ОБЗОР: Мегапиксельные IP-камеры

М.Д. Савельев,
главный инженер проекта компании PELCO

Мегапиксельные IP-камеры можно назвать тем звеном, без которого нет настоящей цифровой охранной системы. В данной публикации рассматриваются основные характеристики и термины, используемые в рекламных обзорах и спецификациях на такие устройства

Звено охранной видеосистемы
Все возрастающий интерес рынка безопасности к мегапиксельным IP-камерам стимулирует переход CCTV на принципиально новый уровень, которым является телевидение высокой четкости. Несмотря на формальное определение существующих охранных видеосистем как цифровых, аналоговый стандарт изображения остается основой любой системы. Мегапиксельные IP-камеры, которые обладают такими преимуществами, как высокое разрешение, высокая скорость формирования изображения, цифровое представление, обработка и передача сигнала, - это действительно недостающее звено настоящей цифровой системы. Разумеется, как любая инновационная технология, мегапиксельные IP-камеры имеют недостатки, а область построения охранных систем с их использованием - массу трудноразрешимых вопросов. Мегапиксельные камеры помимо неоспоримо высокого качества формируемого изображения имеют ряд принципиальных основополагающих параметров, которые производители трактуют по-своему, поэтому немаловажным становится знание терминологии, используемой в данной области. Речь идет о таких характеристиках, как чувствительность, скорость формирования и трансляции изображения, возможность построения системы.

Чувствительность камеры
Чувствительность мегапиксельной камеры в первую очередь зависит от типа светочувствительного сенсора - формирователя изображения. В качестве формирователя изображения в мегапиксельных IP-камерах используются светочувствительные матрицы CCD (ПЗС - прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП - комплементарная структура металл - оксид - полупроводник). Принципиальные различия, обусловленные технологическими особенностями, приведены в таблице. Эти данные позволяют оценить преимущества и недостатки использования матриц CCD и CMOS для создания видеокамер систем безопасности Высокое соотношение сигнал/шум и высокая чувствительность камер на базе CCD-матриц делают эту технологию более предпочтительной для систем безопасности. Характерный показатель чувствительности для мегапиксельных CMOS-камер в несколько раз ниже по сравнению с камерами на базе CCD. Разумеется, если речь идет о матрицах одинакового формата. Производители мегапиксельных камер жестко связаны с форматом объективов, применяемых в CCTV, и используют сенсоры формата 1/3, 1/2 дюйма, реже 2/3. С увеличением разрешения чувствительность матрицы падает из-за уменьшения площади пикселя.
Впрочем, если в паспорте на мегапиксельную P-камеру указана чувствительность 0,1 лк - это совсем не означает, что покупателя хотят обмануть. Для повышения способности "видеть в темноте" все производители мегапиксельных IP-камер реализуют режим "медленного затвора". Данная технология хорошо известна любому, кто делал ночную съемку цифровым фотоаппаратом. К сожалению, характерный смаз изображения не позволяет использовать этот режим для любой задачи. Существуют и другие методы - отключение цветности или переключение между матрицами. В последнем случае камера может использовать две матрицы: одну (высокого разрешения) для дневной съемки, вторую (с меньшим разрешением и соответственно более высокой чувствительностью) для ночного режима. Метод переключения ИК-фильтра, широко используемый для реализации режима "день/ночь" в аналоговых камерах, в мегапиксельных камерах пока не распространен, хотя он и встречается в моделях некоторых производителей.

Таблица. Преимущества и недостатки технологий CCD и CMOS

Характеристика

CCD-матрица

CMOS-матрица

Чувствительность

***

**

Отношение сигнал-шум

***

**

Динамический диапазон

**

***

Скорость считывания заряда

**

***

Энергопотребление

***

**

Цена

***

**

Скорость формирования и передачи изображения
Несмотря на то что CCD-матрицы имеют более высокую характеристику чувствительности, основным фактором, ограничивающим их применение, является низкая скорость считывания заряда, следствием этого становится невозможность обеспечения высокой скорости формирования изображения. Для телекамер 1,5-2 Мпкс это значение составляет 15-12 кадр/с. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. Технология CMOS, объединяющая светочувствительный элемент и микросхему обработки, позволяет получать высокую скорость обновления кадра даже для сенсоров 3 Мпкс. Для ряда прикладных задач (например, в системах контроля трафика и быстропротекающих процессов) мегапиксельные IP-камеры на основе CMOS-матриц с разрешением 1,2 Мпкс способны формировать изображение со скоростью до 100 кадр/с.
К сожалению, очень часто в спецификациях на мегапиксельные IP-камеры можно столкнуться с некорректным указанием характеристики скорости передачи изображения. Производители указывают скорость формирования изображения матрицей согласно паспортным данным на сенсор, которая выше, чем скорость передачи, так как процесс компрессии и сетевой контроллер вносят дополнительную латентность. Часто производители IP-камер заявляют о реализованной в их оборудовании возможности управления характеристиками компрессии и масштабирования изображения. К примеру, при высокой степени сжатия скорость регенерации кадра вырастет, однако качество изображения также заметно упадет. В свою очередь, задавая более низкий формат кадра, например, 800х600 пкс для камеры с матрицей 2048х1024 пкс, можно увеличить скорость формирования и передачи изображения. Это нередко является осознанной необходимостью, когда стоит задача на одном рабочем месте (персональном компьютере) обеспечить визуализацию изображения одновременно от нескольких камер. Вычислительная способность современных персональных компьютеров пока сильно отстает от запросов рынка.

Сжатие изображения
Наиболее распространенным форматом компрессии изображения в мегапиксельных IP-камерах является M-JPEG. Его широкое использование обусловлено простотой реализации непосредственно в микросхеме CMOS-матрицы. Производители мегапиксельных IP-камер используют уже готовый модуль с выходом данных в формате JPEG. Указанный алгоритм сжатия обеспечивает высокое качество изображения, и камера может быть с легкостью интегрирована в большинство программных IP-комплексов, поддерживающих работу с источниками изображения JPEG. Однако по эффективности сжатия M-JPEG, как известно, значительно уступает гибридным кодекам (MPEG-4, H.26X). Для IP-камер с мегапиксельным разрешением эффективность алгоритма компрессии особенно принципиальна, так как речь идет о больших объемах данных, сопоставимых с пропускной способностью сети. К примеру, для 3 Мпкс IP-камеры объем одного кадра в формате JPEG может составлять свыше 400 Кбайт. Следовательно, поток со скоростью 10 кадр/с потребует больше 1/3 теоретической пропускной способности 100-мегабитной сети. Использование MPEG-подобного кодирования способно ощутимо сократить объем исходящего трафика, однако требует дополнительной вычислительной мощности процессора камеры и процессора рабочей станции. Как следствие, скорость передачи данных в формате MPEG ниже, чем в последовательности JPEG-кадров.

Программное обеспечение
К сожалению, программных платформ, подобных тем, что используются для IP-камер аналогового разрешения (800х600 пкс), для мегапиксельных IP-камер пока недостаточно. Некоторые производители мегапиксельных IP-камер самостоятельно разрабатывают и предлагают использовать несложные программы или даже возможности встроенного Web-сервера камеры, позволяющие создать небольшую систему. Однако количество камер в подобных системах не превышает нескольких единиц. Вопросы передачи, визуализации, регистрации и управления потоками таких объемов заставляют серьезно задуматься о возможности и целесообразности немедленного перехода к системам высокой четкости. Можно с уверенностью говорить о том, что переход к новому цифровому формату предопределен, и в ближайшие годы мегапиксельные камеры завоюют рынок CCTV

Области применения
В настоящее время наиболее актуально использование единичных мегапиксельных IP-камер в составе IP-систем или гибридных видеорегистраторов, обеспечивающих запись аналоговых и IP-камер. При этом вопрос создания и администрирования отдельной сети для мегапиксельных камер не стоит так остро. Действительно, практически на любом объекте есть области, требующие более внимательного анализа. Применение мегапиксельных IP-камер с разрешением свыше 3 Мпкс дает дополнительные возможности для получения высокодетализи-рованных изображений таких областей. К примеру, для банковского сектора крайне важными являются зоны пересчетных кабин, шлюзы и вход в помещение банка. Здесь необходимо, безусловно, высокое качество изображения с возможностью 100%-ной идентификации объектов. Спектр решений для прикладных задач крайне широк. Как отмечалось, актуально использование мегапиксельных IP-камер со значительной скоростью формирования изображения в системах технологического наблюдения высокооперационных производств, в медицине, при научных исследованиях. Широко используются такие камеры и в системах контроля автомобильного трафика, обеспечивая более высокий показатель идентификации государственных номеров транспорта.

Журнал "Системы безопасности", №2(80) 2008 года

Технические характеристики видеокамер

Технические характеристики

ACM-3411

ACM-4200

ACM-5601

ACM-5611

Axis 207MW

Axis 209MFD

Axis 211M

Axis 216MFD

D12-Sec-DNight

D22-Sec-Day (+ ночной модуль)

М12D-Sec-DNight

М12-DevKit-Sec-DNight

NWC-0700е

NWC-0800

NWC-0900 "День/Ночь"

V12-Sec-DNight

VOCORD NetCam+DigiFlow

WaveCam M5

WaveCam MX

Производитель

"ACTi" (Тайвань)

Axis Communications, Швеция

Mobotix AG (Германия)

Bosch (Голландия)

Mobotix AG (Германия)

ЗАО "Вокорд Телеком"

ЗАО "Стрим Лабс"

Видео

Тип матрицы

1/3" Micron Progressive Scan Super CMOS

1/3" Micron RGB CMOS 1,3 Megapixel Progressive Scan

2хCMOS

CMOS

2хCMOS

Цветная 1/2 in. CMOS

Монохромн. 1/2 in. CMOS; цветн. 1/2 in. CMOS

2хCMOS

КМОП

CMOS

Разрешение матрицы

1,3 Мпкс

1280х1024

2x3, 2MEGA (2048x1536)

3,2 MEGA (2048x1536)

2x3,2 MEGA (2048 x 1536)

2x3,2 MEGA(2048x1536)

Цветная 1600х1200

Цветная 2048x1536

1280x1024 (мон.); 2048x1536 (цв.)

2x3,2 MEGA (2048x1536)

1,3; 3,1; 5,1 Мпкс

5 Мпкс

0,4 Мпкс

Чувствительность, лк/ F

День/ночь-7/0,05

0,1

0,5

День/ночь-0,5/0,05

День/ночь-0,1/0,005

Цветная 0,5/F1.4

Цветная 1.0 lux при F1.4

0.01/F1.4 (мон.); 1.0/F1.4 (цв.)

День/ночь-0,1/0,005

1/F1.4

0,5/F1.4

0,1/F1.4

Алгоритм(ы) видеосжатия, возможность одновременной работы, количество степеней сжатия

MPEG-4/MJPEG (на выбор)

MPEG-4 SP/MJPEG

MPEG-4/MJPEG (на выбор)

MPEG-4/MJPEG

Одновременно M-JPEG, MPEG-4 Part 2 ASP; 100

MJPEG, MxPEG

Расширенный MJPEG; 21

MJPEG, MxPEG

VOCORD StreamLogic, многопараметрич. настройка по кач-ву, разреш., частоте опорн. кадров

Motion Wavelet (межкадровый/покадровый)

Доступные для трансляции в сеть разрешения

SXGA (1280x1024), HD 720 (1280x720), VGA (640x480)

От 160х90 до 1280х1024

От 800х600 до 1280х1024

PDA (160x120), CIF (320х240), TV-CIF (352x288), D1-CIF (384x288), VGA (640x480), D1-PAL (768x576), SVGA(800x600), XGA (1024x762), Mega (1280x960), QXGA(2048x1536), вручную

1280х1024; 1600х1200

1280x1024;1600x1200; 1920x1080; 1920x1200; 2040x1530

PDA (160x120), CIF (320х240), TV-CIF (352x288), D1-CIF (384x288), VGA (640x480), D1-PAL (768x576), SVGA(800x600), XGA (1024x762), Mega (1280x960), QXGA(2048x1536), вручную

От 2592х1944; при режиме ROI (выделение обл. интереса) произвольное; при режиме binning уменьш. от максимальн. с шагом 2

2560x1920, GlanceMode: 640x480, 320х240

768х576, 704x544, 704x272, 640х480, 352x272, 320х240

Скорость трансляции при разных разрешениях и сжатиях fps

До 8 к/с при SXGA; до 10 к/с при HD720; до 30 к/с при VGA

До 8 к/с при SXGA, до 10 к/с при HD, до 30 к/с при VGA

До 8 к/с при SXGA; до 10 к/с при HD720; до 30 к/с при VGA

До 12 при 1280х1024; до 20 при 1024х768; до 30 при 800х600 и ниже

0.25-25 fps

1280х1024/32 IPS; 1600х1200/24 IPS

1280x1024/1600x1200/1920x1080/192 0x1200/2040x1530-32/24/22/20/15 IPS

Разр. см. выше-32/-/-/-/- IPS (мон.)-32/24/22/20/15 IPS (цв.)

0,25-25 fps

От 2048x1536/12.5 fps до 640x480/100 fps

2560x1920-8 к/с; 680х480, 320х200-25 к/с

25 к/с при всех разрешениях

Объектив

Встроен., мегапиксельн., f=4,2 мм, F1.8

Мегапиксельный в комплекте, CS, f=4,2 мм, F1.8

Несъемн., без АРД, f 3.6 мм, горизонт. угол 74°, F1.8

Съемн. CS, автомат. АРД, варифокальн. с руч. 2.7-увелич., f 3.0-8.0 мм, горизонт. угол 35-93°, F1.0

Несъемн., автомат. АРД, варифокальн. с руч. 3-увеличением, f 2.8-10.0 мм, горизонт. угол 27-100°, F1.3

Съемный, фиксир. диафрагма, мегапиксельн., 22/32/43/65/135 мм (90/60/45/31/15°)

2-съемный, фиксир. диафрагма, мегапиксельн., 22/32/43/65/135 мм (90/60/45/31/15°)

Руч. регул. диафрагмы; съемн., фиксир. фокус, F1.4, f–8, 12, 16, 25 мм; вариофокальн, F1.4, g–4-8/12-38 мм, F1.4, f 4-8 мм

Cъемн., фиксир. фокус, руч. регул. диафрагмы, F1.4, f=8, 12, 16, 25 мм; вариофокальн. f=4-8/12-38 мм

Съемн., фиксир. фокус, руч. регул. диафрагмы, F1.4, фокусн. расст. в завис. от модели 8, 12, 16, 25 мм

Съемный, фиксир. диафрагма, мегапиксельн., 22/32/43/65/135 мм (90/60/45/31/15°)

Съемн. 1/2"-2/3", руч. диафрагма и фокус; Canon EF , удален. управл. диафрагмой, автомат./руч. режим фокуса

Тип CS/C

Аудио

Аудио - встроенный микрофон/аудиовход, симплекс или дуплекс (аудиовыход, динамик) аудиосжатие -тип и поток, наличие аудиодетектора, звуковой сигнализации

Аудиовход: компрессия 8kHz, моно, PCM, несбалансирован., 1.4Vp-p, 1Vrms.
Аудиовыход: компрессия 8kHz,
моно, PCM,
несбалансирован., 1.4Vp-p, 1Vrms

Встроен. микрофон 36 дБ±3дБ (0 дБ=1V/Pa), компрессия 8kHz, моно, PCM. Аудиовыход: компрессия 8kHz, моно, PCM, несбалансирован., 1.4Vp-p, 1Vrms

1-сторон. звук, встроен. микрофон, AAC LC: 8-32 Кбит/с; G.711 PCM: 64 Кбит/с; G.726 ADPCM: 32/24 Кбит/с

Без поддержки звука

Дуплексн. звук, встроен. микрофон, лин. вход/выход д/подкл. внеш. микрофона и динамика, звук. детектор, сжатие AAC LC 8-32 Кбит/с; G.711 PCM–64 Кбит/с; G.726 ADPCM–32/24 Кбит/с

Встроен. микрофон и динамик, дуплекс, аудиодетектор, звук. 2-направл. сигнализ., VoIP, IP/ISDN-телефония

Нет

Встроен. микрофон и динамик, дуплекс, аудиодетектор, звук. 2-направл. сигнализ., VoIP, IP/ISDN-телефония

Нет

Работа по сети

Поддерживаемые протоколы работы по сети

TCP, UDP, IP, HTTP, DHCP, PPPoE, RTP, RTSP, FTP, SMTP, DNS, DDNS, NTP, ICMP, IGMP, ARP, 3GPP

IPv4, HTTP, TCP, ICMP, QoS, RTSP, RTP, UDP, GMP, RTCP, SMTP, FTP, DHCP, UPnP, Bon-jour, ARP, DNS, DynDNS, SOCKS, NTP, IPv6, HTTPS, SSL/TLS, SNMPv1/v2c/v3 (MIB-II)

IPv4/v6, HTTP, HTTPS, SSL/TLS*, TCP, ICMP, QoS, SNMPv1/v2c/v3 (MIB-II), RTSP, RTP, UDP, IGMP, RTCP, SMTP, FTP, DHCP, UPnP, Bonjour, ARP, DNS, DynDNS, SOCKS, NTP

IPv4/v6, HTTP, HTTPS, SSL/TLS*, TCP, QoS, SNMPv1/v2c/v3 (MIB-II), RTSP, RTP, UDP, IGMP, RTCP, SMTP, FTP, ICMP, DHCP, UPnP, Bonjour, ARP, DNS, DynDNS, SOCKS, IEEE802.1X

Ethernet, WLAN, ISDN, GSM/UMTS/G3

HTTP, ARP, UDP, IP, ICMP, TFTP

Ethernet, WLAN, ISDN, GSM/UMTS/G3

802.3 1000 BaseT

IPv4, TCP/IP, DHCP, RTP, UDP, ARP

Поддержка беспроводной работы, стандарт

Нет

EEE 802.11b/g

Нет

WLAN, GSM/UMTS/G3

Нет

Поток при разных разрешениях и сжатиях

D1 (720x576): 25/12/8/5/1 к/с-1,5 Мбит/750 Кбит/512 Кбит/256 Кбит/ 56 Кбит/с; CIF (352х288): 25/12/8/5/1 к/с-750/384/250/128/28 Кбит/с

128 Кб/с-2 Мб/с

До 45 Мбит/с

128 Кб/с-2 Мб/с

Без сжатия от 400 Mbps; без сжатия до 16 Mbps при исп. VOCORD StreamLogic

От 128 Кбит/с

От 64 Кбит/с

Особенности мсполнения

Тип камеры

Купольная

Куб

Стандартного дизайна

Миниатюрная

Миниатюрн., фиксир., купольная

Стандартного дизайна

Фиксирован, купольная

Купольная

Стандартного дизайна

Встраиваемый комплект

Стандартная

Вандалозащ. (нержав. сталь 3 мм)

Стандартная

Оригинальный дизайн

Исполнение -температурный диапазон, С, влажность, класс защиты (IP)

Внутренняя, -10...+50°

Внутренняя, 0...+40°

Внутренняя, 0...+50°

Внутренняя, 0...50°

Для внутреннего применения

Внутренняя, трудносъемная

Для уличного использования необходим термокожух

Внутренняя, трудносъемная

Наружная/внутренняя, -45...+60, IP65

Для внутренних помещений

Наружная/внутренняя, -45...+60, IP65

0...+50, 20-80%

Внутренняя, -10...+50

Дополнительная информация

Наличие детектора движения, количество зон, уровней чувствительности

3-зонный детектор движения

5-зонный детектор движения, 100 уровней по каждому из 3 параметров

Любое кол-во зон детекции движения (ограничено разрешением изобр.), индивид. чувст-ть

Нет

Любое кол-во зон детекции движения (ограничено разрешением изобр.), индивид. чувст-ть

Программный

Встроенная аналитика (различные варианты)

Нет

Встроенная/ встраиваемая память для записи в саму камеру - тип, объем, алгоритм записи

Нет

32 Мб, "кольцевой" буфер для записи

64 Мб, "кольцевой" буфер для записи

Внутр. кольцевой буфер 64 Мб, возможность установки флеш-карты до 8 Гб

Нет

Внутр. кольцевой буфер 64 Мб, возможность установки флеш-карты до 8 Гб

Нет

Наличие встроенного Web-сервера

Да

ПО, которое идет в комплекте - язык, характеристики, функции, способ установки и др.

Streaming Activator, NVR, до 16 камер бесплатно, ПО русифицировано

Нет

MxControlCenter, поставляется бесплатно, поддержка 40 каналов, англ. яз.

ПО для настройки/просмотра живого видео на рус. яз.

MxControlCenter, поставляется бесплатно, поддержка 40 каналов, англ. яз.

Интерфейс и фильтры DirectShow, документация, SDK на рус/англ. яз., драйверы

ПО российских разработчиков, которое поддерживает работу с камерой

ITV

Diolim-Video

"Интеллект", ISS, "Интегра-С", "Орион", ESEL 2000

Нет

"Интеллект", ISS, "Интегра-С", "Орион", ESEL 2000

ПО разработки ЗАО "Вокорд Телеком"

ПО компании ITV Group

Поддержка POE

Да

Нет

Да

IEEE802.3af, кл. 0, от 3 до 8 Вт

PoE IEEE802.3af, уст-во кл. 2

Комплектация

Камера, инструкция, ПО

Камера, Б.П., крепления, CD с утилитами, инструкция

Готова к установке (камера, объективы, кронштейн, крепления, инструкции)

Встраиваемый набор, готова к установке (камера, объективы, инстр.), герметичный корпус

Камера, диск с ПО и документ, рук-во по уст-ке, ключ д/настр. задн. фокуса, переходник CS-С

Готова к установке (камера, объективы, кронштейн, крепления, инструкции)

Камера, вычислительный модуль VOCORD DigiFlow

Видеокамера, инструкция, CD с ПО

Розничная цена на апрель 2008 года

16 415 руб.

9 139 руб.

13 132 руб.

16 415 руб.

419 евро

576 евро

734 евро

786 евро

53 892 руб.

32 292 руб.

53 892 руб.

48 600 руб.

1250 евро

1400 евро

1670 евро

93 600 руб.

Информация не предоставлена

Пока не определена

22 000 руб.

Съемный, фиксир. диафрагма, мегапиксельн., 22/32/43/65/135 мм (90/60/45/31/15°)