Ю.М.Гедзберг [08/04/2003]

Версия для печати

10.1. Способы представления визуальной информации оператору

Простейшая видеосистема состоит из одной видеокамеры и одного видеомонитора. При наличии в видеосистеме нескольких видеокамер возникает вопрос о варианте обработки потока визуальной информации и представления его оператору. От того, насколько оптимальным для конкретной задачи является данное решение, зависит скорость и эффективность работы оператора, а значит, и всей видеосистемы.

Идеальным является случай, когда сигналы от неограниченного числа видеокамер поступают к оператору без потери информации в том виде, как они снимаются с видеокамер. Однако в случае неоцифрованных выходных сигналов с видеокамер это невозможно, поэтому простейшим решением является параллельный способ представления визуальной информации. В этом случае используется несколько видеомониторов, к каждому из которых подключена "своя" видеокамера - при этом образуются независимые параллельные каналы. По сути, это не что иное, как несколько параллельно работающих простейших видеосистем.

Несмотря на кажущуюся примитивность решения, оно, тем не менее, имеет ряд достоинств:

• простота,
• стоимость ниже, чем с использованием разделителя экрана или видеомультиплексора,
• информация не теряется (нет оцифровки и переключения видеокамер),
• высокая живучесть системы - при выходе из строя одного из каналов видеосистема в целом не теряет работоспособности, упрощается диагностика ее неисправности (методом замены).

Недостатки следующие:

• количество видеомониторов (а значит, и каналов) не должно существенно превышать 6…8 (для одного оператора),
• невозможно осуществлять видеозапись по всем каналам одновременно с помощью одного видеомагнитофона,
• при наличии тревоги внимание оператора не привлекается,
• при увеличении числа каналов возрастает занимаемая видеомониторами площадь.

Таким образом, в общем случае в видеосистеме должна решаться задача представления информации от нескольких видеокамер на видеомониторы, число которых, как правило, существенно меньше числа видеокамер (чаще всего, это один видеомонитор). Данную задачу в видеосистеме решает устройство обработки видеосигналов. Естественно, что в описанной ситуации к видеомонитору в каждый момент времени может быть подключена только одна из видеокамер, поэтому все системы с центральным устройством обработки видеосигналов осуществляют коммутацию видеокамер. Скорость коммутации каналов определяет принцип построения и выходные параметры видеосистемы; описанные ниже устройства используют последовательный способ представления информации оператору.

10.2. Видеокоммутаторы

Видеокоммутаторы (switchers) осуществляют коммутацию видеокамер с достаточно низкой частотой (несколько секунд и даже десятков секунд на канал). Они являются простейшими и самыми экономичными устройствами обработки видеосигналов.

Характерной чертой видеокоммутаторов является так называемое неконтролируемое время: пока осуществляется видеонаблюдение по одной видеокамере, сигналы с других видеокамер на видеомонитор не поступают.

Это неконтролируемое время может быть весьма существенным. Например, если время наблюдения по каждой из видеокамер установлено 5 секунд (а за меньшее время оператору вообще невозможно успеть что-либо рассмотреть), то при циклическом автоматическом переключении, например 12 входов видеокоммутатора, неконтролируемое время составляет 55 секунд. То есть видеокоммутатор будет снова возвращаться к рассмотрению ситуации в контролируемой зоне через каждые 55 секунд - за это время на объекте может произойти многое. Оценить длительность неконтролируемого времени для конкретной задачи можно с помощью соответствующего Расчета on-line: Определение неконтролируемого времени при использовании видеокоммутатора

Надо сказать, что человек едва ли способен просидеть рабочий день перед видеомонитором, на экране которого постоянно переключаются изображения (а для уменьшения неконтролируемого времени они должны переключаться как можно чаще!). Едва ли здесь может помочь такая опция некоторых видеокоммутаторов, как индивидуальная установка времени наблюдения по каждому входу (для установки приоритетов наблюдения контролируемых зон, а также для создания "рваного ритма" переключений - чтобы оператор не уснул).

Для облегчения работы оператора некоторые видеокоммутаторы содержат входы тревоги (по числу видеовходов, а их может быть от 2 до 20). При срабатывании соответствующего охранного датчика на экране видеомонитора появляется изображение тревожной зоны, звучит зуммер, включается соответствующий светодиод. При одновременном срабатывании нескольких датчиков тревожные зоны отображаются поочередно в соответствии с выбранным временем наблюдения.

Некоторые видеокоммутаторы имеют возможность одновременно с видеосигналами переключать и аудиосигналы. Кроме того, существуют видеокоммутаторы с дистанционным управлением (для организации многопостовой системы). Что касается видеокоммутаторов, программируемых по экранному меню (входное сопротивление, время наблюдения, отображаемые по тревоге зоны и пр.), то, представляется, что этот класс приборов едва ли сможет быть популярным в силу того, что в этом случае пропадает основное преимущество видеокоммутаторов - их экономичность.

К достоинствам видеокоммутаторов можно отнести:

• простота обслуживания,
• отсутствие потери качества изображения, вызванного оцифровкой, что присуще разделителям экрана и видеомультиплексорам,
• возможность использования видеомониторов небольшого размера.

Недостатки:

• наличие неконтролируемого времени,
• при непрерывном переключении каналов оператор утомляется,
• невозможно осуществлять видеозапись по всем каналам одновременно с помощью одного видеомагнитофона.

Вещь очевидная, но все-таки время от времени приходится слышать робкий вопрос: "А для цветных систем видеокоммутаторы подходят?". Официально отвечаю: "Подходят. И для черно-белых подходят, и для цветных подходят. Никакой дискриминации!".

Для использования в больших видеосистемах применяются так называемые матричные видеокоммутаторы - они могут состоять из наращиваемых модулей, образуя систему, например, из 512 видеовходов и 64 выходов, коммутируемых произвольным образом от нескольких клавиатур на разных постах. Основное преимущество подобных устройств - исключительная гибкость конфигурации (например, информация от видеокамер для поэтажного просмотра обстановки в гостинице или при наблюдении дорожной обстановки на участках трассы и т.п. может одновременно выводится на экраны нескольких видеомониторов). Еще одно применение матричного видеокоммутатора - размещение его на удаленном объекте и дистанционное управление коммутацией (при этом видеосигналы с удаленного видеокоммутатора на основной видеокоммутатор передаются по одному коаксиальному кабелю). Матричные видеокоммутаторы имеют входы тревоги, встроенный генератор экранных надписей, возможность работы с компьютером.

10.3. Разделители экрана

Разделители экрана (иногда почему-то называемые квадраторами) предназначены для одновременного (с точки зрения оператора) отображения на экране видеомонитора изображений от четырех видеокамер (черно-белых или цветных). Достоинство разделителей экрана заключается в том, что при их использовании практически нет потери информации на время переключения видеокамер, присущей видеокоммутаторам.

Для отображения на экране одного видеомонитора изображений от нескольких видеокамер применяется преобразование аналоговых видеосигналов в цифровые коды с промежуточным запоминанием их в буферной памяти и последующей выборкой этих кодов в заданной последовательности для цифро-аналогового преобразования. Таким образом, в каждом поле сформированного таким образом видеосигнала содержится информация о четырех входных видеосигналах. Следует отметить, что коммутация видеокамер в цифровых устройствах обработки видеосигналов (разделителях экрана, видеомультиплексорах) может осуществляться не чаще, чем с периодом частоты полей (20 миллисекунд).

Четырем сегментам на экране видеомонитора соответствует четыре области памяти разделителя экрана, обновление которых может осуществляться либо последовательно (что проще и дешевле), либо параллельно.

В недорогих моделях разделителей экрана осуществляется циклический опрос четырех видеовходов с частотой кадровой развертки (25 Гц для стандарта CCIR), последующим оцифровыванием входных видеосигналов и запоминанием их до следующего цикла обновления информации в памяти. Таким образом, по каждому входу частота обновления оказывается равна 6,25 Гц, что проявляется на изображении в виде "строб-эффекта" движущихся объектов. В случае использования не синхронизированных видеокамер период обновления информации увеличивается на время ожидания прихода кадрового импульса от следующей переключаемой видеокамеры. Заметная прерывистость в движении объектов на экране создает дискомфорт оператору, приводит к потере информации.

В разделителях экрана "реального времени" производится параллельная оцифровка четырех входных видеосигналов, благодаря чему изображение получается более качественным, оператор меньше утомляется.

Разделители экрана могут быть цветными или черно-белыми.

Качество изображения, получаемого с помощью разделителя экрана тем выше, чем больше объем памяти прибора, предназначенного для хранения необходимого количество элементов изображения (пиксел) и количества градаций яркости. Например, прибор с памятью 1024 х 512 пиксел лучше, чем прибор с памятью 625 х 512 пиксел, 256 градаций яркости позволяют передать более естественно изображение, чем 64 градации яркости.

Важным параметром разделителей экрана является наличие входов тревоги - при срабатывании соответствующего датчика во весь экран выводится зона с тревогой, звучит зуммер.

Разделители экрана, которые имеют раздельную регулировку уровня видеосигнала по каждому входу, позволяют при монтаже и настройке охранной видеосистемы добиться одинаковой контрастности свечения каждого из сегментов на экране видеомонитора, что более комфортно для оператора (сигналы от разных видеокамер, пройдя по кабелям различные расстояния, существенно отличаются своими размахами).

Кроме одновременного отображения четырех изображений, разделители экрана позволяют последовательно отображать на видеомониторе полноэкранные изображения (вручную или автоматически последовательно) - вариант использования прибора в режиме видеокоммутатора.

При необходимости наблюдать с помощью одного прибора изображения более чем от 4 видеокамер, может использоваться так называемый двухстраничный разделитель экрана (8 видеовходов, коммутируемые группами по 4). Однако в этом случае появляется так называемое неконтролируемое время для видеокамер, которые в данный момент не включены для наблюдения.

Лучшие результаты может дать использование двух параллельных видеосистем (в каждой свой разделитель экрана и свой видеомонитор).

Разделители экрана могут иметь следующие функции:

• возможность полноэкранного отображения,
• электронное увеличение,
• запоминание последнего (перед пропаданием) изображения,
• возможность последовательного автоматического переключения,
• наличие входов датчиков тревоги,
• тревога при пропадании видеосигнала,
• наличие встроенного детектора движения,
• выход контактов реле тревоги,
• возможность регулировки уровней входных видеосигналов,
• возможность дистанционного управления,
• встроенный текстовый генератор,
• блокировка доступа.

Главным недостатком разделителей экрана является то, что они не позволяют получить видеозапись приемлемого качества (выходной сигнал подвергается цифровой обработке, что снижает разрешающую способность) и, кроме того, на каждое из 4 изображений приходится в два раза меньше элементов разложения и по горизонтали, и по вертикали, чем при полноэкранном отображении. Следует отметить, что для четкого наблюдения одновременно четырех изображений на экране видеомонитора размер его должен быть среднего и даже большого размера.

10.4. Видеомультиплексоры

Основное назначение видеомультиплексоров - организация видеозаписи с минимальными потерями сигналов от нескольких видеокамер на один охранный видеомагнитофон. Достигается это тем, что видеомультиплексор формирует на своем выходе мультиплексированный видеосигнал, получаемый переключением видеокамер с частотой полей (если подключить видеомонитор к этому выходу видеомультиплексора, на экране будут видны мелькающие изображения от подключенных видеокамер).

Таким образом, на видеомагнитофон с видеомультиплексора поступают с частотой полей видеосигналы, соответствующие полноэкранному отображению - в этом основное преимущество видеомультиплексоров перед разделителями экрана (у которых видеосигнал соответствует квадовому отображению, то есть в 4 раза меньшему числу пиксел на канал). Понятно, что чем больше входов у видеомультиплексора, тем больше время между обращениями к каждой видеокамере, а значит, тем сильнее проявляется "строб-эффект". Например, если подключено 16 видеокамер, то время между обращениями к каждому каналу равно 0,3 сек, что близко к пределу, когда движущееся изображение воспринимается как слитное.

Оценить период обновления видеозаписи при использовании видеомультиплексора можно с помощью Расчета on-line: Определение периода обновления видеозаписи. Однако следует учесть, что реально в видеомультиплексорах время коммутации существенно больше указанного. Причиной этого служит то, что видеосигналы могут приходить не синхронизированными, поэтому во избежание искажений в большинстве видеомультиплексоров закладывается пауза в два-три поля (на гарантированное завершение предыдущего поля) - отсюда заметная прерывистость движущихся изображений на экране (так называемый "строб-эффект").

Данная проблема решена в видеомультиплексорах, использующих функцию PVP (Parallel Video Processing) - параллельное использование двух поочередно подключаемых к четным и нечетным входам прибора видеопроцессоров. Благодаря этому обращение к каждому каналу происходит действительно на частоте полей, а значит, и запись производится с меньшей потерей информации.

При заданном числе коммутируемых видеовходов повышение информативности отдельных каналов может достигаться только за счет уменьшения информативности оставшихся каналов, иначе говоря, перераспределением потоков видеоинформации. То есть, для ускорения обновления информации порядок коммутации каналов может изменяться (при срабатывании внешнего датчика тревоги или встроенного детектора движения); в этом случае возможны режимы:

• приоритетный (переключение каналов происходит не по порядку - к каналу с тревогой обращение идет чаще, каждый раз после обращения к очередному каналу),



• эксклюзивный (отображаются только каналы с тревогой).

Более того, некоторые видеомультиплексоры позволяют заранее указать порядок переключения каналов, причем, может быть несколько обращений к приоритетным видеокамерам в течение цикла вне зависимости от наличия режима тревоги. Кроме видеозаписи видеомультиплексоры используются для одновременного отображения сигналов от нескольких видеокамер, но существенно превосходят в этом отношении разделителей экрана как по числу одновременно отображаемых видеокамер, так и по форме их представления. По функциональным возможностям видеомультиплексоры делятся на три типа:

• симплексные - позволяют отображать мультисценовое изображение в данный момент только в одном режиме, например, при наблюдении (запись в это время не производится);
• дуплексные (обеспечивают видеозапись на одном видеомагнитофоне с одновременным видеонаблюдением в мультисценовом режиме или просмотром записанного с другого видеомагнитофона на дополнительном видеомониторе);
• триплексные (на экране видеомонитора одновременно могут отображаться мультисценовые изображения, наблюдаемые и воспроизводимые с видеомагнитофона).

Видеомультиплексоры выпускаются на 4, 8, 9, 10 и 16 входов; кроме того, некоторые производители выпускают видеомультиплексоры, совмещающие в себе функции матричного видеокоммутатора, наращиваемого до 32 входов (5 выходов). Видеомультиплексоры могут иметь два выхода на видеомонитор: аналоговый и цифровой. При наличии в видеосистеме нескольких видеомультиплексоров они могут управляться от одной клавиатуры через интерфейс RS-485.

Видеомультиплексоры могут быть цветными или черно-белыми. Они характеризуются следующими параметрами:

• формат мультисценового отображения (например, 2 х 2, 3 х 3, 4 х 4, кадр в кадре и пр.),
• количество пиксел (720 х 576 лучше, чем 512 х 512),
• количество градаций яркости (например, 256 - чем больше, тем естественней изображение),
• частота обновления (50 Гц лучше, чем 25 Гц - меньше строб-эффект),
• частота выборок (16 МГц лучше, чем 13,5 МГц - при цифровой обработке сохраняются мелкие детали),
• электронное увеличение,
• запоминание последнего (перед пропаданием) изображения,
• стоп-кадр,
• возможность последовательного автоматического переключения,
• тревога при пропадании видеосигнала,
• выход контактов реле (срабатывание от встроенного детектора движения),
• встроенный текстовый генератор,
• блокировка доступа,
• дистанционное управление от клавиатур несколькими видеомультиплексорами, а также поворотными устройствами,
• дистанционное программирование (в том числе и по модему),
• запрет на вывод сигнала от одной из видеокамер на экран (например, для конфиденциальной записи действий охраны).

Отметим, что видеомультиплексоры, как правило, имеют так называемый сквозной видеопроход (или видеопетлю), то есть устройство согласования коаксиального кабеля с оконечным резистором 75 Ом, отключаемым:

• механически вручную,
• механически автоматически (при подключении байонетного разъема),
• программно.

Это гарантирует отсутствие искажений, вызванных несогласованностью кабелей.

Назад   |   Оглавление   |   Далее

©2002 ООО "Мост Безопасности"
Перепечатка без разрешения автора запрещена

Приобрести книгу Ю.М.Гедзберга "Охранное телевидение"

Начать обсуждение этой статьи на Форуме