Kamera w sieci

Monitoring wizyjny przechodzi poważną ewolucję, od prostych rozwiązań analogowych ze ścianą monitorów, do nowoczesnych, cyfrowych kamer o bardzo dużych możliwościach.

Zazwyczaj o cyfryzacji kamer monitoringu wizyjnego myśli się w kategoriach zmiany medium transmisji obrazu. Najważniejsza zmiana dotyczy, jednak, zupełnie innego podejścia do generowania obrazu. Kamera analogowa jest prostym urządzeniem rejestrującym obraz, który jest następnie wysyłany do centrum jako tak zwany kompozyt wideo za pomocą kabla współosiowego.
W przypadku kamery cyfrowej, standardowa skrętka komputerowa jest jedynym przewodem sygnałowym, którym wysyłane są wszystkie informacje, w tym także sterowanie kamerą i sygnał wideo. Jest to technologia tania, dobrze znana, stosowana praktycznie w każdym biurze i prosta w diagnostyce. Ponadto, standard PoE umożliwia także zasilenie kamery za pomocą skrętki, co eliminuje dodatkowe kable zasilające. Dzięki specjalnej konstrukcji o niewielkim poborze mocy, zasilanie przez Ethernet może objąć również system ogrzewania kamery i wentylację obudowy. W przypadku kamery analogowej niezbędne są, co najmniej, dwa kable - współosiowy kabel sygnałowy, zasilanie oraz kabel sterujący przy kamerze ruchomej.

Megapiksele zamiast linii

Rozdzielczość typowej kamery analogowej jest liczona w liniach obrazu. Maksymalna rozdzielczość takiej kamery (oznaczana jako 4 CIF) odpowiada 704x480 pikseli, co nieznacznie wykracza poza typową rozdzielczość VGA (640x480). Należy, jednak, pamiętać, że kamera analogowa wywodzi się ze standardów telewizyjnych i obraz jest tam przesyłany z przeplotem - w jednym półobrazie nadawane są linie parzyste, w drugim - nieparzyste. Zatem, efektywna rozdzielczość pojedynczej klatki nie przekracza połowy tej wartości, gdyż każda klatka z osobna nie zawiera kompletu informacji. Chociaż istnieje oprogramowanie, które z kilku klatek tworzy interpolowany obraz o większej rozdzielczości, jego jakość nie dorównuje cyfrowej kamerze VGA. Wynika to stąd, że zawsze część informacji zostaje utracona i nie można jej całkowicie odtworzyć przy analizie zapisanego obrazu. Przy typowej kamerze VGA, przy kompresji MJPEG, każda klatka niesie pełny obraz.

Minimalna, stosowana rozdzielczość kamer cyfrowych to VGA (640x480), ale standardem staje się kamera o rozdzielczości 1280x1024, popularnie zwana megapikselową. Rozdzielczość ta z powodzeniem wystarcza do rejestracji zdarzeń z zachowaniem dużej ilości szczegółów. Producenci posiadają w swojej ofercie także kamery o wyższych rozdzielczościach (1600x1200 czy 2048x1536). W praktyce, rozwiązania o rozdzielczości przekraczającej 5 Mpix spotyka się rzadko. Nowym standardem telewizyjnym jest technologia HD (1920x1080, format 16:9, konkretna reprezentacja barw).

Należy przy tym pamiętać, że za jakość obrazu odpowiada optyka kamery. Zwiększenie rozdzielczości matrycy musi iść w parze z poprawą precyzji obiektywu (większa rozdzielczość, mniejsza aberracja sferyczna i chromatyczna). Potrzeba wtedy także więcej światła do odpowiedniej pracy kamery. W miarę wzrostu rozdzielczości zazwyczaj spada dostępna ilość obrazów na sekundę (tak zwana poklatkowość). O ile w rozdzielczości VGA przykładowa kamera zarejestruje 30 klatek na sekundę, po przełączeniu do 2Mpix poklatkowość spada do 12 kl/s. Są, jednak, wyjątki, np. kamery HDTV serii AXIS P33 rejestrują zawsze 30 klatek na sekundę, we wszystkich rozdzielczościach.

Klatki w skrętce

Chociaż łącze kablowe Ethernet ma dużą przepustowość, nie zawsze korzysta się z maksymalnych możliwości tego medium. Często spotyka się pasmo około 1 Mbit/s. Obciążenie łącza zależy od rozdzielczości pracy kamery, ale także od scenariusza pracy, wybranego algorytmu i głębokości kompresji. Najważniejszą z zalet jest sama możliwość manipulacji parametrami.

Przy doborze algorytmu kompresji należy wziąć pod uwagę nie tylko przepustowość medium. Ważnym parametrem jest pojemność zasobów składowania danych oraz późniejsze obciążenie serwera przetwarzającego dany obraz. Najsprawniejsza pod względem ilości danych kompresja H.264 jest jednocześnie najbardziej wymagająca przy analizie i dekompresji po stronie serwera. Gdy wykorzystuje się kilkanaście kamer pracujących w H.264, serwer musi posiadać bardzo mocne procesory, ze względu na skomplikowany algorytm dekodowania obrazu. Dla porównania kompresja MJPEG ma o wiele mniejsze wymagania po stronie serwera, kosztem przesyłania i składowania większej ilości danych. Ma to znaczenie przy dużych rozdzielczościach, gdzie zastępujemy kilka kamer analogowych jedną cyfrową rzędu 2 Mpix. Wtedy, zamiast wielu strumieni, szybko kodujemy i dekodujemy jeden strumień, co zmniejsza obciążenie serwera, nawet kosztem większego obciążenia sieci i storage'u.