Monitoring IP

Ustawienia kamery IP

Podczas wyboru kamery IP bardzo często zwracamy szczególną uwagę na funkcjonalność, ponieważ to właśnie funkcjonalność kamery bezpośrednio przekłada się na możliwości odpowiedniego dostosowania do konkretnych warunków pracy. Oczywiście, zaawansowane technologicznie urządzenia wizyjne (profesjonalne kamery IP) przeważnie dostarczają większą liczbę opcji (ustawień), które pozwalają na ich odpowiednie dostrajanie do warunków pracy oraz do wymagań stawianych przez konkretną instalację CCTV IP. Aby móc w pełni wykorzystać możliwości danych ustawień, konieczne jest zapoznanie się z ich zasadą działania. Wiedza na temat możliwości ustawień kamer IP pozwala na określenie jakie opcje wpływają pozytywnie, a jakie negatywnie na jakość wyświetlanego obrazu oraz wydajność pracy całej instalacji CCTV IP. Poniższy artykuł ma na celu przedstawienie zasady działania najczęściej spotykanych ustawień kamer IP.

1. Rozdzielczość obrazu

Rozdzielczość to jeden z najważniejszych parametrów kamery IP, który w znaczącym stopniu decyduje o jakości wyświetlanego obrazu. Rozdzielczość obrazu jest parametrem określającym z ilu punktów składa się cały obraz. Im rozdzielczość jest większa, tym obraz jest bardziej szczegółowy (lepsza rozpoznawalność obserwowanych obiektów). Ponadto, duża rozdzielczość obrazu pozwala na monitorowanie większych obrazów. Oczywiście wraz ze wzrostem rozdzielczości obrazu rośnie zapotrzebowanie zarówno na przepustowość łączy, jaki i na pamięć masową, na której zapisywane są obrazy. Praktycznie wszystkie dostępne w handlu kamery IP pozwalają na regulację rozdzielczości obrazu. Popularne rozdzielczości to: CIF (320 x 240), VGA (640 x 480), D1 (720 x 576), SVGA (800 x 600), SXGA (1280 x 1024), UXGA (1600 x 1200), itd.

2. Częstotliwość odświeżania (szybkość transmisji)

Częstotliwość odświeżania inaczej określana też jako szybkość transmisji to parametr kamery IP, który mówi nam o tym, ile klatek obrazu jest przesyłanych w jednej jednostce czasu. Częstotliwość odświeżania jest wyrażana w klatkach na sekundę kl./s (często jako fps – ang. frames per second). Oczywiście im szybkość większa, tym obraz jest płynniejszy (lepsza rozpoznawalność szczegółów). Za obraz bez efekty poklatkowości (płynne wideo) uważa się obraz odświeżany z częstotliwością 25 kl./s dla systemu telewizyjnego PAL lub 30 kl./s dla systemu NTSC. Każda dostępna w sprzedaży kamera sieciowa IP oferuje taką częstotliwość odświeżania obrazu (w zależności od modelu dla różnej rozdzielczość). W praktyce bardzo rzadko wykorzystuje się maksymalną szybkość, zwłaszcza w przypadku wysokich rozdzielczości, ponieważ wiąże się to ze znacznym wykorzystaniem przepustowości pasma. Przeważnie kamery IP pracują z szybkością od 5 do 10 kl./s, a w przypadku wystąpienia alarmu mogą automatycznie zwiększyć częstotliwość odświeżania do poziomu 25 kl./s. Oczywiście w niektórych przypadkach zachodzi konieczność stosowania bardzo wysokiej szybkości nawet na poziomie 100 kl./s, jednak takie rozwiązania nie należą do powszechnych i znajdują zastosowanie jedynie w ściśle określonych sytuacjach (np. do podglądu crashtestów). W praktyce mniejsze częstotliwości odświeżania obrazu stosuje się do kontroli tłumu (5-10 kl./s), natomiast wyższe np. na poziomie 25 kl./s do kontroli zachowań pojedynczych osób.

3. Kompresja

W przypadku sieciowych systemów telewizji przemysłowej kompresja sygnałów audio/video odgrywa niezwykle ważną rolę. Kompresja jest także parametrem świadczącym o zaawansowaniu technologicznym danej kamery IP. Im lepszy rodzaj kompresji, tym mniejsze zapotrzebowanie na pasmo przy takiej samej subiektywnej jakości, co bezpośrednio przekłada się na większą wydajność i skuteczność pracy instalacji CCTV pracujących na bazie sieci komputerowych TCP/IP. Dostępne w sprzedaży kamery IP korzystają z dwóch technik kompresji: kodeka MJPEG oraz grupy kodeków MPEG.

Motion JPEG (MJPEG) – kodek traktujący sygnał wideo jako sekwencję obrazów JPEG. Powszechnie stosowany w transmisji sygnałów wideo w sieci IP, w tym także w sieciowych systemach monitoringu IP. Algorytm pozwala na rejestrację i kompresję nawet do 30 pojedynczych zdjęć na sekundę, które następnie są udostępniane jako ciągły sygnał wideo. Płynność obrazu uzyskujemy wtedy, gdy minimalna liczba pojedynczych zdjęć na sekundę wynosi 16. Algorytm kompresji Motion JPEG ze względu na swój sposób działania zapewnia jednakową jakość sygnału wideo.

Grupa MPEG (ang. Moving Picture Experts Group) – najbardziej rozpowszechnione algorytmy kodowania sygnałów audio/wideo. Opracowana pod koniec lat 80 przez Motion Picture Experts Group. W porównaniu z algorytmem Motion JPEG grupa MPEG cechuje się znacznie większą złożonością kodowania. Pozwala na transmisję siecią mniejszych ilości danych niż MJPEG. Podczas blisko 30 letniej historii powstało kilka standardów algorytmu kompresji ruchomych obrazów MPEG: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 oraz najnowszy MPEG-4 part 10 (H.264). H.264 to Obecnie najlepszy standard kompresji sygnałów wideo, który doskonale sprawdza się w nowoczesnych, sieciowych systemach monitoringu CCTV IP. Jego zadaniem jest uzyskiwanie bardzo dużej kompresji danych, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości obrazu. W porównaniu z poprzednimi standardami cechuje się znacznie większą wydajności (w porównaniu z MPEG-4 nawet do 30%).

4. Ustawienia wideo

Oprogramowanie do kamer IP pozwala na regulację wielu parametrów związanych z transmisją obrazu przez sieć komputerową TCP/IP. Do najczęściej spotykanych ustawień wideo zaliczamy: rodzaj transmisji (unicast, multicast, itp.), rozdzielczość obrazu, częstotliwość odświeżania obrazu (maksymalna w większości przypadków na poziomie 25 kl./s), rodzaj kompresji (np. MPEG-4 lub H.264) oraz zajmowane pasmo.

5. Kompensacja światła tylnego (BLC – ang. Back Light Compensation)

Kompensacja światła tylnego (BLC) to funkcja, którą znajdziemy na wyposażeniu praktycznie każdej profesjonalnej kamery IP. Służy ona eliminowaniu efektu powstającego, gdy kamera skierowana jest w stronę silnego źródła światła. Jasne tło lub cień może spowodować że monitorowany obiekt będzie ciemniejszy i niewidoczny. Funkcja kompensacji światła tylnego sprawia, że obraz staje się jasny i przejrzysty, i tym samym pozwala na lepszą rozpoznawalność znajdujących się na obserwowanej scenie osób i obiektów.

6. Rozszerzony zakres dynamiki (WDR – ang. Wide Dynamic Range)

Rozszerzony zakres dynamiki WDR jest rozwiązaniem wprowadzonym stosunkowo niedawno, jednak już teraz znajdziemy je na wyposażeniu wielu modeli kamer sieciowych IP. Funkcja WDR jest swojego rodzaju rozszerzeniem dla funkcji kompensacji światła tylnego BLC. Zasada działania rozszerzonego zakresu dynamiki polega na analizie naświetlania pojedynczych punktów obrazu. Jednocześnie funkcja WDR umożliwia rozjaśnienie elementów ciemnych i przyciemnienie elementów zbyt jasnych, przez co w przypadku pracy pod światło widać dokładnie zarówno pierwszy plan jak i jasne tło. Technologia WDR znacznie poprawia widoczność obiektów znajdujących się w zaciemnionych fragmentach obserwowanej sceny.

7. Balans bieli (WB – ang. White Balance)

Funkcja balansu bieli jest odwzorowaniem przez kamerę wszystkich kolorów względem białego koloru odniesienia. Automatyczny balans bieli (AWB) oznacza, iż kamera samodzielnie ustawi barwy. Podczas pracy w trybie automatycznym funkcja WB znajduje najjaśniejszy punkt na obserwowanej scenie, i zakłada, iż powinien mieć on kolor biały. Do niego porównuje wszystkie elementy kadru, ponieważ nie wie jak wygląda kolor biały, ale wie jak wygląda kolor czerwony i niebieski, względem koloru białego. Funkcja balansu bielu jest obecnie oferowana przez każdą kamerę IP.

8. Automatyczne sterowanie wzmocnieniem (AGC – ang. Auto Gain Control)

Funkcja automatycznego sterowania wzmocnieniem pozwala na zwiększenie czułości, co bezpośrednio przekłada się na lepszą pracę w ciemniejszych warunkach. Wadą tego rozwiązania jest fakt, że wraz ze wzmocnieniem sygnału wideo wzmacniany towarzyszące mu szumy, co przy dużym wzmocnieniu może negatywnie wpłynąć na jakość wyświetlanego obrazu. Parametr AGC należy ustawiać metodą prób i błędów, ponieważ tylko w takim przypadku możemy uzyskać optymalny kompromis między jakością obrazu i szumami.

9. Automatyczna elektroniczna migawka (AES – ang. Automatic Electronic Shutter)

Automatyczna elektroniczna migawka jest bardzo przydatnym rozwiązaniem, ponieważ dzięki wydłużeniu czasu otwarcia migawki daje możliwość wydłużenia czasu naświetlania przetwornika obrazu. Automatyczna elektroniczna migawka AES rewelacyjnie sprawdza się w kamerach pracujących w obszarach o niewielkim poziomie oświetlenia (dłuższy czas naświetlenia przetwornika pozwala na uzyskanie jaśniejszego obrazu). Należy jednak pamiętać, że nie jest to rozwiązanie pozbawione błędów, które mogą pojawić się podczas obserwacji szybko przemieszczających się obiektów (rozmyte krawędzie obiektów). Występowanie tych błędów jest związane z tym, że obiekty przemieszczają się znacznie w ciągu trwania danej klatki, przez co zapisane są na całej swej drodze. Dodatkową wadą jest ograniczenie szybkości pracy kamery, które wynika z faktu, iż z przyczyn oczywistych czas naświetlania przetwornika nie może być dłuższy od czasu trwania klatki obrazu.