Курсовой проект - Организация видеонаблюдения через интернет - файл n1.doc

приобрести
Курсовой проект - Организация видеонаблюдения через интернет
скачать (237 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc237kb.07.07.2012 04:33скачать

n1.doc





СОДЕРЖАНИЕ

С.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ 6

1.1 Компоненты систем видеонаблюдения 6

1.2 Характеристики камер видеонаблюдения 9

1.3 Среды передачи видео сигналов 15

1.4 Обработка сигнала 19

2 ОРГАНИЗАЦИЯ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ 27

2.1 Подключение системы видеонаблюдения к сети Интернет 27

2.2 Методы защиты систем видеонаблюдения от несанкционированных воздействий 30

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 34

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения безопасности имущества от преступных посягательств используется три класса средств: средства обнаружения, физические барьеры и силы охраны.

Среди современных средств обнаружения видеонаблюдение в отличие от извещателей и радиолокации имеет ряд преимуществ. Основными из них являются возможность более полно оценить обстановку, отсутствие ложной тревоги и способность выявлять и более того регистрировать преступные посягательства при наличии постоянной санкционированной активности в зоне наблюдения.

Начало эры технических средств наблюдения связывают с появлением миниатюрных фотоаппаратов в первой половине ХХ века. Они использовались для скрытого получения визуальной информации. Основным недостатком фототехники является отсутствие возможности наблюдения объекта в реальном времени, фиксировать перемещение объекта съемки. Основой первых малогабаритных телевизионных камер, позволявших наблюдать за движением объектов, были электровакуумные элементы.

Существенным прорывом в развитии охранного телевидения явилось распространение в 80-х годах камер на основе ПЗС-матриц, которые позволили еще больше снизить габариты и повысить надежность работы телекамер. Помимо этого ПЗС-камеры обладают значительной чувствительностью в инфракрасном диапазоне, что делает возможной съемку в полной темноте.

Непрерывное совершенствование и массовое производство оборудования для охранного телевидения привело к широкому использованию систем видеонаблюдения в целях обеспечения безопасности организаций, предприятий, учреждений и даже объектов частной собственности.

Система видеонаблюдения в простейшем случае состоит из видеокамеры и монитора, на который поступает видеоинформация. Однако в наши дни развитие техники, сетевых технологий и распространение сети Интернет позволило вывести их на качественно иной уровень. Современные комплексы видеонаблюдения отличаются максимально возможной эффективностью при невысоких финансовых затратах на внедрение. Во многом именно благодаря своей универсальности, видеонаблюдение через Интернет пользуется огромной популярностью при построении комплексных систем безопасности. Объясняется это и тем, что с помощью одних и тех же аппаратных средств можно организовать, как видеонаблюдение за няней в отсутствие родителей, так и позаботиться о сохранности имущества и информации большого корпоративного офиса.
1 УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

1.1 Компоненты систем видеонаблюдения
Аналоговые камеры видеонаблюдения.

В настоящее время в системы видеонаблюдения устанавливают, как правило, аналоговые камеры видеонаблюдения, которые отличаются простотой конструкции и невысокой ценой. Эти видеокамеры представляют собой оптические устройства, ПЗС-матрицы которых формируют видеосигнал из светового потока, проходящего через объектив и группу линз и попадающего на эту матрицу.

Цифровые видеокамеры.

Эти видеокамеры имеют блок цифровой обработки сигнала, встроенный веб-браузер и формируют изображение, которое можно передавать в виде цифрового сигнала по LAN/WAN сетям системы видеонаблюдения. Как правило используется КМОП-матрицы в которых используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости.

Объективы для камер видеонаблюдения.

Объективы устанавливаются на видеокамеры с целью увеличения дальности ее работы, улучшения технических параметров и приспособления видеокамеры к конкретным условиям работы. Для видеонаблюдения за движущимися объектами используют объективы с переменным фокусным расстоянием - трансфокаторы. В условиях быстро меняющейся освещённости применяют объективы с автодиафрагмой. На скрытые камеры скрытой системы видеонаблюдения устанавливаются объективы типа Pin-Hole.

Поворотные устройства для камер видеонаблюдения.

Для расширения угла обзора видеокамеры и слежения за движущимися объектами видеонаблюдения, камеры устанавливают на поворотные устройства. Механизм поворотного устройства перемещает видеокамеру в горизонтальном и вертикальном направлениях, и позволяет оператору системы видеонаблюдения просматривать одной видеокамерой достаточно большие площади охраняемой территории.

Устройства обработки видеосигналов.

В аналоговых системах, чтобы эффективно управлять камерами, применяются такие устройства, как переключатели (квадраторы), мультиплексоры и матричные системы.

Переключатель (квадратор) - это устройство, имеющее несколько входов для видеокамер и позволяющее оператору произвольно переключать выводимое на монитор или записываемое изображение с любой камеры, или включать последовательное автоматическое переключение камер. Возможности таких устройств ограничены, поэтому их применение целесообразно только в простейших системах.

Мультиплексор является более «продвинутым» устройством. Он позволяет выводить на один монитор несколько камер и вести одновременную запись с нескольких источников видеосигнала. В отличие от квадратора мультиплексор может содержать в себе детектор движения и имеет больше возможностей управления камерами.

Матричные системы следующий уровень развития мультиплексоров. Они предназначены для обслуживания крупных предприятий, где установлено большое число камер и имеется несколько операторов.

Видеосервер ― является специализированным устройством на базе персонального компьютера, используемым для записи, хранения и просмотра видео- и аудиоархивов. В большинстве случаев видеосервер преобразует аналоговый сигнал с камер видеонаблюдения в цифровой и записывает его на жесткий диск для хранения, передачи и просмотра данных. Такие устройства получили большое применение при обеспечении безопасности объектов, благодаря гибкому интерфейсу и  возможностью создать оптимальное по соотношению цена/качество устройство для управления архивами аудио- и видеонаблюдения. Такие устройства являются новинкой в системах безопасности. Они позволяет объединить между собой аналоговые и цифровые системы видеонаблюдения, произвести интеграцию с аналоговыми CCTV системами.

Записывающие устройства для видеонаблюдения

Устройства записи видеоинформации (видеомагнитофоны, видеорегистраторы, видео рекордеры) предназначены для записи, хранения и последующего воспроизведения изображений, поступающих как от камер, так и от мультиплексора системы видеонаблюдения. Аналоговые видеомагнитофоны могут записывать до 960 часов видео на одну кассету стандарта VHS.

Цветные и черно-белые видеомониторы.

Видеомониторы CCTV предназначены для круглосуточного отображения изображений с видеокамер системы видеонаблюдения. В зависимости от требований к системе и используемых видеокамер применяются чёрно-белые или цветные мониторы видеонаблюдения. Монитор для видеонаблюдения отличается от обычного телевизора более четким изображением и высокой разрешающей способностью. Люминофор, используемый в таких мониторах, имеет повышенную стойкость, т.к. изображение может много часов оставаться неподвижным.

Устройства печати видеофрагментов.

Видеопринтеры включат в состав системы видеонаблюдения, когда существует необходимость печати на бумаге фрагментов тревожных ситуаций, поступающих с камер видеонаблюдения. Обычно видеопринтеры используют компании розничной торговли, банки и др. организации, предоставляющие услуги населению. Твердые копии фотографий, зарегистрировавших правонарушение, уже можно передавать в органы внутренних дел, в качестве вещественного доказательства.
1.2 Характеристики камер видеонаблюдения

Видеокамера представляет собой устройство, преобразующее световой поток в стандартный видеосигнал, который в дальнейшем транслируется на устройства обработки сигнала (мониторы, записывающие устройства и т.д.).

Основные характеристики видеокамер:

Разрешение (ТВЛ) ― параметр, характеризующий детальность изображения, одним словом, чем больше разрешение, чем лучше просматриваются мелкие детали, такие как номер автомобиля, лицо человека. Измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ), причем подразумевается разрешающая способность по горизонтали, так как разрешение по вертикали у видеокамер одного стандарта одинаково и ограничено на одном уровне. Черно-белые видеокамеры стандартного разрешения имеют разрешение 380-420 ТВЛ, повышенного разрешения 560-570 ТВЛ, цветные видеокамеры 280-350 ТВЛ, высокого разрешения до 460 ТВЛ, а с цифровой обработкой видеосигнала (DSP) до 560 ТВЛ.

Чувствительность (люкс) ― минимальный уровень освещенности (в люксах), при котором видеокамера дает распознаваемый видеосигнал. Чем параметр меньше, тем меньше света необходимо камере для то го чтобы выдать картинку. Для обычных черно-белых видеокамер она составляет 0,4~0,01 люкс для высокочувствительных до 0,00015 люкс, для цветных 0,2~3 люкс.

Таблица 1 ― Ориентировочная освещенность объектов

На улице: безоблачный, солнечный день

Более 100 000 люкс (угол солнца 55°)

солнечный день, с легкими облаками

70 000 люкс

пасмурный день

20 000 люкс

раннее утро

500 люкс

сумерки

4 люкс

ясная ночь, полная луна

0.2 люкс

ясная ночь, неполная луна

0.02 люкс

ночь, луна в облаках

0.007 люкс

ясная, безлунная ночь

0.001 люкс

безлунная ночь с легкими облаками

0.0007 люкс

темная, облачная ночь

0.00005 люкс

в помещении без окон

100 - 200 люкс

хорошо освещенные помещения, офисы

200 - 1000 люкс

Стоит упомянуть, что чувствительность черно-белых видеокамер затрагивает не только спектр видимого света, но инфракрасную область, что позволяет применять ИК-подсветки в условиях низкой освещенности.

Размер матрицы - Основным элементом камеры видеонаблюдения является матрица ―совокупность ячеек, способных передавать информацию о цвете. Размер матрицы меряется по диагонали в дюймах. При выборе камеры следует учитывать, что чем больше размер матрицы, тем больше размеры камеры, но размер матрицы не влияет на качество изображения. Наиболее распространены видеокамеры с размером матрицы 1/2", 1/3", 1/4".

Формат матрицы ― этот параметр определяет возможности камеры по воспроизведению мелких деталей изображения: чем выше разрешение, тем больше детальность, информативность картинки. Разрешение измеряется в телевизионных линиях (ТВЛ) и зависит не только от числа пикселей в матрице, но и от параметров электронной схемы камеры. В большинстве случаев разрешение 380-400 ТВЛ вполне достаточно для наблюдения. Существуют камеры, имеющие более высокое разрешение - 560-570 ТВЛ. Такие камеры позволяют четко видеть мелкие детали изображения (номера машин, лица людей и т.д.). Разрешение цветных камер несколько хуже, чем разрешение черно-белых: 300 - 350 ТВЛ. Существуют цветные камеры более высокого разрешения — 460 ТВЛ.

Разрешение определяется, как количество переходов (в видимой части растра) от черного к белому или обратно, которое может быть передано камерой. Поэтому единица измерения разрешения называется телевизионной линией (ТВЛ). Разрешение по вертикали у всех камер стандарта CCIR (кроме камер совсем уж плохого качества) одинаково, ибо ограничено телевизионным стандартом - 625 строк телевизионной развертки. На разрешение камеры влияют два фактора: количество горизонтальных элементов матрицы и полоса частот видеосигнала, формируемого камерой. Принято считать, что надежно передается количество линий, не превышающее 3/4 от числа ячеек. То есть камера с 520 элементами имеет разрешение 390 ТВЛ. В настоящее время такой подход практически закрепился в стандартах.

Для передачи сигнала 390 ТВЛ необходима полоса частот 3,75МГц, но полоса пропускания усилителей камеры обычно значительно (в 1,5-2 раза) превосходит необходимую. Так что разрешение ограничивается именно дискретностью структуры ПЗС – матрицы. Разрешение системы в целом определяется тем компонентом, который имеет самое низкое разрешение, т. е., если камера имеет разрешение 430 линий, а монитор — 200, то изображение на экране будет воспроизведено с разрешением лишь в 200 линий. Разрешение может меняться при различных условиях освещенности, при низкой освещенности оно обычно снижается.

Угол обзора камеры ― параметр, который определяется фокусным расстоянием (f) объектива и его форматом. Часто этот параметр указывается в градусах. Широкому углу обзора, соответствуют маленькие фокусные расстояния (2,8-5,0 mm). Для наблюдения за удаленными объектами применяют объективы с большим фокусным расстоянием (28,0 – 75,0 mm и более). При выборе объектива надо помнить, что формат объектива должен быть равен формату камеры или превосходить его.

Таблица 2 ― Углы обзора видеокамеры

Фокусное расстояние мм.

Угол обзора по горизонтали град.

Угол обзора по вертикали град.

2,45

93

74

2,96

86

58

3,6

72

55

4

68

48

6

50

38

8

38

29

12

22

19

16

17

13


Имея объектив с широким углом обзора, то можно получить хороший панорамный обзор, но вдаль вы будете видеть хуже, мельче, уже не сможете рассмотреть там какие-то мелкие детали. А при использовании длиннофокусных объективов конечно сужается поле зрения, но вы будете лучше видеть вдаль (эффект бинокля).

Автодиафрагма ― в течение суток освещенность на контролируемом объекте, как правило, претерпевает существенные изменения. Для поддержания на постоянном уровне количества света на матрице используют встроенный в камеру автоматический электронный затвор или объектив с автодиафрагмой.

Объективы с автоматической диафрагмой поддерживают освещенность матрицы на постоянном уровне, изменяя величину относительного отверстия. Диафрагма объектива, подобно зрачку человеческого глаза, при высокой освещенности сужается, пропуская меньше света, а при низкой освещенности расширяется. Это позволяет получить сигнал от видеокамеры с хорошей контрастностью, без засветки или затемнения. В системах наружного наблюдения рекомендуется использовать объективы с автоматической диафрагмой.

Цветные и черно-белые камеры.

Этот вопрос надо задать первым при проектировании системы видеонаблюдения. Черно-белые камеры имеют более высокую чувствительность, разрешающую способность, позволяют наблюдать объект в инфракрасном (невидимом для глаза) излучении, имеют более низкую стоимость. Основным недостатком черно-белой камеры является то, что невозможно определить цвет объекта. К примеру, голубой и желтый автомобиль на экране монитора будет выглядеть, как серый.

Цветные камеры позволяют более точно определить объект наблюдения, например, фишки для игры в казино, купюры, автомобили, одежду, предметы и т.д. Недостатком является более высокая стоимость, невозможность получить качественное изображение в темное время суток.

В некоторых цветных камерах существует режим день/ночь, т.е. камера при низкой освещенности начинает работать в черно-белом режиме.

Условия работы видеокамеры

При работе видеокамеры в помещении необходимо подумать лишь о том, как установленные камеры впишутся в интерьер помещения. Надо определить, где камеру необходимо установить скрыто, а где в специальных декоративных кожухах. В любом случае необходимо стремиться к тому, чтобы установленные телевизионные камеры не отвлекали сотрудников от их работы.

Другое дело, если камера должна устанавливаться на улице. А улица в российских условиях это большие колебания температуры от -40 до +50 °С, высокая влажность, большие колебания освещенности. Не стоит "забывать" и возможность физического уничтожения камеры.

Для компенсации жестких климатических условий на улице, находящихся за границей работоспособности видеокамеры, применяются специальные климатические кожухи (термокожух).

Для защиты видеокамеры от вандализма применяются специальные кожухи, изготовленные из высокопрочных сплавов, с бронированным стеклом. Такие кожухи могут также содержать необходимые термоустройства.

Детектор активности.

Наличие детектора активности или движения является значимым преимуществом любой из моделей камер. Детектор движения – это программный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения камеры объектов. Детектор движения не только обнаруживает перемещение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения настраивают с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).

При поступлении сигнала тревоги с одного из датчиков в памяти web-камеры формируется последовательность видеокадров, поступивших до, после и в момент тревоги и отправляются по заранее определенному адресу FTP или SMTP.

Тип установки.

Скрытая или обычная установка. Для скрытого видеонаблюдения используются миниатюрные бескорпусные камеры с диаметром объектива 1-2 мм (так называемые камеры pinhole), которые могут устанавливаться в стенах, входных дверях. Эти камеры абсолютно незаметны для постороннего глаза и защищены от вандализма и могут быть закамуфлированные под пожарные или инфракрасные датчики. В случае, когда нет необходимости скрывать факт видеонаблюдения применяются обычные корпусные или бескорпусные камеры.

Аналоговые и сетевые (IP) камеры 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.
1.3 Среды передачи видео сигналов
После считывания заряда с ПЗС матрицы и преобразования его в электрический сигнал, он должен пройти путь от видеокамеры до видеосервера. Путь этот может быть не близким, так как камеры могут располагаться за несколько километров от места концентрации видеоизображения. Также надо учитывать и электромагнитные помехи, которые также оказывают действие на видеосигнал, поэтому следует внимательно подойти к выбору среды передачи данных от видеокамеры к видеосерверу.

Каждый тип имеет свои ограничения по применению, что необходимо учитывать при проектировании схемы размещения компонентов системы. Максимально возможные расстояния между видеосервером и видеокамерами в зависимости от способа передачи видеосигнала можно посмотреть в таблице 3.

Таблица 3 ― Среды передачи видео сигнала

Тип кабеля

Длина линий связи без усилителя

Дополнительное оборудование

Примечание

Коаксиальный кабель

до 300 м

Не используется

Возможность возникновения токовых петель.

Чувствительность к различным наводкам.

Малая длина линий связи

Витая пара

до 1800 м

Передатчики и приемники сигнала по витой паре.

Отсутствие токовых петель.

Высокая защищенность от помех.

Стоимость кабеля и монтажа ниже чем при использовании коаксиального кабеля.

Оптоволокно многомодовое

одномодовое

до 4 км многомодовое

до 40 км одномодовое

Передатчики и приемники сигнала по оптоволокну.

Отсутствие токовых петель.

Максимальная защищенность от наводок.


Wi-Fi
Wi-Max

до 100 метров
6-10 км

Передатчики и приемники сигнала

Отсутствие токовых петель.

Низкая защищенность от помех.

Легкость монтажа.

Коаксиальный кабель - наиболее распространенный способ передачи изображения в реальных СОТ.

Основными характеристиками кабеля являются его волновое сопротивление, диаметр и погонное затухание.

Как правило, входные и выходные сопротивления основных компонентов СОТ имеют значение 75 Ом, т.е. рассчитаны на применение кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом. Поэтому применять для передачи видеосигнала кабели с волновым сопротивлением, отличным от 75 Ом, не рекомендуется.
Максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю зависит от целевой задачи видеоконтроля и определяется исходя из допустимого затухания видеосигнала в кабеле (для идентификации - 3 дБ, для обнаружения - 6 дБ).

Затухание в коаксиальном кабеле зависит, в основном, от его диаметра и составляет 2,6 дБ на 100 м (для кабеля диаметром 6 мм) и 1,4 дБ на 100 м (для кабеля диаметром 9 мм).

Исходя из приведенных выше цифр, можно рассчитать максимальное расстояние передачи видеосигнала по коаксиальному кабелю.

При необходимости передачи сигнала на большие расстояния применяют видеоусилители. При их использовании максимальное расстояние передачи видеосигнала может быть определено по формуле

, (1)

где Кус - коэффициент компенсации усилителя, дБ;

Кзат - затухание в кабеле на 100 м, дБ.

Особенности выбора и монтажа коаксиального кабеля, применяемого в СОТ следующие:

―  выбирать коаксиальный кабель с двойной экранировкой, обеспечивающий степень подавления помех не менее 60 дБ;

―  применять методы, которые уменьшают влияние помех, возникающих на объекте (предотвращение или уменьшение искрообразования, использование в аппаратуре специальных фильтров для уменьшения паразитного высокочастотного излучения, устранение помех электрической сети (50 Гц), экранирование аппаратуры и др.);

―  прокладывать кабели в помещениях в декоративных коробах, трубах, а в опасных (с точки зрения вандализма) помещениях - в металлических трубах и металлорукавах. Возможна также прокладка кабеля по существующим кабельным каналам;

―  прокладывать кабели вне помещений в земле или по стенам здания. Для этого должны применяться специальные кабели в броневой оплетке, выдерживающие большие колебания температур (от минус 40 до плюс 70 °С), высокую влажность (100%), воздействие солнечного света, соли и грызунов. Допускается применение обычных кабелей, прокладываемых в герметичных металлических трубах и металлорукавах.

Для передачи сигнала на большие расстояния (до 1,5 км) возможно применение линии передачи "витая пара" с соответствующим оборудованием (передатчиком и приемником) для преобразования видеосигнала в симметричный, поскольку на выходе камеры сигнал несимметричен.

В настоящее время используются три системы передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:

― системы с компрессией изображений по принципу "условного обновления" (CR);

― предназначенные для передачи только информации об изменении изображения от кадра к кадру;

― системы с MPEG-компрессией, в которых используют специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;

― системы с GPEG-компрессией, которые обеспечивают независимое сжатие кадра изображения.

В специальных СОТ, когда требуются повышенная помехозащищенность, конфиденциальность информации и высокая разрешающая способность, применяют волоконно-оптические линии связи. Дальность действия таких СОТ (как и при передаче по телефонным линиям) практически не ограничена. Относительная дороговизна данных систем обусловлена тем, что ТК не имеют выхода для подключения оптоволоконного кабеля, поэтому требуется вводить в СОТ преобразователи электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме того, прокладка, сращивание и подключение оптоволокна достаточно сложны. Однако при увеличении дальности передачи видеосигнала стоимость СОТ с волоконно-оптическим кабелем меньше стоимости системы передачи с помощью коаксиального кабеля (из-за большого количества усилителей, корректоров и другого оборудования и материалов). Например, видеосигнал от десяти ТК можно передавать по одному оптоволокну, а в случае использования коаксиального кабеля приходится использовать 10 отрезков такого кабеля необходимой длины и такое же количество усилителей, корректоров и др.

Беспроводные каналы связи.

При создании мобильных и переносных систем, а также при невозможности или нецелесообразности прокладки кабельных линий используют радиоканалы связи. Дальность передачи при этом составляет от сотен метров до нескольких километров. В простейшем случае ТК подключают к радиопередатчику гигагерцового диапазона. Однако такие системы имеют существенные недостатки: могут создавать помехи бытовому теле- и радиовещанию, а сигнал в зоне действия передатчика может принимать преступник.

Большинство беспроводных систем передачи видеосигнала имеет достаточно узкие диаграммы направленности. Поэтому такие системы критичны к выравниванию и установке передающих и приемных антенн. При проектировании указанных систем и их монтаже упор должен быть сделан на методы выравнивания и жесткости крепления антенн. Естественные движения высоких сооружений, на которых закреплены антенны, могут серьезно воздействовать на эффективность системы передачи.
1.4 Обработка сигнала
Вследствие того что аналоговый сигнал практически не поддается обработки для его хранения необходимо большое количество магнитных носителей, а передавать его на большие расстояния без усилителей невозможна, возникла необходимость в оцифровки видеосигнала перед его обработкой.

Оцифрованный сигнал сжимается до 1000 крат, передается с помощью компьютерных сетей на любое расстояние, анализируется сложными программными и аппаратными модулями с целью выявления движения в кадре, возможность цифрового увеличения требуемого изображения, хранить оцифрованную информацию становится гораздо проще чем аналоговую (Время записи при отключенном детекторе движения, запись ВИ только на внутренний носитель 40GB, 32 ВК, 1к/с для каждой ВК, ч/б изображение, 768х288 15 – 18,75 часов).

Для оцифровки видеосигнала применяют устройства -фреймграбберы. В зависимости от целей производителя при создании граббера могут быть использованы различные технологии, поскольку создано большое количество схем, которыми она может комплектоваться. Контроллеры оцифровки бывают двух типов: предназначенные для промышленных и научных приложений или для работы в области мультимедиа. Грабберы, использующиеся в научных целях для контроля процесса производства, конвертируют видеосигнал с наиболее возможной точностью, внося минимальные искажения. Мультимедийные контроллеры сначала конвертируют сигнал, а затем в эстетических целях изменяют его так, чтобы картинка была более привлекательной. Из-за совершенно различных областей применения контроллеры двух разных типов не могут быть взаимозаменяемыми, хотя некоторые производители мультимедийных плат подают их как “универсальное” решение для всех видов приложений.

Мультимедийный контроллер компонуется таким набором микросхем, которые значительно изменяют видеоинформацию, тем самым внося большое количество артефактов и шума. Эти изменения, которые не присутствуют в изначальном сигнале, могут привести к ошибкам измерения на последующих стадиях обработки и анализа информации. При использовании таких контроллеров в приложениях, которые требуют высокой точности (технологические измерения, микроскопия, инспектирование целостности поверхностей), внесенные изменения могут привести к ложным результатам.

Оцифровка сигнала.

В эпоху компьютерных технологий для решения многих прикладных задач в самых различных областях человеческой деятельности (наука, промышленное производство, медицина, кинематография и т.д.) требуется провести оцифровку видеосигнала, т.к. изображение, представленное в цифровом виде проще и быстрее обрабатывать (редактировать) и легче хранить.

Контроллеры оцифровки (грабберы) видеоизображения позволяют произвести захват и анализ сигнала, несущего визуальную информацию. Как правило, они представляют собой встраиваемые платы, подключающиеся к одной из компьютерных платформ. Платы видеозахвата преобразует исходное изображение источника видеосигнала в поток данных, которые могут храниться в цифровом виде, а также обрабатываться, анализироваться и отображаться на экране монитора. Видеосигнал может поступать от самых различных источников: видеокамеры, спецвидеомагнитофона, телевизионного тюнера, мультиплексора с подключенными к нему камерами и подобных этим устройств. Эти источники могут давать композитный (полный) видеосигнал, содержащий яркостную и цветоразностную (в случае цветного видео) составляющие, а также сигналы синхронизации или компонентный видеосигнал, когда различные составляющие сигнала передаются по отдельным линиям (как, например, в случае S-Video, когда яркостный и цветоразностный сигналы передаются раздельно). Кроме того, цветные видеосигналы могут иметь одну из тех принятых в мире стандартных систем кодирования цвета, - NTSC, PAL, SECAM, или их разновидности.

Оцифрованное изображение, полученное в результате видеозахвата, приобретает дополнительно следующие параметры:

― разрешение, которое определяет количество элементов изображения и выражается количеством точек (пикселей) по горизонтали и вертикали (256х256, 640х480, 768х576 и др.);

― отношение ширины пикселя к его высоте (обычно это 1:1, но бывают и другие, например, 4:3);

― глубина представления цвета; определяет количество цветов или оттенков одного цвета, измеряется в битах (8 бит – 256 цветов(оттенков серого для монохромного изображения). 10 бит – 1024, 16 бит – 65 536);

― частота кадров (Frames Per Second – FPS), скорость с которой кадры сменяют друг друга за единицу времени, обычно за секунду 25 кадров в секунду хватает для того, чтобы изображение было плавным, без скачков.

Контроллеры оцифровки видеоизображения бывают различных типов, различаются по размерам и форме, но несмотря на разницу в дизайне и характеристиках, они, с небольшими исключениями имеют общие принципы функционирования.

Прием видеосигнала.

“Передний край” платы – это блок на который приходит сигнал с подключенного устройства. Большинство контроллеров видеооцифровки имеют встроенный мультиплексор – электронный переключатель, который позволяет выбирать один из нескольких видеовходов. Таким образом, к некоторым платам можно подключить до четырех (наиболее эффективно) и более источников видеосигнала. Вдобавок, для выполнения определенных задач многие монохромные грабберы имеют так называемый “цветовой барьер” или фильтры цветности. Необходимость получения монохромного изображения от цветного источника обосновывается тем, что цветная составляющая сигнала может являться причиной интерференционных узоров, которые снижают качество картинки. Фильтры цветности удаляют цветовую составляющую для более качественного приема сигнала и более точного его анализа.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой.

Аналого-цифровой (АЦ) преобразователь превращает входящий видеосигнал (имеющий аналоговый вид) в цифровые данные, с которыми может работать компьютер. Технология преобразования аналогового видео сигнала в цифровой называется импульсной модуляцией (ИМ). Теория утверждает что аналоговый видеосигнал можно преобразовать в цифровой если частота выборки по крайней мере в два раза превосходит частоту аналогового сигнала. Выборка представляет собой процесс считывание амплитуды видеосигнала. Результат каждого считывания записывается в виде восьмибитового числа, а затем полученное цифровое представление изображения записывает в буфер собственной памяти. Содержимое буфера постоянно обновляется с частотой смены кадров - т.е. каждые 40 мс.

Так как преобразование происходит в режиме реального времени, используются конвертеры, работающие на частоте 20 МГц и выше. Надо учесть, что их производительность сильно зависит от блока хронометража и синхронизации (timing&synchronization circuitry), ибо именно этот блок отвечает за точное выполнение конверсии.

Некоторые контроллеры имеют возможность программной настройки параметров диапазона приема сигнала (изменение заданных по умолчанию значений), это помогает получить лучшую по качеству картинку при обработке сигнала малой мощности. Возможность тонкого тюнинга порта приема точно под характеристики входящего сигнала позволяет добиться точной оцифровки.

Синхронизация.

Этот блок состоит из систем хронометража, синхронизации и управления приемом изображения. Вместе с блоком конверсии они составляют “сердце” контроллера оцифровки. Схема хронометража может работать как на фиксированной частоте (в случае контроллеров, которые принимают видеосигналы стандартных форматов), так и на частотах, задаваемых программно (в случае контроллеров, принимающих нестандартные видеосигналы, - сигналы малораспространенных кодировок). Работа схемы хронометража жестко связана с работой схемы синхронизации, которая согласует такты схемы хронометража и импульсы входящего видеосигнала.

Платы оцифровки могут иметь дополнительную схему синхронизации на случай видеосигналов, имеющих малое отношение сигнал/шум или не жестко зафиксированную, меняющуюся со временем, частоту. Эти схемы восстанавливают поврежденную/измененную частотность импульсов путем добавления пропущенных импульсов и игнорируя дополнительные. Такие схемы чрезвычайно полезны для получения чистого изображения от сильно “шумящих” источников сигнала, таких как видеомагнитофоны или камеры, передающих сигнал по очень длинному кабелю.

Схема управления приемом изображения позволяет внешним сигналам включать и подготавливать плату для захвата входящего сигнала. Подобные сигналы зачастую связаны с какими-либо процессами, такими, как движение объектов съемки по конвейеру, или другими промышленными ситуациями. Эта схема необходима там, где нужна только периодическая работа платы, а не постоянная.

Обработка изображения.

Блок обработки изображения формирует данные после того, как картинка была оцифрована АЦ- конвертером. Таблицы перекодировки (Look-UpTables – LUTs) используются для обработки данных изображения и обычно бывают двух типов: входные (Input LUTs – ILUTs) и цветовые (Palette-matching LUTs). Входные таблицы перекодировки используются для изменения цифровых данных изображения в реальном времени, а также для инверсии и изменения значений шкалы полутонов (шкалы оттенков серого цвета).Конечно, после того, как изображение будет передано в компьютер, все эти операции можно осуществить , используя программное обеспечение, но с помощью аппаратных средств платы это будет сделано намного быстрее. Цветовые таблицы перекодировки, которые часто присутствуют в монохромных контроллерах оцифровки, используются для управления цветовой палитрой компьютера для того, чтобы запущенные программы не отображали монохромные изображения с цветовыми аберрациями.

Схема масштабирования и выделения позволяет уменьшить цифровое изображение ( а в некоторых случаях – увеличить) как по оси Х так и по оси Y перед тем, как переслать его в компьютер. Выделение позволяет выбрать интересующий участок изображения и не учитывать все оставшиеся данные. Управление размером и выделение нужной части изображения уменьшает время обработки и передачи информации. Это необходимо для приложений, которые критичны ко времени, когда требуется обработать много объектов, например, изображение лиц людей на проходной, номеров машин на оживленной автотрассе.

Уровень вносимых ошибок.

Если блоки приема и конверсии сделаны с ошибками, то они вносят помехи, сильно искажающие видеоданные. Самыми важными являются не характеристики вносимого платой шума: суммарная нелинейность и среднеквадратическое отклонение, которые измеряются в единицах, называющихся lsb (Least Significant Bit - младший значимый разряд). Lsb характеризует точность цифрового представления серых тонов. Суммарная нелинейность характеризует отклонение серого цвета, полученного контроллером, от серого цвета исходного изображения, а среднеквадратичное отклонение – помехи, вносимые схемами платы. Чем меньше величины обеих характеристик, тем выше качество работы контроллера. Если они не превышают 0,5 lsb, то это значит, что данный граббер является превосходным инструментом для оцифровки изображения.

Соотношение сторон пикселя.

У разных видов кодировок сигнала соотношение длины пикселя к его высоте может различаться. Так, в формате RS-170 стороны соотносятся, как 4:3. Отношение сторон пикселя тесно связано с процессом обработки изображения. У многих контроллеров оцифровки, работающих с частотой 60 Гц, это соотношение равно 5:4, тогда у большинства грабберов, работающих с частотой 50 Гц, оно равно 3:2. Остальные платы захвата видеоизображения позволяют задавать отношение сторон пикселя программным путем. В том случае, когда картинка принимается и отображается с одинаковым соотношением сторон пикселя, оно не играет большой роли, форма объектов не искажается, квадраты остаются квадратами, а окружности – окружностями. Соотношение сторон пикселя следует принять во внимание при выполнении некоторых специальных операций, таких как определение площади участка изображения путем подсчета элементов, его составляющих, или изгиб выбранной области картинки. Кроме того, отношение длины и высоты пикселя важно, когда конечное изображение должно удовлетворять графическим стандартам, поэтому, если приложение требует точного “попиксельного” измерения, следует убедиться, что графические элементы изображения являются квадратными (имеют соотношение сторон 1:1).

Сжатие видеоданных.

При записи изображения обычно используется по 8 бит (1 байт) для представления 256 уровней яркости красного, зеленого и синего цветов (RGB). Таким образом, для хранения одного элемента изображения (пиксела) требуется 3 байта памяти. Стандартный видеокадр формата 352Х288 пикселов требует 304128 байтов, а изображение на экране монитора даже при разрешении 640Х480 занимает почти целый мегабайт.

Использование классических алгоритмов сжатия "без потерь", таких как RLE (кодирование длин серий) или LZW (метод Зива - Лемпела - Уэлча), не решает проблемы, поскольку предельные для них коэффициенты сжатия (2-3 в случае черно-белых полутоновых или 1,5-2 для RGB изображений) совершенно недостаточны для большинства приложений. Коэффициент сжатия, достигаемый при использовании любого метода, зависит от характера изображения. Например одноцветный фон в любом случае сожмется лучше полного мелких деталей изображения.

Полноцветные 24-битовые изображения можно сжать путем синтеза изображения с искусственной палитрой и применения кодирования длин серий в сочетании со статистическим кодированием, но при этом максимальный коэффициент сжатия будет не более 3-5 относительно исходного изображения, причем основное сжатие произойдет за счет перехода от RGB к 256-цветному изображению с искусственной палитрой, причем искажения, возникающие при таком переходе, необратимы, и уже это обстоятельство не позволяет считать такой способ сжатия неискажающим.

Большинство современных методов сжатия как неподвижных, так и видеоизображений, обеспечивающих сжатие в десятки, а иногда в сотни раз, предполагает некоторые потери, то есть восстановленное изображение не совпадает в точности с исходным. Потери эти связаны с отказом от передачи или некоторого "загрубения" тех компонентов изображения, чувствительность к точности воспроизведения которых у человеческого глаза невелика.
2 ОРГАНИЗАЦИЯ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

2.1 Подключение системы видеонаблюдения к сети Интернет
Система видеонаблюдения, подключенная к всемирной сети Интернет, предоставляет возможности просмотра изображения с камер видеонаблюдения, входящих в систему, из любой точки Мира. Видеонаблюдение через Интернет позволяет осуществлять визуальный контроль без необходимости личного присутствия.

Если ваш обьект не оснащено доступом Ethernet, то в большинстве случаев Вам могут потребоваться следующие устройства:

― широкополосный модем для соединения ассиметричной цифровой абонентской линии (обычно поставляемый вашим поставщиком интернет-сервиса) или кабельным телевидением

― широкополосный маршрутизатор, который еще может называться Интернет-Шлюзом,  (Широкополосный маршрутизатор позволяет пользователям локальной сети совместно использовать единственное подключение к Интернету. Он также служит как интерфейс между Интернетом, Провайдером и Локальной Сетью .)

― свитч, который позволяет различным устройства из сети общаться непосредственно друг с другом и дает возможность устройствам из локальной сети иметь отдельные IP-адреса ).

Так как широкополосный маршрутизатор типично назначает автоматические, локальный адреса IP для устройств из локальной сети, такие адреса IP имеют свойства изменяться. Статичный (постоянный) IP-адрес рекомендуется для сетевой камеры. Чтобы назначать статичный IP-адрес, узнайте диапазон IP-адресов маршрутизатора, который, например, может быть от 192.168.0.2 до 192.168.0.35. Если Вы захотите использовать IP-адрес вне диапазона, типа 192.168.0.100, как статичный адрес IP для камеры, вероятно, что Вы не будете рисковать, что Ваше устройство будет конфликтами с другими устройствами, которые получают автоматические адреса.

Установка адреса IP для вашей камеры может быть сделана различными способами, как указано в руководстве камеры. Как только адрес IP назначен, установите подсеть, и шлюз (эта информация может быть получена из маршрутизатора), и сконфигурируйте параметры настройки камер: пароль, зарегистрированные пользователи для обеспечения ограничения доступа к камере.


Рисунок 1 ― Подключение систем видеонаблюдения

Кроме того, фирмы-производители разрабатывают специальные программы для камер, значительно упрощающие процедуру присвоения IP-адреса. Благодаря встроенному программному обеспечению для web-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента, e-mail клиента и др., камера подключается непосредственно к LAN/WAN/Internet, аналоговые камеры подключаются через видео-сервер ― и работает в ней как самостоятельное сетевое устройство. Это отличает ip-камер от обычных компьютерных камер, которые требуют обязательного подключения к персональному компьютеру через USB или LPT порт. Кроме того, ip-камеры могут поддерживать работу с пользовательскими скриптами и JAVA-апплетами.

Переадресация портов.

Широкополосный маршрутизатор, как упомянуто ранее, обеспечивает интерфейс между Интернетом, Провайдером и Локальной Сетью. Маршрутизатор получает внешний адрес IP от поставщика интернет-сервиса и поставляет внутренние (локальные) IP-адреса для устройств в локальной сети.

Чтобы получать доступ к сетевой камере, постоянно находящейся в локальной сети, Вы должны идентифицировать внешний адрес IP вашего маршрутизатора, и сконфигурировать Ваш маршрутизатор так, чтобы внешний адрес IP был направлен к статичному, местному IP-адресу сетевой камеры. Этот процесс называют открытием порта; то есть, когда Вы печатаете внешний адрес IP маршрутизатора из любого сетевого компьютера, Интернет определяет местонахождение вашего маршрутизатора, в свою очередь перенаправляет ваш запрос к локальному адресу IP, который назначен для сетевой камеры.

Если Вы требуется сделать доступной через Интернет больше чем одну сетевую камеру, то Вы должны использовать дополнительные(unofficial) порты маршрутизатора, типа 80xx и связывать их с сетевым адресом IP камеры.
2.2 Методы защиты систем видеонаблюдения от несанкционированных воздействий
1) Механические силовые воздействия.

Удар, взлом, вскрытие, изгиб, разрыв, и т.п., вызывающие полное разрушение или повреждение компонентов комплекса, нарушение электрических связей либо изменение ориентации камер.

Вероятный объект воздействия:

Линейная часть системы (ТК, кабели, усилители, кронштейны, корпуса и термо-кожухи, поворотные устройства, аппаратура телеметрии и другие компоненты, удаленные от постов охраны).

Методы защиты:

Физическая защита компонентов (использование ударопрочных конструкций корпусов, кронштейнов, и т.п.; скрытый монтаж и прокладка кабелей в стальных трубах).

Ограничение доступа к компонентам (установка компонентов в труднодоступных местах, защита компонентов или подступов к ним с помощью средств охранной сигнализации).

Контроль состояния компонентов (проверка правильности функционирования камер , периодический внешний осмотр компонентов с проверкой заданных установок).

2) Электромагнитные воздействия

Отключение сети переменного тока, создание электро- или радиопомех.

Вероятный объект воздействия:

Все компоненты системы.

Методы защиты:

Организация электропитания (энергоснабжение по первой категории, использование источников бесперебойного и резервного питания с автоматическим переключением).

Повышение помехозащищенности (правильный выбор сигнальных кабелей и кабелей питания, использование изолирующих трансформаторов и сетевых фильтров, разнесенная прокладка кабелей питания и сигнальных кабелей; прокладка кабелей кратчайшим путем, экранирование и заземление).

3) Управляющие воздействия на аппаратную часть системы с помощью специальных устройств.

Изменение установок регулируемых параметров (фокусное расстояние, ориентация ТК, и т.п.), рассогласование линий связи, блокирование реального сигнала или внедрение ложных данных.

Вероятный объект воздействия:

Линейная часть системы (ТК, аппаратура телеметрии, линии связи, их цепи и участки, наиболее подверженные внешним влияниям).

Методы защиты:

Повышение помехозащищенности (правильный выбор сигнальных кабелей; прокладка кабелей кратчайшим путем, экранирование и заземление).

Ограничение доступа к компонентам (установка компонентов в труднодоступных местах, скрытый монтаж и прокладка кабелей в стальных трубах; защита компонентов или подступов к ним с помощью средств охранной сигнализации).

Контроль состояния компонентов и зоны восприимчивости системы (проверка правильности функционирования камер, периодический внешний осмотр компонентов с проверкой заданных установок, поиск посторонних сигналов управления в зоне восприимчивости системы с помощью специальной аппаратуры).

4) Воздействия на программное обеспечение.

Изменение алгоритма работы, внесение вирусов, уничтожение программы.

Вероятный объект воздействия:

Интеллектуальная часть системы (программируемые мультиплексоры, матричные коммутаторы, видеоменеджеры, системные блоки компьютеров, и т.п.).

Методы защиты:

Ограничение доступа к программному обеспечению (установка компонентов в специальных сейфах на центральном посту охраны или в кабинете руководителя объекта, защита компонентов или подступов к ним с помощью средств охранной сигнализации, использование паролей и кодов доступа).

Контроль состояния системы (использование обнаруживающих и корректирующих тест-программ; периодическая проверка соответствия алгоритма работы системы заданному).

5) Воздействия на видеоархивы.

Снятие копий, подмена, хищение или уничтожение видеоинформации.

Вероятный объект воздействия:

Средства записи, воспроизведения и хранения информации (видеомагнитофоны, видеопринтеры, жесткие, гибкие, оптические и компакт-диски, видеокассеты, листинги, и т.п.).

Методы защиты:

Ограничение доступа к компонентам (установка компонентов и хранение архивных материалов в специальных сейфах на центральном посту охраны или в кабинете руководителя объекта, использование паролей и кодов доступа к архивным материалам; защита компонентов, архивных материалов или подступов к ним с помощью средств охранной сигнализации).

Контроль состояния компонентов и архивов (проверка работоспособности компонентов, периодический просмотр и анализ архивных материалов, уничтожение лишней информации).

Организация резерва (резервирование компонентов; создание архивов-копий с хранением их в другом недоступном месте).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблемы обеспечения безопасности объектов постоянно возникают в наше неспокойное время, когда объекты постоянно усложняются, насыщаются сложной техникой, инженерными системами. Вместе с тем, к сожалению, продолжается рост криминализации общества, становится глобальной проблема терроризма. Все это и в последующем приводить к необходимости совершенствования систем интегрированной безопасности. Будут продолжать совершенствоваться системы, обеспечивающие безопасность объектов, в том числе и революционными темпами, развивается цифровое телевидение.

В настоящее время стоит вопрос о создании нового уровня интеграции ранее созданных на объектах систем безопасности, в том числе создание кризисных информационных центров. Это требует объединения в некоторых случаях, систем безопасности различных объектов.

Рассмотренные в данной курсовой работе системы цифрового телевидения и средства обработки и передачи информации уже сейчас позволяет без особых капитальных затрат наращивать систему. Интегрировать ее в общие информационные системы, в том числе и с системами обычного телевидения, обрабатывать и передавать сигнал на любые расстояния через Интернет, и использовать эту информацию в интеллектуальных системах, которые способны самостоятельно принимать оптимальные решения по обеспечению безопасности объектов.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1) Деменьтев А.Н. Электронные системы безопасности личности и имущества. Ч.2. Охранное телевидение: учебное пособие. - Томск: В-спектр, 2007 - 172 с.

2) Дамьяновски В. CCTV. Видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2008. - 584 с.

3) Охранная видеотехника: Справочник. -5-е изд., стер. - М. : Академия, 2008. - 288 с.

4) Справочник по телевизионным системам наблюдения для проектировщиков, консультантов и пользователей. -М. : Гладиолус, 2009 - 256 с.

СОДЕРЖАНИЕС
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации