Наиболее перспективной из всех реализуемых на практике технологий организации систем видеонаблюдения представляется IP-технология. IP камеры видеонаблюдения в настоящее время получают все большее и большее распространение, вытесняя аналоговые камеры. Большинство заказчиков систем видеонаблюдения требует построения видеонаблюдения именно на IP камерах, соответственно, проектировщики и монтажные организации используют IP камеры в своей практике все чаще и чаще.
В связи с большим ассортиментным рядом IP камер, представленных на рынке, возникают вопросы о критериях выбора IP камер, об их качестве, надёжности и применимости в конкретных условиях. И здесь большое количество «подводных камней», о которых умалчивают производители дабы выставить свою продукцию только в лучшем свете. В итоге страдают и заказчики, и инсталляторы. О нюансах технических параметров и характеристиках современных IP-камер мы поговорим в нашей статье.
Проблематика рынка современных IP-камер
Если с аналоговыми камерами все достаточно ясно, и накопленный десятилетиями опыт позволяет выбрать камеру для применения в конкретных условиях без особого труда, то с IP камерами сложнее. IP-видеонаблюдение - относительно молодая отрасль сферы безопасности и очень активно развивается и стремительно эволюционирует. IP камеры, производимые 2 года назад, год назад и сейчас – это абсолютно разные камеры. Каждый год происходят радикальные изменения как аппаратной части, так и конструктивной. В настоящий момент на рынке представлены камеры минимум трех поколений с абсолютно разными возможностями, надёжностью и качеством, а количество производителей IP камеры перевалило за сотню. Как же выбрать среди всего этого «богатства» нужные нам модели IP камер, которые решат поставленные задачи при построении системы видеонаблюдения и доставят минимум сложностей при монтаже, наладке и дальнейшей работе, решив, при этом, поставленную задачу?
В первую очередь помните: не существует «универсальных», «самых лучших» камер. Выбор модели камеры всегда определяется конкретными условиями ее применения. IP камера должна выполнять поставленные перед ней задачи, которые могут сильно различаться. Например – видеонаблюдение в офисе, видеонаблюдение на периметре, определение автомобильных номеров и т.д. Давайте рассмотрим наиболее значимые параметры IP камер, на которые необходимо обратить особое внимание.
Но прежде, отличный доклад Алексея Новака инженера компании AXIS с конференции PROIPvideo2018 на тему подводных камней бюджетных IP-камер видеонаблюдения:
Подпишитесь, чтобы быть в курсе новых технологий видеонаблюдения.Подпишись на канал
Исполнение и дизайн IP камер
Конструкция, качество исполнения, дизайн камеры это вопрос удобства использования, возможности по применению и стоимости камеры, но в некоторых случаях исполнение камеры ставит под вопросом ее применение. Исходя из опыта применения и отзывов партнёров мы сформировали следующие рекомендации:
- подключение к камере должно производиться внутри камеры. Если подключение производится через интерфейсные кабели, то желательно, что бы часть из них можно было отключить и убрать вовсе (аудиоканалы, реле, лучи). Встречаются камеры с метровыми мультиинтерфейсными шлейфами, которые не понятно куда и как убирать и прятать
- камера должна представлять собой полностью закрытый и защищённый узел. Не желательно, что бы были видны электронные схемы, присутствовали вентиляторы, чтобы для подключения или извлечения SD карты приходилось бы разбирать камеру
- камеры купольного исполнения должны быть оснащены трехпозиционным координатным механизмом. Этот механизм позволяет выровнять картинку от камеры по горизонту независимо от места установки (на потолок или на стену). Камеры, имеющие стандартный двухпозиционный координатный механизм, ограничены в размещении на объекте. До сих пор неоднократно встречаются камеры, которые установить "на стену" не представляется возможным.
Функционал IP камер
К функционалу IP камеры мы отнесем такие параметры, как возможности встроенного WEB интерфейса, встроенной видеоаналитики, многопоточность, фокусировка, возможность работы камеры с внешними сетевыми устройствами хранения данных и SD картами памяти. А так же рассмотрим типы матриц используемые в IP камерах.
WEB интерфейс IP камеры
Практические все современные камеры имеют встроенный WEB интерфейс. Это очень удобно для первоначальной настройки камеры, изменения особых параметров, расширенной настройки.
При первом подключении к камере через Web Browser в большинстве случаев камера предлагает установить необходимые кодеки и библиотеки. Нередкий случай, когда встроенное ПО камеры не поддерживает работу со стандартным Internet Explorer-ом от Windows и приходится где-то искать интернет и скачивать необходимый обозреватель для дальнейшей работы с камерой. Встречаются ситуации, когда после установки необходимых кодеков и библиотек доступ к камере все равно ограничен, в таких случаях необходимо искать дополнительное ПО в интернете для работы с данной камерой. IP камера должна иметь на борту полный набор необходимых приложений и кодеков для обеспечения беспрепятственного доступа к функционалу камеры.
Каждый производитель для своих IP камер разрабатывает индивидуальный WEB интерфейс, стараясь сделать его максимально удобным и доступным. WEB интерфейс камер может быть представлен в виде полноценного рабочего места оператора, где он имеет возможность просмотра видео в реальном времени, просмотра видеоархива (если запись ведется на SD карту или NAS), управлять микрофоном или динамиком камер, а также сухими контактами. Но большинство IP камер имеют простой WEB интерфейс с необходимым функционалом для настройки камеры, а полноценная работа и управление отданы в руки стороннего ПО видеонаблюдения. Многоязыковая поддержка на данный момент очень распространена в IP камерах. Стандартным поддерживаемым языком является английский. Есть камеры с поддержкой до 36 языков, в том числе и русского. В таких камерах часто встречается некорректный перевод стандартных параметров камеры, что иногда приводит к трудностям в ее настройке. Чтобы этого избежать, пользуйтесь стандартным англоязычным интерфейсом камеры.
Поддержка встроенной видеоаналитики
Встроенная видеоаналитика в камерах представлена в виде поддержки детекторов движения, аудио детекторов, детекторов температуры, детекторов вскрытия и т.д. Некоторые производители встраивают в IP камеры более профессиональную видеоаналитику, такую как: детектор лиц, детектор пересечения линий, детектор тревожной зоны. Такая видеоаналитика является разработкой производителя IP камеры или сторонних производителей ПО.
В большинстве случаев работа с камерой ведется через ПО видеонаблюдения, которое также имеет свой набор программных детекторов. Использование встроенной видеоаналитики камеры в таком ПО видеонаблюдения не всегда возможно и зависит от качества интеграции конкретной IP камеры. Например, если необходимо в имеющуюся систему добавить камеру со встроенным детектором лиц, то следует обязательно выяснить, интегрирована ли в используемом на объекте ПО аналитика данной камеры. Иначе, зачем покупать недешевую камеру со встроенной аналитикой, которая не будет востребована в работе.
Возможность работы с внешними и внутренними устройствами хранения данных (NAS)
В настоящее время поддержка камерами SD карт вошла в стандартный набор функций IP-камеры. Возможность камер вести запись на SD карту памяти позволила строить небольшие и бюджетные автономные системы IP-видеонаблюдения. При использовании функционала записи на SD карту памяти нет необходимости использовать громоздкое серверное оборудование. Но этот функционал имеет один большой минус – если камеру украдут, то видеоархив также будет утерян.
Такой функционал расширил возможности камер при применении на малых объектах. Это позволило увеличить глубину архива и защитить видеоданные. Но у такого решения есть некоторые ограничения по использованию, и на что стоит обратить особое внимание. К примеру, некоторые IP камеры могут работать не со всеми сетевыми хранилищами, а только с теми, которые поддерживают протокол NFS.
Сжатие. Кодек Н.264или MJPEG?
В IP камерах в настоящий момент преимущественно используются два типа кодека H.264 и MJPEG.
MJPEG - это формат для цифровой фотосъёмки, где каждый кадр сжимается индивидуально (внутрикадровое сжатие) и обеспечивает хорошее качество изображения. Для формата сжатия MJPEG не требуется высокой производительности процессора, поэтому он с успехом используется для видеонаблюдения. Но такой формат имеет значимый минус - поток с камеры будет существенным, использование такого формата для записи может привести к значительной нагрузке на сеть, а также глубина архива от IP камер будет не большой и для его расширения придётся использовать огромные дисковые хранилища. Тем не менее, использование кодека MJPEG актуально в тех случаях, где есть необходимость на рабочих станциях просматривать полные кадры без сжатия в лучшем качестве. К примеру, это могут быть такие объекты, как общественные места, метрополитен, торговые комплексы и места с массовым скоплением людей. В общем, там, где стоит задача просматривать видео в лучшем качестве и высокой детализации объектов.
В кодеке H.264 в кадре выделяются только движущиеся объекты и информация о них и кодируется. Полное изображение передается только через заданные промежутки в качестве опорного кадра. H.264 позволяет формировать высококачественный видеосигнал со значительно меньшим цифровым потоком, чем MJPEG, но при этом требования к производительности процессора весьма высоки.
Из-за ресурсоемкого процесса обработки кодека H.264 на отображение, его рекомендуется использовать для записи архива. При этом нагрузка на процессор минимальна, а глубина архива может быть увеличена в разы. Тем не менее для отображения данный кодек можно применять на объектах где не стоит задачи по слежению и нет необходимости рассматривать детальную картинку от камер. Из за низкого цифрового потока с IP камер кодек H.264 не нагружает сеть между рабочими станциями мониторинга и сервером, что тоже немаловажно для объектов с существенным количеством камер.
Каждый тип сжатия и каждый кодек служит своим целям. Выбирая камеру нужно определиться с теми задачами, которые камера будет обеспечивать. Исходя из тактики охраны формируются требования на передачу данных. При этом не все камеры способны передавать полные данные одновременно и в H.264 и в MJPEG. Стоит заранее уточнить о возможности камер передавать требуемые Вам потоки.
Многопоточность
Многопоточность – это функционал, который доступен практически в каждой IP камере. Грамотное использование данного инструмента в IP камерах позволит построить разветвленные сети на несколько сотен, а то и тысяч камер, при этом даст возможность значительно сэкономить на ресурсах и пропускной способности сети, а так же производительности серверов.
Поддержка одновременно двух независимых потоков передачи видео в кодеках H.264 и MJPEG - важный параметр IP камер. Также существуют камеры с поддержкой функции multiple H.264 streams – передача одновременно двух независимых потоков в кодеке Н.264. Поддержка такого функционала говорит о мощной аппаратной части камеры, что процессор и память камеры способны генерировать независимые потоки в кодеках с высокой степенью сжатия. Но не редкий случай, когда производитель умалчивает об ограничениях работы камеры в двухпоточном режиме. Например, если с камеры уже взят один поток на запись в кодеке Н.264, то просмотр в кодеке MJPEG будет аппаратно ограничен как разрешением изображения, так и скоростью. Это характерно для камер старых поколений. Поэтому при построении двухпоточной системы необходимо у производителя используемых камер уточнить нюансы, с которыми придётся столкнуться при использовании одновременно двух потоков с одной камеры.
Одним из важных параметров работы камеры в многопоточном режиме является параметр битрейт (bit rate). Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации по каналу, то есть скорости передачи «полезной информации». Измеряется битрейт в килобитах или мегабитах в секунду. Например битрейт камеры AXIS модели P1354 в полном разрешении и скорости 25 к/с в режиме VBR примерно будет равен 6-7 Мбит/с.
Битрейт в IP камерах может быть меняющимся или постоянным (VBR или CBR).
- Постоянный битрейт (Constant bitrate, CBR) — вариант кодирования потоковых данных, при котором пользователь задаёт необходимый битрейт, и он не меняется в течение времени передачи. Его главное достоинство — возможность довольно точно предсказать размер сетевого трафика, поступающего с камеры. Однако вариант с постоянным битрейтом не очень подходит, так как видеопоток изначально не постоянный и меняется динамически в зависимости от сцены, которую снимает камера. Поэтому это может повлиять на качество изображения, и, при высокой интенсивности движения в кадре, мы увидим артефакты в виде искажения изображения.
- Переменный битрейт (Variable bitrate, VBR) — при переменном битрейте скорость передачи информации с камеры зависит от следующих параметров: разрешение кадра, уровня компрессии, скорости кадров в секунду и от динамичности сцены, которую снимает камера, причём в течение времени битрейт может изменяться в допустимых пределах. При сжатии видео кодировщик в ip камере сам задает величину битрейта в зависимости от изменения сцены. Данный режим даёт оптимальное соотношение качество/размер выходного сетевого трафика, однако рассчитать его точный размер будет трудно. К примеру, если выбрать на камере кодек Н.264 и посмотреть видео, то можно увидеть, что битрейт в камере при отсутствии движения уменьшается, а при движении объектов в кадре – увеличивается. Так работает VBR.
Обратите внимание:
В некоторых камерах при установке режима VBR тем не менее присутствует ограничение максимального bitrate. Этот фактор может оказать негативное влияние на качество изображения. Часто в спецификации камеры параметры битрейта не указаны, поэтому стоит уточнить этот нюанс у производителя данной модели камеры. Это в т.ч. необходимо, чтобы более точно рассчитать, какая пропускная способность локальной сети необходима для построения системы видеонаблюдения. Рекомендуется учитывать максимальный битрейт камеры, тогда пропускная способность ЛВС на объекте будет рассчитана с необходимым запасом и не придётся столкнуться с проблемой низкой пропускной способности каналов связи между сетевым оборудованием, видеосервером и рабочими станциями мониторинга.
Выбор объектива, Фокусировка изображения
Выбор объектива для камеры всегда обусловлен задачей, которая стоит перед камерой.
Хотелось бы обратить внимание на объективы, использующиеся в камерах фиксированного исполнения. Если объектив будет некачественным или не будет соответствовать камере, то даже самая лучшая камера будет показывать плохо.
При исследовании различных IP камер в нашем офисе, в комплект поставки, которых не входили объективы, мы столкнулись с проблемой подбора качественного объектива и фокусирования изображения на этих камерах. В большинстве случаев получалось сфокусировать изображение в центре кадра, по бокам изображение оставалось размыто. Поэтому при выборе IP камеры обязательно стоит уточнить, с какими моделями объективов производитель рекомендует использовать свои камеры.
Так как на такой комплект распространяется гарантия производителя камеры, и он изначально гарантирует вам стабильную работу и качественную картинку.
Независимо от исполнения камер, а также независимо от используемого объектива, присутствие в камере функционала подстройки заднего фокуса позволяет после установки сфокусировать изображение на камере удаленно через WEB интерфейс, что может сэкономить время при окончательной подстройке изображения после монтажа. Также камеры с моторизированным вариофокальным объективом, имеющие функционал автоматической подстройки фокуса (в основном это купольные камеры), должны иметь функцию отключения автофокуса с возможностью ручной подстройки. Это позволяет сфокусировать камеру в нужной точке обзора.
Так же важным элементом объектива является диафрагма. Диафрагма используется для поддержания оптимальной яркости на элементе формирования изображения, чтобы обеспечить его резкость, чёткость и правильность экспонирования для достижения хорошей контрастности и разрешения.
Управление диафрагмой может быть фиксированным или регулируемым. Объективы с регулируемой диафрагмой бывают с ручной или автоматической настройкой (автоматическая диафрагма и автоматическая диафрагма с технологией P-Iris). Технология P-Iris является перспективной для точной подстройки диафрагмы в IP-камерах высокого разрешения. Но она не совместима со стандартной технологией. Рекомендуется уточнить возможность камеры работать с объективом P-Iris.
Матрицы
Как известно, в IP камерах используются два вида матриц CCD и CMOS. Отличие друг от друга у матриц существенное как технологией изготовления, так и физическими принципами работы.
CCD (ПЗС) матрица — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью. CCD-сенсоры обладают эффективным электронным затвором, очень важным для фиксации быстрых перемещений (движений), низким уровнем шума (хорошая чувствительность в ближнем ИК-диапазоне), являющиеся весьма полезными при низкой освещенности и широко используемой ИК-подсветке. ПЗС матрицы имеют широкий динамический диапазон. При этом CCD мегапиксельного разрешения дорогие в производстве, потребляют много энергии и могут начать "шуметь" из за значительного тепловыделения.
CMOS (КМОП) матрица — технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. CMOS матрицы дешевле в изготовлении, меньше потребляют энергии, разрешение ограничивается лишь технологией изготовления, хорошо подходят для мегапиксельных камер. При этом, они менее чувствительны и сильно "шумят".
Некоторые производители старого поколения камер говорят только лишь о преимуществах CCD и умалчивают о недостатках. Современные CMOS матрицы уже практически не уступают CCD по основным параметрам, но при этом они имеют перспективы к улучшению параметров, а технологии изготовления постоянно совершенствуются. CCD же подобрались к своему технологическому пределу и постепенно уходят с рынка.
Обработка изображения
Рассмотрим наиболее значимые параметры настройки видео, которые должны присутствовать в камерах и быть доступны для пользователя при решении для определенных задач.
WDR – широкий динамический диапазон
Широкий динамический диапазон (Wide Dynamic Range, WDR) — это технология, позволяющая расширить рабочий диапазон камеры между самыми темными и самыми светлыми участками изображения. Другими словами это функционал, при котором происходит компенсация засветки изображения, то есть высветление более темных зон и затемнение более светлых. Это позволяет при просмотре видео с камеры увидеть и идентифицировать предмет, находящийся в очень светлой или очень темной зоне. Практически у каждого производителя есть IP камеры с поддержкой WDR. Существует два распространенных варианта реализации WDR: т.н. аппаратный и программный WDR.
- Аппаратный WDR используется в профессиональных камерах, предназначенных для работы в местах со сложным освещением (наблюдение за автомобилем во встречном свете фар и т.п.) или с применением функций видеоаналитики (распознавание лиц, распознавание автомобильных номеров). Аппаратный метод основывается на использовании матрицы с двойным сканированием. Камера делает два снимка каждого кадра с разной степенью экспозиции, которые потом объединяются. В результате на картинке хорошо видны и пересвеченные и сильно затемненные области.
- Программный WDR используется для работы на объектах со статическим светом, где освещение в течение дня меняется незначительно. Есть производители, у которых данный функционал представлен в виде собственных разработок и имеет свое наименование, но работа его сводится к тому же результату. В итоге дать оценку качества работы этой функции можно только субъективно, взглянув на изображение от камеры. Программный метод основан на обработке изображения процессором камеры.
При тестировании технологии WDR у нас в офисе, мы получили совершено разные результаты от различных камер. При первом включении функции WDR с включенными лампами дневного освещения, картинка на камере действительно менялась в лучшую сторону, более темные места становились более контрастными и различимыми. Далее проводились эксперименты с освещением: свет выключали полностью или частично, оставляя естественно освещение от окна. В результате мы увидели , что картинка на части камер начинала шуметь и контрастность темных зон заметно ухудшилась. Такой эффект можно увидеть на камерах с поддержкой программного WDR. Камеры имеющие аппаратный WDR показали себя с лучшей стороны, даже если направить камеру на окно и поставить в кадр человека перед окном. После включения WDR в кадре возможно было различить лицо стоящего человека, а так же увидеть все что происходит за окном. Использование функционала WDR в камере актуально, когда необходимо установить камеру в холлах с панорамным остеклением, на лестничном пролете с большими окнами, на входе в здание, где присутствует смешанное освещение и т.п.
Скорость электронного затвора (Shutter)
Электронный затвор - это время, в течении которого осуществляется накопление зарядов на матрице. Если время будет очень маленькое, то сигнал будет слабым и возможно присутствие шумов. Если время будет большим, то возможно засветка отдельных участков и/или смазывание быстродвижущихся объектов на изображении. Пределы опросных импульсов могут быть от нескольких секунд до 1/100000 c. Практически у всех современных IP камер имеется электронный затвор, работающий в автоматическом режиме, который подстраивается под текущее изменение освещенности в кадре и изменяет скорость затвора.
Встречаются задачи видеонаблюдения, когда требуется зафиксировать скорость электронного затвора, либо сузить пределы автоматической регулировки. Чаще всего эти задачи связаны с возможностью как можно чётче зафиксировать кадр с быстро движущимися объектами, например при распознавании автомобильных номеров или лиц. Соответственно, для того чтобы изменять параметры электронного затвора, они должны быть доступны для ручной подстройки. На рынке присутствуют камеры, у которых этот параметр не доступен к редактированию, что существенно сужает возможности их использования.
Световая чувствительность.
Световая чувствительность камеры крайне важный параметр, который, к сожалению, не имеет чёткого стандарта, методик оценки и измерения. Многие производители указывают значения чувствительности 0,0001 люкс, и даже ниже. Не стоит сравнивать значения этого параметра между камерами различных производителей напрямую. В первую очередь стоит обратить внимание на:
- размер матрицы - чем он больше, тем выше чувствительность
- светосила объектива или относительное отверстие - чем оно меньше, тем светлее изображение и меньше шумов
Помимо этого, на чувствительность влияют технологии изготовления и конструкция матрицы, а так же специальные алгоритмы обработки изображения, которые используют те или иные производители.
Режим "день/ночь". ИК фильтр
Присутствие в спецификации режима "день/ночь" не говорит о том, что камера видит в ИК спектре. Часто под этим термином кроется только лишь возможность переключение камеры в ч/б режим при не достаточной освещенности для снижения уровня видимых шумов на изображении. Для того, чтобы камера видела в полной темноте с использованием ИК подсветки, она должна быть снабжена механическим ИК фильтром. В таких камерах ИК фильтр убирается, чувствительность в ИК диапазоне повышается, камера переключается в ч/б режим.
Следует помнить, что камера "день/ночь" с механическим ИК фильтром не намного лучше показывает, чем обычная камера, в темное время суток в условиях обычного искусственного освещения. Возможности камеры с механическим ИК фильтром раскрываются только при использовании дополнительных ИК прожекторов освещения.
Итого
В статье приведены самые важные и существенные моменты в выборе камер для IP-видеонаблюдения. Многое из того, о чем сказано в статье, Вы не найдете в рекламных проспектах производителей оборудования, но что может существенно повлиять на работу камеры и системы в целом. По этой причине мы стремимся предоставить нашим партнёрам именно ту информацию, которая будет полезна в практическом плане при проектировании будущей системы IP-видеонаблюдения.
Что ещё хотелось бы отметить? В настоящее время рынок насыщен огромным количеством камер различных производителей, различного дизайна и исполнения, различные по стоимости и качеству. Крайне велик соблазн использовать недорогие камеры, в основном азиатских производителей. В рекламных материалах и документации, часто приведены отличные характеристики. Наши опыт и практика применения камер в проектах партнёров, сформировали следующее видение и рекомендации по использованию недорогих камер:
При учете рекомендаций данной статьи и правильном выборе камер, бюджетные камеры вполне способны предоставлять великолепную картинку. Качество изображения и работа недорогой камеры может быть на достаточно высоком уровне в нормальных условиях, и при сравнении с более дорогим аналогом, Вы можете не увидеть никакой разницы. Но если Вам необходимо эксплуатировать камеру в сложных, экстремальных, нестандартных условиях, то именно здесь и проявляются возможности сложных, высокотехнологичных и дорогих устройств. Такими условиями могут быть: распознавание номеров и лиц, работа в условиях встречной засветки, сложного и недостаточного освещения, экстремальные температуры использования, требования по автономной работе и работе встроенных алгоритмов видеоаналитики. Помимо этого есть ещё такие факторы, как удобство установки, настройки, обслуживания, эксплуатации, качество сервисной поддержки. Все это так же стоит учитывать при выборе камеры. Экономия при покупке может в последствии привести к дополнительным затратам на установку и обслуживание.
Вебинар о выборе камер для системы IP-видеонаблюдения:
Подпишитесь, чтобы быть в курсе новых технологий видеонаблюдения.Подпишись на канал
Мы надеемся, что наши рекомендации помогут инженерам и проектировщикам сделать правильный выбор IP-камеры, и эффективно использовать полученные знания в работе. По любым вопросам, связанным с данными справочными материалами, можно обратиться в техническую поддержку компании Видеомакс. Оперативная консультация по телефону (495) 640-55-46 либо можно воспользоваться email: info@videomax.ru. Специалисты компании Видеомакс готовы проанализировать проектные решения с точки зрения их оптимальности и правильного подбора IP оборудования. Все консультации проводятся бесплатно. Мы всегда рады видеть Вас в нашем офисе.
