3 Вибір складових елементів системи відеонагляду

3.1 Переваги цифрових web- камер

Цифрова веб-камера - це мережний пристрій, що складається з відеокамери (з ПЗЗ-матрицею), процесора компресії та вбудованого веб-сервера. Як правило, веб-камера використовується як пристрій для організації відеозйомки, відеоконференцій або відеоспостереження й передачі відеозображення по мережі LAN/WAN/Internet. Для роботи веб-камери в мережі не потрібно спеціальних пристроїв і персонального комп'ютера. Залежно від налаштувань , доступ до відеозображення, отриманому з веб-камери, може бути відкритий всім користувачам мережі або тільки авторизованих користувачів. WEB-камера – це цифровий пристрій, що робить відеозйомку, перетворення аналогового відеосигналу в цифровий, ущільнення цифрового відеосигналу й передачу відеозображення по комп'ютерній мережі. Тому до складу веб-камери входять наступні компоненти:

• ПЗЗ-матриця;

• об'єктив;

• оптичний фільтр;

• блок компресії (ущільнення) відео зображення;

• центральний процесор вбудований веб-сервер;

• ОЗП;

• флеш-пам'ять;

• мережний інтерфейс;

• послідовні порти;

• тривожні входи/виходи.

Як фотоприймач у більшості веб-камер застосовується ПЗЗ-матриця(ПЗЗ – пристрій із зарядовим зв'язком) – прямокутна світлочутлива напівпровідникова пластинка з відношенням сторін 3:4, що перетворить падаюче на неї світло в електричний сигнал. ПЗЗ-матриця складається з великої кількості світлочутливих комірок. Для того щоб підвищити світлову чутливість ПЗЗ-матриці, нерідко формують структуру, що створює мікролінзу перед кожною коміркою. У технічних параметрах веб-камери звичайно вказують формат ПЗЗ-матриці (довжина діагоналі матриці в дюймах), число ефективних пікселів, тип розгортки (порядкова або крізьрядкова) і чутливість.

У веб–камерах об’єктив– це лінзова система, призначена для проектування зображення об'єкту спостереження на світлочутливий елемент веб-камери. Об'єктив є невід'ємною частиною веб-камери, тому від правильності його вибору й установки залежить якість відеозображення, одержуваного веб-камерою. Досить часто веб-камера комплектується об'єктивом. Об’єктиви характеризуються рядом найважливіших параметрів, таких як фокусна відстань, відносний отвір (F), глибина чіткості, тип кріплення (C, CS), формат.

Оптичні інфрачервоні фільтри, які встановлюють у веб-камери, це оптично точні плоскопараллельні пластинки, що монтуються зверху ПЗЗ-матриці. Вони працюють як оптичні низькочастотні фільтри із частотою зрізу близько 700 нм, поблизу червоних кольорів. Вони відтинають інфрачервону складову світлових хвиль, забезпечуючи веб-камері правильну передачу кольору. Однак, на багатьох чорно-білих веб-камерах таких фільтрів не встановлюють, завдяки чому монохромні веб-камери мають  вищу чутливість.

Плата відеозахопленнявеб-камери (блок цифрування) здійснює перетворення аналогового електричного сигналу, зформованого ПЗЗ-матрицею, у цифровий формат. Процес перетворення сигналу складається із трьох етапів:

• дискретизація;

• квантування;

• кодування.

Дискретизація – зчитування амплітуди електричного сигналу через рівні проміжки часу (період). Цей етап перетворення сигналу характеризується частотою дискретизації.

Квантування – це процес подання результатів дискретизації в цифровій формі. Зміна рівня електричного сигналу за період дискретизації представляється у вигляді кодового слова з 8, 10 або 12 біт, які дають відповідно 256, 1024 й 4096 рівнів квантування. Від числа рівнів квантування залежить точність подання сигналу в цифровій формі.

Кодування. Крім інформації про зміну рівня сигналу, отриманої на попередньому етапі, у процесі кодування формуються біти, що повідомляють про кінець синхроімпульсу й початок нового кадру, а також додаткові біти захисту від помилок.

Блок компресії веб-камери виконує ущільнення оцифрованного відеосигналу в один з форматів ущільнення (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Завдяки ущільненню, скорочується розмір відеокадру. Це необхідно для зберігання й передачі відеозображення по мережі. Якщо локальна мережа, до якої приєднана веб-камера, має обмежену смугу пропускання, то, щоб уникнути переповнення мережного трафіку, доцільно скорочувати обсяг переданої інформації, знизивши або частоту передачі кадрів по мережі, або роздільну здатність кадрів. Більшість форматів ущільнення, які використають веб- камери, забезпечують розумний компроміс між цими двома способами рішення проблеми передачі відео по мережі. Відомі на сьогоднішній день формати ущільненняу дозволяють одержати оцифрованний потік зі смугою пропускання 64 Кб - 2 Мб (при такій смузі пропускання потоки відеоданих можуть працювати паралельно з іншими потоками даних. Ущільнення відеозображення у веб-камері може бути представлене як апаратно, так і програмно. Програмна реалізація компресії дешевше, однак через високу обчислювальну ємність алгоритмів ущільнення вона малоефективна, особливо коли потрібно переглядати відеозображення з веб-камери в “online” режимі. Тому більшість провідних виробників випускають веб-камери з апаратною реалізацією ущільнення. Наприклад, мережева камера компанії AXIS Communications оснащена процесором компресії ARTPEC, що здійснює високошвидкісне ущільнення відеозображення у формат JPEG/MJPEG.

Центральний процесор є обчислювальним ядром веб-камери. Він здійснює операції по виводу оцифрованного й ущільненого відеозображення, а також відповідає за виконання функцій вбудованого веб-сервера й керуючої програми для веб-камер.

Інтерфейс для Ethernet служить для підключення веб-камери до мережі стандарту Ethernet 10/100 Мбит/с.

Для роботи в мережі веб-камера може мати послідовний порт для підключення модему й роботи в режимі dial-up при відсутності локальної мережі. Через послідовний порт можна також підключати до веб-камери периферійне устаткування.

Карта флеш-памяті дозволяє обновляти керуючі програми веб-камери й зберігати користувальницькі HTML-сторінки.

ОЗП служить для зберігання тимчасових даних, які генеруються при виконанні керуючих програм і користувальницьких скриптів. Багато інтернет-камер маєвідеобуфер. Це частина ОЗУ, зарезервована для запису й тимчасового зберігання знятих веб-камерою відеокадрів. Інформація у відеобуфері обновляється циклічно, тобто новий кадр записується замість самого старого. Ця функція необхідна, якщо веб-камера виконує охоронне відеоспостереження, оскільки дозволяє відновлювати події, що передують і випливають за сигналом тривоги з підключених до веб-камер охоронних датчиків.

Тривожні входи/виходи служать для підключення до веб-камери датчиків тривоги. При спрацьовуванні одного з датчиків генерується сигнал тривоги, у результаті чого процесор веб-камери формує набір кадрів, записаних у відеобуфер до, після . Цей набір кадрів може відсилатися на задану e-mail адресу або по FTP.