Існує просте правило, яке визначає ефективність будь-якої системи відеоспостереження: «Без світла не може бути зображення». У цій статті розглядаємо такі питання, як впливає інфрачервоне (ІЧ) освітлення на пропускну здатність. А також, як застосування даного освітлення може сприяти зниженню витрат на зберігання даних в сучасній системі відеоспостереження.
Управління пропускною здатністю в умовах слабкої освітленості
Як аналогові, так і цифрові камери (в яких застосовуються такі алгоритми, як H.264, для кодування аналогового відео і його подальшого використання в IP системах), практично всі камери відеоспостереження можуть отримувати гарне, придатне для використання зображення в умовах яскравого денного освітлення. Однак ефективність роботи в нічний час визначає загальну ефективність всієї системи безпеки. І, оскільки більшість злочинів відбувається в уразливі години темряви, сучасні системи безпеки повинні бути обладнані для цілодобового відеоспостереження.
У характеристиках більшості сучасних камер відеоспостереження вказані вкрай низькі рівні робочої освітленості, часто в діапазоні від 0,1 лк, що, здавалося б, передбачає ефективну роботу в умовах дуже слабкої освітленості. Загальновизнано проте, що без спеціального освітлення більшість камер, як видимого, так і інфрачервоного діапазонів, отримуватимуть «зашумлене» зображення низької якості в темних нічних умовах.
Підвищення якості зображення і його придатності є одним з очевидних переваг використання підсвічування для камер відеоспостереження. Проте, ще одна ключова перевага для користувачів систем відеоспостереження виявляється тільки зараз. Коли рівень освітленості знижується, відбувається значне збільшення швидкості кодованого відеопотоку від кожної камери в мережі. Якщо проблема збільшення швидкості потоку даних не буде вирішена, це призведе до значного підвищення загальних витрат на зберігання даних в системі.
Розуміння технології автоматичного регулювання посилення (АРУ) в камерах відеоспостереження з режимом нічного бачення
Щоб зрозуміти, чому відеокамери в умовах слабкої освітленості мають настільки високі вимоги до пропускної здатності і передають відеодані з більш високою швидкістю потоку, ми повинні розглянути технологію автоматичного регулювання посилення (АРУ).
АРУ - це технологія, яка підвищує рівень відеосигналу в умовах слабкої освітленості. Ця технологія заснована на простому посиленні відеосигналу зображення, проте при цьому також підвищується і рівень шуму.
Візьміть типову систему безпеки: камери відеоспостереження забезпечують хороше, якісне зображення в денний час, проте з наближенням темряви включається функція АРУ. Чим темніше стає, тим більше АРУ збільшує амплітуду сигналу і, як наслідок, зображення стає зернистим і «зашумленим». В результаті зображення повністю заповнюється «снігом» і стає практично марним.
Так чому ж «зашумлене» зображення, що отримується в нічний час, впливає на швидкість потоку даних?
Результат роботи алгоритмів стиснення відеоданих
Щоб зрозуміти, чому зростає швидкість потоку даних, необхідно мати загальне уявлення про принципи роботи алгоритмів стиснення відеоданих. Основний принцип стиснення полягає в тому, щоб прибрати всю несуттєву інформацію і зменшити розмір файлу. Будь-яке стиснення передбачає компроміс між якістю зображення і розміром файлу. Високий рівень стиснення забезпечує менший розмір файлів і низька якість зображення; низький рівень стиснення дозволяє отримати високоякісне зображення, але при цьому відповідно збільшується обсяг файлів.
У більшості випадків кадрова частота і роздільна здатність камер задаються відповідно до потреб системи. Значення цих параметрів зазвичай встановлюються з запасом. Незважаючи на гадану очевидною вигоду від зменшення кадрової частоти і роздільної здатності (таким чином можна отримати низьку швидкість потоку даних), в цьому ж полягає і головний недолік подібного підходу. Жертвуючи кадровою частотою і роздільною здатністю, в результаті ви отримуєте «переривчастий» відеоматеріал низької якості, в якому можуть бути пропущені критично важливі моменти записаної події.
Проблеми слабкої освітленості можуть бути в значній мірі вирішені або повністю усунені за допомогою правильно підібраною технології
На сьогоднішній день найбільш популярними алгоритмами стиснення є JPEG, MPEG і M-JPEG. Найсучаснішим є новий алгоритм H.264, який використовує приблизно на 30% менше пропускної здатності, ніж технологія стиснення MPEG-4, яка в свою чергу на 80% ефективніша, ніж технологія M-JPEG. Однак всі ці технології мають загальні принципи зменшення обсягу даних. Ці принципи передбачають усунення непотрібної інформації за допомогою виключення блоків відеоданих, непомітних для людського ока (наприклад, ледь помітні зміни кольору), або усунення надлишкової інформації за допомогою виключення дубльованих відеоданих в одному кадрі або між кадрами, в межах великих областей одного кольору або нерухомих об'єктів.
Взаємозв'язок між слабкою освітленістю, стисненням і швидкістю потоку даних
Вночі, як правило, менша активність і менше руху в полі зору камери, таким чином, повинна бути можливість зберігати відео, зняте в нічний час, з низькою швидкістю потоку даних. Однак шум зображення, викликаний високим рівнем посилення сигналу, може мати негативний вплив на алгоритми стиснення, що використовуються в відеокодерах. Якщо бути точним, алгоритми стиснення сприймають шум посиленого з допомогою АРУ відеосигналу як рух, і отже як корисну інформацію, обсяг якої не можна зменшувати на основі критеріїв марності або надмірності. З цієї причини відеозапис, зроблений в нічний час, має менший рівень стиснення і більший розмір файлу, ніж повинно бути. Тепер стає очевидним, що існує прямий зв'язок між слабкою освітленістю, стисненням і швидкістю потоку даних.
Вплив швидкості потоку даних на витрати, пов'язані з експлуатацією системи безпеки
Швидкість потоку даних - це обсяг даних, який передається за секунду камерою або кодером. Також це обсяг даних, який повинен бути збережений на носії за секунду. Чим вище швидкість потоку кожного каналу (камери або кодера), тим більший загальний обсяг накопичувача потрібно для зберігання даних в системі. Збільшення простору для зберігання даних є дорогим заходом і однією з основних статей витрат, пов'язаних з експлуатацією сучасної цифрової системи безпеки.
Переваги спільного використання інфрачервоного освітлення і кодування (IP і гібридні системи)
Замість того щоб постійно збільшувати обсяг сховища даних системи безпеки, найкраще усунути причину проблеми - високу швидкість потоку даних в нічний час. Спочатку здається, що для швидкого вирішення проблеми можна просто відключити функцію АРУ. Це знизить швидкість потоку, однак, ціною втрати всіх важливих деталей зображення. Відключення функції АРУ камер призведе до зниження якості зображення, якщо не до повної його марності. Кращим рішенням є установка енергоефективного інфрачервоного освітлення. При використанні інфрачервоного освітлення високий рівень посилення сигналу не потрібен, і як наслідок, алгоритми стиснення кодерів, відеореєстраторів та іншого обладнання для запису працюють з максимальною ефективністю.
Застосування інфрачервоного освітлення дозволяє камерам в нічний час забезпечувати високу роздільну здатність і переконливе якість зображення практично з нульовим рівнем шуму. І, як ми тепер знаємо, чим менший рівень шуму, тим ефективніше стиснення, тим менша швидкість потоку даних і тим менший обсяг сховища даних потрібно для роботи системи.
Підсвічування для камер відеоспостереження і якість зображення
У загальних рисах, інфрачервоне світло схоже на звичайне світло. Однак це світло невидиме для людського ока, і використовується в монохромних і дворежимних камерах відеоспостереження, для отримання зображення сцен в нічний час, які для людського ока здалися б абсолютно чорними. Пам'ятайте наше золоте правило: «Без світла не може бути зображення».
Інфрачервоне освітлення запобігає появі шуму на нічному зображенні і весь ланцюг наступних явищ, в результаті яких зростає швидкість потоку даних, виникає необхідність в надмірному обсязі сховища даних і непотрібних витратах. Крім того, деякі інфрачервоні освітлювачі оснащені інноваційною технологією 3D розсіювання (Black Diamond), яка направляє світло на передній і задній план поля зору камери, забезпечуючи рівномірно освітлене нічне зображення, без засвічених областей, які можуть виникати при використанні деяких інших інфрачервоних освітлювачів. Пам'ятайте, чим вища якість зображення, тим менший обсяг сховища даних потрібно і тим менша загальна вартість системи.
Застосування інфрачервоного освітлення для зменшення необхідного обсягу сховища даних в цифрових системах відеоспостереження
Хоча використання інфрачервоного освітлення для підвищення якості та придатності зображення широко відомо в індустрії безпеки, використання його в якості інструменту для управління пропускною спроможністю може стати сюрпризом. З огляду на те, що сховище даних є однією зі статей, які потребують найбільших витрат при експлуатації системи безпеки, цей сюрприз є приємним і повинен мотивувати використання інфрачервоного освітлення в якості ефективного засобу скорочення необхідного обсягу сховища даних в цифрових системах відеоспостереження.
