www.automatyka-budynkowa.com - artykuły - CECHY CYFROWEGO ZAPISU OBRAZU I DŹWIĘKU
Automatyka Budynkowa

20 Wrzesień 2017 - Witamy

Artykuły branżowe
Artykuły
Katalog branżowy
Katalog
branżowy
Baza firm
Baza firm
Kalendarz
Kalendarz
Forum
Forum
Kontakt
Kontakt
Menu

TOP5 Produkty

TOP5 Firmy

Kalendarz wydarzeń
Wrzesień 2017

PnWtŚr CzPtSoNd
    123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930 


Artykuły » CECHY CYFROWEGO ZAPISU OBRAZU I DŹWIĘKU

CECHY CYFROWEGO ZAPISU OBRAZU I DŹWIĘKU

Otrzymany z kamer obraz obserwowanego terenu bądź obiektu może być potrzebny do obejrzenia nie tylko w czasie rzeczywistym, ale często również w terminie późniejszym, szczególnie, jeśli na obrazie widać okoliczności popełnienia przestępstwa lub wykroczenia. Właściwie jedyną formą było, do niedawna, zapisywanie kolejnych klatek obrazu na magnetowidach, które konstruowano specjalnie do tego celu. Ich specjalizacja polegała głównie na zwolnieniu tempa zapisu, tak, aby na standardowej kasecie, przeznaczonej do nagrania 180 min. filmu, możliwe było zmieszczenie zapisu z 24, 48 lub nawet 96 godzin. I to nawet z 16 kamer. W normalnym filmie częstotliwość odświeżania obrazu wynosi 24/s, czyli 24 klatki są zapisywane w każdej sekundzie. Wartość ta wystarcza, aby oko ludzkie odnosiło wrażenie ciągłości ruchu. Natomiast w magnetowidzie pozwalającym przez 96 godzin rejestrować obraz z 16 kamer – kolejne klatki obrazu z konkretnej kamery pojawiają się co 9 sekund!

Wprowadzenie techniki zapisu cyfrowego zdecydowanie zmieniło parametry rejestracji obrazu. Zapisu obrazu w formie cyfrowej i skompresowanej są podstawową formą archiwizacji obrazu, oferując szereg możliwości związanych z obróbką i transmisją obrazu.

Zalety rejestratorów cyfrowych:

  • działanie wielotorowe – czyli możliwość jednoczesnego nagrywania w czasie rzeczywistym, podglądu na żywo i odtwarzania obrazów wcześniej zarejestrowanych (nawet sprzed kilku sekund)
  • bardzo długi czas rejestracji, ograniczony jedynie pojemnością zastosowanego dysku twardego
  • możliwość nagrania obrazu zdarzeń, które wystąpiły bezpośrednio przed alarmem lub detekcją ruchu (prealarm)
  • praktycznie bezobsługowa praca rejestratora dzięki brakowi konieczności wymiany kaset oraz możliwości włączenia trybu nadpisywania obrazów na dysku twardym
  • prostota wyszukiwania i przeglądania oraz szybkość dostępu do materiałów zarejestrowanych na dysku
  • możliwości pracy w sieci (Ethernet, Internet) w zakresie podglądu na żywo oraz przeglądania materiałów zarejestrowanych
  • wielodostępność pracy przez sieć
  • łatwość wykonania kopii bezpieczeństwa i archiwizacji danych, także przez sieć
  • wysoka i niezmienna jakość materiału zarejestrowanego, a później kopiowanego (ogólna zaleta postaci cyfrowej)
  • prostota tworzenia zintegrowanych systemów ochrony – możliwości współpracy z innymi systemami np. SSWN, P/POŻ, ACC itp.
  • możliwość zaprogramowania intuicyjnego graficznego menu i prostej obsługi za pomocą myszki
  • brak dodatkowych kosztów związanych z eksploatacją sprzętu (np.: czyszczenie i wymiana głowic magnetowidu, zakup nowych kaset itd.)

Do wad rejestratorów cyfrowych zaliczane są:

  • brak odporności na wirusy, trojany itp. – dokąd stosowano karty instalowane w komputerach PC z systemem operacyjnym Windows, rzeczywiście istniało wysokie zagrożenie zainfekowania systemu, ale współczesne rejestratory korzystają z indywidualnego oprogramowania, w swoim jądrze opartego na Linuxie, co praktycznie w 100% zabezpiecza przed zainfekowaniem
  • problemy ze stabilnością – analogicznie do powyższego: rzeczywiście systemy rejestracji oparte na komputerach PC i posiadające zewnętrzne systemy operacyjne, np. Windows, mogą mieć problemy w przypadku chwilowego zaniku lub wahań napięcia – zapobiega temu doposażenie systemu z zasilacz awaryjny UPS. Natomiast w przypadku samodzielnych rejestratorów pojęcie braku stabilności praktycznie nie istnieje, ponieważ rejestratory te mają własne systemy operacyjne i przygotowane są nawet na wielokrotne, chwilowe braki napięcia zasilania – zawsze następuje samoczynny powrót do ostatnich ustawień.
  • problemy wynikłe z wad oprogramowania (brak właściwych sterowników i błędy oprogramowania) mogą utrudnić obsługę, a nawet uniemożliwić pracę rejestratora. Dlatego, gdy pojawi się nowsze oprogramowanie, nie warto za wszelką cenę je aktualizować.

Możliwości zapisu cyfrowego:

Przy zapisie cyfrowym zazwyczaj stosowana jest rejestracja kilkudziesięciu klatek na sekundę – jednak możliwy jest zapis z prędkością nawet do kilkuset klatek na sekundę. Wartość ta dotyczy prędkości zapisu dla wszystkich kamer jakie można podłączyć do rejestratora (ilość kanałów). Oczywiście większa liczba zapisywanych klatek, podobnie jak i inne parametry, tj. stopień kompresji, rozdzielczość – wpływają na wielkość pliku na dysku. Trudno jest jednoznacznie określić, jaką ilość miejsca na dysku zajmie np. 24 godzinne nagranie z 16 kamer w takich i takich parametrach. Problem polega przede wszystkim na kompresji: im mniej ruchu tym mniejszy jest skompresowany plik. Przykładowo w konkretnym rejestratorze: na zapis obrazu z 16 kamer, w rozdzielczości 720x576, z prędkością 50 kl/s (nieco ponad 3 klatki/s na 1 kamerę) i z najwyższą jakością, przy kompresji MPEG-4 – dysk twardy o pojemności 750 GB wystarczy na nagranie od 3 do około 150 dni. W pierwszym przypadku jest to nagranie z wejścia do terminalu lotniczego, w drugim – niedostępnego ogrodzenia zakładu karnego. Dlatego najlepiej jest ustalić, jaki dysk jest potrzebny, metodą empiryczną: badamy ilość zapisanych obrazów przez kolejne 7 dni i następne 2 tygodnie, a z otrzymanych wyników wyliczamy, jakie dyski są potrzebne dla wymaganej długości zapisu (przed wykasowaniem zapisu w funkcji nadpisywania dysku).

Znacznie mniejsze potrzeby w zakresie zajęcia pamięci masowej, wykazuje nagrywanie alarmowe w funkcji zwanej „detekcją ruchu”. Rejestrator wówczas zapisuje tylko sytuacje, w których rzeczywiście odbywa się ruch, przy czym znane są dwa tryby takiego zapisu, zależne od konstrukcji rejestratora: albo rejestrator dokonuje zapisu tylko tego kanału, gdzie wykrył ruch, albo zawsze wszystkie kanały są zapisywane. Detekcja ruchu znacznie wydłuża maksymalny czas nagrania na danym dysku. Funkcję tę posiadają praktycznie wszystkie obecnie produkowane rejestratory. Zazwyczaj dla danego kanału – obrazu z kamery, możemy: zdefiniować obszar, dla którego detekcja ruchu ma być aktywna, ustawić czułość i ustawić parametry aktywacji tej funkcji oraz parametry nagrania.

Szerokie możliwości indeksowania przy wykrywaniu alarmów, pozwalają na szybkie odnalezienie tego fragmentu nagrania, kiedy wystąpił alarm. Niezwykle użyteczna jest możliwość jednoczesnego nagrywania oraz odtwarzania, przy czym odtwarzanie jest możliwe już po kilku sekundach od czasu nagrania danej sceny. Możliwe jest wyszukiwanie nagrania nie tylko po czasie początku nagrań, ale również z listy detekcji ruchu, lub wg innych zdarzeń o szczególnych cechach: naruszenie strefy, zniknięcie czy pozostawienie dodatkowego obiektu – co jest niedostępne w systemach analogowych. W wyniku takiego przeszukiwania, otrzymujemy listę obrazów spełniających zadane kryteria, przy czym przeszukiwać zapis i odtwarzać bez przerywania nagrywania.

Możliwe jest wykorzystanie cyfrowego powiększania obrazu nawet do 16 razy. Niestety, nie powoduje to zwiększenia rozdzielczości, choć zastosowanie filtrów redukujących szum i wyostrzających obraz w pewnym stopniu zapewnia poprawę jakości. Kolejne atuty systemów cyfrowych to szybka inicjalizacja trybu alarmowego, możliwość nagrania zdarzeń bezpośrednio poprzedzających alarm, oraz możliwość łatwego programowania rejestratora, nawet w trakcie normalnej pracy.

Praktycznie każdy obecnie produkowany rejestrator cyfrowy (DVR = Digital Video Recorder) posiada wbudowana kartę sieciową Ethernet, co może być bardzo łatwo wykorzystane do łączenia kilku urządzeń ze sobą lub do zdalnego podglądu zarówno bieżącej sytuacji, jak nagrań archiwalnych. Z poziomu rejestratora można również zdalnie sterować dodatkowymi urządzeniami, jak np. kamerami szybkoobrotowymi, czy innymi urządzeniami peryferyjnymi.

W tym miejscu koniecznie zaznaczyć trzeba, że większość rejestratorów nie umożliwia wyjęcia twardego dysku i przeniesienia go do komputera PC w celu przeglądania materiałów. Jest to jeden ze sposobów zabezpieczenia nagrań przed modyfikacją przez osoby nieupoważnione, stosowany przez producentów tych urządzeń. Innym sposobem zabezpieczenia nagrań przed modyfikacją jest tzw. znak wodny. Natomiast kopię nagrań w celu ich archiwizacji zazwyczaj można wykonać na wbudowanych nagrywarkach CD/DVD lub przez złącze USB na pamięciach typu pen-drive lub dyskach w kieszeniach zewnętrznych. W ten sposób przeniesione pliki, mogą być już przygotowane do odtwarzania w komputerach PC za pomocą popularnych programów multimedialnych, albo też mogą wymagać dodatkowego konwertera bądź specjalnego oprogramowania.

Parametry zapisu cyfrowego:

W rejestratorach DVR do zapisu obrazu najczęściej wykorzystywany jest dysk twardy. Należy pamiętać, że jakość dostarczonego do rejestratora obrazu musi być co najmniej dobra, gdyż nagranie cyfrowe nie poprawia jakości sygnału wejściowego. Do zapisu obrazu wykorzystywane są najczęściej 24 bity, co pozwala na uzyskanie ponad 16 mln kolorów przy rozdzielczości PAL (około 768x576 pikseli). Obraz przed zapisem jest kompresowany, najczęściej stosowane formaty to: JPEG, MPEG lub Wavelet, względnie ich producenckie odmiany.

Obecnie istnieje kilka metod kompresji obrazu. Najstarsze z nich to JPEG, H-261, MPEG-2. Do realizacji kompresji pierwszej generacji brane są pod uwagę grupy pikseli (np. 8 bitów na 8 bitów); metody te nie analizują tego, co faktycznie znajduje się na obrazie.

System kompresji H-261 został stworzony z myślą o sieciach o przepustowości do 64 kb/s i pozwala na uzyskanie kompresji rzędu 100:1 ÷ 2 000:1, przy czym w miarę wzrostu stopnia kompresji ulega pogorszeniu jakość dekompresowanego obrazu. Koder działa w dwóch trybach: wewnątrz ramkowym - INTRA i międzyramkowym - INTER. Podczas kompresji w trybie INTRA następuje podział jednej klatki obrazu na bloki o rozmiarze 8x8 pikseli. Następnie poddaje się je kompresji za pomocą Dyskretnej Transformaty Cosinusowej. Podczas kompresji w trybie INTER zapisywane są jedynie zmiany, jakie zaszły pomiędzy kolejnymi klatkami. Należy tutaj zaznaczyć, iż przynajmniej raz na 132 klatki musi zostać przeprowadzona kompresja w trybie INTRA. Standard H.263 jest to unowocześniona wersja standardu H-261, gdzie wprowadzono półpikselową kompensację ruchu zamiast pikselowej, zrezygnowano z detekcji i korekcji błędów transmisji i wprowadzono nowe opcjonalne tryby pracy.

Bardziej efektywną kompresję umożliwiają algorytmy drugiej generacji (np. MPEG-4), które przed realizacją właściwej procedury pakowania dokonują pewnej analizy sceny. Dostrzegają fakt, iż obraz można podzielić na fragmenty w sposób dużo bardziej efektywny. Obraz składający się z pikseli o takich samych cechach można połączyć w jedną grupę, a przez to proces pakowania uczynić bardziej efektywnym. Typowy koder drugiej generacji zawiera moduły: segmentacji, estymacji ruchu, kodowania konturów i kodowania tekstur. System taki umożliwia kompromisowy wybór pomiędzy stopniem kompresji, a jakością obrazu po dekompresji.

MPEG-4 jest nowszym standardem kompresji wideo, który szybko zdobył popularność, także przy przesyłaniu strumieniowym. W porównaniu do H-261 / H-263 wprowadzono w nim efektywne metody reprezentacji danych multimedialnych. Nowe podejście polega na powiązaniu zawartości danych z ich znaczeniem dla percepcji człowieka i wyodrębnieniu tzw. obiektów audiowizualnych AVO (Audio-Visual Objects). Zostały tutaj wprowadzone rozwiązania pozwalające na skalowalność reprezentacji danych w wielu wymiarach tj. przestrzeń, czas, jakość i złożoność obliczeniowa. Standard został dopasowany do różnych sieci telekomunikacyjnych i może pracować z przepływnościami od 64 do 1024 kb/s.

Kompresja Wavelet – jest oparta na wykorzystaniu algorytmów falkowych. Falki są to funkcje macierzyste przyjmujące wartości różne od zera tylko w pewnym skończonym przedziale. W matematyce każdą funkcję można przedstawić za pomocą funkcji macierzystej wyłącznie przez odpowiednie przekształcenia.

Sygnał wejściowy jest filtrowany z elementów niezauważalnych przez oko ludzkie, następnie dzielony na fragmenty i każdy taki fragment jest przedstawiany za pomocą odpowiedniej funkcji macierzystej. Metoda należy do metod stratnych, obrazy kompresowane charakteryzują się zamazaniem brzegów i ogólnym wygładzeniem. Ale w porównaniu z metodami JPEG i MPEG metoda Wavelet  nie powoduje powstawania zniekształceń struktury przedmiotu na obrazie.

Metody falkowe są ciągle w fazie rozwoju, a ciekawostką jest fakt, iż metoda ta została wykorzystana przez FBI do realizacji systemu automatycznego rozpoznawania odcisków palców, ponieważ lepiej zdała egzamin w porównaniu do metody JPEG.

Najnowszy format kompresji nosi nazwę H.264. Standard H.264 opracowany został na bazie swojego przodka - MPEG-a, jednak z zastosowaniem pewnych modyfikacji. Nowy standard dzieli bowiem obraz na mniejsze elementy i wykorzystuje zmienne wielkości bloków oraz wektory przesunięcia. Pozwala to uzyskać znacznie lepszą jakość obrazu przy takiej samej wielkości danych. pozwala to na oszczędzenie około 40% miejsca i, co niezwykle ważne, dzieje się o 30% szybciej. Korzyści te okupione są, niestety, większymi wymaganiami sprzętowymi: do kodowania obrazu w czasie rzeczywistym potrzebny jest przynajmniej trzygigahercowy procesor. Dekodowanie wymaga mniejszej mocy obliczeniowej - do odtwarzania wideo w rozdzielczości telewizyjnej wystarczy procesor z zegarem dwugigahercowym.

Wejścia i wyjścia alarmowe:

Urządzenia do cyfrowego zapisu obrazu są wyposażone w wejścia i wyjścia alarmowe, przy czym liczba wejść jest zazwyczaj równa liczbie wejść wideo. Liczba wyjść alarmowych jest zazwyczaj mniejsza - najczęściej jedno, dwa lub najwyżej cztery wyjścia. Złącza alarmowe pozwalają łatwo połączyć system CCTV i innymi systemami: sygnalizacji włamania i napadu, przeciwpożarowym itp. – co znacznie poprawia bezpieczeństwo chronionego obiektu.

Na wejścia alarmowe, których aktywność powoduje nagrywanie w trybie alarmowym (zazwyczaj większa prędkość nagrywania i lepsza jakość), zazwyczaj podawane są sygnały z detektorów ruchu (PIR, MW, USD) lub czujek chroniących przed wtargnięciem intruza, albo czujek p/pożarowych. Wyjścia alarmowe zazwyczaj są aktywowane w  przypadku detekcji ruchu w chronionym polu, zaniku sygnału z kamery, czy też napełnienia dysku. W drogich DVR’ach możliwe jest aktywowanie wyjścia alarmowego w przypadku wykrycia pozostawionego przedmiotu lub zniknięcia obserwowanego przedmiotu.

W niektórych rejestratorach z najwyższej półki istnieje możliwość podziału dysków na partycje: podstawową i alarmową; rejestrator podczas normalnej pracy nagrywa na partycji podstawowej, natomiast w chwili alarmu rejestracja odbywa się również na partycji alarmowej. Daje to pewność, ze nawet w trybie nadpisywania (po zapełnieniu dysku dalsze nagrywanie odbywa się zwolnionym miejscu po wykasowanych najstarszych nagraniach) zdarzenia spełniające kryteria alarmu nie zostaną wymazane, gdyż będą znajdowały się na partycji alarmowej. Usuniecie z partycji alarmowej możliwe jest ręcznie i pod warunkiem podania właściwego hasła.

Blokada dostępu do menu rejestratora

Istnieje możliwość blokowania dostępu do menu rejestratora za pomocą systemu haseł. Dodatkowo, każdy system cyfrowy jest zabezpieczony przed zapisem danych pochodzących z innych źródeł. Oznacza to, że nie można obrabiać przechowywanych zdjęć na zewnętrznym PC i umieszczać ich na twardym dysku DVR, tak jak gdyby pochodziły bezpośrednio z kamery. To zabezpieczenie zapewnia, że wyłącznie zdjęcia z wejść video są rejestrowane na HDD. Dodatkowo, w celu zwiększenia wiarygodności, do każdego przechowywanego zdjęcia, są dodawane czas i data rejestracji.

Autor: Alkam


Dodano: 14.05.2010

SKLEP INTERNETOWY


Nowości w katalogu



PARTNERZY SERWISU