Видеонаблюдение, чаще называемое CCTV (замкнутое телевидение), является отраслью, которой более 30 лет и которая имеет свою долю технологических изменений. Как и в любой другой отрасли, постоянно растущие требования конечных пользователей к продуктам и решениям стимулируют изменения, а развивающиеся технологии помогают поддерживать их. На рынке видеонаблюдения, требования включают:

• Лучшее качество изображения
• Упрощенная установка и обслуживание
• Более безопасная и надежная технология
• Более длительное сохранение записанного видео
• Сокращение расходов
• Размер и масштабируемость
• Возможности удаленного мониторинга
• Интеграция с другими системами
• Более встроенный системный интеллект

Для удовлетворения этих требований видеонаблюдение претерпело ряд технологических сдвигов. Последняя является переход от аналогового видеонаблюдения к полностью цифровым, сетевым системам видеонаблюдения.

Системы видеонаблюдения начинались как 100-процентные аналоговые системы и постепенно становятся цифровыми. Современные системы, использующие сетевые камеры и PC (персональные компьютеры) серверы для записи видео в полностью цифровой системе, прошли долгий путь от ранних аналоговых трубчатых камер, которые были подключены к видеомагнитофону.

Между полностью аналоговыми и полностью цифровыми системами существует несколько частично цифровых решений, то есть систем, которые включают как цифровые, так и аналоговые устройства. Это привело к некоторой путанице в индустрии видеонаблюдения сегодня, поскольку некоторые говорят о» цифровой » системе, чтобы означать аналоговые камеры, которые подключаются к DVR (цифровой видеомагнитофон), в то время как другие используют этот термин для описания сетевой видеосистемы с сетевыми камерами. Несмотря на то, что в обеих системах имеются цифровые компоненты, существует ряд очень важных различий между ними.

В разделах ниже описана эволюция систем видеонаблюдения. Объясняются различные конфигурации системы, от полностью аналоговых до полностью цифровых, а также преимущества каждой конфигурации. Системы, описанные в разделах 2 и 3, представляют собой частично «цифровые» видеосистемы. Только системы, описанные в разделах 4 и 5, являются настоящими сетевыми видеосистемами, в которых видеопотоки непрерывно транспортируются по IP-сети, обеспечивая полную масштабируемость и гибкость.

1. Аналоговые системы видеонаблюдения на основе видеомагнитофонов.

Традиционные аналоговые системы видеонаблюдения использовались аналоговые камеры, которые были подключены к видеомагнитофону для видеозаписи (Рис. 1). Система была полностью аналоговой. Видеомагнитофон использовал тот же тип кассет, что и для домашнего видеомагнитофона. Каждая камера нуждалась в своем собственном коаксиальном кабеле, чтобы пройти от камеры до видеомагнитофона. Видео не было сжато, и при записи на полной частоте кадров одна лента длилась максимум восемь часов.

В конце концов, так называемый режим промежутка времени был включен в видеомагнитофоны, чтобы сделать ленту дольше. Режим временного интервала позволял записывать каждое второе, четвертое, восьмое или шестнадцатое изображение. Именно так индустрия видеонаблюдения придумала такие спецификации, как 15 кадров в секунду, 7,5 кадров в секунду, 3,75 кадров в секунду и 1,875 кадров в секунду, потому что это были единственные частоты кадров записи, возможные в аналоговых системах, которые использовали запись промежутка времени. Если использовалось несколько камер, квадроциклы становились еще одним важным компонентом системы. Quad просто взял входы от четырех камер и создал один выход видеосигнала, чтобы показать четыре разных изображения на одном экране; отсюда и название «quad.»Это изобретение сделало систему более масштабируемой, но за счет низкого разрешения.

В еще больших системах мультиплексоры стали обычным делом. Мультиплексор объединил видеосигналы от нескольких камер в мультиплексированный видеосигнал. Это позволило записывать еще больше камер, часто 16 на одном устройстве. Мультиплексор также позволял сопоставлять выбранные камеры с конкретными мониторами в диспетчерской. Тем не менее, все оборудование и все сигналы были аналоговыми. Для мониторинга видео аналоговые мониторы подключаются к видеомагнитофону, квадроциклу или мультиплексору.

Рис. 1. Схема классической аналоговой системы видеонаблюдения.

Хотя аналоговые системы функционировали хорошо, недостатки включали ограничения в масштабируемости и необходимости поддерживать видеомагнитофоны и вручную менять ленты. Кроме того, качество записей со временем ухудшилось. Камеры, в течение длительного времени, были также черный и белый. Сегодня большинство аналоговых камер имеют цвет.

2. Видеорегистратор на базе аналоговых систем видеонаблюдения.

К середине 1990-х годов в индустрии видеонаблюдения произошла первая цифровая революция с внедрением видеорегистратора. Видеорегистратор, с его жесткими дисками, заменил магнитофон, как носитель информации (Рис. 2). Видео было оцифровано и затем сжато, чтобы сохранить как можно больше дневного видео.

Рис. 2. Система видеонаблюдения с аналоговыми камерами подключена к видеорегистратору,который включает в себя четырехъядерный или мультиплексор и обеспечивает цифровую запись.

В ранних видеорегистраторах пространство на жестком диске было ограничено, поэтому продолжительность записи была ограничена или должна была использоваться более низкая частота кадров. Из-за ограничений в пространстве на жестком диске, многие производители разработали собственные алгоритмы сжатия. Хотя они могли бы работать хорошо, конечные пользователи были привязаны к инструментам одного производителя, когда дело доходило до воспроизведения видео. Поскольку стоимость места на жестком диске резко снизилась с годами, а стандартные алгоритмы сжатия, такие как MPEG-4, стали доступны и широко приняты, большинство производителей отказались от своего собственного сжатия в пользу стандартов — в пользу конечных пользователей.

Большинство видеорегистраторов имели несколько видеовходов, как правило, 4, 16 или 32, что означало, что они также включали функциональность четырехъядерного или мультиплексора. Следовательно, видеорегистраторы заменили мультиплексор, а также видеомагнитофон и тем самым уменьшили количество компонентов в системе видеонаблюдения.

Внедрение системы DVR обеспечило следующие основные преимущества:

• Отсутствие лент и изменений ленты
• Стабильное качество записи
• Возможность быстрого поиска по записанному видео

Ранние видеорегистраторы использовали аналоговые мониторы, такие как телевизоры для показа видео. Однако, поскольку DVR сделал цифровое видео доступным, стало возможным объединять в сеть и передавать цифровое видео на большие расстояния. Эта функция была впервые решена путем подключения телефонного модема к последовательному порту на DVR. Позже в сам видеорегистратор был встроен телефонный модем. Хотя возможность удаленного мониторинга видео через ПК была большим преимуществом, фактическая функциональность не была чрезвычайно полезной, потому что пропускная способность, доступная с телефонными модемами, была слишком низкой, часто в диапазоне от 10 до 50 Кбит / с. Это означало очень низкую частоту кадров, низкое разрешение или сильно сжатое видео, что делало видео более или менее бесполезным.

3. Сетевые аналоговые системы видеонаблюдения на базе DVR.

Видеорегистраторы в конечном итоге были оснащены портом Ethernet для подключения к сети. Этот представила сетевые видеорегистраторы на рынок и поддержкой удаленного видеонаблюдения с использованием ПК (Рис. 3). Некоторые сетевые системы DVR, используемые сегодня, позволяют контролировать как живое, так и записанное видео, в то время как некоторые позволяют контролировать только записанное видео. Кроме того, некоторые системы требуют специального клиента Windows для мониторинга видео, в то время как другие используют стандартный веб-браузер; последний делает удаленный мониторинг более гибким.

Рис. 3. Система, которая показывает, как аналоговые камеры могут быть подключены к сети с помощью сетевого видеорегистратора для удаленного мониторинга живого и записанного видео.

Система сетевого видеорегистратора обеспечивает следующие преимущества:

• Удаленный мониторинг видео через ПК
• Дистанционное управление системой

Хотя видеорегистраторы обеспечивали большие улучшения по сравнению с видеомагнитофонами, они также имели некоторые присущие недостатки. Видеорегистратор был обременен многими задачами, такими как оцифровка видео со всех камер, сжатие видео, запись и создание сетей. Кроме того, это было решение» черного ящика», то есть проприетарное оборудование с предустановленным программным обеспечением, которое часто заставляло конечного пользователя поставлять запасные части от одного производителя, что делало обслуживание и модернизацию дорогими.

Трудно также обеспечить защиту от вирусов. Хотя DVR часто был машиной на базе Windows, собственный интерфейс не позволял обеспечить защиту от вирусов. Кроме того, видеорегистратор предоставляет ограниченную масштабируемость. Большинство видеорегистраторов имеют 16 или 32 входа, что затрудняет экономичное построение систем, не кратных 16, например систем с 10 или 35 камерами.

4. Сетевые видеосистемы на основе видеокодера.

Первый шаг в сетевую видеосистему, основанную на открытой платформе, пришел с введением видеокодера, который также часто называют видеосервер.

Видеокодер подключается к аналоговым камерам и оцифровывает и сжимает видео. Затем он посылает видео через IP-сети через сетевой коммутатор к ПК сервер, на котором работает программное обеспечение для мониторинга и записи (Рис. 4). Это настоящая сетевая видеосистема, потому что видео последовательно передается по IP-сети. По сути, задачи, ранее выполнявшиеся DVR, теперь разделены — оцифровка и сжатие выполняются видеокодером, а запись — сервером ПК, что обеспечивает лучшую масштабируемость.

Рис.4. Настоящая сетевая видеосистема, где видео непрерывно транспортируется по IP-сети. Он использует видеокодер в качестве краеугольного камня для миграции аналоговой системы безопасности в открытое IP-решение на основе видео.

Сетевая видеосистема на основе видеокодера имеет следующие преимущества:

• Использование стандартного сетевого и серверного оборудования для записи и управления видео
• Масштабируемость по шагам одной камеры за раз
• Возможность записи вне сайта
• Будущее, потому что система может быть легко расширена путем включения сетевых камер

4.1 Сетевые и гибридные видеорегистраторы.

Альтернативы на открытой платформе (на базе ПК с установленным программным обеспечением для управления видео), также возможно наличие различных типов сетевые видеорегистраторы (видеозаписывающие устройства; на фиг. 5) и гибридные видеорегистраторы. NVR или гибридный DVR-это фирменная аппаратная коробка с предустановленным программным обеспечением для управления видео с видеокодеров или сетевых камер. NVR обрабатывает только сетевые видеовходы, в то время как гибридный DVR может обрабатывать как сетевое видео, так и аналоговые входы параллельно. Преимущество использования NVR или гибридного DVR-это простота установки, потому что функции записи и управления видео доступны в одной коробке — аналогично DVR. В NVR или гибридное решение видеорегистратор пользуется популярностью в небольших системах с 4 до 16 камер. Тем не менее, он также имеет некоторые недостатки традиционного видеорегистратора. Видеорегистраторы и гибридные видеорегистраторы используют проприетарную платформу, которая является более дорогой для покупки, обслуживания и обновления, и они часто трудно поддерживать в корпоративной ИТ-сети.

Рис. 5. NVR-это аппаратная коробка с предустановленным программным обеспечением для управления видео, которое упрощает установку, но не обладает гибкостью системы с открытой платформой, основанной на стандартном сервере ПК.

5. Сетевые видеокамеры на основе сетевых видеосистем.

Сетевая камера, также обычно называемая IP-камерой, является, как описывает ее название, камерой с подключением к IP-сети. В сетевой видеосистеме на базе камеры видео передается по IP-сети через сетевые коммутаторы и записывается на сервер ПК с установленным программным обеспечением для управления видео (рис.6). Это настоящая сетевая видеосистема. Система полностью цифровая, поскольку аналоговые компоненты не используются.

Рис. 6. На этой схеме показана настоящая сетевая видеосистема, в которой видео с сетевых камер непрерывно передается по IP-сети. Эта система в полной мере использует преимущества цифровых технологий и обеспечивает стабильное качество изображения от камер до зрителя в любом месте.

Одним из самых больших преимуществ сетевой камеры является то, что после захвата изображения они оцифровываются внутри камеры и остаются цифровыми во всей системе, что обеспечивает высокое и стабильное качество изображения. Это не относится к аналоговым камерам. Хотя большинство аналоговых камер сегодня называют «цифровой», они имеют аналоговый выход, и это может привести к некоторой путанице. Аналоговые камеры оцифровывают захваченные изображения, чтобы обеспечить функции улучшения изображения. Однако затем эти изображения преобразуются обратно в аналоговое видео. Важно знать, что при каждом преобразовании из аналогового в цифровой или из цифрового в аналоговый происходит некоторая потеря качества видео. Кроме того, аналоговые сигналы ухудшаются при транспортировке по длинным кабелям и со временем при хранении на ленте. Поэтому видео в идеале должно быть оцифровано один раз и оставаться цифровым по всей системе.

Преимущество использования IP-сети заключается в том, что ее можно использовать не только для передачи видео. IP-сети позволяют нескольким сетевым камерам использовать один и тот же физический кабель. В добавлении, сеть может снести силу к камерам сети и информацию К и от выходам и контактам входного сигнала камер. Он также может нести двухсторонний звук, а также команды панорамирования, наклона и масштабирования, если камера имеет эту функциональность. Кроме того, IP-сеть позволяет удаленно настраивать сетевые камеры и позволяет передавать видео и другие данные по сети практически в любое место без ухудшения качества.

В целом, сеть обеспечивает чрезвычайно гибкую и экономичную среду для всех коммуникаций в рамках сетевой системы видеонаблюдения. Масштабируемость сетевого видео дает возможность строить системы видеонаблюдения с сотнями и даже тысячами камер.

Сетевая видеосистема на базе камеры обеспечивает следующие преимущества:

• Возможность использования камер высокого разрешения (мегапикселей)
• Стабильное качество изображения, независимо от расстояния
• Возможность использования питания через Ethernet и беспроводные функции
• Полный доступ к таким функциям, как панорамирование, наклон и масштабирование; аудио и цифровые входы и выходы по IP, а также видео
• Настройки камеры и настройки системы по IP
• Полная гибкость и масштабируемость

Хотя сетевую камеру можно сравнить с аналоговой камерой, подключенной к видеокодеру, сетевая камера может предложить гораздо больше функций, которые выходят за рамки возможностей системы, включающей аналоговую камеру и видеокодер. Поскольку сетевая камера имеет встроенную вычислительную мощность, она открывает возможность для видеоинформации, также называемой видеоаналитикой, на краю системы, то есть внутри камеры. Ожидается, что это станет следующей большой тенденцией в области видеонаблюдения, поскольку существует необходимость эффективного управления и анализа видео, особенно в крупных системах.

Сетевая камера является ключевым драйвером в революции сетевого видео. Сетевые камеры полностью догнали технологию аналоговых камер и теперь отвечают тем же требованиям и спецификациям. Кроме того, сетевые камеры превосходят аналоговые во многих важных областях, таких как качество изображения, разрешение и встроенный интеллект.