25 июля 2000
Новые информационные технологии в системах видеонаблюдения
Перепечатано с сайта http://www.cctv.ru.
Системы видеонаблюдения приобретают совершенно новые качества в результате использования в них элементов современных информационных технологий
Традиционные СВН
Системы телевизионного видеонаблюдения (СВН) уже давно являются популярным средством контроля самых разнообразных объектов: их можно встретить в магазинах и в банках, в метро и в аэропортах, в офисах фирм и в частных домах.
Приобретая типовую СВН, потребитель получает в свое распоряжение три важнейшие функции:
- Передача видеоданных
на требуемое (иногда весьма значительное) расстояние.При установке обычной СВН для этого требуется проложить телевизионный канал (радио- или кабельный), который обеспечит фиксированное качество, оговариваемое телевизионным стандартом.
- Регистрация видеофрагментов
. Большинство имеющихся на рынке СВН предоставляют функцию записи видео, которая обычно реализована с использованием видеомагнитофона, в типовом варианте обеспечивающего длительность записи 3…4 часа или 24 часа в режиме пропуска кадров.
- Управление исполнительными механизмами
на объекте контроля, в первую очередь связанными с телекамерами: поворотными устройствами, трансфокаторами и т.д. Это требует наличия обратных каналов, по которым на объект контроля передаются управляющие сигналы.
К другим потребительским качествам СВН относятся: возможность одновременного наблюдения за несколькими объектами, интеграция с другими средствами контроля и управления, защита СВН от несанкционированных воздействий.
Компьютерные СВН открывают новые возможности
Системы видеонаблюдения приобретают новые качества в результате использования в них элементов современных информационных технологий:
- универсальных компьютеров или микропроцессорных контроллеров
совместно с современными алгоритмами обработки и анализа видеоданных – важнейшим для СВН видом обработки оказывается компрессия потока видеоданных, позволяющая совершенно по-новому решать реализовать передачу и запись/хранение изображений.
- сетевых технологий и современных средств связи
- для интеграции пространственно разнесенных элементов в единую информационную систему.
Будем далее называть подобные системы компьютерными системами видеонаблюдения (КСВН). Компьютерные компоненты КСВН могут быть реализованы как программно на универсальных ПК или на микроконтроллерах, так и аппаратно в виде специализированных БИС. Использование универсальных ПК делает систему более гибкой, так как легко позволяет осуществить модернизацию вычислительной мощности (заменой компьютера либо его частей) или программного обеспечения.
На рынке известно уже достаточно много предложений КСВН. Некоторые из них построены на специализированной аппаратуре, тогда как другие базируются на использовании универсальных компьютеров.
Рассмотрим более подробно, какие новые качества может приобрести система в результате введения в нее элементов информационных технологий. В качестве типового примера КСВН в данной публикации выбрана система Rossi VideoNet, подробную информацию о которой автору любезно предоставила фирма разработчик - ЗАО РОССИ СП.
Типичная КСВН фактически представляет собой несколько компьютеров (универсальных или специализированных), объединенных в сеть. Это открывает потребителю системы дополнительные возможности – теперь для передачи как видео, так и других видов данных в КСВН оказывается доступным использование всех имеющихся сетевых технических решений и в частности, всех разновидностей каналов: от высокоскоростных (оптоволокно, витая пара с пропускной способностью 10…100 МБит/с и выше) до самых медленных (коммутируемые телефонные линии – до 33600 бит/с, в том числе сотовые 9600 …1200 бит/с)
Посмотрим, как может выглядеть КСВН, на конкретном примере:
Система VideoNet может включать в свой состав произвольное число компьютеров, взаимодействующих посредством протокола TCP/IP вне зависимости от используемого канала. Компьютеры подразделяются на “передатчики” и “приемники”. На “передатчиках” функционирует программная компонента VideoNet-Server, к ним подключаются телекамеры через программно управляемые коммутаторы и устройства видеозахвата (видеобластеры), которые преобразуют видеоданные в цифровую форму. Для передачи поток видеоданных подвергается сжатию, что уменьшает его объем в 10…100 раз. На “приемниках” работает программная компонента VideoNet-Client, обеспечивающая пользовательский интерфейс. “Приемники” используются для отображения видеоинформации и для оперативного взаимодействия эксплуатационного персонала с системой.
Что дает цифровая компрессия потока видеоданных
После того, как видеоданные преобразованы в цифровую форму, с ними становится возможным проводить операции обработки с использованием широкого спектра возможностей современной вычислительной техники. При этом важнейшим видом обработки, оказывается компрессия видеоданных для целей передачи и хранения. Современные методы сжатия видеоданных “с потерями”(JPEG, MPEG, фрактальные методы) позволяют получить впечатляющий коэффициент сжатия (до 100…1000) при незначительной потере качества изображения (которую к тому же легко уменьшить, понижая степень сжатия.)
Кроме того, для целей видеонаблюдения часто допустимо снижение скорости смены кадров в видеоряде до величины 1 кадр/с и ниже, что легко реализовать в КСВН цифровым способом. Все это позволяет в КСВН снизить поток видеоданных от одной телекамеры вплоть до величин 1200…2400 бит/с и использовать для их передачи медленные каналы, такие как коммутируемые телефонные линии (в том числе сотовые). Это по-новому решает проблему видеоконтроля удаленных объектов, позволяя быстро и дешево протянуть туда “телеглаз”.
Таким образом, в КСВН оказывается возможным варьировать в широких пределах следующие взаимосвязанные параметры: 1)пространственное разрешение изображения, 2)частоту смены кадров в видеоряде, 3)требуемую полосу пропускания цифрового канала. Потребитель может выбрать оптимальный для каждого конкретного применения компромисс.
В системе VideoNet использован оригинальный алгоритм сжатия потока кадров, разработчики из фирмы Росси-СП дали ему название DeltaMJpeg. Он специально приспособлен для передачи потока видеоданных через каналы с сильно различающейся пропускающей способностью. Для иллюстрации эффективности этого метода отметим, что при использовании сотового канала поток кадров видеомагнитофонного качества с разрешением 384 х 288 True Color будет обновляться в среднем со скоростью 0.3…1 раз/с в зависимости от “динамичности” сцены. С другой стороны, при наличии скоростного канала с пропускной способностью выше 1 Мбит/с система обеспечивает передачу с телевизионным качеством. Особо следует отметить, что внезапное ухудшение качества канала проявится только в уменьшении частоты смены кадров, причем это произойдет автоматически, без вмешательства извне.
Пространственное разрешение и средства визуализации
В КСВН в качестве устройства отображения целесообразно использовать монитор компьютера, который в современных конфигурациях поддерживает разрешение 1024 на 768 и более. Это позволяет получить телевизионное качество при использовании для отображения лишь части экрана монитора. На мониторе копьютера, оснащенного аппаратным и программными средствами мультимедиа легко организовать такие эффекты, как наложение изображений (оверлей), режим мультиэкрана и т.п. Современные многозадачные операционные системы (Windows 95(98), Windows NT) позволяют использовать персональный компьютер для других целей одновременно с работой КСВН.
Система визуализации VideoNet работает в двух вариантах: для систем с разрешением монитора: 1024 х 768 для установки на Desktop-компьютеры, и 800 х 600 для портативных каомпьютеров. В обеих версиях система позволяет организовать 9 режимов мультиэкрана для отображения видео с разрешением 768 х 576 или ниже. Оператор имеет возможность выбрать камеры, изображение с которых будет отображаться в разных окнах мультиэкрана. Для каждой камеры можно индивидуально задать уровень качества, определяющий разрешающую способность и соответственно поток видеоданных, передаваемых от этой камеры, что косвенно (в зависимости от пропускной способности используемого канала) определяет максимальный темп смены кадров. Задавая качество, вы можете выбрать устраивающий вас баланс между разрешающей способностью и темпом смены кадров. В версии системы VideoNet для систем с разрешением монитора 800 х 600 элементы управления (панели кнопок и т.п.) сделаны “плавающими”, наложенными на основной экран. Оператор может расположить их в том месте, где ему это покажется удобным.
Разрешение по уровню (количество оттенков или цветов)
Видеоподсистема современного ПК обеспечивает цветоразрешение до 8 битов/цвет, т.е. 2 24 оттенков. При передаче и обработке видеосигнала в цифровой форме не происходит потери качества, поэтому возможности монитора могут быть использованы полностью. На первый взгляд, объем видеоданных для цветного изображения должен втрое превосходить объем для монохромного. Однако свойства алгоритмов компрессии JPEG таковы, что объем JPEG-представления для цветного изображения лишь на 20% больше, чем для монохромного. Это делает предпочтительным во всех случаях использовать цветное изображение, поскольку оно более информативно для человека.
Многотерминальные системы видеонаблюдения
Под терминалом имеется в виду любой оконечный пункт системы: источник либо приемник В состав многотерминальной системы входит как несколько источников видеоинформации (объектов, коммутаторов, видеокамер), так и несколько независимо функционирующих пунктов приема, на каждом из которых, в свою очередь, может быть несколько устройств отображения. Объект-источник видеоданных иногда является приемником управляющей информации, когда требуется удаленно управлять пространственным положением камеры, диафрагмой и т.п. Кроме того, в системе контроля помимо видеокамер нередко используются и другие источники информации: датчики присутствия, положения объектов и т.п. Компьютеризация СВН позволяет по-новому решать задачу конфигурирования и управления сложной разветвленной СВН. Этому способствует универсальность цифровых каналов передачи данных, используемых в КСВН, которые с одинаковым успехом могут быть использованы для передачи любого рода информации в любом.
В системе VideoNet структура системы описывается иерархией объект наблюдения – коммутатор – телекамера – устройство (детектор движения, поворотное устройство, трансфокатор, …). В терминах этой иерархии администратор системы осуществляет ее конфигурирование и управление доступом для отдельных пользователей. Для адресации в системе и передачи данных используется сетевой протокол TCP/IP, инвариантный к типам используемых каналов связи. Возможности управления компонентами системы включают в себя возможности индивидуально для каждой из выбранных камер задать качество передачи изображения, при этом темп смены кадров в системе определяется типом используемого канала. Кроме того, для каждой камеры есть возможность дистанционного управления поворотным устройством в двух координатах, трансфокатором, наводкой на резкость и открытием диафрагмы.
Пользовательский интерфейс в КСВН
Программная поддержка КСВН в настоящее время - это чаще всего Windows-приложение, имеющее стандартный интерфейс. Только ленивый не работает сегодня с компьютером, а тем, кто работает, нетрудно освоить новую программу, так как большинство навыков у них уже есть.
Запись видеофрагментов и их последующая архивация
Дополнительно к записи на видеомагнитофон, в КСВН появляется возможность записи видеофрагментов на жесткий диск. Преимуществом такого решения является возможность систематизации / упорядочивания множества записанных видеофрагментов, что позволяет в последующем осуществлять быстрый поиск нужных фрагментов в архиве. Современный жесткий диск большой емкости (10 Гбайт) позволит хранить видеофрагменты с качеством VHS общей длительностью более 100 часов.
Система VideoNet позволяет проводить запись видеофрагментов с выбранных телекамер на жесткий диск с заданным темпом смены кадров и с заданным качеством. Средний “расход” дискового пространства составляет 3…4 КБайт/кадр, что при частоте 10 кадр/с составит около 30-40 КБайт/с. Записанные фрагменты снабжены служебной информацией, позволяющей впоследствии отыскивать их по дате записи и воспроизводить. При воспроизведении можно варьировать темп смены кадров, либо выбрать покадровый режим.
Расширяемость и изменения конфигурации
Поскольку КСВН есть компьютерная сеть, подключение в систему нового “передатчика” или “приемника” не сложнее подключения нового компьютера к сети.
Дополнительные возможности цифровой обработки видеоданных
Наличие в КСВН достаточно мощных вычислительных ресурсов делает возможным выполнение таких функций, как выявление в наблюдаемой сцене движущихся предметов с заданными геометрическими (размеры, форма) и кинематическими (скорость, направление, траектория движения) характеристиками, распознавание автомобильных номеров, лиц и т.п.
В состав системы VideoNet могут входить детекторы движения, ассоциированные с телекамерами. Для каждого детектора движения можно оперативно задать ряд параметров, определяющих контраст детектируемого движущегося объекта и его видимые геометрические размеры. При обнаружении в поле зрения движущегося объекта с заданными параметрами может быть выдан сигнал тревоги, включена видеозапись и т.п.
Требования по обеспечению безопасности СВН
Обеспечение безопасности предусматривает такие меры, как разграничение доступа к элементам системы, к управляющим возможностям, к информации, циркулирующей в системе и системное администрирование. Для этого может быть использован весь спектр возможностей и средств, подобных тем, что используются для разграничения доступа в современных сетевых операционных системах, таких, как Windows NT или UNIX.
В системе VideoNet организовано управление доступом на уровне пользователей. Администратор системы заводит пользователей, указывая для каждого его имя и пароль, и доступные ему права: заводить и удалять пользователей, просматривать и редактировать конфигурацию системы, работать с журналом событий и т.п.
Резюме
Таким образом, мы видим, как использование двух элементов компьютерных технологий:
- Компрессии потока видеоданных в реальном времени;
- Сетевой технологии передачи, позволяющей одинаковым образом передавать разнородные данные
обеспечивает спектр новых свойств в системе видеонаблюдения. При этом, если вы имеете в своей организации локальную компьютерную сеть (а у кого ее сегодня нет?), то ваши дополнительные затраты на установку КСВС окажутся существенно меньшими по сравнению с традиционным решением.
Новицкий Александр Петрович, кандидат технических наук
Санкт-Петербургский Государственный Технический Университет
Источник: http://www.cctv.ru
Ваши комментарии:
Для того, чтобы оставлять коментарии, Вам нужно авторизоваться на Sec.Ru. Если У Вас еще нет аккаунта, пройдите процедуру регистрации.
|
|
