Краткая характеристика видеорегистраторов изображений, используемых в прикладном телевидении

Рассмотренные стандарты сжатия видеоданных легли в основу построения современных видеорегистраторов – главного элемента в структуре систем безопасности.

В продаже имеется большой ассортимент видеорегистраторов, применяемых в телевидении.

Промышленностью налажен серийный выпуск аппаратов записи на жесткий диск – видеорегистраторов. Видеорегистраторы для сжатия цифрового потока используют рассмотренные нами алгоритмы сжатия: JPEG, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 и вейвлет – преобразование и другие перспективные алгоритмы.

При выполнении охранных функций оператор наблюдает неподвижное изображение. Любое движение в охраняемой зоне расценивается как тревожная ситуация. Устройства, выдающие сигнал тревоги при изменении ситуации, называются детекторами движения. Такие устройства встраиваются практически во все мультиплексоры и квадраторы: достаточно высокого класса.

Для одновременной записи сигналов от нескольких телекамер применяются мультиплексоры, которые сигналы от телекамер коммутируют по очереди для записи на видеорегистраторы. Периодичность записи определяется режимом использования дискового пространства видеорегистратора. При воспроизведении из последовательности всех кадров автоматически выбираются и выводятся на монитор только те, которые относятся к интересующей в данный момент камере.

Рассмотрим из всего многообразия применяемых видеорегистраторов некоторые из них и дадим им краткую характеристику.

16-канальный цифровой видерегистратор DX-TL5000E компании Mitsubishi Electric записывает видеокадры в формате JPEG 2000 с разрешением до 720x576 пкс и скоростью до 200 кадров в секунду. Это устройство цифровой видеозаписи имеет русифицированное меню управления/настройки и предназначено для работы как в небольших, так и в многоканальных системах видеонаблюдения. Новый видеорегистратор предусматривает несколько вариантов наращивания памяти для видеозаписи, допускает подключение внешних носителей (RAID, DX-ZD5), поддерживает соединения с NAS-сервером и объединение в каскад до 16 видеорегистраторов Mitsubishi. В отличие от предшественников, DX-TL5000 может управляться с передней панели, с помощью «мыши» или пульта, по сети и через Интернет, а также производит архивирование на встроенное устройство DVD.

Видеорегистратор VR-716E компании JVC Professional предназначен для работы в составе цифровой системы видеонаблюдения. Видеорегистратор записывает видео одновременно с 16 видеокамер со скоростью 400 к/с при разрешении кадра 740x576 пкс, использует формат сжатия видеосигнала MPEG-2, автономно переходит на летнее или зимнее время и позволяет точно настраивать детекторы движения каждого канала и делать дубликат видеозаписи. Видеорегистратор также записывает 1 канал аудиоинформации, имеет два жестких диска емкостью 80 Гб каждый и передает кадры по LAN/WAN сетям. При необходимости память видеорегистратора может быть расширена внешними дисками и DVD-устройством.

Благодаря использованию передовых технологий обработки и записи видеосигнала компании JVC видеорегистратор VR-716E записывает видео с каждого канала со скоростью 25 к/с. За счет метода сжатия MPEG-2 видеорегистратор позволяет записать на жесткие диски более 9 часов видео с каждой из 16 видеокамер при установке максимальной скорости видеозаписи и наивысшего качества кадра. В зависимости от требований к качеству кадров видеорегистратор VR-716E предоставляет оператору системы видеонаблюдения возможность выбора одного из 4 уровней сжатия видео и 10 значений скорости видеозаписи.

Профессиональная 9-канальная система видеорегистрации CS-909-AR c широкими возможностями работы (рис.16.2,б)

Цифровой видеорегистратор CS-909-AR отличается возможностью записи в реальном времени изображений от 9 видеокамер, записью 9 звуковых каналов, возможностью организации больших внутренних и внешних архивов, развитыми сервисными функциями и удобной эксплуатацией.
Благодаря наличию в конструкции 9 цифровых каналов обработки сигнала, видеорегистратор CS-909-AR обеспечивает индивидуальные настройки для каждого канала и суммарную скорость видеозаписи для 9 видеокамер до 225 кадр/с. Запись ведется с качеством 720х576 пикселей. Используется алгоритм сжатия MPEG4. Возможна запись по таймеру, по сигналу тревоги или детектору движения. Для воспроизведения предусмотрены два видеовыхода (основной – мультиэкран, дополнительный – камеры по выбору) и один VGA выход для подключения стандартного компьютерного монитора.
Регистрация ведется на встроенные жесткие диски, возможна установка до 8 внутренних HDD и 1 съемного HDD (MobileRack). Резервное копирование видеоархива может осуществляться как на съемный HDD, так и на HDD, подключенный через USB-интерфейс.
Развитые сетевые возможности позволяют совмещать режим воспроизведения с режимом записи и управление устройством с компьютера.
Видеорегистратор CS-909-AR удобен в управлении, которое осуществляется с передней панели устройства, с дистанционного пульта управления или с ПЭВМ.

Таблица 16.1. Технические характеристики видеорегистратора CS-909-AR.

Входы/выходы
Видеовходы/выходы	9xBNC(1B, 75 Ом) / 2xBNC (1xRCA(8дБ, 22кОм), 1В, 75,Ом) + 1 S-Video + 1 VGA
Аудиовходы/выходы	9 (8 дБ, 22 кОм) / 1 (8 дБ, 22 кОм)
Входы/выходы тревоги	9 (Н.О.) / 4 (Н.О. или Н.З.)
Режимы и основные параметры
Разрешение кадров	720 x 576 пк
Стандарт видеосигнала	PAL / NTSC
Стандарт видеосжатия	MPEG4
Стандарт аудиосжатия	MPEG1 Layer I, II
Суммарная скорость отображения	225 кадр/с
Скорость записи для 1 видеосигнала	25 кадр/с
Суммарная скорость записи	225 кадр/с, реальный масштаб
Кол-во каналов записи живого видео
Видеозапись	Последоват., циклический, по таймеру, по сигналу тревоги, по детектору движения
Поиск	По времени, тревоге, метке
Воспроизведение	2 аналоговых монитора (осн. и доп.), 1 VGA-монитор, удаленное подключение по сети
Режимы воспроизведения	Полноэкранный режим + варианты с мультиэкранным изображением
Уровни сжатия	8, устанавливаются индивидуально для каждого канала
Поворотные устройства	Управление в каждом канале, RS-485 / 2 x RS-232
Детектор движения	До 192 зон, 1-99 уровней чувствительности для каждого канала
Сетевое подключение	RJ45 Port
Сетевые протоколы	Ethernet 10M/100M, TCP/IP, PSTN
Резервное копирование	USB-устройства, съемный жесткий диск, по сети
Управление	С передней панели, с дистанционного пульта управления или с ПЭВМ
Безопасность	Трехуровневая система паролей
Тип жестко диска	8 IDE-каналов для жестких дисков, до 8 несъемных дисков высокой емкости + один съемный диск. HDD в комплект не входит
Питание, габариты и масса
Потребляемая мощность	50 Вт (без учета HDD)
Питание	110 / 220 B, переменный ток 60 / 50 ГЦ
Габариты	420 x 380 x 105 мм

Новый 16-канальный видеорегистратор DX-TL2500 предназначен для работы в составе системы видеонаблюдения средних и крупных объектов. Этот видеорегистратор обеспечивает запись видеоинформации со скоростью 50 полей в секунду в формате Wavelet с разрешением 450 твл и запись одного канала аудиоинформации. Встроенный в видеорегистратор веб - сервер и сетевая карта позволяют управлять записью и воспроизведением видео с любого компьютера через стандартный веб - браузер.

Работа в режиме триплексного мультиплексора и запись аудиосигнала. Как и DX-TL800E, видеорегистраторы DX-TL2500E могут работать одновременно с двумя видеомониторами, каждый из которых независимо настраивается на контроль текущей ситуации или на просмотр видео архива. Одновременно с просмотром видеорегистраторы производят запись видео с подключенных к ним 16 телекамер. Поскольку видеорегистраторы используют алгоритм сжатия Wavelet, на штатный носитель можно записать до 196 суток качественного видео. Также DX-TL2500E может записывать аудио информацию в формате РСМ через один аудио канал, что очень удобно, если требуется получить звуковое сопровождение из зоны видеонаблюдения одной из телекамер. Емкость жесткого диска видеорегистратора равна 120 Гб.

16-канальный видеорегистратор VR-616E Wavelet -преобразование для многоканальной системы видеонаблюдения(рис 16.2.1). JVC Professional представляет новый цифровой видеорегистратор VR-616E на 16 видеоканалов и один аудиоканал, который позволяет осуществлять управление купольными видеокамерами непосредственно с передней панели или из окна просмотра изображения. Как и другие видеорегистраторы JVC, этот цифровой видеорегистратор записывает 16 каналов видео в формате Wavelet со скоростью до 50 полей в секунду с разрешением кадра до 720х288 пикселей, имеет жесткий диск на 240 Гб и позволяет установить в корпус один стационарный и один съемный диск типа HDD или CD-RW. При необходимости VR-616E можно доукомплектовать клавиатурой с джойстиком, которая делает управление VR-616E и купольными видеокамерами максимально удобным. Удаленный просмотр изображения и управление видеокамерами через видеорегистратор осуществляется по LAN/WAN сети из окна стандартного web-браузера или с помощью клиентского ПО, входящего в комплект поставки.

Рис 16.2.1. 16 – канальный видеорегистратор VR-616E

За счет использования алгоритма сжатия Wavelet, новый видеорегистратор может записывать на жесткий диск гораздо больше видеоинформации, чем предшествующие видеорегистраторы JVC, использующие формат JPEG. Его максимальная скорость записи составляет до 50 полей в секунду или около 3 п/с на канал, что вполне достаточно для многих систем видеонаблюдения. Вместе с тем скорость записи по тревожному каналу или по расписанию можно увеличить. Максимальное разрешение записываемого кадра составляет 720х288 пикселей, но по желанию оператора системы видеонаблюдения оно может быть изменено путем выбора одного из 7 уровней качества видео для каждого канала.
Для одновременной записи, просмотра «живого» видео и видеоархива на разных мониторах видеорегистратор имеет встроенный триплексный мультиплексор. В режиме просмотра VR-616E выводит на экран изображение со скоростью до 225 кадров в секунду или 25 к/с на канал в мультиэкранном режиме, поддерживает 7 режимов разбивки, включая «Картинка в картинке». На задней панели видеорегистратор имеет выход S-Video и разъем VGA для подключения компьютерного монитора, LCD-монитора или плазменной панели. Помимо композитного выхода для подключения монитора видеонаблюдения, видеорегистратор имеет Spot-выход для монитора выборочного видеоконтроля, на который могут выводиться кадры с видеокамер особо ответственных участков объекта видеонаблюдения. Для «замораживания» картинки на передней панели и пульте управления имеется кнопка FREEZE, а для увеличения кадра в 2 раза – кнопка ZOOM.

16.4.Цветовое кодирование черно-белых изображений

При наблюдении за объектом с помощью ТВ системы оператору часто приходится проводить сравнительную оценку яркостей различных участков изображения. Визуально, без специальных приспособлений, оператор способен идентифицировать не более трех-четырех градаций яркости. Увеличение числа градаций яркости достигается цветовым кодированием амплитуды видеосигнала. Применение цветового кодирования вдвое увеличивает различительную способность оператора, снижает его утомляемость, сокращает время зрительного поиска. Содержащаяся в изображении информация не увеличивается, но благодаря лучшему согласованию его параметров с особенностями зрения, возможности и резервы зрительной системы человека используются более эффективно. Осуществляя цветовое кодирование черно-белых изображений, мы тем самым повышаем контраст и его визуальную информационную емкость.

Цветовое кодирование (контрастирование) успешно применяется в ТВ устройствах, системах медицинской рентгенодиагностики, системах анализа аэрофотоснимков и др.

Сущность метода цветового кодирования заключается в преобразовании монохромного изображения в цветовое, по признакам, отражающим определенные свойства изображение.

Правильное кодирование превращает очень сложную задачу распознавания образов в простую и доступную.

В различных направлениях современной науки применяются растровые

электронные микроскопы (РЭМ). Их используют для получения различной информации о структуре и физических свойствах исследуемого объекта. РЭМ обеспечивает возможность локального элементного анализа вещества, что не позволяет сделать оптический микроскоп. Качественный анализ распределения химических элементов с различными атомными номерами проводится, в основном, в режимах рентгеновского излучения, катодолюминисценции, а также при регистрации отраженных электронов. При наблюдении за отраженными электронами с помощью ЧБ изображения, практически невозможно идентифицировать элементы с малоотличающимися атомными номерами. Но при использовании цветокодирования, на два-три порядка увеличивается число информативных цветов и оттенков различаемых глазом и проблема легко решается.

Цветовое кодирование применяется так же в медицине, конкретно в ренгенодиагностике, с помощью цветокодирования можно в несколько раз увеличить количество информации о состоянии внутренних органов человека при минимальном ренгеновском облучении.

В геологии при количественно-минеральном анализе горных пород, определение процентного состава заданного минерала в образце, сводится к подсчету площади, окрашенном цветом, который хароактеризует искомый минерал и т.д.

Цветовое кодирование черно-белого (ЧБ) изображения повышает визуальную информационную емкость исходного изображения.

Цветовое кодирование монохромных ТВ изображений в условные цвета находит все более широкое применение в различных областях науки и техники.

Для улучшения информационных характеристик телевизионных (ТВ) устройств и систем обработки изображений широкое распрост­ранение получили псевдоцветовые методы отображения. Цветом ко­дируют амплитуду видеосигнала, пространственные частоты изоб­ражения, свойства отображаемых объектов или их динамику. Амплитудное цветовое кодирование (АЦК) используют для увеличения числа визуально различимых градаций яркости. Изменению яркости монохромного изображения тем или иным образом ставят в соответ­ствие изменение цвета. Тем градациям яркости исходного изображения, которые оператор не в состоянии различить, присваиваются легко отличимые цвета. Обработанное таким образом изображение частично сохраняет свою наглядность.

Окрашивая составляющие отдельных диапазонов пространственных частот изображения различными цветами, получим частотное цветовое кодирование. При этом улучшается восприятие мелких деталей и облегчается анализ текстур.

Кодирование цветом воспроизводимых на изображении объек­тов используется, например, в системах обработки видеоинформации с помощью ЭВМ. Цветом маркируют также возраст и поро­ды лесных массивов, геологические образования и др.

В растровой электронной микроскопии кодируют цветом химический состав и динамику микрообъектов потен­циального рельефа.

Наиболее распространенным в настоящее время являются преобразователи черно-белых ТВ сигналов, использующие амплитудное разделение или квантование сигналов с последующим формированием цветного изображения на экране цветного кинескопа. В зависимости от способа формирования цветных сигналов, модулирующих токи лучей кинескопа, все эти устройства подразделяются на аналоговые и дискретные.

Цветные преобразователи аналогового типа имеют три выхода, соответствующие трем каналам одновременной системы цветного телевидения (ЦТ), а величина сигнала на каждом выходе определяется мгновенным значением напряжения видеосигнала. Скорость изменения цвета в таких устройствах пропорциональна длительности нарастания входного видеосигнала.

Повышение цветового контраста элементов преобразованного изображения в устройствах с дискретными преобразователями осуществляется путем квантования входного сигнала по амплитуде и кодирования выходных цветовых сигналов на основе двоичного кода.

Существуют также смешанные способы преобразования черно - белого изображения в цветное, объединяющие аналоговый и дискретный методы, например, применение квантования сигнала на ряд уровней с аналоговым преобразованием внутри каждой выборки.

Принцип построения аналоговых устройств является более простым, однако, здесь имеются трудности распознавания слабо отличающихся по контрасту деталей изображения, которые в таком устройстве окрашиваются в близкие цветовые оттенки.

Дискретные устройства, обладающие худшей разрешающей способностью из-за ограниченного числа уровней квантования видеосигнала, значительно более чувствительными к шумовым и импульсным помехам, но зато способны обеспечить резкое различие цветовых оттенков элементов, соответствующих соседним уровням яркости, позволяют легко изменять алгоритм кодирования и вести обработку сигнала с помощью ЭВМ.

Преимущество дискретного метода заключается в строгой привязке уровня видеосигнала к определенному максимально насыщенному цвету. Наибольшее число уровней дискретизации и высокая цветовая контрастность границ позволяет оператору легко различать цвета и сохранять в памяти соответствующие им яркости.