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

Видеоквадраторы

«Неумение» последовательных коммутаторов отображать все телекамеры одновременно и проблемы с синхронизацией заставили разработчиков оборудования для систем видеонаблюдения на создание нового устройства — видеоквадратора (разделителя экрана).

Видеоквадратор помещает изображение от четырех (или менее) телекамер на один экран, разделенный на четыре прямоугольные области, по аналогии с прямоугольной системой координат иногда называемые квадрантами (отсюда иногда используемое название такого прибора «quad»). Для решения этой задачи видеосигнал вначале должен быть оцифрован, а затем сжат до размера соответствующего квадранта (отсюда еще одно название прибора — quad compressor). Электроника прибора приводит все синхроимпульсы к единой временной базе, в результате формируется единый видеосигнал, в котором представлены сигналы всех четырех квадрантов, поэтому нет необходимости во внешней синхронизации.

Видеоквадратор — это прибор с аналоговыми входом и выходом, выполняющий цифровую обработку изображения.

Как и в случае любого цифрового устройства обработки изображений, здесь есть ряд моментов, которые необходимо знать, чтобы уметь определять качество системы: разрешение кадровой памяти в пикселах (по горизонтали и по вертикали) и скорость обработки изображений.

Рис. 7.11. Типичный черно-белый видеоквадратор

Типичная для современных видеоквадраторов емкость кадровой памяти составляет 512 х 512 или 1024 х 1024 пикселов. Первое сравнимо с разрешающей способностью телекамеры, но не забывайте, что эти 512 х 512 пикселов мы разбиваем на четыре изображения, и каждый квадрант будет иметь разрешение 256 х 256 пикселов, что приемлемо лишь для системы среднего уровня. Итак, если у вас есть выбор, то выбирайте видеоквадратор с большей кадровой памятью. Кроме того, каждый пиксел хранит информацию об уровне яркости (в черно-белых видеоквадраторах) и цветовую информацию (в цветных видеоквадраторах). Обычный черно-белый видеоквадратор хорошего качества дает 256 уровней серого, хотя для некоторых приложений достаточно 64 уровней. А вот 16 уровней серого — это слишком мало, и изображение будет выглядеть чересчур оцифрованным. Цветные видеоквадраторы высокого качества дают более 16 млн. цветов, то есть 256 уровней по каждому из трех первичных цветов (всего 2563).

Рис. 7.12. Двухстраничный видеоквадратор

Еще один важный аспект видеоквадратора — это время обработки изображения. Когда появились первые устройства, цифровая электроника работала сравнительно медленно, и видеоквадратор мог обрабатывать всего несколько изображений в секунду, поэтому вы могли видеть «дерганье» перемещающихся объектов на экране. Медленные видеоквадраторы есть и сегодня. Чтобы движение на экране было плавным, электроника должна обрабатывать каждое изображение на полевой частоте ТВ-системы (1/50 с или 1/60 с), только тогда на отображении не будет задержек и эффект оцифровки будет менее заметен. Такие «быстрые» приборы называются видеоквадраторами реального времени. Видеоквадраторы реального времени с высоким разрешением стоят дорого. Цветные приборы дороже, чем черно-белые, так как в этом случае на каждый канал требуется три модуля кадровой памяти (по числу первичных цветов). Если в системе больше четырех телекамер, то решением может быть использование двух-страничных видеоквадраторов, в этом случае до 8 телекамер могут переключаться последовательно в виде двух изображений с квадовым представлением. Большинство таких видеоквадраторов позволяет настраивать время отображения между переключениями.

Другая очень удобная характеристика, свойственная большинству видеоквадраторов, — это входы тревоги. При получении сигнала тревоги, соответствующая телекамера переключается с квадового режима на полноэкранный. Обычно это режим реального времени, то есть аналоговый сигнал отображается без цифровой обработки и хранения в кадровой памяти. Переключение по тревоге в полноэкранный режим особенно важно в режиме видеозаписи. Независимо от того, насколько хорошим кажется выходной сигнал с видеоквадратора, при записи на VHS-магнитофон разрешающая способность ограничивается возможностями видеомагнитофона. Это составляет 240 ТВЛ (мы обсудим это позже в разделе, посвященном видеомагнитофонам) для цветного сигнала и около 300 ТВЛ для черно-белого. При воспроизведении в квадовом режиме с видеомагнитофона очень трудно сравнивать детали в таком изображении с тем, что было в исходном изображении в режиме реального времени. По этой причине система может быть спроектирована таким образом, чтобы при срабатывании датчика тревоги происходил переход с квадового отображения на полноэкранное.

Рис. 7.13. Видеоквадратор с входами тревоги

В последствии детали видеозаписи по тревоге могут быть изучены подробнее. В качестве устройств активации могут быть использованы самые разные датчики, но чаще всего это пассивные и активные инфракрасные детекторы, видеодетекторы движения, тревожные кнопки и датчики открывания дверей.

Как и для последовательных видеокоммутаторов с входом тревоги следует четко определить, что последует после работы в режиме тревоги, то есть как долго видеоквадратор останется в полноэкранном режиме, требуется ли ручное подтверждение восприятия тревоги оператором. Это мелочи, но они многое могут изменить в построении видеосистемы и ее эффективности.

Иногда потребителя устраивает и запись в квадовом режиме, в этом случае достаточно простого видеоквадратора, без входов тревоги.

Однако, если требуется запись полноэкранного изображения, то следует осторожно относиться к выбору видеоквадратора с функцией увеличения при воспроизведении. Они могут выглядеть так же, как и устройства с входами тревоги, но на самом деле они не поддерживают запись полноэкранного изображения, как этого можно было бы ожидать; вместо этого они электронным образом «раздувают» записываемые квадранты на полный экран. Разрешение таких увеличенных изображений составляет лишь четверть (1/2 по вертикали и 1/2 по горизонтали) того, что должно быть.

Видеомультиплексоры

Естественная эволюция устройств цифровой обработки изображений сделала видеомультиплексоры лучшей альтернативой видеоквадраторам, особенно для записи. Видеомультиплексоры — это устройства, выполняющие временное мультиплексирование входных видеосигналов и дающие два типа выходных видеосигналов: один для просмотра и один для записи.

Выход для видеонаблюдения позволяет показывать изображения со всех телекамер на одном экране одновременно. То есть, если у нас есть 9-канальный видеомультиплексор с 9 телекамерами, то все они будут представлены на экране в виде мозаики 3 х 3 (мультиэкранное отображение. Прим. ред.). Та же концепция применима к 4- и 16-канальным видеомультиплексорам. В большинстве видеомультиплексоров любая телекамера может быть выбрана для полноэкранного отображения. Пока на видеовыходе воспроизводятся эти изображения, на магнитофонный выход видеомультиплексора посылаются разделенные по времени мультиплексированные изображения со всех телекамер, выбранных для записи. Это разделенное по времени мультиплексирование похоже на очень быстрый последовательный видеокоммутатор с той лишь разницей, что все видеосигналы синхронизированы для последовательной записи на видеомагнитофон. Некоторые производители изготавливают видеомультиплексоры, выполняющие лишь быстрое переключение каналов (для записи) и вывод полноэкранных изображений, без функции мозаичного воспроизведения. Такие устройства называются frame switcher (коммутатор кадров), причем при записи они ведут себя подобно видеомультиплексорам. (Более распространенное название — симплексный видеомультиплексор. Прим. ред.)

Рис. 7.14. Uniplex — один из первых видеомультиплексоров

Рис. 7.15. Мультиплексирование видеозаписи

Чтобы понять, как это происходит, мы упомянем здесь несколько моментов, касающихся концепции записи на видеомагнитофон (эти вопросы также обсуждаются в следующем разделе). Головки видеомагнитофона (обычно две) расположены на 62 мм вращающемся барабане, который выполняет спиральную развертку магнитной ленты, проходящей вплотную с барабаном.

Вращение зависит от ТВ-системы: для PAL это 25 оборотов в секунду, а для NTSC — 30. Если две головки расположены на барабане под углом 180° напротив друг друга, спиральная развертка может составлять 50 полей/с на чтение или запись для PAL и 60 — для NTSC. Это означает, что каждое ТВ-поле (состоящее из 312.5 строк для PAL и 262.5 строк для NTSC) записывается на диагональные, плотно расположенные дорожки магнитной ленты. Когда видео-магнитофон воспроизводит записанную информацию, он делает это на скорости, соответствующей ТВ-стандарту, так что мы опять получаем движущееся изображение.