CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии - Владо Дамьяновски

Последовательный видеокоммутатор (или для краткости коммутатор) — это самое экономичное устройство в цепи между совокупностью телекамер и видеомонитором. Это не значит, что не существует более сложных и усовершенствованных последовательных коммутаторов. Существуют модели с функцией генератора текста (идентификация телекамер, время, дата), множественными опциями конфигурации интерфейса RS-485 или RS-422 и пр.

Некоторые подобные модели имеют функцию подачи по коаксиальному кабелю или напряжения питания для телекамеры, или синхронизирующих импульсов. Это необходимо для синхронизации телекамер, что мы сейчас и обсудим. Большинство этих усовершенствованных последовательных видеокоммутаторов может быть легко расширено до миниатюрного матричного коммутатора.

Синхронизация

Один из самых важных аспектов видеокоммутатора, независимо от числа его входов, — это используемый метод переключения. То есть, если на вход коммутатора подается сигнал более чем с одной телекамеры, то, естественно, сигналы будут в различных фазах. Это следствие того факта, что каждая телекамера в некотором смысле представляет собой автономный генератор, выдающий сигнал частоты, соответствующей ТВ-стандарту (625x25=15625 Гц для CCIR и 525x30=15750 Гц для EIA), и трудно себе представить, чтобы полдюжины телекамер случайным образом могли бы быть в одной фазе. Даже если у вас только две телекамеры, и то вряд ли. Такие сигналы, находящиеся в случайной фазе, мы называем несинхронизированными. Когда несинхронизированные сигналы проходят через последовательный видеокоммутатор, то на экране видеомонитора проявляется нежелательный эффект: медленное перемещение изображения по вертикали. Причиной этого эффекта являются разности фаз кадровых синхроимпульсах различных телекамер, что приводит к раздражающему глаз эффекту, который возникает каждый раз при переключении коммутатора с одной камеры на другую. Этот эффект становится еще более неприемлем, если производится запись выходного сигнала с коммутатора на видеомагнитофон.

Почему нарушение кадровой синхронизации более заметно на видеомагнитофоне? Головка видеомагнитофона требует механической синхронизации кадровыми синхроимпульсами от различных телекамер, в то время как видеомонитор делает это электронным образом. Единственный способ успешно преодолеть эффект перемещения изображения по вертикали заключается в синхронизации источников сигналов, то есть телекамер.

Самый удобный способ синхронизации телекамер — это использование внешнего генератора синхроимпульсов. В этом случае следует использовать телекамеры с входом для внешней синхронизации (имейте в виду, не каждая телекамера имеет возможность внешней синхронизации). У различных телекамер различные входы синхронизации, но вот наиболее распространенные варианты используемых для синхронизации сигналов:

— Строчные синхроимпульсы (синхроимульсы строчной развертки HD)

— Кадровые синхроимпульсы (синхроимпульсы кадровой развертки VD)

— Импульсы синхросмеси (HD и VD в одном сигнале, композитный видеосинхроимпульс или CVS).

Для синхронизации телекамер от синхрогенератора нужны дополнительные коаксиальные кабели (кроме кабелей для передачи видеосигналов), а синхрогенератор должен иметь столько же выходов, сколько телекамер в системе.

Понятно, такое решение является достаточно дорогим, хотя теоретически — это самый правильный способ синхронизации. Некоторые производители выпускают модели, в которых синхроимпульсы от видеокоммутатора к телекамере передаются по тому же коаксиальному кабелю, по которому передается видеосигнал. Единственная проблема при такой конфигурации — все оборудование должно быть от одного производителя.

Рис. 7.3. Телекамера с синхронизацией от сети (24 В АС) с внешним входом кадрового синхроимпульса

Есть и более дешевые способы борьбы со срывом кадровой синхронизации. Один из наиболее приемлемых — это использование телекамер с синхронизацией от сети (Line-locked). Это телекамеры либо 24 В АС, либо 240 В АС (110 В АС для США, Канады, Японии). Частота сети 50 Гц (60 Гц в Канаде, США и Японии) совпадает с частотой кадровой синхронизации, так что телекамеры с синхронизацией от сети выполнены таким образом, что фиксируют пересечение нуля синусоиды сетевого электропитания и настраивают кадровый синхроимпульс по фазе с частотой сети. Если все телекамеры системы подключены к одному источнику электропитания (одной фазы), то все телекамеры будут с ним синхронизированы и, соответственно, будут синхронизированы между собой.

Этот метод самый дешевый, хотя может давать нестабильность фазы — из-за сильных промышленных нагрузок, включаемых и выключаемых непредсказуемым образом. И все же, это самый простой путь.

Есть даже решение для случая, когда различные телекамеры подключены к различным источникам питания, — это так называемая регулировка V-фазы, регулятор расположен на корпусе телекамеры, что позволяет электронике телекамеры обеспечить синхронизацию даже при разности фаз до 120°. Следует отметить, что низковольтные телекамеры переменного тока (24 В АС) более популярны и более практичны, чем высоковольтные, и главным образом потому, что они безопаснее.

Некоторые телекамеры спроектированы для приема видеосигнала предыдущей телекамеры и синхронизации по этому сигналу. Этот процесс называется синхронизация типа «master-slave» (ведущий-ведомый).

Соединяя все телекамеры в такую цепочку, можно получить синхронизированную систему, где одна телекамера будет ведущей (master), а все остальные — ведомыми (slave). Для этого все телекамеры должны быть соединены дополнительным коаксиальным кабелем, кроме кабеля для передачи видеосигнала.

И все же не каждый последовательный видеокоммутатор может использовать преимущества синхронизированных телекамер. Коммутатор должен иметь еще и опцию переключения по кадровому синхроимпульсу. Только тогда коммутатор может переключать синхронизированные сигналы в момент вертикального синхроимпульса, так что переключение будет гладким, без перемещения изображения по вертикали. Коммутаторы без этой опции переключаются произвольным образом, не в конкретно определенный период видеосигнала. Если время наблюдения настроено на конкретное значение, то коммутатор с опцией переключения по вертикальному синхроимпульсу срабатывает с учетом этой величины, но только в период вертикального синхроимпульса. Таким образом, переключение происходит чисто, в период вертикального гасящего импульса, и не дает «срыва» изображения на экране видеомонитора.

Обычные видеокоммутаторы, не обладающие этой опцией, будут переключать сигнал в любой момент процесса вывода изображения, и это может произойти, например, на середине развертки поля. Если телекамеры синхронизированы, эффекта срыва кадровой синхронизации не будет, но все же оператор будет наблюдать излом изображения из-за резкого переключения с одного сигнала на другой в середине выводимого поля изображения.

Та же концепция переключения применима и для старшего брата последовательного видеокоммутатора — матричного видеокоммутатора.

Рис. 7.4. Элементы кадрового синхроимпульса

Матричные видеокоммутаторы

Матричный видеокоммутатор (Video Matrix Switcher — VMS) приходится старшим братом последовательному коммутатору. Матричный видеокоммутатор (VMS) является мозгом системы и входит в состав больших систем видеонаблюдения.

Если мы расположим на схеме видеовходы против видеовыходов, то получим матрицу — отсюда и название «матричный». Довольно часто матричные видеокоммутаторы называют узловыми (cross-point). Узлы (или точки пересечения) — это электронные переключатели, которые в любой момент могут подключить любой вход к любому выходу, сохраняя при этом режим согласования нагрузки.

Так, один видеосигнал может быть выбран одновременно более чем на одном выходе. А несколько входов могут быть выбраны для переключения по одному выходу, только в этом случае мы получим последовательное переключение между несколькими входами, так как иметь более одного видеосигнала на одном выходе в один момент времени невозможно.

Таким образом, матричный видеокоммутатор по существу представляет собой большой последовательный коммутатор с рядом усовершенствований:

— VMS может контролироваться несколькими операторами. Вспомните: последовательный коммутатор имеет кнопки на передней панели, так что только один оператор может управлять системой в данный момент времени. Матричным видеокоммутатором может одновременно управлять дюжина операторов и даже более. В этом случае каждый оператор обычно контролирует один видеоканал. В зависимости от модели VMS может быть достигнут определенный уровень интеллектуального управления. Операторы могут иметь равные или различные приоритеты, зависящие от их положения в структуре безопасности.