Второе дыхание CCTV

Все еще наиболее распространенные сейчас аналоговые системы видеонаблюдения имеют ряд принципиальных недостатков, обусловленных в основном жесткими стандартами вещательного телевидения (PAL/NTSC) уже более чем пятидесятилетней давности. С одной стороны, это великолепно обеспечивает полную совместимость оборудования разных производителей. С другой – качество изображения ограничено стандартом разложения, который был принят, исходя из технических возможностей передачи сигналов того времени

 

 
Николай Чура
Технический консультант
ООО "Система СБ" и
ООО "Микровидео Группа"

На протяжении истории развития CCTV шла непрерывная борьба за увеличение горизонтального разрешения изображения. Так, наиболее распространенные еще 10 лет назад камеры стандартного разрешения с матрицами 500х582 пкс (PAL) практически полностью уступили рынок камерам высокого разрешения 752х582 пкс (PAL). Причем все реже предлагаются и используются телекамеры черно-белого изображения. Развитие цифровой обработки изображения серьезно расширило функциональные возможности камер наблюдения. Безусловно, разумная обработка несколько улучшает изображение, однако рекламные обещания производителей и продавцов о кардинальном увеличении горизонтального разрешения за пределы теоретического предела, к сожалению, не подтверждаются ни практикой, ни измерениями. Более того, излишняя коррекция, которая в основном и применяется для улучшения четкости изображения, всегда приводит к увеличению муара и цветовых артефактов.

Около двух лет назад появились первые сообщения о технологии Effio от Sony. Естественно, только такой гигант, как Sony, мог решиться на кардинальное изменение формата изображения. Были созданы CCD в двух самых перспективных технологиях – Ex-view HAD II и Super HAD II с повышенным количеством пикселей по горизонтали (976 пкс). Разработана серия сигнальных процессоров Effio E, Effio S и Effio P, способных оцифровывать видеосигнал с более широким спектром, поступающий с этих матриц. Примечательно, что эти процессоры могут работать и с типовыми матрицами высокого разрешения. А младший процессор Effio E поддерживает и матрицы стандартного разрешения. Это послужило основанием для некоторых не совсем ответственных производителей, применяя только DSP Effio, заявлять сверхвысокое разрешение для своих камер со стандартными матрицами 500х582 и 752х582 пкс. Трудно сказать, это непонимание или маркетинговые уловки. Очевидно, что разрешение телекамеры зависит прежде всего от разрешения сенсора и не может быть увеличено путем обработки сигнала, в котором этой информации просто нет. Основные характеристики процессоров Effio-Е начального уровня, мультифункционального Effio-S и Effio-P высокого класса с WDR Double Scan представлены в таблице.

Из общих достоинств DSP можно выделить низкое энергопотребление. Выделенные в таблице отличия процессора начального уровня Effio-E представляются не очень важными. Цифровая стабилизация изображения, в общем случае снижающая разрешение камер, представляется для неподвижных камер наблюдения явным излишеством. Электронное увеличение чувствительности за счет временного накопления заряда малоприменимо для динамичных объектов видеонаблюдения. Электронный zoom даже для мегапиксельных камер с некоторым запасом по разрешению является сомнительным преимуществом, тогда что говорить о нем применительно к типовому телевидению. И даже с отсутствием шумоподавления для движущихся фрагментов 3DNR можно смириться. Только возможность режима WDR с двойным сканированием, безусловно, можно считать важным фактором, но эту функцию обеспечивает только самый старший процессор – Effio-Р.

Реальное разрешение

Уже почти год некоторые производители телекамер выпускают модели на основе комплектов CCD-DSP 960H Effio. Эти модели обеспечивают реальное горизонтальное разрешение до 600– 650 ТВЛ. Правда, убедиться в этом можно было только на черно-белых мониторах без ограничения разрешения (более 800 ТВЛ) или на очень дорогих моделях цветного изображения, снабженных гребенчатыми фильтрами для выделения цветовой информации из композитного сигнала. Причем модели, где фильтрация производилась цифровым способом при типовой оцифровке изображения с тактовой частотой 13,5 МГц (разрешение 704/720х576), для просмотра подобного изображения также не подходили.

Вообще говоря, появление этой технологии на рынке несколько запоздало. Уже около двух лет назад стали появляться модели, особенно в среднем и нижнем ценовом диапазоне, с заявленным разрешением 600 ТВЛ цветного изображения для типовых матриц высокого разрешения. Появляются и более смелые обещания – в 650 и 700 ТВЛ. Складывается впечатление, что маркетинг одержал уверенную победу над реальностью, физическими принципами и технологическими возможностями. На недавней выставке "Технологии безопасности" мне попался прошлогодний номер "первого и единственного журнала в России по системам видеонаблюдения". Это уважаемое издание всегда предлагало довольно основательные тесты телекамер, сопровождаемые большим экспериментальным материалом. На этот раз рассматривались мегапиксельные IP-камеры Axis и Ganz с максимальными форматами кадров 1280х800 пкс в первом случае и 1280х1024 – во втором. Тест наглядно показал "преимущество" камеры Axis, обеспечивающей максимальное горизонтальное разрешение в 1450 ТВЛ. Причем, судя по качеству приведенного изображения на этом сегменте клина, это не предел, и при наличии более частых линий мы бы увидели и 1800, а может быть, и 2000 ТВЛ. Естественно, у Ganz мы видим "только" 1250–1300 ТВЛ. Это что, такая замечательная таблица? Или теперь разрешение в телевизионных линиях всегда больше числа пикселей? А может быть, эти величины теперь действительно независимы? Или это Его Величество Photoshop? Ребята, ну нельзя же так! Ведь невозможно отличить одно оборудование от другого по характеристикам. Про особые таблицы, на которых с разрешением все получается очень хорошо, я уже упоминал в одной из предыдущих публикаций.

Обычно нам обещают увеличение горизонтального разрешения с помощью цифровой обработки. Но если учитывать, что этот параметр измеряется при нормальной освещенности (1000–2000 лк) и соответственно максимальном отношении сигнал/шум, единственное, что доступно, – это коррекция переходов из черного в белое (апертурная коррекция). Это позволяет улучшить контраст линий и получить выигрыш линий в 50. Далее нас ожидает рост артефактов и практически ухудшение различимости при росте визуальной четкости. Для примера на фото 1 приведены два изображения клина с камеры высокого разрешения при отсутствии и наличии максимальной коррекции четкости (Sharpness). Наглядно видно, что, несмотря на наличие раздельных линий на уровне 600 ТВЛ, эти линии как по ширине, так и по расстоянию между ними представляют собой полный аналог полос с уровня 450–500. Да и цифры на таблице читаются значительно хуже, несмотря на высокий контраст изображения.

Появление записывающей техники

После разработки в начале прошлого года специального АЦП Techwell TW9960 c увеличенной до 18 МГц тактовой частотой при 8- или 10-битном квантовании, появилась возможность создания видеорегистраторов, способных к неискаженной цифровой записи и демонстрации изображения с повышенным горизонтальным разрешением. Почти год прошел в ожидании появления подобной техники. И вот долгожданное событие свершилось! В конце прошлого года уже сама Sony представила нескольких производителей, предлагающих стандартные линейки цифровых регистраторов на 4, 8 и 16 каналов. Это компании Dahua, Hikvision и iCatch. На фото 2 представлен стенд компании Sony, демонстрирующий преимущества технологии 960H Effio.

Сейчас из объявленных производителей в Москве появились только регистраторы Dahua. Естественно, они продаются под брендами известных поставщиков, но их сразу можно узнать по элегантной синей подсветке передней панели и характерному пользовательскому интерфейсу. На фото 3 представлен внешний вид 8-канального варианта регистратора 960H Effio 1604HF-S-E Dahua.

Появление подобных регистраторов открывает совершенно новые перспективы перед традиционным аналоговым CCTV. На фото 4 приведены изображения двух фрагментов таблицы, полученные камерой сверхвысокого разрешения 960H Effio (976х582) через видеорегистратор 960H Effio на LCD-мониторе 1920х1080 с HDMI-входом. Теперь детальность изображения, получаемого системой 960H Effio, практически эквивалентна HD-формату в системах IP и HDcctv. Разберем несколько подробнее этот феномен.

HD-формат предполагает кадр с отношением сторон 16:9 и числом эффективных элементов разрешения 1280х720. Горизонтальное разрешение этого длинного кадра достигает 800 ТВЛ. Если мы удовольствуемся частью кадра HD с привычным форматом 4:3, чтобы сравнить погонное разрешение по горизонтали HD и CCTV, то получим кадр с размерами: 720/3х4 = 960 элементов по горизонтали и 720 по вертикали. Другими словами, мы получили разрешение по горизонтали, идентичное Effio. Естественно, по вертикали мы сильно не добираем, имея 582, а точнее 564 чересстрочные линии вместо 720 прогрессивных линий. Но посмотрите сами на изображения и сразу заметите практическую идентичность картинок Effio и HD, если не обращать внимания на широкий формат кадра, который, кстати, не всегда оптимален для видеонаблюдения. Другими словами, размер изображения по горизонтали остается стандартным для формата CCTV, но разрешение на единицу ширины объекта становится аналогичным HD. И несмотря на теоретическое уменьшение почти на треть вертикального разрешения, визуальное качество изображения становится практически идентичным HD.

Безусловно, такое увеличение качества изображения открывает новые перспективы для традиционного CCTV и как бы открывает ему второе дыхание.

Опубликовано: Каталог "Системы цифровой видеорегистрации (DVR)" #1, 2012