Проект модернизации системы видеонаблюдения

3.1.2 Выбор уличных IP- камер.

Одной из главных проблем  действующей системы видеонаблюдения  является недостаточное качество изображения и отсутствие ик- подсветки на камерах уличного видеонаблюдения. Для решения этой проблемы так же заменяем старые камеры на IP- камеры APIX Bullet / M2.

Уличная видеокамера корпусного типа Apix - Bullet / M2 Lite, оснащена инфракрасным механическим фильтром с подсветкой, дальность которой составляет 30 метров. Максимальное разрешение 1920х1080 пикселей при минимальной чувствительности 0.2 Люкс (цветное изображение), 0.02 Люкс (черно-белое изображение), 0 Люкс (при работающей инфракрасной подсветке).

Устройство демонстрирует  четкое, яркое изображение, сжатие которого осуществляется в самом лучшем на сегодняшний день формате Н.264. Видеокамера  имеет множество дополнительных опций, среди которых  можно выделить функцию двойного потока, технологию HD xFrame и детектор движения. Устройство оснащено тревожным входом и выходом, а также аудио входом и выходом. Для связи с внешними носителями предусмотрено Micro CD.

Видеокамера Apix - Bullet / M2 Lite прекрасно работает как в условиях улицы, так и внутри помещений. Температура эксплуатации варьируется от – 40 С до + 50 С. Преимуществом системы видеонаблюдения является встроенный вентилятор, удобный для использования при жарких погодных условиях и нагреватель, применяемый при минусовых температурах. Вес видеокамеры составляет 940 грамм с размерами 184х193 мм.

Таблица 5 Технические  характеристики уличной видеокамеры  APIX Bullet / M2

Хактеристика	Значение
Матрица	1/2.5” Progressive Scan CCD
Чувствительность	0.2 лк (цвет) / 0.02 лк (ч/б) / 0 лк (ИК-подсветка                                                                         вкл.)
Скорость затвора	1 - 1/10000 сек.
Объектив	варифокальный 3.3 - 12 мм / фикс. 4.0 мм
ИК-подсветка	24 СИД, дальность до 30 м
Метод компрессии	H.264 / MJPEG
Разрешение	1980х1080(Full HD) 1280х720(HD)
Скорость передачи	25 кадров/сек. (1980х1080) 25 кадров/сек. (1280х720)
Двойной поток	H.264 + H.264 / H.264+MJPEG
Режим день/ночь	вкл. / выкл. / авто (механический ИК-фильтр)
Динамический диапазон (WDR)	-
Компенсация засветки	авто
Система шумоподавления	вкл. / выкл.
Детектор движения	вкл. / выкл.
Маскирование приватных зон	вкл./ выкл. (цвет, прозрачность)
Баланс белого	авто / ручная настройка
Аудио	Line Out / Line In / Mic In
Тревожные входы/выходы	1/1
Аналоговый видеовыход	BNC
Сетевой интерфейс	10/100 Mbit Ethernet
Протоколы	TCP/IP, UDP, RTP, RTSP, HTTP, ICMP, FTP,                                                          SMTP, DHCP, IGMP

Продолжение таблицы 5

Характеристика	Значение
Браузер	Internet Explorer 6.0 и выше
Корпус	уличный IP-66
Рабочая температура	от -40°С до +50°С
Питание	12 В пост./ 24 В перем. / РоЕ (до -10°С)
Вес 940 г	940 г

 

3.2 Выбор видеосервера.

Традиционно системы видеонаблюдения  строятся на аналоговых технологиях. Сетевые  видеосерверы оцифровывают источник аналогового  видеосигнала и передают цифровое видеоизображение по IP-сетям, тем самым превращая  обычные аналоговые видеокамеры  в сетевые. Сетевой видеосервер  можно подключить к модему для  передачи информации по телефонным линиям или линиям ISDN.

Основное преимущество сетевых  видеосерверов перед менее гибкой аналоговой системой видеонаблюдения  заключается в том, что они  позволяют получить удаленный доступ к видеокамерам в режиме реального  времени, используя IP-сети. Сетевой  видеосервер, подключенный к компьютерной сети, предлагает широкий спектр возможностей наблюдения, передавая видеоизображение куда угодно в пределах этой сети. Независимо от местоположения объекта видеонаблюдения, будь это общественное место или  производственные помещения, доступ к  «живому» видео может быть получен  с любой рабочей станции в  пределах компьютерной сети или через  Интернет лицами, имеющими на то разрешение. По сравнению с традиционными  аналоговыми системами сетевые  видеосерверы обладают множеством преимуществ  цифровой сетевой системы:

-удаленный доступ к видеокамерам с использованием IP-сетей устраняет потребность в аналоговых мониторах в центральном офисе;

-простота интеграции с другими системами и приложениями;

-меньшая полная стоимость системы за счет использования существующей сетевой инфраструктуры и оборудования;

-система ориентирована на будущее, в дальнейшем не потребуется полной переделки системы;

-возможности легкого и быстрого поиска кадров, хранящихся в цифровом виде.

Все, что требуется для  оцифровки источников аналогового  видеосигнала и последующей передачи информации по компьютерным сетям, находится  в одном устройстве — сетевом  видеосервере. Он может передавать до 25 к/с в стандарте PAL по обычным  компьютерным сетям Ethernet. Сетевой видеосервер  включает в себя один или более  аналоговых видеовходов, цифровой преобразователь  изображения, микросхему, отвечающую за компрессию изображения (в видеосерверах  используются различные алгоритмы  сжатия), веб-сервер, сетевые и последовательные интерфейсы.

Для подключения к сети Интернет в настоящее время применяется  несколько способов, например, с  использованием стандартного модема или  сети Ethernet. В дополнение к этому  используются модемы мобильных телефонов  и беспроводная связь. Передача видеоизображения с использованием набора протоколов TCP/IP не зависит от того, какая среда  передачи выбрана. Хотя время передачи видеоизображения зависит от размера  видеопотока и пропускной способности  сети, которая доступна для передачи.

Цифровое видео может  храниться на жестком диске, что  позволяет осуществлять быстрый  и эффективный поиск нужных кадров. Чтобы избежать переполнения жесткого диска, можно запрограммировать  компьютер таким образом, что  старые изображения будут автоматически  удаляться, освобождая место для  новых. В настоящее время имеется  в наличии большой выбор программ, позволяющих эффективно управлять  и хранить информацию, полученную с сетевых видеосерверов.

Сетевые видеосерверы позволяют  пользователю перейти от существующих аналоговых систем видеонаблюдения  к цифровым. Один сетевой видеосервер  может подключать к компьютерной сети до 8 аналоговых камер — выгодное решение для передачи качественного  видеоизображения по сети. По сути дела сетевые видеосерверы оказываются  мостом, соединяющим аналоговые и  цифровые технологии, и позволяют  воспользоваться уже имеющимися аналоговыми камерами и избежать проблем с коаксиальными кабелями.

Сетевые видеосерверы применяются  в профессиональных охранных системах, позволяя персоналу, имеющему на то разрешение, получить удаленный доступ к «живому» видео. Эти устройства легко интегрируются  в большие и сложные системы, но также могут использоваться как  отдельные устройства в системах начального уровня. Сетевые видеосерверы легко подключаются к уже существующим IP-сетям, позволяя получать качественное видеоизображение на любом компьютере в пределах сети.

Для выбора видеосервера нам  нужно определить размер архива.

Для того, что бы определить размер архива или  суммарный объем  жестких дисков требуемый для  хранения архива системы видеонаблюдения  первым делом необходимо определится  с кодеком сжатия. Именно от него будет зависть размер архива.

Разные кодеки  имеют  разную степень сжатия информации исходного  файла. Основные кодеки применяемые  в системах видеонаблюдения: H.264, MJPEG, MPEG4, Motion Wavelet, JPEG2000, MxPEG.

Для того, чтобы определить степень сжатия кодеков нужно определить размер  несжатого кадра изображения.

Определение размера несжатого  кадра.

Размер несжатого кадра  это произведение ширины и высоты изображения в пикселях умноженное на глубину цвета. Размер кадра не зависит от того, что изображено в кадре, т.е. размер файла без  сжатия будет одинаков для любого изображения.

Глубина цвета задаётся количеством  битов, используемым для кодирования  цвета точки:

-для кодирования черно-белого изображения используется 1 бит

2^1 = 2 цвета

-для 16 цветов используется 4 бита

2^4 = 16 цветов

-для 256 цветов используется 8 бит

2^8 = 256 цветов

 -для 16 миллионов цветов используется 24 бита

2^8 = 256

256 различных вариантов представления цвета для каждого канала

256×256×256=16 777 216 цветов

Современные IP  видеокамеры  отображают изображение с глубиной 24 бита.

Таким образом формула для определения размера неcжатого кадра будет выглядеть так:

 

  Где:

d- размер несжатого кадра;

1. ширина изображения в пикселях;
2. высота изображения в пикселях;
3. глубина цвета изображения.

Разрешение нашего изображения: 1280х720(HD)

Глубина цвета: 24 бита

Таким образом, получаем следующий размер несжатого изображения:

 

1 байт = 8 бит,  тогда получаем:

 

1 килобайт = 1024 байта, следовательно

 

В итоге получаем, что наше изображение в разрешении 1280х720 пикселей в несжатом виде весит .

Определение размера сжатого кадра.

Размер будет  зависеть от типа используемого кодека. Кодеки можно поделить на два типа:

1. Покадровые — выполняющие сжатие  каждого кадра

-MJPEG;

- JPEG2000.

2. Межкадровые  — выполняющие сжатие последовательности изображений

-H.264;

- MPEG4.

Преимущества  покадровых перед межкадровыми кодеками заключается в том, что дают четкие кадры без артефактов и предсказательной логики. Любой момент можно четко  рассмотреть. Нет  зависимости от ключевых кадров.

Преимущества  межкадровых – меньший размер кадра, соответственно уменьшение необходимой  пропускной способности канала.

MJPEG и JPEG2000

Недостатками MJPEG являются более низкий коэффициент  сжатия по сравнению с кодеками выполняющими сжатие последовательности изображений  (H.264, MPEG4) и блочная структура данных (дробление изображения на квадраты 8х8 пикселей ).

Преимуществом, относительно (H.264, MPEG4) является, то, что  даёт качественные стоп-кадры, позволяющие  с большей вероятностью, например выяснить номер проехавшего автомобиля.

Преимущества JPEG2000 перед MJPEG:

1.Изображения, при высоких степенях сжатия не содержат артефактов в виде

“решётки” из блоков размером 8х8 пикселей.

2.Обеспечивает как сжатие с потерями, так и сжатие без потерь в кодек. Сжатие без потерь обеспечивается путем использования обратимого (целочисленного) вейвлет-преобразования;

3.Обеспечивает эффективную  организацию кодового потока, которая  позволяет просматривать файл  с меньшей разрешающей способностью  или с меньшим качеством. Сравнение размеров кадра в MJPEG и JPEG2000 приведены в таблице 6.

Таблица 6 Размер кадра в MJPEG и JPEG2000

Кодек	Разрешение	Исходный размер, кбайт	Размер после сжатия, кбайт	Степень сжатия
MJPEG	1280х720	2700	175	15,4
JPEG2000	1280х720	2700	153,6	17,6

H.264 и MPEG4

За счет  мощных математических вычислений, требует больших объемов  вычислений, чем другие кодеки. Как  следствие устройства, обрабатывающие потоки H.264 должны обладать высокой  производительностью.

Второй нюанс, аналогичен MxPEG – сложное прогнозирование  потока H.264. Благодаря таким особенностям кодирования, как сохранение в последующем  кадре только изменений предыдущего, объем передаваемых данных зависит  от снимаемого изображения и может  меняться. Сравнение размеров кадра в H.264 и MPEG4 приведены в табалице 7.

Таблица 7 Размер кадра в H.264 и MPEG4.

Кодек	Разрешение	Исходный размер, кбайт	Размер после сжатия, кбайт	Степень сжатия
MPEG4	1280х720	2700	98,11	27,5
H.264	1280х720	2700	32,43	83.2

Размеры кадров взяты из on-line калькулятора на сайте markevich.by.

Расчет архива.

Расчет сводится к определению  размеров кадра изображения,  темпа записи на каждую камеру (количество кадров в секунду), необходимое количество часов записи в сутки, количество видеокамер устанавливаемых на объекте и необходимое количество суток записи.

Ориентировочный размер кадра  в лучшем качестве для приведенных  кодеков для любого разрешения определяем путем определения размера несжатого  кадра в необходимом разрешении, после чего делим полученное изображение  на степень сжатия для данного  кодека.

Зная приведенные выше параметры можем рассчитать необходимую  емкость жестких дисков.

Определяем требуемое  место на жестком диске для  записи одной видеокамеры в течении 1 часа. Для этого перемножаем объем 1 сжатого кадра изображения на количество кадров в час.

 

Где:

- размер сжатого кадра;

       - Темп записи кадров в час;

        - требуемое место на жестком диске.

Размер одного сжатого  кадра для разрешения 1280х720 приведен в таблице 7.

Темп записи выбранных  камер 25 к/с.

В минуте 60 секунд, следовательно

.

В часе 60 минут, следовательно

.

 

Требуемое место на жестком диске для записи одной видеокамеры в течении 1 часа равно .