Системы передачи видеоинформации
За последние годы системы видеонаблюдения стали основой надежной системы безопасности. Современное оборудование системы видеонаблюдения позволяет не только наблюдать и записывать происходящее события, но и программировать реакцию всей системы безопасности при возникновении нештатных ситуаций.
В зависимости от типа используемого оборудования системы видеонаблюдения делятся на цифровые и аналоговые.
Цифровая система видеонаблюдения:
• обеспечивает высокое качество воспроизводимой видеозаписи;
• высокую скорость доступа к видеоархиву;
• возможность цифрового увеличения и масштабирования любого кадра;
• мгновенный поиск и просмотр видеозаписи по камере, дате и времени;
• возможность интеграции с другими компьютерными системами безопасности;
• легкая и недорогая трансляция видеоархивов по каналам связи (шнтернет и пр.);
• возможность отправки тревожных сообщений по электронной почте и SMS;
• возможность экспорта видеоинформации на совместимые внешние носители.
Очень важным преимуществом цифровых систем является возможность создания на их основе интегрированных систем безопасности. В зависимости от требований, предъявляемых к системе видеонаблюдения, в состав цифровой системы видеонаблюдения могут входить и другие охранные и исполнительные элементы. Их комплексное использование существенно повышает надежность всей системы безопасности.
Трансляция видеоинформации – одна из основных возможностей современных цифровых систем. Она позволяет, находясь внутри офиса наблюдать за тем, что делают сотрудники или передавать видеоинформацию в шнтернет. С помощью функции трансляции видеоинформации можно наблюдать за происходящим на объекте охраны даже находясь в командировке. Наличие на столе компьютера с "картинкой происходящего в компании" позволит убедить потенциальных партнеров в Вашей приверженности к прогрессивным технологиям.
Функции, характеристики и комплектация систем видеонаблюдения зависят от требований, предъявляемых заказчиком к безопасности объекта. Минимальная конфигурация системы видеонаблюдения включает в себя:
- видеокамеры;
- объективы для видеокамер;
- поворотные устройства для видеокамер;
- устройства обработки видеосигналов;
- записывающее устройства;
- видеомониторы.
Устройства обработки видеоинформации (квадраторы, мультиплексоры) – это приборы, обрабатывающие видеоизображение, получаемое от нескольких камер видеонаблюдения, анализирующие изображение и передающие его в заданном формате на монитор. В зависимости от типа используемых видеокамер применяются чёрно-белые или цветные устройства обработки видеоинформации.
Квадраторы – это устройства системы видеонаблюдения, позволяющие просматривать на видеомониторе изображения одновременно передаваемые с 2-х, 3-х или 4-х видеокамер.
Мультиплексоры позволяют одновременно выводить на монитор изображения с 4-х до 32-х видеокамер (симплексный мультиплексор), при этом выполнять последовательную запись этих изображений на видеомагнитофон или встроенный видеорегистратор (дуплексные мультиплексоры), а также просматривать на мониторе, одновременно с прямой трансляцией, ранее записанные видеофрагменты (триплексные мультиплексоры).
Устройства записи видеоинформации (видеомагнитофоны, видеорегистраторы) предназначены для записи, хранения и последующего воспроизведения изображения, поступающего как от камер, так и от мультиплексора системы видеонаблюдения. Аналоговые видеомагнитофоны могут записывать до 960 часов видео на одну кассету стандарта VHS. Устройства цифровой записи (видео рекордеры, видеорегистраторы) осуществляют запись видеоинформации в цифровом формате непосредственно на жесткий диск компьютера. Встроенный в современные цифровые системы видеонаблюдения программный детектор движения – с функцией реагирующей на движение в кадре – позволяет значительно уменьшить объем «пустой» записи.
Видеомониторы CCTV предназначены для круглосуточного отображения происходящих на объекте видеонаблюдения событий. В зависимости от требований к системе и используемых видеокамер применяются чёрно-белые или цветные мониторы видеонаблюдения.
В большинстве систем видеонаблюдения возникает необходимость передачи видеоинформации от телекамер к оборудованию, установленному на постах охраны – мониторам, мультиплексорам, коммутаторам, квадраторам, видеомагнитофонам и другим устройствам системы видеонаблюдения. При этом расстояние, на которое осуществляется передача видеосигнала, может составлять от десятков метров до десятков километров.
«Поскольку передача видеосигнала по коаксиальному кабелю без его усиления может осуществляться на расстояние не более 300 м, системы передачи видеосигнала включают в себя передающие устройства, соединенные с телекамерами, приемные устройства, принимающие видеосигнал и передающие его на аппаратуру поста охраны, а при необходимости усилители видеосигнала и линии связи. Кроме этого, в системе видеонаблюдения может осуществляться как передача видеосигнала, так и аудио-сигнала и данных управления функциями оптики и поворотного устройства телекамеры – фокусом, диафрагмой, поворотом, наклоном, масштабированием и др.
В настоящее время в системах видеонаблюдения используются несколько основных способов передачи видеосигнала: передача видеосигнала по коаксиальному кабелю, передача видеосигнала по кабелю “витая пара” и передача видеосигнала по волоконно-оптическому кабелю.
Передача видеосигнала на расстояние до 300 м
На сегодняшний день в системах видеонаблюдения наибольшее распространение получила передача видеосигнала по коаксиальному кабелю. Это надежный и недорогой способ передачи, однако, он имеет свои недостатки. При передаче видеосигнала на расстояние свыше 300 м качество видеосигнала ухудшается – происходит потеря уровня сигнала, могут возникать частотные искажения, которые приводят к снижению четкости изображения. Чтобы избежать этого, необходимо через каждые 250-300 м устанавливать усилители видеосигнала. В свою очередь усилители видеосигнала требуют подводки электропитания к месту установки и снижают соотношение сигнал/шум, что также сказывается на качестве видеосигнала. (Для повышения отношения сигнал/шум усилители видеосигнала желательно располагать как можно ближе к телекамере.)
По этой причине специалисты рекомендуют использовать коаксиальный кабель на коротких линиях – до 300 м и при отсутствии электромагнитных помех. Тогда передача видеосигнала осуществляется практически с исходным качеством.
Всех перечисленных выше недостатков лишены оптоволоконные системы передачи видеосигнала. Волоконно-оптические линии таких систем устойчивы к электромагнитным и радиочастотным помехам, обеспечивают передачу видеосигнала на расстояние до десятков километров без использования усилителей видеосигнала и, особенно, эффективны для систем видеонаблюдения территориально-распределенных объектов. При этом передача видеосигнала осуществляется с высоким разрешением и без потери качества. Кроме того, волоконно-оптические системы отличаются высокой пропускной способностью и исключают возможность несанкционированного доступа к передаваемым видеосигналам и другой информации.
Обычно волоконно-оптические системы передачи видеосигнала включают передатчики видеосигнала, осуществляющие преобразование электрических сигналов в оптические, приемники видеосигнала, производящие обратное преобразование и саму волоконно-оптическую линию передачи видеосигнала.
Несмотря на то, что волоконно-оптические системы достаточно дороги, при увеличении дальности передачи видеосигнала стоимость волоконно-оптической системы становится меньше стоимости системы с использованием коаксиального кабеля, укомплектованной усилителями видеосигнала, корректорами частотных искажений и другим оборудованием. К примеру, передача видеосигнала от нескольких телекамер может осуществляться по нескольким коаксиальным кабелям с несколькими усилителями видеосигнала или по одному волоконно-оптическому кабелю.»1
За последние годы в системах видеонаблюдения стали чаще использоваться технологии и устройства передачи видеосигнала по кабелю типа “витая пара”. При использовании витой пары возможна передача видеосигнала на расстояние до 1,5 км без существенного искажения видеосигнала. При этом не требуется устанавливать усилители видеосигнала. Кроме того, оборудование, использующее витую пару, симметризует видеосигнал, обеспечивая устойчивость к помехам, создаваемым внешними источниками. Специальный передатчик обеспечивает преобразование и передачу несимметричного сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю от телекамеры, к симметричному, передающемуся по витой паре. А приемник, соответственно, преобразует симметричный сигнал к несимметричному, для передачи к оборудованию поста видеонаблюдения.
Использование витой пары позволяет производить передачу различных сигналов - видеосигнала, аудио, управления, телефонии и пр. При этом количество передаваемых по одному кабелю сигналов ограничивается только числом витых пар в кабеле. Возможность использования уже имеющихся линий связи снижает стоимость системы видеонаблюдения. В целом, прокладка кабеля “витая пара” обходится существенно дешевле, чем монтажные работы по прокладке коаксиальных или волоконно оптических линий. Кроме того, в случае обрыва линии, ее можно легко восстановить - достаточно соединить проводники пар обычной скруткой.
«Часто при проектировании системы видеонаблюдения ставится задача организовать передачу видео к монитору
или видеорегистратору от аналоговой видеокамеры, установленной на значительном расстоянии (более 200 м) от него. Прокладка коаксиального кабеля (особенно вне помещения) для передачи видео в большинстве случаев невыгодна как по экономическим, так и по техническим показателям, поскольку коаксиальный кабель имеет низкую помехозащищенность и довольно дорого стоит. Поэтому в последнее время в системах видеонаблюдения территориально распределенных объектов все чаще используется передача видео по витой паре.
Оборудование для передачи видео по витой паре:
�? Активный передатчик видео Computar TWM1;
�? Активный приемник видео Computar TWRR1;
�? Пассивный передатчик видео по витой паре IFS TPT1000M;
�? Активный приемник видео IFS TPR1000;
�? Активный приемник видео по витой паре IFS TPR1900: прием видео, передача и прием данных.
Передача видеоинформации по витой паре от источника (например, видеокамеры) к приемному устройству (монитору или видеорегистратору) осуществляется с помощью комплекта устройств, состоящего из приемника и передатчика. Поступающее на вход видео передатчик преобразует из композитного сигнала в симметричный дифференциальный для последующей передачи его к приемнику, который, в свою очередь, осуществляет обратное преобразование сигнала, после чего видео выводится на монитор или поступает на видеорегистратор. Существуют приемники видео с двумя и более выходами, позволяющие осуществлять передачу видео к нескольким принимающим устройствам одновременно.»2
Передача видеоинформации по витой паре позволяет значительно сократить расходы на прокладку кабеля, поскольку она значительно дешевле коаксиального кабеля. Это особенно выгодно там, где необходима передача видео на большие расстояния – если видеокамера находится на значительном удалении от принимающего устройства (для цветного видеосигнала это, как правило, 1000 м, а для черно-белого – 2000 м). Если осуществляется передача видео на расстояния, значительно превышающие 1 км, то на линии передачи устанавливают усилитель видео или промежуточный комплект оборудования для передачи видео по витой паре.
ИСпользование витой пары позволяет по одному многожильному кабелю осуществлять передачу видео от нескольких приемников, причем количество передаваемых сигналов ограничивается, только количеством пар проводов в кабеле.
«Транслируемое по витой паре видео значительно меньше подвержено влиянию помех, чем при передаче по коаксиальному кабелю. Кроме того, помехи, возникающие в коаксиальном кабеле при передаче видеосигнала на большие расстояния, компенсировать практически невозможно без потери качества полезного видеосигнала, потому что частотные составляющие спектра наведенной помехи находятся в диапазоне частот видеосигнала. Поэтому для защиты от помех приходится использовать дорогостоящий коаксиальный кабель с двойной металлической оплеткой, прокладывать кабель с использованием металлического рукава и дополнительно заземлять его, что связано с техническими трудностями и финансовыми затратами.
Рис1. Принцип передачи сигнала по витой паре
Передатчик видео по витой паре преобразует поступающий на его вход однополярный несимметричный композитный видеосигнал в два симметричных противофазных сигнала, передача которых осуществляется по двухпроводной линии связи (витой паре). В процессе передачи видеосигнал ослабляется, и на него накладываются помехи, которые могут быть обусловлены близостью силовых кабелей или радиоизлучающих приборов. Помехи, возникающие в проводах витой пары, одинаковы для обоих проводов и синфазны.
На другом конце линии связи устанавливается приемник, который осуществляет обратное преобразование дифференциального сигнала. Как правило, приемник видео по витой паре строится с применением дифференциального операционного усилителя, который складывает сигналы с двух проводов, усиливая противофазные составляющие (коэффициент усиления равен 50 – 70 дБ) и подавляя синфазные (коэффициент подавления 60 – 90 дБ). В результате на композитный вход принимающего устройства поступает стандартный композитный сигнал, очищенный от помех и усиленный.
Приемники и передатчики видео по витой паре могут быть как активными, так и пассивными (не требующими подачи питания). Пассивные устройства передачи видео по витой паре содержат только согласующий трансформатор и не обеспечивают необходимого качества передачи видео и коэффициента подавления помех, а также характеризуются значительным затуханием передаваемого сигнала. Как правило, такие устройства обеспечивают передачу видео без потери качества на расстояние не более 500 – 600 м. При этом пассивные устройства компактны и недороги, что и является основным их достоинством, а использование пассивного передатчика в комплекте с активным приемником позволяет увеличить дальность передачи видео по витой паре до 1000 м.
Дифференциальный усилитель активного передатчика с парафазным выходом должен иметь двухполярное симметричное питание, что обеспечивает симметрию его выходного сигнала относительно нулевой точки схемы передатчика. Это же требование должно соблюдаться и для дифференциального усилителя приемника. В противном случае будут возникать дополнительные искажения передаваемого сигнала из-за несимметричных токов утечки.
Как приемник, так и передатчик видео по витой паре имеют различные средства настройки на различную длину линии передачи. Сигнал на выходе каждого приемника должен находиться в пределах от 0,9 до 1,1 В, а разброс общего омического сопротивления проводов линии передачи видео на входе приемника должен составлять не более 2 – 3%. Исходя из этих параметров производится настройка аппаратуры для передачи видео по витой паре. Величина рассогласования регулируется потенциометрами, позволяющими произвести плавную настройку аппаратуры передачи видео.
Как правило, передача видео по витой паре производится на расстояние от 50 до 1500 м. С помощью переключателя производится дискретное регулирование уровня коррекции, соответствующего диапазонам расстояний. При необходимости передачи видео на расстояния, меньшие 50 м, в каждый провод витой пары на входе приемника последовательно включают дополнительные сопротивления с тем, чтобы общее сопротивление линии составляло 30 – 50 Ом. Паразитная емкость линии компенсируется специальными перемычками в приемнике.
Уровень компенсации паразитной емкости линии передачи видео подбирается индивидуально для каждой линии передачи по видеоизображению на контрольном мониторе. Так же, с помощью контрольного монитора или же осциллографа, приемник настраивается по амплитуде выходного сигнала.
При использовании многоканального приемника видео для улучшения параметров принимаемого сигнала иногда целесообразно подключать мониторы к выходам приемника через последовательное сопротивление 51 – 82 Ом.
Кроме помех от радиоаппаратуры и силовых линий, иногда на линию передачи видео оказывают влияние и электромагнитные наводки, получаемые в результате разряда молнии. Такие наводки могут быть достаточно сильны, в результате чего оборудование для передачи видео по витой паре выйдет из строя. Во избежание порчи оборудования необходимо использовать на линиях передачи видео устройства грозозащиты. Приборы грозозащиты обеспечивают стекание электрических зарядов с центральной жилы и оплетки сигнального кабеля на шину заземления с помощью газонаполненных искровых разрядников или варисторов и специальных защитных стабилитронов или диодов. Иногда схема грозозащиты встраивается непосредственно в аппаратуру передачи видео по витой паре.
Если при передаче видео по витой паре используются устройства грозозащиты, то на качество цепей заземления налагаются повышенные требования, поскольку возникающие в цепях заземления помехи могут проникать через собственные емкости разрядников и стабилитронов в сигнальные цепи и повлекут за собой возникновение помех на изображении.
Требования к витой паре для передачи видео
Наилучшее качество передачи видео достигается при использовании специальной витой пары с количеством скруток от 10 до 20 на 1 м. При передаче видео на относительно небольшие расстояния допускается использовать телефонный кабель или витую пару для компьютерных сетей (100BaseT Ethernet).»3
Для передачи видео по витой паре не рекомендуется использовать кабель, состоящий из нескольких соединенных в линию отрезков разнородных по своим параметрам витых пар, имеющих различный шаг скрутки, емкость и индуктивность.
При передаче видео по витой паре на большие расстояния не рекомендуется использовать экранированную витую пару, поскольку такой кабель имеет большую паразитную емкость, чем кабели без экранирующей оплетки. Однако если кабель расположен рядом с линией электропередачи, то лучше использовать экранированную витую пару.
В последние годы оптоволоконные системы стали чаще применяться для высокоскоростной передачи аналоговых и цифровых видеосигналов не только в системах кабельного телевидения, но и в территориально-распределенных системах видеонаблюдения. Обладая низкими потерями, оптоволоконная линия связи способна транслировать видеосигналы на расстояния до десятков километров без использования промежуточных усилителей. Как правило, частота передачи видеосигнала через оптоволоконные системы составляет более 10 миллиардов бит/с и, в ряде случаев, может превышать потребности в скорости и объеме передаваемой информации, необходимой для решения конкретных задач видеонаблюдения. Поэтому оптоволоконные системы чаще
всего используются на особо ответственных объектах видеонаблюдения, либо для передачи больших объемов информации, в том числе и видеосигналов.
«Современное оптоволокно, используемое в оптоволоконных системах, представляет собой прозрачные стеклянные волокна, которые проводят свет от одного конца до другого с минимальными потерями, благодаря эффекту полного внутреннего отражения. Конструктивно, такое оптоволокно состоит из ядра, оптической оболочки и защитной оболочки. Ядро и оптическая оболочка обычно выполнены из стекла, реже - пластика, защитная оболочка, как правило, из пластика. Ядро оптоволокна пропускает световой сигнал, а оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света в ядре и его прохождение по всей длине. Защитная оболочка предназначена для защиты ядра и оптической оболочки от внешних воздействий. Толщина оптоволокна сопоставима с толщиной человеческого волоса (125 мкм – оптоволокно, 85 мкм – волос).»4
«В настоящее время промышленность выпускает два типа оптоволокна: одномодовое оптоволокно - с одной траекторией распространения видеосигнала по ядру оптоволокна и многомодовое оптоволокно – с несколькими траекториями распространения световых волн по оптоволокну. При этом многомодовое оптоволокно обеспечивает передачу сигналов на расстояния 1-5 км, а одномодовое оптоволокно – на десятки километров. Это объясняется меньшими потерями при прохождении сигнала в одномодовом волокне по сравнению с многомодовым. В то же время одномодовое волокно стоит намного дороже, чем многомодовое оптоволокно. Однако, оптоволоконные системы видеонаблюдения используют чаще всего многомодовое оптоволокно, поскольку в них необходимо осуществлять не только передачу видеосигнала, но и аудиосигнала и сигналов управления.
Как правило, оптоволоконная система включает передатчик видеосигнала, преобразующий электрические видеосигналы в оптическое излучение, приемник видеосигнала, преобразующий оптическое излучение обратно в электрические видеосигналы и собственно оптическое волокно, соединяющее передатчик и приемник. Обладая чрезвычайно низкими потерями, оптоволоконные системы могут передавать видеосигналы на расстояния до нескольких десятков километров без использования промежуточных усилителей, намного превосходя по этому параметру коаксиальные и проводные системы передачи видеосигналов. Другой особенностью оптоволоконных систем является их высокая пропускная способность, которая обусловлена высокой частотой колебаний световых волн, распространяющихся по оптоволокну. Скорость передачи видеосигналов через оптоволоконные системы ограничивается только пропускной способностью передающего и приемного модуля системы, и может составлять более 10 миллиардов бит/с.
Рис2. Оптоволоконные системы на оборудовании IFS
Все оптоволоконные системы имеют примерно одинаковую структуру. На передающем конце оптоволоконной линии находится светодиод или лазерный диод, излучение которого модулируется по амплитуде передаваемым сигналом, поступающим от источника информации. В качестве передаваемого сигнала может выступать видеосигнал от телекамеры, сигнал управления поворотным устройством телекамеры, аудиосигнал и другие сигналы, подлежащие передаче. Прежде чем направить такой сигнал на излучающий светодиод, он предварительно модулируется в амплитудном, частотном или импульсном модуляторе. Использование в оптоволоконной системе такого модулятора в передатчике в паре с демодулятором приемника позволяет одновременно передавать по оптоволокну несколько сигналов различного типа.
При передаче световое излучение лазерного диода модулируется по яркости в такт с передаваемым сигналом модулятора. Оптическое излучение передается по оптоволоконной линии на приемный модуль, где установлен фотодиод, преобразующий модулированный по яркости свет в электрические колебания. После детектирования модулированного оптического видеосигнала он поступает на демодулятор, который разделяет принятый комбинированный сигнал на сигналы отдельных передаваемых каналов. Вид модуляции оптического сигнала и количество одновременно передаваемых по оптоволоконной линии сигналов выбирается, исходя из решения конкретных технических задач.
Одним из преимуществ, отличающих оптоволоконные системы, является абсолютная защищенность оптоволокна от электрических помех, наводок и полное отсутствие излучения во вне. Это объясняется тем, что в оптическом канале связи для передачи информации используется световой сигнал, никак не взаимодействующий с электромагнитными полями, а само оптоволокно является диэлектриком и по своей природе не может никак взаимодействовать с электрическими и магнитными полями. Несмотря на чрезвычайно малый диаметр, оптическое волокно может выпускаться в прочной внешней оболочке, выдерживающей большие механические нагрузки, а также гарантирующей длительную работу в сырых помещениях и агрессивных средах. Некоторые типы оптических кабелей допускают их прокладку непосредственно в земле, что резко удешевляет и ускоряет монтажные работы. Все оптоволоконные системы отличаются повышенным уровнем безопасности, так как передаваемый сигнал не излучается за пределы оптического волокна и к нему невозможно подключиться для несанкционированного перехвата.»5
«Для передачи по одному оптоволокну одновременно нескольких независимых сигналов применяются методы временного и частотного уплотнения сигналов. Для этого в оптоволоконные системы наиболее часто устанавливают оптические мультиплексоры с частотным (спектральным) разделением каналов, которые объединяют несколько передаваемых сигналов в один. Каждый источник сигнала передается лучами с различными длинами волн. Эти лучи проходят по оптоволоконной линии независимо и не взаимодействуют друг с другом. Такой вид модуляции называется WDM (wavelength division multiplexing). Он повышает пропускную способность оптоволоконной системы и позволяет осуществлять одновременную двунаправленную передачу информации.
Другие виды модуляции оптического сигнала, которые используют оптоволоконные системы:
частотно модулированное частотное мультиплексирование FM-FDM (frequency-modulated frequency division multiplexing);
амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой, частотное мультиплексирование AVSB-FDM (amplitude vestigial sideband modulation, Frequency division multiplexing) - обеспечивает одновременную передачу по одной оптоволоконной линии до 80 каналов;
Импульсно кодовая модуляция, частотное мультиплексирование PCM-FDM;
Комбинации вышеперечисленных методов модуляции.»6
В данном реферате я рассматривал системы передачи видеоинформации и выяснил, что есть много способов для передачи видеоинформации, некоторые из них были описаны в этой работе. Так же благодаря примерам, приведенным в моем реферате можно выявить, что видеоинформация на данный момент весьма хорошо используется по всему миру и имеет очень высокую классификацию и диапазон применения в различных областях.
С течением времени и усовершенствования технологий, способы передачи видеоинформации будут расти в большую сторону, а особенно увеличиваются возможности для работы с видеоинформацией у фирм и предприятий работающие с такими системами. Но как бы быстро время не шло вперед, сам принцип передачи видеоинформации остается тем же.
1. Колесниченко С., Шишигин И. Аппаратные средства PC. BHV 1999.
2. Пятибратов А.П. и др. Вычислительные системы,сети и телекоммуникации: учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 512 с. ил.
3. http://www.armosystems.ru/system/utp-systems.ahtm
4. Дж. Гауеэр Оптические системы связи Москва «Радио и связь» 1989г.
5. http://www.armosystems.ru/system/cctv_optic_systems.ahtm
6. http://ru.wikipedia.org/wiki/Оптическое