CCTV, HDcctv и IP-видеонаблюдение. Конкуренты или союзники?

Новое направление видеонаблюдения, HDcctv, с момента появления которого не прошло еще и двух лет, находится пока на стадии становления. Хотя на сегодня к альянсу уже присоединилось более 40 производителей оборудования CCTV и его компонентов. Попробуем разобраться, какое место уготовано новой технологии наблюдения и есть ли оно вообще среди традиционного стареющего CCTV и молодого и агрессивного IP-видеонаблюдения

Н.И. Чура
Технический консультант ООО "Микровидео Группа"

Участники альянса HDcctv были представлены его исполнительным директором Тод-дом Рокоффом на семинаре "HDcctv – третий путь видеонаблюдения" в рамках московского форума All-over-IP 18 ноября 2010 г. Со списком участников альянса можно ознакомиться здесь: highdefcctv (.org).

HDcctv – третий путь видеонаблюдения

HDcctv, как и типовое CCTV, является результатом применения нового вещательного стандарта телевидения. Стремление улучшить качество демонстрации домашнего телевидения привело к созданию HDTV с широкоформатным изображением высокого разрешения, шестиканальным звуком домашнего кинотеатра и дополнительными цифровым информационными каналами. В HDcctv используются форматы изображения и методы передачи сигнала HDTV, а также все технические решения и технологии, хорошо известные всем по традиционному CCTV.

Недостатки традиционных CCTV

Основным недостатком традиционных систем видеонаблюдения (CCTV) сейчас является низкое качество изображения с чересстрочной разверткой, определяемое стандартами телевидения, рожденными более полувека назад. (Доступные тогда диапазоны частот для передачи изображения требовали минимизации ширины спектра телевизионного сигнала.)

Наиболее сложно стало мириться с этими недостатками с появлением компьютерных систем цифровой записи или регистраторов Stand Alone с выводом изображения с прогрессивной разверткой. Эффект интерлесинга при сложении двух разновременных полукадров в одну картинку приводит к "гребенке" на контрастных переходах движущегося объекта. Полностью устранить эту "гребенку" можно, только используя один полукадр из двух. А это существенно снижает и без того невысокое разрешение.

Несмотря на то что оборудование CCTV непрерывно совершенствовалось и улучшалось, а неистовая конкуренция между огромным количеством производителей привела к снижению цен практически до уровня себестоимости, качество изображения все меньше устраивает потребителей. Особенно когда стало возможным сравнивать его с серьезно выросшим бытовым уровнем HDTV.

IP – это не только плюсы, но и минусы

Наряду с CCTV уже около 10 лет уверенной поступью шагает по планете IP-видеонаблюдение. Сегодня IP-видеокамера зачастую позиционируется уже в качестве одного из внешних датчиков сетевой компьютерной системы, параметры которого можно изменять исключительно программным способом, невзирая на его реальные возможности создания изображения. Можно встретить изделия с большим перечнем сетевых и программных параметров, но без указания таких "пустяков", как минимальная освещенность, диапазон спектральной чувствительности, наличие АРУ, автодиафрагмы или типа режима "день/ночь". Во всяком случае, IP-наблюдение в настоящее время весьма популярно и интенсивно развивается.

Безотносительно достоинств и недостатков IP-систем необходимо отметить, что до недавнего времени только они могли предложить изображение мегапиксельного разрешения. Вообще, в этой технологии, не ограниченной жесткими стандартами, легко могут применяться самые разные форматы изображений – от десятков килопикселей (SIF) до десятков мегапикселей. Естественно, так же широко варьируются и кадровые частоты. В системах бюджетного типа до сих пор широко используются типовые телекамеры с чересстрочной разверткой, что приводит к уже упомянутому выше интерлесингу. Совсем не дешевые бренды от IP давно используют исключительно матрицы с прогрессивной разверткой. Но такие матрицы существенно дороже, очевидно ввиду значительно меньшего спроса.

Совместимость
Примечательно, что отсутствие единого стандарта, не ограничивая развития рынка, сыграло с IP злую шутку. До сих пор совместимость оборудования разных производителей без дополнительной адаптации не является очевидной. И это несмотря на уже многолетние попытки стандартизации технологии в рамках объединения ONVIF с брендами отрасли или в менее популярном PSIA. Такого просто не могло быть в жестко стандартизированном CCTV. В HDcctv, которое также базируется на вещательном стандарте телевидения, несовместимости пока не-замечено, и надеемся, что так будет и в дальнейшем.

Передача данных
Основной недостаток IP-систем, являющийся одновременно его достоинством, – это пакетный способ передачи информации. Он позволяет передавать одновременно (но на самом деле друг за другом, то есть последовательно) в одном канале несколько каналов видео. Это, в свою очередь, приводит к заметным задержкам изменения изображения и нестабильной частоте смены кадров. Такая особенность сильно снижает качество наблюдения и усложняет (а в некоторых случаях делает просто невозможным) оперативное управление скоростными поворотными камерами.

Сжатие
Другой особенностью IP-систем является неизбежность сжатия изображения непосредственно в телекамере, что также ведет к дополнительным задержкам. Особенно в бюджетных вариантах с малопроизводительными процессорами. Для максимального сокращения трафика и освобождения канала связи IP-камеры снабжаются все более интеллектуальными внутренними детекторами движения. Более того, детектирование в камере обязательно, поскольку изображение после сжатия мало пригодно для анализа ввиду неизбежного наличия артефактов. Но даже в этом случае возможны перегрузки канала, что зачастую приводит к потерям видеоинформации. В данном случае выходом является либо постоянное резервирование избыточно широкополосного канала связи или снабжение камеры буферным записывающим устройством. С появлением и широким распространением Flash-памяти весьма большого объема эту проблему уже нельзя считать серьезной. Вместе с тем перекачивание буфера редко обеспечивается автоматически, особенно в бюджетных системах. Кроме того, при серьезной и долгой перегрузке сети даже достаточно большой буферной памяти может просто не хватить. Все это дополнительно увеличивает стоимость и без того недешевых IP-камер.

HDcctv – качественное, но более дорогое CCTV

Поскольку HDcctv базируется на вещательном стандарте изображения и способе передачи сигнала, там применяется широкоформатное изображение 16:9 с разрешением 1280х720 или 1920х1080. Причем может использоваться как чересстрочная, так и прогрессивная развертка. На наш взгляд, для видеонаблюдения наиболее оптимально применять прогрессивные варианты.

Для передачи изображения, как в вещательных телецентрах, используется несжатый последовательный цифровой поток с амплитудой импульсов 0,8 В. Он передается в основном по коаксиальному кабелю класса RG-59, RG-6 или RG-11 в зависимости от требуемой дальности передачи. Параметры передачи этого цифрового сигнала (SDI-HD) нормированы американским стандартом SMPTE.

Поскольку сигнал передается без сжатия и непрерывно, потребитель получает его практически немедленно. Частота кадров постоянная и устанавливается по выбору – 25 (PAL), 30 (NTSC), 50 или 60 кадр/с. То есть пользователь получает широкоформатное изображение профессионального качества, при необходимости с более высокой частотой кадров для быстро движущихся объектов. Этим новая система кардинально отличается как от CCTV с его обязательной чересстрочной разверткой и относительно невысоким разрешением, так и от IP-на-блюдения с задержкой передачи, нестабильной частотой кадров и артефактами от неизбежного сжатия изображения.

Минимум преобразований из аналогового сигнала в цифровой и обратно выгодно отличает HDcctv от аналоговой CCTV или бюджетных IP-систем отсутствием артефактов от этих преобразований. Прямая цифровая передача сигнала обеспечивает полное отсутствие искажений в кабеле, характерных для CCTV. Другими словами, можно провести параллель между HDcctv-изображением и HDTV со спутника или диска Blu-Ray, противопоставив его телевидени, от видеомагнитофона или из Интернета.

Возможности "безграничного разрешения"

Довольно высокое, но принципиально ограниченное разрешение в сравнении с теоретически безграничным разрешением IP-наблюдения несколько снижает привлекательность HDcctv. Но маркетинговые призывы о замене 33 лучших аналоговых телекамер одной IP-камерой в 10 Мпкс мало связаны с реальностью. С одной стороны, даже из арифметики вытекает замена только 23 камер. С другой стороны, на каком мониторе мы сможем это увидеть, если самые дорогие и лучшие модели обеспечивают около 4 Мпкс? Кроме того, 6 кадр/с не всегда достаточны.

Предложение использовать мегапиксельное изображение для реализации цифровых PTZ весьма заманчиво. В реальности же даже эта камера в 10 Мпкс обеспечит чуть меньше 5 полей зрения по каждой из координат с качеством типовой CCTV. А ведь функция zoom используется, чтобы лучше рассмотреть детали, а здесь мы одновременно снижаем разрешение до уровня CCTV. Возникает вопрос, зачем же использовать такую дорогую камеру с таким замечательным изображением, чтобы возвращаться по качеству в прошлое? Специалистам давно уже стало ясно, что цифровой zoom или PTZ можно применять только как бытовой суррогат. Как действующая технология она возможна в панорамных системах с эквивалентным разрешением по крайней мере в несколько десятков мегапикселей. Естественно, подобные системы пока не очень распространены по причине их сложности и запредельной стоимости.

Стремительное развитие цифровых сетей делает у нас все более доступным передачу видеоинформации на любые расстояния. Эта технология наряду с IP-наблюдением широко используется в CCTV и естественно в HDcctv для удаленного наблюдения, просмотра архива и управления. Безусловно, IP-системы структурно выглядят элегантными и изысканно логичными. Фактически главным действующим лицом системы является сама информационная среда – сеть. Но даже при построении пространственно распределенных систем видеонаблюдения принцип создания узлов регистрации представляется наиболее оптимальным для надежного сбора и хранения информации. В этом случае данные узлы могут содержать камеры разных систем и типов. Тем более что уже созданы гибридные регистраторы CCTV-IP и CCTV-HDcctv. Возможно, мы скоро увидим системы CCTV-IP-HDcctv.

Разнообразие систем – оптимальность подхода

Можно предположить, что все используемые сейчас системы видеонаблюдения (включая и новое направление HDcctv) найдут свое применение в нашей разнообразной действительности. Это естественно, поскольку они все имеют свои достоинства и недостатки.

  1. Для решения локальных задач безопасности на небольших объектах вполне могут использоваться традиционные CCTV. Тем более что типовые сетевые функции позволяют применять эту информацию в любом месте на планете (конечно, в идеале!). Более того, гибридные варианты систем позволяют одновременно устанавливать IP- или HDcctv-камеры с мегапиксельным изображением.
  2. Для систем видеонаблюдения, требующих профессионального качества (мегапиксельное изображение с высокой частотой кадров и без задержек при трансляции) целесообразно использовать системы HDcctv, поскольку это наиболее бескомпромиссный вариант. Дальнейшую взаимосвязь систем можно реализовать через сетевой интерфейс, но видеоинформация при этом никогда не будет утрачена из-за сетевых проблем.
  3. В сильно распределенных системах, на объектах, оборудованных широкополосной сетью, и при невысоких требованиях к скорости получения информации можно эффективно использовать IP-видеонаблюдение.

В таблице мы постарались систематизировать качества всех типов систем. Полужирным шрифтом выделены позитивные моменты; негативные – даны обычным шрифтом.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2011