, выдаваемого камерой ― это светочувствительная матрица.

Качество изображения камеры - ее способность работать в условиях низкой освещенности или в уличных условиях - в первую очередь зависит от характеристик светочувствительной матрицы. 

Хорошие матрицы стоят дорого, поэтому камеры на их основе тоже не могут быть слишком дешевыми.

Светочувствительные матрицы (сенсоры) бывают двух основных типов ― CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП)

CCD (Charge-Coupled Device) матрица ― светочувствительная матрица, изготовленная по технологии «приборов с зарядовой связью».

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) матрица ― светочувствительная матрица, изготовленная по технологии металл-оксид-полупроводник структура (КМОП). 

Матрицы CMOS гораздо дешевле по сравнению с CCD-матрицами. На основе технологии CMOS можно делать сенсоры с большим количеством мегапикселей, и стоить они будут недорого (по сравнению с CCD). Но шумы CMOS-матрицы не могут обеспечить изображение такого качества, которое наблюдается у камер с CCD-матрицами, хотя в последнее время в этом наметился прогресс.

Так как CMOS-матрицы дешевле CCD, производители IP-камер очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры, особенно этим «славятся» производители, для которых IP-видеокамеры являются побочным продуктом. Хотя CMOS-сенсоры имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных. Так что, единственный плюс такого решения ― это его цена, на что обычно и смотрят в первую очередь неопытные покупатели.

Вверх

 

6. Какие характеристики являются основными для светочувствительных матриц?

Основные характеристики светочувствительной матрицы ― это разрешение в пикселях и телевизионных линияхразмерчувствительностьтип матрицы и тип развертки.

Вверх

 

7. Какие основные типы матриц существуют?

Светочувствительные матрицы (сенсоры) бывают двух основных типов ― CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП).

  • CCD (Charge-Coupled Device) матрица ― это светочувствительная матрица, изготовленная по технологии «приборов с зарядовой связью».
  • CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) матрица ― это светочувствительная матрица, изготовленная по технологии комплементарной металл-оксид-полупроводник структуры (КМОП).

Матрицы CMOS гораздо более дешевые по сравнению с CCD-матрицами. На основе технологии CMOS можно делать сенсоры с большим количеством мегапикселей, и стоить они будут недорого (по сравнению с CCD). Но шумы CMOS-матрицы пока не могут обеспечить изображение такого качества, которое наблюдается у камер с CDD-матрицами, хотя в последнее время в этом наметился прогресс.

Так как CMOS-матрицы дешевле CCD, производители IP-камер очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры, особенно этим «славятся» производители, для которых IP-видеокамеры являются побочным продуктом. Хотя CMOS-сенсоры имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных. Так что единственный плюс такого решения ― это его цена, на что обычно и смотрят в первую очередь неопытные покупатели. Однако, пока IP-камеры с CMOS-матрицами не могут обеспечить такой чувствительности, как IP-камеры с CCD матрицами, хотя прогресс в качестве изображения заметен.

Вверх

 

8. Почему разрешение матриц измеряется в пикселях и телевизионных линиях?

Важный параметр видеокамеры — разрешение. Этот параметр определяет возможности камеры по воспроизведению мелких деталей изображения: чем выше разрешение, тем больше детальность, информативность картинки.

Разрешение камеры в пикселях — это размер изображения, выдаваемый камерой по горизонтали и вертикали. Качество изображения, выдаваемого камерой, разборчивость мелких деталей, цветопередача и много другое — никак не связаны с физическим разрешением матрицы в пикселях, две камеры с одинаковым разрешением могут выдавать абсолютно разную по качеству картинку!

Поэтому, для сравнения объективных параметров качества матрицы используют разрешение в телевизионных линиях ТВЛ, то есть количество линий, которое можно разглядеть на изображении. Этот параметр зависит не только от числа пикселей в матрице, но и от параметров электронной схемы камеры, от качества изготовления матрицы и от качества объектива. В большинстве случаев разрешения 380-400 ТВЛ вполне достаточно для наблюдения. Существуют камеры, имеющие более высокое разрешение — 520-540 ТВЛ. Такие камеры позволяют четко видеть мелкие детали изображения (номера машин, лица людей и многое другое). Разрешение цветных камер несколько хуже, чем черно-белых.

Вверх

 

9. Что такое разрешение QCIF, CIF, 2CIF, 4CIF, D1? 

Данная аббревиатура используется при обозначении разрешения цифровых систем записи видеосигнала:

  • QCIF — 176x144 пикселей (PAL), 176x120 пикселей (NTSC)
  • CIF — 352x288 пикселей (PAL), 352х240 пикселей (NTSC)
  • 2CIF (то же, что и Half D1) — 704х288 пикселей (PAL), 704х20 пикселей (NTSC)
  • 4CIF (то же, что и D1) — 704х576  пикселей (PAL), 704х480 пикселей (NTSC)

Вверх

 

10. Что такое светочувствительность матрицы?

Светочувствительность (или просто — чувствительность) матрицы характеризует степень ее реакции на условия окружающего освещения, то есть, чем меньшее количество световой энергии необходимо для получения нормального изображения, тем выше светочувствительность матрицы. Самая частая причина получения изображений низкого качества — плохая освещенность объекта. Вообще, чем лучше освещенность, тем лучше изображение.

Существуют матрицы «день/ночь», способные при падении освещенности переходить в режим черно-белого изображения, при этом также возможно включение инфракрасной подсветки камеры для продолжения наблюдения в полной темноте.

Люкс — стандартная величина для измерения освещенности.

Типичные значения освещенности:

Дневное, естественное освещение на улице в солнечную погоду: 5000...100000 лк
Дневное, естественное освещение на улице в облачную погоду: порядка 5000 лк
Магазины, супермаркеты: порядка 750...1500 лк
Офис или магазин: 50-500 лк
Холлы гостиниц: 100…200 лк
Стоянки автотранспорта, товарные склад: 75…30 лк
Сумерки и хорошо освещенная автомагистраль ночью: 10 лк
Места зрителей в театре: 3…5 лк
Больница в ночное время, глубокие сумерки: 1 лк
Ночное естественное освещение на улице при полнолунии: 0,1…0,3 лк
Лунная ночь (1/4 Луны): 0,05 лк
Безлунная ночь: 0,01 лк
Ночное естественное освещение на улице при свете звезд: 0,003…0,1 лк

В характеристиках камер всегда указывается МИНИМАЛЬНЫЙ уровень освещенности, при котором камера еще что-то видит, однако, это не значит, что изображение, выдаваемое камерой в это время, будет высокого качества. Рекомендуется выбирать чувствительность камеры больше по крайней мере, в 10 раз, чем предполагаемый минимальный уровень освещенности.

Вверх

 

11. Что такое размер светочувствительной матрицы?

Исторически сложилось так, что размеры матриц для фото- и видеотехники определяются в виде условной длины, приведенной к диагонали доисторического видикона, при этом обозначаются в виде дроби с размерностью в дюймах, например 1/4", 2/3", 1/2" и так далее. Таким образом, матрица 1/2" оказывается крупнее, чем 1/3". 

Естественно, чем больше физические размеры матрицы (при том же количестве пикселей), тем более высоко качество получаемого изображения (за счет большего размера каждого светочувствительного элемента). Как следствие, тем больше динамический диапазон, устойчивость к шумам и угол обзора камеры при прочих равных условиях. Но за качество, которое обеспечивает крупная матрица, приходится платить: увеличение размеров матрицы в разы увеличивает цену камеры, а также требует более дорогого объектива.

Итак, по свои размерам матрицы делятся на 1/4", 1/3”, 1/2", и так далее. «Дешевые» азиатские производители очень любят ставить в свои изделия малочувствительные матрицы с маленькой диагональю.

Вверх

 

12. Что такое матрица день/ночь? 

До недавнего времени камеры видеонаблюдения подразделялись на черно-белые и цветные. По мере увеличения доли цветных камер, все больше проявлялся их главный недостаток — в 5-10 раз более низкая чувствительность по сравнению с черно-белыми камерами. Для повышения чувствительности было предложено в ночное время переводить цветные камеры в черно-белый режим. Так появились камеры класса «день/ночь», работающие днем в цветном режиме, а при уменьшении освещенности переходящие в черно-белый режим.

За счет работы в черно-белом режиме чувствительность таких камер лишь немного уступает черно-белым светочувствительным матрицам.

Вверх

 

13. Почему до сих пор используются черно-белые матрицы? 

Камеры на основе черно-белых матриц часто выбирают профессионалы старой закалки при модернизации аналоговой системы видеонаблюдения до цифровой.

Применение таких матриц целесообразно в том случае, когда цветное изображение получить все-равно невозможно из-за недостатка освещенности, а так же, если информация о цвете объектов наблюдения не является критичной.

Черно-белые матрицы до сих пор являются наиболее чувствительными и позволяют использовать видеокамеры на их основе в местах с очень слабым освещением даже при отсутствии подсветки наблюдаемых объектов.

Вверх

 

14. Что такое блок компрессии изображения и для чего он нужен?

В состав сетевой камеры входит схема компрессии видео, аудио (при наличии микрофона). Он преобразует сигнал, поступающий со светочувствительной матрицы и микрофона в цифровой вид для дальнейшей передачи по сети. Кроме того, он кодирует (сжимает) изображение, так как передача несжатого изображения требует слишком много ресурсов и на практике не используется.

Если локальная сеть, к которой подсоединена IP-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия, которые используют IP-камеры, обеспечивают разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 32 Кб – 4 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).

В зависимости от способа кодирования (кодека, формата сжатия) может изменяться качество транслируемого изображения и требуемая пропускная способность сети.

Вверх

 

15. Что такое кодек и какие форматы сжатия применяются в IP-камерах?

Кодек, (англ. codec — сокр. от coder/decoder («кодировщик/декодировщик» или «compressor/decompressor») — устройство или программа, способная выполнять преобразование данных или сигнала. Кодеки могут как кодировать поток/сигнал (часто для передачи, хранения или шифрования), так и декодировать — для просмотра или изменения в формате, более подходящем для этих операций. Кодеки используются при цифровой обработке видео и звука. Среди производителей наиболее популярны форматы сжатия M-JPEG (Motion JPEG), MPEG-4, H.264.

Вверх