понедельник, 28 февраля 2011 г.

Поворотные устройства


Многие компоненты систем охранного телевидения можно отнести к дополнительным Некоторые из них понятны и просты в использовании, другие более сложны Начнем с очень простого механизма — поворотного устройства.


Поворотные устройства

пятница, 25 февраля 2011 г.

Средства передачи видеосигнала 45


Мы предполагаем что система обрабатывает цифровой сигнал, как в случае PTZ-блока, но логика тут такая же. как и в случае аналогового сигнал.

Расчеты начинаются с выходной оптической мощности источника (-12дБм в этом случае) и заканчиваются оценкой мощности, видимой детектором.

Средства передачи видеосигнала 44


В некоторых случаях кабель уже имеет концевую заделку Будьте осторожны с разъемами при протяжке кабеля Не повредите разъемы, не загрязняйте их, не подвергайте кабель чрезмерной нагрузке в зоне соединения с разъемом.

Средства передачи видеосигнала 43


Важно, чтобы в местах будущих соединений был оставлен достаточный запас кабеля. В общем, для сращивания линейного типа перехлест должен составлять около 5 м. В местах, где кабель выходит из кабелепровода. следует оставить около 2.5 м.

Имейте в виду, что открытые концы кабеля должны быть защищены водонепроницаемыми колпаками. Чтобы избежать напряжений на изгиб или повреждений проезжающим транспортом, следует использовать трубы. На обоих концах кабельной линии оставляют часть кабеля определенной длины (в зависимости от планируемой конфигурации).

Средства передачи видеосигнала 42


Конечно, следует избегать таких воздействий, но все же кабель способен выдержать нагрузки величиной до специфицированного значения механической прочности. Механическая прочность выражается в н/м или кн/м. Например, кабель с механической прочностью в 10 кн/м может выдержать нагрузку в 1000 кг, распределенную на 1 метр кабеля (ЮН — примерно такую силу дает масса 1 кг) Допустим, рабочий весит 100 кг и носит ботинки размера 9 (или 42 в европейской системе), а ширина ботинка составляет 100 мм. Если рабочий наступит одной ногой на кабель, то кабель выдержит нагрузку. Однако, если этот кабель переедет машина, то нагрузка может превысить максимально допустимую и кабель может быть поврежден.

Средства передачи видеосигнала 41


волоконно-оптический кабель Такой кабвль, состоящий целиком из полимеров и стекла, предназначен для установки внутри зданий. Кабель годится для многих типов систем, включая охранное телевидение, системы безопасности, компьютерные линии и др Такие мощные (предназначенные для работы в тяжелом режиме) кабели делаются жесткими, чтобы их можно было протягивать через кабельные каналы

Средства передачи видеосигнала 40


Волоконно-оптические кабели

Волоконно-оптические устройства миниатюрны Внешний диаметр используемого в охранном телевидении и системах безопасности кабеля составляет всего лишь 125 мкм (1 мкм - 106м). Стекловолокно — материал относительно прочный, но все же легко ломается, если его изогнуть на угол, меньший определенного минимального радиуса. Поэтому характеристики кабеля должны обеспечивать адекватную механическую защиту и ударопрочность, сохраняя минимальный угол изгиба и обеспечивая легкость при укладке и обслуживании кабвля и стабильное качество передачи в течение времени жизни системы.

Средства передачи видеосигнала 39


Мультиплексоры в волоконной оптике

Мультиплексоры в волоконной оптике отличаются от ранее описанных видеомультиплексоров. Мультиплексоры в волоконной оптике объединяют несколько сигналов в один, таким образом используя один волоконный кабель для одновременной передачи нескольких сигналов реального времени. Они особенно практичны в системах с недостаточным числом кабелей (по сравнению с количеством видеокамер).

Средства передачи видеосигнала 38


Сращивание оптических волокон сваркой

Сварное соединение волокон часто осуществляется под микроскопом Результат обычно получается хорошим, но оборудование может оказаться очень дорогим

Процедура сращивания (сварка) оптических волокон состоит из очистки волокна, расщепления и помещения двух волокон в монтажный блок.

Средства передачи видеосигнала 37


Следовательно, можно получить большую протяженность линии с тем же волоконно-оптическим кабелем, лишь заменив источник света. Это особенно полезно в случае аналогового сигнала, каковым и является видеосигнал.

Средства передачи видеосигнала 34


Для чистого арсенида галлия (GaAs) А равно 900 нм. Добавляя небольшое количество алюминия, можно уменьшить длину волны до 780 нм. Чтобы получить еще более короткие длины волн, используется фосфид галлия арсенида (GaAsP) или фосфид галлия (Gap).

Основные различия между светодиодом и лазерным диодом - это различия между спектрами генерируемого излучения и углами направленности.

Средства передачи видеосигнала 35


Лазерные диоды могут легко давать частоты выше 1 ГГц.

Вышесказанное может быть проиллюстрировано аналогией, которую мы приводили при обсуждении магнитной записи. Представьте себе, что выходной спектр светодиода или ЛД — это острые кончики карандашей В спектре светодиода будут карандаши с более толстыми кончиками, а в спектре ЛД— с более острыми. При помощи остро заточенного карандаша можно писать маленькие буквы и разместить больше текста на заданном пространстве, то есть сигнал, модулированный ЛД, будет содержать более высокие частоты.

Средства передачи видеосигнала 36


PINPD — это модифицированный P-N фотодиод с внутренним слоем между Р- и N-типами кремния. Характеризуется высокой чувствительностью и малым временем нарастания сигнала.

Лавинный диод аналогичен PINPD, но имеет одно преимущество — почти каждый падающий на него фотон дает более одной пары злектрон/дырка в результате внутренней цепной реакции (лавинный эффект). Лавинный диод более чувствителен, чем PINPD, но дает больше шума.

Все эти базовые устройства комбинируются с каскадами усиления и «трансимпеданса» (усилитель, управляемый током), которые усиливают сигнал до требуемого уровня напряжения/тока.

Средства передачи видеосигнала 33


Не углубляясь в теорию, отметим, что децибелы для мощности вычисляются с коэффициентом 10 перед логарифмом, а для напряжения (и тока) — с коэффициентом 20.

Потери света при прохождении по волоконному кабелю объясняются следующими факторами:

- Стыковкой с источником

- Сращиванием световодов

- Затуханием в стекловолокне из-за его неоднородности

- Высокими температурами и т.д.

Средства передачи видеосигнала 32


«, йп(90°-ф1 )=п2 $т(90°-фз) (48)

Для полного отражения мы имеем ф, = 0°, тогда выражение принимает вид:

sm(90"- ф1)=п] (49)

Так как sin (90°- ф,) = соэф,, то мы можем написать

со5ф1 = и,/ п, (50)

Зная основное правило тригонометрии

sirtty + соя'ф = / (51)

Средства передачи видеосигнала 31


Последний вариант — самый дорогой, но он позволяет намного увеличить протяженность линии при использовании той же электроники. Для задач охранного телевидения тип используемого стекловолокна — многомодовый или со ступенчатым профилем — не имеет особого значения.

Средства передачи видеосигнала 30


Типы волоконно-оптических кабелей

Существует несколько типов волоконно-оптических кабелей. Их классификация основана на карактере прохождения световых волн по стекловолокну.

Средства передачи видеосигнала 29


Концепция передачи сигнала по волоконно-оптическому кабелю опирается на те же принципы.

Внутренняя жила (нить) волоконно-оптического кабеля имеет более высокий показатель преломления, чем оболочка. Поэтому луч света, проходя по внутренней жиле, не может выйти за ее пределы — из-за эффекта полного отражения.

Средства передачи видеосигнала 28


Волоконно-оптический кабель имеет больше преимуществ, чем какой-либо другой.

Многие годы волоконно-оптический кабель использовался в телекоммуникациях и теперь становится все более популярен в охранном телевидении и системах безопасности

По мере усовершенствования технологии концевой заделки и сращивания кабеля, а также его удешевления, все больше систем охранного телевидения и безопасности будут использовать волоконную оптику.
Концепция

Средства передачи видеосигнала 27


Самые главные преимущества — это иммунитет к электромагнитным помехам, более безопасная передача, более широкая полоса пропускания и намного большая протяженность линии без усиления. Поэтому мы уделим этому типу передачи особое внимание.

Почему волоконная оптика?

Средства передачи видеосигнала 26


Сотовая сеть

Передача изображения по мобильным телефонам — возможность привлекательная, особенно на фоне доступных сегодня технологий. Мобильный телефон с модемом в комбинации с ноутбуком легко можно дополнить программными и техническими средствами, необходимыми для обеспечения беспроводной связи и передачи изображений.

Средства передачи видеосигнала 25


/SDN

Для более быстрой передачи следует использовать телефонные линии ISDN (Integrated Services Digital Network цифровая сеть связи с комплексными услугами), которые имеются во многих промышленно развитых странах.

Линии ISDN были разработаны и начали появляться в середине 1970-х, примерно тогда же появились ПЗС-матрицы.

Средства передачи видеосигнала 24


Что^ы понщь что представляет собой скорость передачи видеоизображения по телефонной линии PSTM, давайте рассмотрим упрощенный пример:

Типичный черно-белый видеосигнал с разрешением 256 х 256 пикселей состоит из 256 х 256 = 65536 бит информации, что эквивалентно 64 килобайтам цифровых данных (65536/1024) (напомним, что 64-2\ 256=25)

Средства передачи видеосигнала 23


PSTN

Обычная PSTM-линия (коммутируемая телефонная сеть общего пользования) имеет очень низкую полосу частот от 300 до 3000 Гц. которая считается стандартной (измеренная на 3-дБм точках, где дБм измеряется относительно 1 мВт при полном сопротивлении телефонной линии 600 Ом) Некоторые называют этот тип линии plain old telephone service или POTS (простая старая телефонная система).

Теоретически, по такому узкому каналу невозможно передавать видеоизображение в реальном режиме времени на 5 МГц Однако можно сжать и закодировать сигнал и таким образом повысить скорость передачи — сегодня это под силу большинству передатчиков быстрого сканирования. Технологическии взрыв в области компьютеризации, алгоритмов сжатия быстрых модемов и улучшенных телефонных

линий сделал возможным передачу видеоизображений по телефонной линии со скоростями, которые просто невозможно было себе представить во времена первых медленных сканеров

Раньше уже говорилось, что концепция осталась той же — она аналогична концепции медленного сканирования, но интеллектуальность алгоритмов сжатия (что и как передавать) настолько выросла, что сегодня один кадр цветного видеосигнала очень хорошего разрешения может быть передан менее чем за 1 секунду Кроме этою, многие устройства могут передавать и другие данные — управляющие и аудиосигналы

Усовершенствованные системы быстрого сканирования используют метод обновления изображения, который называется «условное обновление» После передачи начального изображения, пересылается только изменившаяся часть изображения Это позволяет достичь еще более высокой скорости обновления чем в базовых системах быстрого сканирования Другие производители передают полное изображение но, чтобы достичь аналогичных скоростей передачи, используют соответствующие алгоритмы сжатия.

Средства передачи видеосигнала 22


- Разрешение кадровой памяти (в пикселях)

- Черно-белое изображение или цветное

- Будут ли одновременно передаваться другие сигналы (часто требуется управление PTZ-блоком или активация реле)

- Скорость передачи д анных

В последнем вопросе следует быть очень гибким так как различные телефонные линии и различные модемы дают различные и пристрастные сравнительные характеристики

Иногда потребителю нужно просто примерно видеть что происходит на другом конце линии «fast-scan». Другим может потребоваться очень четкое (хорошего разрешения) изображение, даже если оно поступает с временной задержкой

Также важно знать, что еще может быть подсоединено к системе в будущем. Возникнет ли необходимость в дополнительных видеокамерах или может на одной из камер будет PTZ-блок?

Не забудьте, если вам требуется управление PTZ-блоком, вы должны учитывать задержку между отданной с клавиатуры командой и обновленным изображением, чтобы увидеть, куда направлена камера Некоторым это покажется необычным или неприемлемым, но многие производители предлагают интеллектуальное решение В частности, если используется джойстик, изображение автоматически выбирает более узкую область обзора, которая остается резкой (и больше скорость обновления), так что вы можете видеть, куда направлена камера После того, как вы отпустите джойстик, изображение восстанавливается до размеров нппного экрана-

Другой тип систем предлагает дополнительную интегрированную характеристику — видеодетекторы движения Система автоматически посылает изображение при обнаружении активности в видеосигнале

Средства передачи видеосигнала 21


Вначале эта концепция была очень медленной, но, учитывая неограниченные расстояния, обеспечиваемые телефонной линией (при наличии совместимого с приемником передатчика) идея стала привлекательной для удаленного мониторинга в система* охранного телевидения

Передатчики «slow-scan» обычно подсоединяются к нескольким видеокамерам, так что зритель может просматривать изображения с любой из них К тому же любая видеокамера может передавать изображение автоматически по сигналу тревоги. Передавать изображение на принимающую станцию могут несколько передатчиков, каждый из которых защищен паролем от несанкционированных зрителеи

Один из способов увеличения скорости передачи заключается в уменьшении разрешения оцифрованного изображения или в использовании только одной четвертой части экрана для изображения с каждой видеокамеры. Тогда изначальные 32 секунды можно понизить до 8 секунд для обновления изображения, или те же 32 секунды понадобятся для обновления изображения на полном экране разделенном на блоки от четырех видеокамер Учитывая что к этому могут быть добавлены и другие сигналы — аудио или управляющие сигналы для дистанционной активации реле — можно сказать, что исторические начинания становятся все бо.

Системе медленного сканирования, принадлежащей к старому поколению, потребуется 32 секунды, чтобы передать простое, низкого качества изображение с тревожного пункта на станцию слежения. К этому времени надо добавить время дозвона и соединения, в результате более минуты уйдет на передачу первого изображения Однако медленное сканирование было очень популярно и опережало свел время. Сегодня существуют гораздо более прогрессивные способы передачи видеосигналов по телефонной линии

Новая технология — «Fast Scan» (быстрое сканирование) — исходит из той же концепции, но опирается на гораздо более мощные методы обработки изображений и алгоритмы сжатия, что позволяет менее чем зя I с передать полноцветное изображение Манипулирование изображением осуществляется в цифровой форме, при этом используются различные методы сжатия, что позволяет еще больше увеличить скорость передачи сохраняя при этом качество изображения на должном уровне

Средства передачи видеосигнала 20


Чтобы сконцентрировать инфракрасный свет в узкий пучок и минимизировать потери при передаче, требуется смонтировать систему линз на передатчике Потребуется также система линз на принимающем конце линии, чтобы сфокусировать свет на фоточувствительный детектор

Цветные и ч/б видеосигналы а также аудиосигнал можно передавать на расстояние более 1 км. Более мощные системы линз и светодиоды, а также чувствительный приемник, позволят передавать сигнал на большие расстояния

Необходимо принять специальные меры предосторожности для обеспечения благоприятного температурного режима в зоне передатчика, иначе на приемник могут попасть инфракрасные частоты, излучаемые горячими стенами раскаленными крышами и металлическими объектами.

Понятно что такие погодные условия, как дождь. туман и ветер влияют на инфракрасный канал связи больше, чем на ультракоротковолновую передачу
 Передача изображений по телефонной линии

Вначале было «ТВ медленного сканирования» (slow-scan TV) Эта система передавала видеоизображение по телефонной линии с очень маленьком скоростью — один полный кадр черно-белого изображения передавался десятки секунд.

Концепция медленного сканирования родилась в конце 1950-х, тогда ею воспользовались операторы радиолюбительской связи. Позже она начале) использоваться в охранном телевидении Концепция очень проста. На обоих концах линии связи (как и при любой другой передаче) находятся вполне определенные устройства — передатчик и приемник Аналоговый видеосигнал, поступающий с видеокамеры, преобразуется в цифровой формат. Затем он сохраняется в ОЗУ (RAW) передатчика Обычно это происходит по внешнему сигн&лу тревоги или по запросу с приемника Сохраненное изображение (на этом этапе оно в цифровом формате) частотно модулируе1ся аудиочастотой. которую «слышит» принимающий телефон Эта частота йбычно лежит в пределах 1-2 кГц ~ на этой частоте ослабление сигнала в телефонной линии минимально Приемник получив сигнал, разбирает изображение строка за строкой, начиная с верхнего левого угла, пока изображение на принимающем конце линии не будет преобразовано в аналоговое представление (стоп-кадр)

Средства передачи видеосигнала 19



Существенным недостатком использования радиочастоты в охранном телевидении является то, что сигнал может быть получен любым ТВ-приемником, находящимся на незначительном расстоянии. Правда, иногда это и требуется. Например, для работы системы в больших комплексах, где видеокамеры, наблюдающие за главным входом, подсоединены через коллективную антенну, так что арендаторы могут просматривать видеокамеру на определенном канале своих ТВ-приемников.

Средства передачи видеосигнала 18


Радиочастотная беспроводная (эфирная) передача видеосигнала

Радиочастотная (РЧ) передача видеосигнала по модуляции напоминает микроволновую передачу. Однако основные различия заключаются в том, что частота модуляции лежит в ОВЧ и УВЧ (VHF и UHF) диапазонах и осуществляется «всенапрааленная» передача сигнала. Направленная (директорная) антенна типа «волновой канал» (подобно внутренним антеннам, используемым для приема определенного телеканала) позволяет получать сигнал в более удаленных точках. Следует отметить, тем не менее, что в зависимости от норм, принятых в вашей стране, мощность излучения не должна превышать определенный предел, а в случае такого превышения потребуется одобрение соответствующего органа, регулирующего использование частот.

Средства передачи видеосигнала 17


Большинство производителей, специализирующихся на микроволновой связи, указывают максимальное расстояния передачи до 30 км. Обычно для систем охранного телевидения требуется не больше двухсот метров, так что если есть линия прямой видимости, это ограничение не является проблемой.

Средства передачи видеосигнала 16


Техника кодирования, обычно используемая в передаче видеосигнала, — это частотная модуляция (ЧМ) но может использоваться и амплитудная модуляция (AM) Если аудио- и видеосигналы передаются одновременно, то видеосигнал модулируется посредством AM, а аудиосигнал — посредством ЧМ, как и в телевещании.

Средства передачи видеосигнала 15


Так как многие службы — военные, полиция, скорая помощь, курьеры, авиационные радары — используют искусственные частоты, необходимо было урегулировать проблему использования частот.

Средства передачи видеосигнала 14


Если два провода имеют схожие характеристики и достаточно закруток на метр (чем больше, тем лучше), на них будут одинаково воздействовать шумы, падение напряжения и наводки. Усилитель с хорошим КОСС на приемном конце линии устранит большую часть нежелательных шумов.

Выходное полное сопротивление (импеданс) витой пары обычно равно 100 Ом.

Средства передачи видеосигнала 13


В некоторых случаях кабель уже имеет концевые разъемы. При прокладке кабеля они должны быть хорошо защищены. Отверстия в таком случае должны быть больше.

Между конечными точками крепления кабеля лучше оставить небольшую слабину, а не класть кабель в натяг, в случае чего он будет плохо «реагировать» на колебания температуры и вибрацию.

Средства передачи видеосигнала 12


деформации кабеля Так или иначе, затраты на откапывание и ремонт кабеля очень велики, и лучше сразу постараться сделать все возможное для хорошей укладки.

Вы хорошо защитите кабель от повреждений, если уложите кабель на слой песка толщинои примерно 50-150 мм и присыплете таким же слоем песка сверху. Особое внимание следует уделить выкапыванию траншеи, дно которой должно быть ровным, без выступов. При закапывании траншеи слерите за тем, чтобы в засыпке не было камней, которые могут повредить кабель.

Средства передачи видеосигнала 11


В таблице 9 1 представлены типичные показатели затухания различных коаксиальных кабелей Обратите внимание, что затухание показано в децибелах и относится к амплитуде напряжения видеосигнала Воспользовавшись таблицей, приведенной в разделе об отношении с/ш для видеокамер, можно подсчитать, что 10 дБ эквивалентны ослаблению сигнала на 30% то есть 0.3 Vpp. В кабеле RG-59 длиной 300 м сигнал ослабляется на 10 дБ Такая низкая амплитуда сигнала может оказаться недостаточной для видеомонитора или видеомагнитофона. При таком затухании потребуется усилитель.

Средства передачи видеосигнала 10


Если под рукой нет других инструментов, лучше взять спаиваемые BNC-разъемы и заделывать их, соответственно, при помощи пайки. Помните о температуре пайки железа, а также о качестве пайки, так как можно легко повредить изоляцию и изменить полное сопротивление. В этом случае лучше использовать многожильный коаксиальный кабель

Средства передачи видеосигнала 9


KoaKcutLibHbie кабели и концевая заделка BNC

Никогда не заделывайте коаксиальный кабель электрическими резаками или плоскогубцами. Зачищать коаксиальный кабель электрическим резаком очень опасно Во-первых, мелкие частицы меди опадают вокруг центральной жилы что может стать причиной короткого замыкания Но даже если короткого замыкания не произойдет меняется импеданс Во-вторых, использование обычных плоскогубцев для подсоединения BNC к коаксиальному кабелю никогда не дает надежного результата В целом, это очень опасные инструменты для заделки обжимных BNC-разъемов. и их можно использовать лишь в крайнем случае, когда не доступны никакие иные инструменты (при этом следует быть предельно осторожным).

Средства передачи видеосигнала 8


медью стали но это не так Покрытая медью сталь просто дешевле и, возможно жестче, но для длиннь кабелей в CCTV лучше использовать медь Омедненные стальные коаксиальные кабели приемлемы pj коллективной антенны, где передаваемые сигналы ВЧ-модулированы (VHF или UHF, MB или УВЧ)., именно, на более высоких частотах 1ак называемый скин-эффект (поверхностный эффект) проявляете сильнее, фактический сигнал перетекает на медную поверхность проводника (не экрана, а центрально! проводника). CCTV-сигналы находятся в основной полосе частоты, и поэтому омедненный стальн( коаксивльный кабель может подходить д)|Я ВЧ-сигналов, но не для охранного телевидения Так ч всегда используйте медный коаксиальный кабель.

Средства передачи видеосигнала 7


Из вышеупомянутого теоретического объяснения импеданса понятно, что однородность кабеля подлине имеет большое значение для соответствия требованиям характеристического импеданса Качество кабеля зависит от точности и однородности центральной жилы, диэлектрика и экрана.

Средства передачи видеосигнала 6


намного меньше, чем у толстых кабелей, но ее вполне достаточно для соединений и перемычек Обратите внимание, что эти цифры могут варьироваться у разных производителей и в зависимости от ожидаемого качества сигнала.

Средства передачи видеосигнала 5


75 0м коаксиального кабеля — это комплексное сопротивление, определяемое отношением напряжения/тока в каждой точке кабеля. Это не активное сопротивление, и поэтому его нельзя измерить обычным мультиметром

Чтобы вычислить характеристический импеданс, мы воспользуемся электромагнитной теорией и представим кабвль эквивалентной схемой, состоящей из элементов R, L, С и G на единицу длины Полное сопротивление этой схемы

Средства передачи видеосигнала 4


Амплитуд ные и фазовые характеристики коаксиального кабеля на низких частотах в большой степени зависят от самой частоты, но так как в подобных случаях длина кабеля достаточно мала по сравнению с длиной волны сигнала, то влияние на передачу сигнала оказывается незначительным

Средства передачи видеосигнала 3


гем тоньше детали шумовой картины. Повторно-кратковременные наводки, вроде молнии или проезжающего автомобиля, будут давать нерегулярную картину шумов.

Характеристический импеданс (полное сопротивление)

Средства передачи видеосигнала 2


Шум и электромагнитные помехи

То, насколько хорошо экран коаксиального кабеля защищает центральную жилу от шума и ЭМП, зависит От процента экранирования. Как правило, производители указывают в спецификациях цифры от 90 до 99%. Но имейте в виду, что даже если обещано 100% экранирование, невозможно получить защиту от внешних наводок на все 100nh Проникновение ЭМП внутрь коаксивльного кабеля зависит от используемой частоты.

Средства передачи видеосигнала 1


Изображение зафиксированное обьек1ивсм и видеокамерой и затем преобразованное в электрический сигнал, поступает на коммутатор, видеомонитор или записывающее устройство

Для того, чтобы видеосигнал попал из пункта А в пункт Б он должен пройти через передающую среду То же самое о i носится к сигналу управляющих данных

Цифровое видео 19


Большинство видеокамкордеров Mini ОУисполъзуег цифровой интерфейс стандарта IEEE1394, который также известен как FireWire {Sony называет его «i-Link») При использовании этого типа соединения цифровые видео- и аудиоданные, а также управляющие сигналы, могут пересылаться между видеокамерой и устройством редактирования, в качестве которого может выступать персональный компьютер. Разработчики формата DV декларируют скорость передачи данных в формате Mini DV (на ленту и/или на выход IEEE1394), равную 3 56 Мбайт/с Обратите внимание, пожалуйста, что здесь фигурируют мегабайты, а не мегабиты.

Цифровое видео 18

Формат DV и FireWire


DV — это цифровая система видеозаписи, используемая как базис для форматов видеозаписи Mini DV DVCAM™ (Sony) и DVCPRO™ (Panasonic) Dhb использует кодирование YCr.Cb = 4; 1:1 (яркость Y . Цветность — красный цвет Сг: Цветность -- синии цвет СЬ) и дискретное косинусное преобразование для межполевого сжатия (5 1) движущегося изображения

Mini DV становится все более и более популярным форматом среди приверженцев домашнего видео поскольку он знаменует собой значительный качес|венный и количественный (в смысле уменьшения размеров) скачок по сравнению с предыдущими форматами аналоговой записи, такими как VHS, S-VHS и 8 мм.

Цифровое видео 17


Формат D-VHS

В скором времени будет доступна цифровая версия формата VHS, к тому же она представляет особый интерес для систем охранного 1елевидения И здесь производитель сохранил совместимость с форматами VHS и S-VHS в режиме воспроизведения, добавив схему аналого-цифрового преобразователя (АЦП) для регистрации видеосигнала в цифровом формате. Этот магнитофон не будет сам создавать изображение: чтобы обеспечить цифрово-аналоговое преобразование, необходимо использовать его в сочетании с другим оборудованием.

Цифровое видео 16


Я бы предложил произвести тестирование при различных установках видеокамеры. Мой собственный опыт показал, что хорошая видеокамера может создать лучшее изображение, записанное на DVR, если это изображение слегка расфокусировать, но это зависит от используемого типа сжатия. В ситуациях, когда уровень освещенности низок, лучше отключить АРУ, поскольку усиленный АРУ шум тоже сжимается и разворачивается, что негативно сказывается на качестве изображения. Это означает, что ничего нельзя считать заранее доказанным и перед принятием окончательного решения в пользу конкретного устройства записи на жесткий диск необходимо провести соответствующие испытания и тестирования

Цифровое видео 15


уплотнения (до ЗООх) при таком же качестве изображения (Подробнее о вейвлет-видеокомпрессии можно узнать на странице http, .-www.tss ги 'technologies, compresston.htm).

До настоящего времени вейвлет-преобразование использовалось как лучший инструмент для сжатия данных в таких областях наук, как астрономия и сейсмические исследования, но для систем охранного телевидения оно представляет собой относительно новый и очень привлекательный алгоригм сжатия Приведенные изображения (рис 8 26-8 35) с различным JPEG-сжатием и вейвлет-сжатием должны дать вам представление о качестве этих двух методов. К сожалению, их оригинальное качество нельзя увидеть в черно-белом изображении, и, кроме того, недостаточное качество печати книги может еще больше их ухудшить. Но вы можете посетить Интернет-страницу CCTV Labs (www.cctvlabs com) и переписать оттуда полномасштабные изображения каждой из этих картинок, после чего сравнить их.

Цифровое видео 14


Wavelet (вей влет)

Многие десятилетия ученые пытались найти более подходящие функции для аппроксимации прерывистых сигналов, чем синусы и косинусы, которые составляют основу анализа Фурье. По определению синусы и косинусы являются нелокальными функциями (они определены в бесконечной области). В этом заключена главная причина их плохой работы при аппроксимации резких переходов, таких как отдельные детали изображения с высоким разрешением в конечном двумерном кадре. Кадры именно такого типа мы наиболее часто наблюдаем в режиме TL-записи, они отличаются от непрерывного потока движущихся изображений в обычном телевидении

Цифровое видео 13


JPEG может быть использован для сжатия данных из различных цветовых пространств, таких как сигнал RGB (видеосигнал основных цветов изображения), YCbCr (преобразованный видеосигнал) и CMYK (палитра, используемая в издательских системах), поскольку он обращается с цветами, как с отдельными компонентами Наилучшие результаты по сжатию достигаются, если компоненты цвета независимы (некоррелированны), как это имеет место в YCbCr, где большая часть информации сконцентрирована в яркости, а меньшая — в цветности.

Цифровое видео 12


Если изображение с высокой степенью сжатия увеличить, то четко проявляется его блочная структура. Можно достичь степени сжатия до 100 раз. JPEG также известен как способ сжатия с потерями, означающий, что, если изображение подвергнется сжатию, то при декомпрессии нельзя получить изображение точно такого же качества, как оригинал Тем не менее, коэффициенты сжатия, достигаемые с помощью компрессии JPEG довольно высоки (превышают 10:1), и некоторая потеря качества изображения представляется несущественной для человеческого глаза. JPEG разработан с учетом известных ограничений человеческого глаза, таких как невосприятие очень мелких деталей цветности, как и мвлких деталей яркости в рассматриваемом изображении.

Цифровое видео 11


JPEG

JPEG расшифровывается как объединенная группа экспертов по машинной обработке фотоизображении (Joint Photographic Experts Group), а это, в свою очередь, является первоначальным названием комитета, коюрый рекомендовал данный ствндарт JPEG — это стандартизированный
принцип сжатия изображений. Он ориентирован только на неподвижные цифровые изображения. Такими стоп-кадрами в телевидении могут служить либо телевизионные поля, либо телевизионные кадры

Цифровое видео 10


Наибольший интерес для нас в системах охранного телевидения представляет транспортный поток, поскольку он хорошо подходит для передачи цифрового телевидения по телефонным линиям, оптическому волокну, коаксиальным и некоаксиальным кабелям, линиям ISDN, а также для хранения на ленте, на магнитных носителях и оптических дисках.

Цифровое видео 9


MPEG-2

MPEG-2 представляет собой не следующее поколение MPEG-1, а скорее другой стандарт, нацеленный иа более высокое качество передачи и записи цифровых движущихся изображений и звука. Он был принят ISO в 1993.

Цифровое видео 8


MPEG-1

Для движущихся изображений были предложены различные алгоритмы сжатия стандартизованные группой MPEG (Motion Pictures Experts Group — экспертная группа по вопросам движущегося изображения ISO). Существует две разновидности этого типа сжатия — MPEG-1 и MPEG-2, последний широко используется в различных средствах информации, в цифровых видео (или универсальных) дисках (Digital Video (or Versatile) Disk — DVD) и в цифровом телевидении высокой четкости (High Definition Digital Television — HDTV).

Цифровое видео 7


Таким образом, из сказанного выше становится ясно, что видеоизображения не могут быть записаны (сохранены) в необработанном формате, поскольку компьютеры не в состоянии справляться с количеством данных, необходимым для видео в режиме реального времени. Единственным практическим решением могло стать и стало сжатие видеоизображений. Для осуществления процедуры сжатия имеется два основных подхода: сжатие без потерь и с потерями.

Цифровое видео 6


752 х 582 элемента изображения = 437664 пиксел Это справедливо для 1 телевизионного кадра = 2 поля

Каждый из этих пиксел представлен 8 битами квантования яркости, то есть 28 = 256 уровней, таким образом, 437664 пикселя яркости представлены 437664 байтами информации (важно напомнить, что 8 бит = 1 байт).

Если изображение является цветным, то имеется 3 первичных цвета, которые нужно кодировать 256 уровнями, что дает 16 миллионов комбинаций (так как 2563 = 16777216).

Цифровое видео 5


Из диаграммы можно видеть, что для записи и воспроизведения изображения в режиме реального времени требуются скорости передачи данных, превышающие 5 Мбит/с. Следует учесть, однако, что приведенные ниже значения ориентированы на идеальные условия, и поэтому следует предусмотреть резерв пропускной способности.

Цифровое видео 4


Сначала в системах охранного телевидения предпринимались попытки осуществить цифровую видеозапись в формате цифровой аудиокассеты (Digital Audio Таре — DAT). Однако, являясь по сути цифровой, такая запись все еще подразумевала режим последовательного поиска, а он не столь привлекателен, как режим произвольного доступа, реализуемый при использовании жесткого диска.

Цифровое видео 3


Быстрые локальные сети (Local Area Network — LAN) и глобальные сети (Wide Area Network — WAN) также становятся привлекательными для передачи изображений реального видео. Некоторые большие компании уже устанавливают системы охранного телевидения, узлы которых связаны между собой через существующие сети, а не с помощью коаксиальных кабелей.

Цифровое видео 2


Поскольку, большей частью, видеокамеры систем охранного телевидения формируют аналоговые сигналы, то перед тем, как перейти к обработке или хранению сигнала в цифровом формате, осуществляется его аналого-цифровое преобразование. На этом этапе происходит дискретизация и квантование аналогового сигнала (преобразование в дискретную форму). Частота дискретизации и количество уровней квантования зависят от качества электроники и быстродействия, а сами они определяют разрешающую способность и частоту регенерации цифровой кадровой памяти.

Цифровое видео 1


До сих пор большинство обсуждаемых в этой книге вопросов относилось к аналоговым видеосигналам.

К тем немногим компонентам систем охранного телевидения, которые работают с цифровым видео, относятся устройства видеопамяти, видеоквадраторы, видеомулыиплексоры, внутренние схемы видеокамер с цифровой обработкой сигналов (Digital Video Processing — DSP) и все более и более популярные в настоящее время цифровые видеомагнитофоны (Digital Video Recorder — DVR) (Чаще используется термин «устройства записи на жесткий диск», подчеркивающий их принципиальное различие от аналоговых видеомагнитофонов. Прим. ред.). Видеосистема, полностью укомплектованная цифровыми устройствами, — это новая разработка, которую все с нетерпением ждут.

Устройства видеозаписи 21


- Видеоголовки нуждаются в регулярной чистке, но делать это следует только с помощью проверенных чистящих средств. Лучше всего проконсультироваться по этому вопросу со специалистами из вашего местного магазина, продающего видеотехнику, или с сервисной службой Они обладают ценным практическим опытом эксплуатации видеомагнитофонов, который вы могли бы применить к системе охранного телевидения.

Устройства видеозаписи 20


Если мы хотим получить качество записи, превосходящее даже то, что предоставляет формат VHS, то для этого мы можем использовать модели Super VHS с режимом time lapse. Эти модели предлагают ту же самую гибкость и программируемосль, что и VHS TL-видеомагнитофоны, только при этом они обладают лучшим качеством изображения и, соответственно, они более дорогие.

Устройства видеозаписи 19


Многие инсталляторы модифицировали бытовые модели для записи по сигналу тревоги, что на самом деле довольно просто сделать. К контактам кнопки записи параллельно подключаются контакты реле, которое управляется внешним сигналом тревоги.

Устройства видеозаписи 18


TL-видеомагнитофоны являются важнейшими устройствами в системвх охранного телевидения даже несмотря на то, что они представляют собой самое слабое звено в смысле разрешающей способности. Кроме их использования для мультиплексированной записи, одной из наиболее важных особенностей является их способность к переключению на запись в режиме реального времени при получении внешнего сигнала тревоги.

Устройства видеозаписи 17


- TL-видеомагнитофоны могут быть приведены в действие внешним сигналом тревоги, который способствует немедленному переключению устройства из режима TL в режим реального времени в течение заранее заданной продолжительности (15 с, 30 с, 1 мин, 3 мин) или пока не перестанет действовать внешний сигнал тревоги, после чего устройство опять возвращается в режим TL. Обычно входом тревоги являются не находящиеся под напряжением нормально разомкнутые контакты (N/0). Это очень мощная функция TL-видеомагнитофонов. Когда осуществляется запись по сигналу тревоги, большинство TL-видеомагнитофонов индексирует ленту таким образом, что становится возможным быстрый поиск соответствующей зоны. Некоторые устройства предлагают производить поиск по времени, двте и часу, а некоторые предлагают еще и сканировать сигналы тревоги, что было бы очень удобно в случае необходимости ежедневной обработки более одного сигнала тревоги.

Устройства видеозаписи 16


Основное отличие TL- видеомагнитофонов VHS от бытовых видеомагнитофонов состоит в следующем:

- TL-видеомагнитофоны могут производить запись продолжительностью до 960 часов на 180-минутную (PAL) или 120-минутную ленту (NTSC). Возможны и другие режимы записи от 3 до 960 часов: 12, 24, 48, 72, 96, 120, 168, 240, 480 и 720 часов. Это достигается с помощью шагового двигателя, который позволяет перемещать ленту с дискретным шагом, в то время как берабен видеоголовок непрерывно вращается. Обычно вплоть до режима 12-часовой записи лента перемещается с постоянной скоростью, после которого, начиная с режима «24 часа», она движется дискретными шагами. Время, прошедшее между последовательными кадрами, увеличивается при выборе более длительного режима. Типичные промежутки времени показаны в таблице 8.2.

Устройства видеозаписи 15


становятся очевидными их многочисленные неудобства, нет встроенных времени и даты в записываемый видеосигнвл, нет входов для внешних датчиков тревоги и максимальное врамя записи может быть достигнуто в режиме длительного воспроизведения, который не превышает 10 часов для системы цветного телевидения PAL и 8 часов для системы NTSC. Однако, имеются и некоторые, вполне определенные преимущества, цена обычного видеомагнитофона очень низка и доступна, а изображения записываются в полном обьеме, то есть 50 полей в секунду для системы PAL и 60 полей в секунду для системы NTSC.

Устройства видеозаписи 14


Использование бытовых видеомагнитофонов для целей охринного телевидения

Самый тривиальный вопрос, который часто задают мне люди, далекие от техники звучит так- «Могу ли я присоединить видеокамеру к своему домашнему видеомагнитофону и записывать, а потом просматривать запись по телевизору?». Ответ — «Да», хотя вам следует иметь в виду, что при этом произойдет снижение качества записи из-за использования оборудования, не предназначенного специально для охранного телевидения.

Устройства видеозаписи 13


Таким образом, применение в системе охранного телевидения видеомагнитофонов S-VHS с цветными видеокамерами высокого разрешения и одним коаксиальным кабелем для композитного видеосигнала яаляется все же гораздо более предпочтительным, чем использование видеомагнитофонов формата VHS.

Устройства видеозаписи 12


Следует также отметить, что технология гребенчатой фильтрации совершенствуется с каждым днем. Сегодня самые усовершенствованные модификации гребенчатых фильтров используются не только в видеомагнитофонах S-VHS, но также и в высококачественных видеомониторах и телевизорах.

Устройства видеозаписи 11


Так как видеосигнал по своей природе периодический, спектральное распределение видеочастот сгруппировано по блокам. Анализ Фурье статического видеосигнала показывает, что энергетический спектр сконцентрирован в блоках, отстоящих друг от друга на 15.734 кГц, что равно частоте строчной развертки. Каждый блок имеет боковые полосы с разнесением 59.94 и 29 97 Гц. Таким образом, сигнал яркости не имеет непрерывного распределения энергии в полосе частот. Вместо этого он существует в виде блоков энергии, отстоящих друг от друга на 15.734 кГц. Эти блоки не очень широки, из-за чего большая часть пространства между ними пуста.

Устройства видеозаписи 10


Среди некоторых пользователей существует неверное представление, будто мы в состоянии делать видеозапись высокого качества только в том случае, если сигнал Y/C поступает на S-VHS видеомагнитофон. Это неверно, поскольку система S-VHS была разработана прежде всего для записи композитных видеосигналов С этой целью для S-VHS был разработан специальный адаптивный гребенчатый фильтр, с помощью которого цветовая информация выделяется из композитного видеосигнала без существенной потери разрешения сигнала яркости (что наблюдается в случае с фильтром нижних частот в формате VHS).

Устройства видеозаписи 9


Super VHS, Y/C и гребенчатая фильтрация

Следующий крупный шаг в развитии видеомагнитофонов системы VHS был сделан в 1987 году с представлением концепции Super VHS. Формат Super VHS улучшил качество яркости и цветности записываемых видеосигналов, сохранив при этом совместимость с форматом VHS. Такая совместимость подразумевает использование одного и того же типа видеоголовок, вращающихся с одинаковой скоростью и под тем же углом.

Устройства видеозаписи 8


Фактически видеосигнал яркости не записывается непосредственно в том виде, в каком он поступает, а модулируется так же, как это делается при записи звука. В VHS для яркости применяется частотная модуляция (ЧМ) с девиациями частоты, начиная с 3.8 МГц (соответствует самому низкому уровню — импульсам синхронизации) и до 4.8 МГц (соответствует максимальным значениям — уровню белого). Информация о цветности, поступающая со входа видеомагнитофона, записывается непосредственно после преобразования с понижением частоты, с несущей частотой 627 кГц и занимает спектральный диапазон О... 1 МГц. Это становится возможным, потому что яркость частотно модулируется выше этой области.

Устройства видеозаписи 7


Кроме видеосигнала, который записывается на наклонных дорожках, на ленте также записываются: звуковой сигнал с помощью стационарной аудиоголовки в верхней части ленты и сигналы управления в ее нижней части.

На видеосигнвл, формируемый схемой видеомагнитофона, накладываются определенные ограничения. Для начала, конструкция записывающей системы VHS, включающая размер барабана видеоголовок, скорость вращения и качество видеоленты, определяет ширину полосы сигнала, который может быть записан на видеоленту.

Устройства видеозаписи 6


Концепция бытовых видеомагнитофонов (VHS)

Спиральное сканирование это концепция, в соответствии с которой головки располагаются на наклонном барабане, вращающемся со скоростью, равной частоте видеокадров, то есть 25 оборотов в секунду для системы PAL и 30 — для системы NTSC. Необходимая скорость движения ленты относительно головки достигается, главным образом, вращением головки барабана.

Устройства видеозаписи 5


В то время VHS стала наиболее популярной и широко востребованной системой на рынке бытовой видеотехники С технической точки зрения VHS изначально была самой слабой системой по качеству, но она была нам ною проще остальных в изготовлении и дешевле.

Устройства видеозаписи 4


Ранние концепции видеомагнитофонов

В конце 50-х годов была предложена концепция спирального сканирования Это была намного более простая система по сравнению с поперечным сканированием, хотя первоначально все производители предложили конструкции с открытыми бобинами, несовместимые друг с другом. В магнитофонах еще не использовались кассеты, и они не были предназначены для домашнего просмотра.

Устройства видеозаписи 3


Первоначально была предпринята полытка применить к записи видеосигналов концепцию, подобную применяемой при аудиозаписи на магнитную ленту, когда в 50-х годах были разработаны весьма странные устройства со скоростью протяжки ленты около 1000 см/с с необычайно большими бобинами.

Устройства видеозаписи 2


Если магнитная лента неподвижна, то никакая информация не будет записана, за исключением последнего состояния магнитного поля. Чтобы произвести звуковую запись, лента должна двигаться с постоянной скоростью. Эта скорость зависит от разрешения, то есть от самой высокой частоты, которую необходимо записать Чем быстрее движется лента и чем меньше зазор в кольце, тем более высокую частоту можно записать.

Устройства видеозаписи 1


Разница между устройством видеопамяти и видеомагнитофоном примерно такая же, как между оперативным запоминающим устройством компьютера и устройством резервирования копии на магнитной ленте. Другими словами, устройство видеопамяти используется для временного хранения изображения до тех пор пока включено питание, в то время как видеомагнитофоны способны хранить изображения постоянно, даже без электропитания.