Существует простое правило, которое определяет эффективность любой системы видеонаблюдения: «Без света не может быть изображения». В этой статье рассматриваем такие вопросы, как влияние инфракрасного (ИК) освещения на пропускную способность, а также, как применение данного освещения может способствовать снижению расходов на хранение данных в современной системе видеонаблюдения.
Управление пропускной способностью в условиях слабой освещенности.
Как аналоговые, так и цифровые камеры (в которых применяются такие алгоритмы, как H.264, для кодирования аналогового видео и его последующего использования в IP системах), практически все камеры видеонаблюдения могут получать хорошее, пригодное для использования изображение в условиях яркого дневного освещения. Однако эффективность работы в ночное время определяет общую эффективность всей системы безопасности. И, поскольку большинство преступлений происходит в уязвимые часы темноты, современные системы безопасности должны быть оборудованы для круглосуточного видеонаблюдения.
В характеристиках большинства современных камер видеонаблюдения указаны крайне низкие уровни рабочей освещенности, часто в диапазоне от 0,1 лк, что, казалось бы, предполагает эффективную работу в условиях очень слабой освещенности. Общепризнано, однако, что без специального освещения большинство камер, как видимого, так и инфракрасного диапазонов, будут получать «шумное» изображение низкого качества в темных ночных условиях.
Повышение качества изображения и его пригодности является одним из очевидных преимуществ использования подсветки для камер видеонаблюдения. Тем не менее, еще одно ключевое преимущество для пользователей систем видеонаблюдения обнаруживается только сейчас. Когда уровень освещенности понижается, происходит значительное увеличение скорости кодированного видеопотока от каждой камеры в сети. Если проблема увеличения скорости потока данных не будет решена, это приведет к значительному повышению общих расходов на хранение данных в системе.
Понимание технологии автоматической регулировки усиления (АРУ) в камерах видеонаблюдения с режимом ночного видения.
Чтобы понять, почему видеокамеры в условиях слабой освещенности имеют настолько высокие требования к пропускной способности и передают видеоданные с более высокой скоростью потока, мы должны рассмотреть технологию автоматической регулировки усиления (АРУ).
АРУ – это технология, которая повышает уровень видеосигнала в условиях слабой освещенности. Эта технология основана на простом усилении видеосигнала изображения, однако при этом также повышается и уровень шума.
Возьмите типичную систему безопасности: камеры видеонаблюдения обеспечивают хорошее, качественное изображение в дневное время, однако с приближением темноты включается функция АРУ. Чем темнее становится, тем больше АРУ увеличивает амплитуду сигнала и, как следствие, изображение становится зернистым и «шумным». В итоге изображение полностью заполняется «снегом» и становится практически бесполезным.
Так почему же «шумное» изображение, получаемое в ночное время, влияет на скорость потока данных?
Результат работы алгоритмов сжатия видеоданных.
Чтобы понять, почему возрастает скорость потока данных, необходимо иметь общее представление о принципах работы алгоритмов сжатия видеоданных. Основной принцип сжатия заключается в том, чтобы убрать всю несущественную информацию и уменьшить размер файла. Любое сжатие предполагает компромисс между качеством изображения и размером файла. Высокий уровень сжатия обеспечивает меньший размер файлов и низкое качество изображения; низкий уровень сжатия позволяет получить высококачественное изображение, но при этом соответственно возрастает размер файлов.
В большинстве случаев кадровая частота и разрешение камер задаются в соответствии с нуждами системы. Значения этих параметров обычно устанавливаются с запасом. Несмотря на кажущуюся очевидной выгоду от уменьшения кадровой частоты и разрешения (таким образом можно получить низкую скорость потока данных), в этом же заключается и главный недостаток подобного подхода. Жертвуя кадровой частотой и разрешением, в результате, вы получаете «прерывистый» видеоматериал низкого качества, в котором могут быть пропущены критически важные моменты записанного события.
Проблемы слабой освещенности могут быть в значительной степени решены или полностью устранены с помощью правильно подобранной технологии.
На сегодняшний день наиболее популярными алгоритмами сжатия являются JPEG, MPEG и M-JPEG. Самым современным является новый алгоритм H.264, использующий приблизительно на 30% меньше пропускной способности, чем технология сжатия MPEG-4, которая в свою очередь на 80% более эффективна, чем технология M-JPEG. Однако все эти технологии имеют общие принципы уменьшения объема данных. Эти принципы предполагают устранение бесполезной информации с помощью исключения блоков видеоданных, незаметных для человеческого глаза (например, едва различимые изменения цвета), или устранение избыточной информации с помощью исключения дублирующихся видеоданных в одном кадре или между кадрами, в пределах больших областей одного цвета или неподвижных объектов.
Взаимосвязь между слабой освещенностью, сжатием и скоростью потока данных.
Ночью, как правило, меньше активность и меньше движения в поле зрения камеры, таким образом, должна быть возможность сохранять видео, снятое в ночное время, с низкой скоростью потока данных. Однако шум изображения, вызванный высоким уровнем усиления сигнала, может отрицательно влиять на алгоритмы сжатия, используемые в видеокодерах. Если быть точным, алгоритмы сжатия воспринимают шум усиленного с помощью АРУ видеосигнала, как движение, и, следовательно, как полезную информацию, объем которой нельзя уменьшать на основе критериев бесполезности или избыточности. По этой причине видеозапись, сделанная в ночное время, имеет меньший уровень сжатия и больший размер файла, чем должно быть. Теперь становится очевидным, что существует прямая связь между слабой освещенностью, сжатием и скоростью потока данных.
Влияние скорости потока данных на расходы, связанные с эксплуатацией системы безопасности.
Скорость потока данных – это объем данных, передаваемый за секунду камерой или кодером. Также это объем данных, который должен быть сохранен на носителе за секунду. Чем выше скорость потока каждого канала (камеры или кодера), тем больший общий объем запоминающего устройства требуется для хранения данных в системе. Увеличение пространства для хранения данных является дорогостоящим мероприятием и одной из основных статей расходов, связанных с эксплуатацией современной цифровой системы безопасности.
Преимущества совместного использования инфракрасного освещения и кодирования (IP и гибридные системы).
Вместо того чтобы постоянно увеличивать объем хранилища данных системы безопасности, лучше всего устранить причину проблемы – высокую скорость потока данных в ночное время. Поначалу кажется, что для быстрого решения проблемы можно просто отключить функцию АРУ. Это снизит скорость потока, однако, ценой потери всех важных деталей изображения. Отключение функции АРУ камер приведет к снижению качества изображения, если не к полной его бесполезности. Лучшим решением является установка энергоэффективного инфракрасного освещения. При использовании инфракрасного освещения высокий уровень усиления сигнала не требуется, и, как следствие, алгоритмы сжатия кодеров, видеорегистраторов и другого записывающего оборудования работают с максимальной эффективностью.
Применение инфракрасного освещения позволяет камерам в ночное время обеспечивать высокое разрешение и убедительное качество изображения практически с нулевым уровнем шума. И, как мы теперь знаем, чем меньше уровень шума, тем эффективнее сжатие, тем меньше скорость потока данных и тем меньший объем хранилища данных требуется для работы системы.
Подсветка для камер видеонаблюдения и качество изображения.
В общих чертах, инфракрасный свет похож на обычный свет. Однако этот свет, невидим для человеческого глаза, и используется в монохромных и двухрежимных камерах видеонаблюдения, для получения изображения сцен в ночное время, которые для человеческого глаза показались бы абсолютно черными. Помните наше золотое правило: «Без света не может быть изображения».
Инфракрасное освещение предотвращает появление шума на ночном изображении и всю цепь последующих явлений, в результате которых возрастает скорость потока данных, возникает необходимость в чрезмерном объеме хранилища данных и ненужные расходы. Кроме того, некоторые инфракрасные осветители оснащены инновационной технологией 3D рассеивания (Black Diamond), которая направляет свет на передний и задний план поля зрения камеры, обеспечивая равномерно освещенное ночное изображение, без засвеченных областей, которые могут возникать при использовании некоторых других инфракрасных осветителей. Помните, чем выше качество изображения, тем меньший объем хранилища данных требуется и тем меньше общая стоимость системы.
Применение инфракрасного освещения для уменьшения необходимого объема хранилища данных в цифровых системах видеонаблюдения.
Хотя использование инфракрасного освещения для повышения качества и пригодности изображения широко известно в индустрии безопасности, использование его в качестве инструмента для управления пропускной способностью может стать сюрпризом. Учитывая то, что хранилище данных является одной из статей, требующих наибольших расходов при эксплуатации системы безопасности, этот сюрприз является приятным и должен мотивировать использование инфракрасного освещения в качестве эффективного средства сокращения необходимого объема хранилища данных в цифровых системах видеонаблюдения.
