ИК технология для систем IP видеонаблюдения

Как эффективное ночное видеонаблюдение помогает предотвратить аварийные ситуации
Питер Биар (Peter Beare), Исполнительный директор, Extreme CCTV

Хотя IP камеры сегодня значительнее выгодны для конечных пользователей систем безопасности, почти все они страдают от критической проблемы каждую ночь - темноты.

ФАКТ: камеры чувствительны к темноте.
«Нет света - нет изображения», этот принцип применим для любых систем видеонаблюдения (аналоговых и IP). Хотя для IP-систем освещение приобретает большее значение, поскольку сильнее снижается производительность. В аналоговой системе освещение влияет только на качество изображения. В системе IP видеонаблюдения низкое освещение оказывает влияние не только на качество видео, но может стать катализатором системных проблем.

ФАКТ: Шум видеосигнала увеличивает поток данных от видеокамеры
Низкая производительность в ночное время ведет к увеличению шума в видеосигнале, который является врагом сжатия. Плохое сжатие соответственно влияет на увеличение битрейта. Например, при хорошем освещении скорость передачи сигнала с IP камеры будет всего 10 Кб/с. Когда наступают сумерки, скорость может возрасти уже до 100 Кб/с – 10-кратное увеличение - в результате чего снижается эффективность и потенциал системы падает.

Активная ИК-подсветка необходима в критически важных IP-приложениях с низкой освещенностью
Не важно, какая это система, аналоговая или сетевая, фактически все камеры видеонаблюдения передают качественное изображение в условиях дневного освещения.  Однако от современных систем безопасности требуется круглосуточная производительность в режиме 24/7, поэтому полноценная работа ночью влияет на общую эффективность системы.

Как только заходит солнце, требования к пропускной способности сети растут по экспоненте. Что же делать? Для IP-систем можно вывести 5 основных циклов работы:

1. Формирование видео
2. Кодирование и сжатие видео
3. Передача видео
4. Хранение видео
5. Анализ видео

Этап формирования видеоизображения можно назвать «начальным краем» системы. Ведь, если видеосигнал пропадает, другие этапы по кодированию, передаче и хранению не получат данных для работы. В итоге, последний этап видеоанализа в реальном времени тоже не будет иметь полезных данных для анализа.

Чтобы понять зависимость темноты к пропускной способности, рассмотрим функцию автоматической регулировки усиления (АРУ) камеры, которая усиливает сигнал в условиях низкой освещенности. С усилением видеосигнала увеличивается и шум видеоизображения, появляется зернистость.

Днем алгоритмы компрессии хорошо справляются, и битрейт имеет допустимые значения. Как только наступают сумерки, функция АРУ начинает работать, создавая больше шума. В конечном счете, изображение ночью становится зернистым. В таком случает битрейт приобретает недопустимые значения и может быть в десять раз больше дневной скорости, даже для стационарных видеокамер.

Две фотографии одной и той же темной сцены, без ИК-подсветки (слева) и с ИК-подсветкой (справа).
Изображение с инфракрасной подсветкой равномерно освещено и соотношение «сигнал/шум» равно 15 дБ. На изображении без ИК соотношение «сигнал/шум» всего лишь 5дБ и гораздо меньше информации, но размер файла больше, что приводит к экспоненциальному росту битрейта.

Чтобы понять этот рост скорости передачи данных, необходимо иметь базовое понимание алгоритмов сжатия. Основной принцип сжатия состоит в устранении бесполезной информации с целью уменьшения размера файла. Сжатие требует компромисса между качеством изображения и размером файла. Максимальный уровень сжатия создает файл меньшего размера, но более низкого качества изображения. Минимальный уровень сжатия создает более качественные снимки, но файла будет большего размера.

Наиболее популярные алгоритмы сжатия сейчас - это H.264, Wavelet, JPEG, MPEG или M-JPEG, которые известны низкими потерями информации. Они используют один из двух принципов преобразования данных:

• Удаление лишней информации видеосигнала, не заметной человеческому глазу, как, например, близкие градации цвета.
• Удаление избыточной информации, которая дублируется в одном кадре или между кадрами, такие, как крупные области, окрашенные в один цвет.

Шум, вызванный АРУ, мешает алгоритмам сжатия современных IP-камер. Алгоритмы сжатия неправильно интерпретируют шум и зернистость изображений, вызванные АРУ, как полезную информацию, которая не может быть сжата, как ненужная или избыточная. Таким образом, в ночное время изображения менее эффективно сжимаются, что приводит к большим размерам файлов, которые к тому же содержат меньше полезной информации.

Скорость передачи без ИК-подсветки. Изображение бутылочного горлышка сети, вызванное переизбытком данных, связанное с высокими скоростями (~ 1000 Кб/с).

Скорость передачи с ИК-подсветкой. Изображение стабильно работающей сети с допустимым битрейтом(~500 Кб/с).

Прямая связь между ночной работой, сжатием и скоростью очевидна:

Низкое качество изображения в ночное время Плохое качество сжатия Высокая скорость Низкая эффективность системы

Высокое качество изображения в ночное время Хорошее качество сжатия Низкая скорость Хорошая эффективность системы

Кажется, что проще всего решить эту проблему, отключив АРУ. Тем не менее, в результате этого мы бы получили в ночное время плохое или даже совсем бесполезное изображение. Очевидно, что ночью эффективность системы видеонаблюдения имеет большое  значение для обеспечения надежной безопасности.

Лучшее решение для обеспечения эффективной работы IP-систем в темное время суток заключается в использовании оборудования для инфракрасного освещения сцены. Установка  IP камеры со встроенной  инфракрасной подсветкой или ИК-прожектора обеспечивает ночные кадры высокого качества с низким шумом. В этих условиях автоматическая регулировка усиления (АРУ) становится ненужной, и функция сжатия работает хорошо. Скорость передачи данных колеблется в допустимых значениях, обеспечивая стабильную работу сети.

Низкое качество изображения в ночное время Плохое качество сжатия Высокая скорость Низкая эффективность системы

Black Diamond ИК-подсветка Bosch

Высокое качество изображения в ночное время Хорошее качество сжатия Низкая скорость Хорошая эффективность системы

		Два кадра одной и тоже сцены. Кадр слева на 25% больше (255 Кб). Кадр справа имеет меньший размер (202 Кб), передавая намного больше данных.
Низкое качество изображения ночью 1. Низкое соотношение «сигнал/шум», шумное изображение 2. Плохое качество сжатия 3. Высокий битрейт 4. Низкая эффективность системы	Высокое качество изображения ночью 1. Высокое соотношение «сигнал/шум», ясное изображение 2. Хорошее качество сжатия 3. Низкий битрейт 4. Хорошая эффективность системы

Оборудование компании Bosch серии Extreme CCTV решает проблему роста битрейта при помощи технологии инфракрасной подсветки Black Diamond. Отмеченная наградами инфракрасная подсветка Black Diamond устраняет как "пересветы" на переднем плане, так и недоэкспонированные области на заднем.

Технология Black Diamond встроена в мегапиксельные IP-камеры EX85 и прожекторы серии UFLED.

Обычная ИК-подсветка не обеспечивает требуемое качество изображения -  шумный темный край вокруг яркого центра (вверху слева). Программное обеспечение видеоанализа требует изображений высокой четкости с равномерно освещенными сценами - таких, как показано на рисунке (справа вверху), сделанного с помощью IP-камеры EX85 с технологией Black Diamond ™.

Все вышесказанное приводит к основным и убедительным фактам: аналоговое или IP видеонаблюдение требует достаточного освещения. Надежное видеонаблюдение основано на четких изображениях, 24 / 7. Для получения четких видеоизображений круглосуточно 24 / 7 необходимо эффективное видеонаблюдение ночью. Эффективное видеонаблюдение ночью требует инфракрасной подсветки с высокой производительностью.