Средства передачи видеосигнала в системах видеонаблюдения

Министерство образования и  науки, молодежи и спорта Украины

 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ХАРЬКОВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ»

 

ФАКУЛЬТЕТ «КОМПЬЮТЕРНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

Кафедра «Мультимедийные информационные технологии и системы»

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

(пояснительная записка)

по дисциплине «Цифровая обработка  видеосигналов»

 

Тема: СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ ВИДЕОСИГНАЛА В СИСТЕМАХ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

 

Выполнила:

студентка группы КИТ-79

Митрохина В.З.

 

 

Руководитель:

Шостак Б.А.

 

 

Харьков-2012

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………………………………..		4
1.	Анализ задания………………………………………………………………………….	5
2.	Анализ функционирования…………………………………………………………….	8
3.	Режим эксплуатации……………………………………………………………………	18
Выводы……………………………………………………………………………………….		30
Список использованной литературы………………………………………………………		31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Системы цифрового видеонаблюдения  являются неотъемлемой частью нашей жизни. Они окружают нас повсюду: на улице, в магазине, в офисе, на предприятиях и даже дома. На рынке существует огромный выбор данного оборудования: от миниатюрных камер, используемых для скрытого видеонаблюдения, до скоростных роботизированных камер.

Несомненно, камеры видеонаблюдения  для технических целей используются как для охраны объектов, предотвращения попадания на объект посторонних лиц, а также контроля за техническим процессом. Они предназначены для получения телевизионных изображений (со звуковым сопровождением или без него), служебной информации и извещений о тревоге с охраняемого объекта. Системы видеонаблюдения позволяют обеспечивать не только непрерывный оперативный контроль ситуации на объекте, но и автоматически обнаруживать вторжение в контролируемое пространство, осуществлять видеозапись тревожных событий или непрерывную запись всей видеоинформации. Современная система видеонаблюдения позволяет сфокусировать на одном мониторе картинки событий, происходящих в различных концах здания. Теперь, наблюдая за монитором, можно владеть ситуацией происходящей на территории всего объекта охраны.

Деятельность телевизионных систем состоит в том, что они позволяют получить визуальную картину состояния охраняемого объекта, обладающую такой высокой информативностью, какую не могут дать никакие другие технические средства охраны. При этом человек выводится из зоны наблюдения в безопасную зону, что создает ему условия для анализа получаемой информации и принятия обдуманного решения.

Системы видеонаблюдения широко используются в системах безопасности объектов как  в качестве самостоятельных систем, так и в составе единой интегрированной системы безопасности.

Главное преимущество применения системы  видеонаблюдения — получение, обработка  и регистрация текущей видеоинформации  всего охраняемого объекта, в  реальном масштабе времени, по заданному алгоритму событий.

Также, камеры видеонаблюдения с успехом используются для контроля эксплуатации автотранспорта. Использование камер видеонаблюдения является залогом успеха и безопасности для каждого.

1 АНАЛИЗ ЗАДАНИЯ

1.1 Ключевые особенности

IP камера - это то, что необходимо для эффективной безопасности. Ночное видение, тревога по электронной почте, обнаружение движения, квадрафоническое рассмотрение экрана, наклон и маневрирование функций с щелчком мыши.

Есть возможность настроить  на 4 IP камеры и дать каждой статический IP, затем контролировать онлайн из любой точки мира, введя IP адрес и логин, чтобы начать контроль. Благодаря способности ночного видения можно контролировать и рассмотреть дома или офиса любое время. Wi-Fi особенность идет с зашифрованными вариантами безопасности WEP, это помогает в удостоверении, что IP система камеры безопасности защищена от хакеров.

IP-камера - это стационарно установленная  камера, имеющая встроенный IP-сервер, сетевой интерфейс и подключающаяся  непосредственно к  LAN/ WAN/ Internet. Многие сетевые камеры имеют такие дополнительные средства как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и пр. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного IP браузера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному IP-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

1.2 Как устроена IP-камера

Она состоит, прежде всего, из сенсора. Очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры. Хотя они имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных.

Далее: в состав сетевой камеры входит микропроцессор для компрессии видео и детектирования движения (или просто микросхема компрессора). Наиболее популярен JPEG, как самый  простой и дешевый; достаточно часто  используется также MPEG4, наиболее редким и дорогим является MPEG2. С завершением действия патента на арифметическое кодирование приобретает популярность WaveLet. И наконец, в состав сетевой камеры входит сетевой контроллер 10/100 Мбит/с.

 

 

1.3Устройство и принцип работы  IP-камеры:

Современная IP-камера (Рисунок 1.1) представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав IP-камеры входят следующие компоненты:

- ПЗС-матрица

- объектив

- оптический фильтр 

- плата видеозахвата 

- блок компрессии (сжатия) видеоизображения 

- центральный процессор и встроенный IP-сервер 

- ОЗУ 

- флэш-память 

- сетевой интерфейс 

- последовательные порты 

- тревожные входы/выходы

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1- Устройство и принцип работы IP-камеры

 

В качестве фотоприемника в большинстве IP-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная  полупроводниковая пластинка с  отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах IP-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность. Типичная IP-камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения, и IP сервер для подключения к сети. Каждая сетевая видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, вычислительные функции, и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать как IP сервер, FTP сервер, FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций, таких как детектор движения, вход/выход тревоги и поддержка e-mail.

В данном курсовом проекте будет рассмотрена IP-камера со следуйщими входными данными:

- Рабочее напряжение:5В;

- Потребляемая мощность:1500мА;

- Размер продукта:100(Д)*99(Ш)*118(В)мм.

 

 

 

 

 

2 АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ

2.1 Назначение и типы камер наблюдения

По способу передачи видеосигнала камеры наблюдения делятся на две группы: аналоговые и сетевые. Аналоговые камеры передают видеосигнал по коаксиальному кабелю и подключаются к системе наблюдения через BNC-разъем. Некоторые из них оснащены встроенным передатчиком видео по витой паре или оптоволокну – это позволяет передавать видеосигнал на большие расстояния без промежуточных усилителей.

IP-камеры не только формируют  видеосигнал, но также оцифровывают  его, сжимают (в MPEG-4, M-JPEG и т.д.) и передают по LAN/WAN через сетевой  порт Ethernet. Поскольку IP-камеры наблюдения, как правило, имеют встроенный веб-сервер, изображение с них можно просматривать в окне стандартного веб-браузера (Internet Explorer). Качество видеоизображения, которое давали первые цифровые камеры, оставляло желать лучшего, а ассортимент включал только стационарные цветные телекамеры, поэтому многие инсталляторы предпочитали использовать аналоговые камеры, подключаемые через видеосерверы. В настоящее время для любой аналоговой камеры можно найти полноценную замену из группы IP-камер.  

2.2 Технологии и средства передачи  видеосигнала в системах видеонаблюдения

В большинстве систем видеонаблюдения  возникает необходимость передачи видеоинформации от телекамер к  оборудованию установленному на постах охраны – мониторам, мультиплексорам, коммутаторам, квадраторам, видеомагнитофонам и другим устройствам системы видеонаблюдения. При этом расстояние, на которое осуществляется  передача видеосигнала, может составлять от десятков метров до десятков километров.

Поскольку передача видеосигнала по коаксиальному кабелю без его усиления может осуществляться на расстояние не более 300 м, системы передачи видеосигнала включают в себя передающие устройства, соединенные с телекамерами, приемные устройства, принимающие видеосигнал и передающие его на аппаратуру поста охраны, а при необходимости усилители видеосигнала и линии связи. Кроме этого, в системе видеонаблюдения может осуществляться как передача видеосигнала, так и аудиосигнала и данных управления функциями оптики и поворотного устройства телекамеры – фокусом, диафрагмой, поворотом, наклоном, масштабированием и др.

В настоящее время в системах видеонаблюдения используются несколько  основных способов передачи видеосигнала: передача видеосигнала по коаксиальному  кабелю, передача видеосигнала по кабелю “витая пара” и передача видеосигнала по волоконно оптическому кабелю.

Передача видеосигнала на расстояние до 300 м. На сегодняшний день в системах видеонаблюдения наибольшее распространение  получила передача видеосигнала по коаксиальному кабелю. Это надежный и недорогой способ передачи, однако, он имеет свои недостатки. При передаче видеосигнала на расстояние свыше 300 м качество видеосигнала ухудшается – происходит потеря уровня сигнала, могут возникать частотные искажения, которые приводят к снижению четкости изображения. Чтобы избежать этого, необходимо через каждые 250-300 м устанавливать усилители видеосигнала. В свою очередь усилители видеосигнала требуют подводки электропитания к месту установки и снижают соотношение сигнал/шум, что также сказывается на качестве видеосигнала. (Для повышения отношения сигнал/шум усилители видеосигнала желательно располагать как можно ближе к телекамере.)

По этой причине специалисты  рекомендуют использовать коаксиальный кабель на коротких линиях – до 300 м и при отсутствии электромагнитных помех. Тогда передача видеосигнала осуществляется практически с исходным качеством.

Передача видеосигнала на расстояние до 1,5 км. За последние годы в системах видеонаблюдения стали чаще использоваться технологии и устройства передачи видеосигнала по кабелю типа “витая пара”. При использовании витой пары возможна передача видеосигнала на расстояние до 1,5 км без существенного искажения видеосигнала. При этом не требуется устанавливать усилители видеосигнала. Кроме того, оборудование, использующее витую пару, симметризует видеосигнал, обеспечивая устойчивость к помехам, создаваемым внешними источниками. Специальный передатчик обеспечивает преобразование и передачу несимметричного сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю от телекамеры, к симметричному, передающемуся по витой паре. А приемник, соответственно, преобразует симметричный сигнал к несимметричному, для передачи к оборудованию поста видеонаблюдения.

Использование витой пары позволяет  производить передачу различных сигналов - видеосигнала, аудио, управления, телефонии и пр. При этом количество передаваемых по одному кабелю сигналов ограничивается только числом витых пар в кабеле. Возможность использования уже имеющихся линий связи снижает стоимость системы видеонаблюдения. В целом, прокладка кабеля “витая пара” обходится существенно дешевле, чем монтажные работы по прокладке коаксиальных или волоконно оптических линий. Кроме того, в случае обрыва линии, ее  можно легко восстановить  - достаточно соединить проводники пар обычной скруткой.

Передача видеосигнала на десятки  километров. Всех перечисленных выше недостатков лишены оптоволоконные системы передачи видеосигнала. Волоконно  оптические линии таких систем устойчивы  к электромагнитным и радиочастотным помехам, обеспечивают передачу видеосигнала на расстояние до десятков километров без использования усилителей видеосигнала и, особенно,     эффективны для систем видеонаблюдения территориально-распределенных объектов. При этом передача видеосигнала осуществляется с высоким разрешением и без потери качества. Кроме того, волоконно оптические системы отличаются высокой пропускной способностью и исключают возможность несанкционированного доступа к передаваемым видеосигналам и другой информации. Подробнее см. раздел оптоволоконные системы.

Обычно волоконно оптические системы  передачи видеосигнала включают передатчики  видеосигнала, осуществляющие преобразование электрических сигналов в оптические, приемники видеосигнала, производящие обратное преобразование и саму волоконно оптическую линию передачи видеосигнала.

Несмотря на то, что волоконно  оптические системы достаточно дороги, при увеличении дальности передачи видеосигнала стоимость волоконно  оптической системы становится меньше стоимости системы с использованием коаксиального кабеля, укомплектованной усилителями видеосигнала, корректорами частотных искажений и другим оборудованием. К примеру, передача видеосигнала от нескольких телекамер может осуществляться по нескольким коаксиальным кабелям с несколькими усилителями видеосигнала или по одному волоконно оптическому кабелю.

2.3 Коаксиальный кабель 

Коаксиальный кабель (Рисунок 2.3.1 ) — электрический кабель, состоящий из расположенных соосно центрального проводника и экрана. Обычно служит для передачи высокочастотных сигналов.

Рисунок 2.3.1 -Коаксиальный кабель

 

Коаксиальный кабель состоит из:

4— оболочки (служит для изоляции  и защиты от внешних воздействий) из светостабилизированного (то есть устойчивого к ультрафиолетовому излучению солнца) полиэтилена, поливинилхлорида, повива фторопластовой ленты или иного изоляционного материала;