Zmiana technologiczna w branŜy wideomonitoringu

NEWS
MOBOTIX News 1/2008
Zmiana technologiczna w
branŜy wideomonitoringu
• • • • • • • • • • • • •• • • • • • • • • • • • • •• • • • • • •
Zasadnicze zmiany technologiczne w przemyśle zawsze stwarzają nowe moŜliwości
biznesowe. Ewolucja jaka ma miejsce w systemach nadzoru wideo jest wywołana
zapotrzebowaniem rynku na rejestrację obrazów wysokiej rozdzielczości. Ten artykuł jest
próbą wyjaśnienia przyczyn i konsekwencji aktualnych zmian technologicznych na rynku
telewizji przemysłowej („closed-circuit television” – CCTV). W przeciwieństwie do aparatów
fotograficznych gdzie rozdzielczości wynoszą juŜ 5 czy nawet więcej megapikseli, większość
kamer CCTV oferuje rozdzielczość co najwyŜej 0,4 megapiksela. Co więcej, zmiana ta będzie
oddziaływać nie tylko na producentów kamer ale będzie miała wpływ na pozostałych graczy
rynku CCTV. Autorzy oprogramowania systemów nadzoru wideo stają przed wyzwaniem w jaki
sposób obsłuŜyć jednocześnie dziesiątki obrazów wysokiej rozdzielczości przy ograniczonej
wydajności komputera PC. To tak jakby pytać w jaki sposób jeden komputer PC moŜe
jednocześnie przetwarzać 20 strumieni HDTV lub obsługiwać 20 gier wideo.
www.mobotix.com.pl
1/4
MOBOTIX kamery wysokiej rozdzielczości…
Rozwiązania analogowe: Kompatybilność ale niska rozdzielczość
Dotychczas rozwiązania stosowane w
telewizji przemysłowej (monitoringu wideo)
były bardzo przejrzyste. JeŜeli zachodziła
potrzeba uŜycia kamery z nowymi cechami
uŜytkowymi, to wszystko co było do
zrobienia to odłączenie starego modelu
kamery i podłączenie nowego. UmoŜliwiał
to funkcjonujący juŜ ponad 60 lat standard
TV bazujący na kablu koncentrycznym i
złączach BNC. Wszystkie kamery były
kompatybilne z tym złączem i systemem
transmisji ale oferowały rozdzielczość
maksymalnie 0,4 megapiksela (720 x 576
linii). Z tego powodu analogowe kamery
wideo nigdy nie będą mogły osiągnąć
rozdzielczości rzędu megapikseli jak
współczesne kamery cyfrowe.
Ta kompatybilność sygnałów umoŜliwiła w
łatwy sposób producentom tanich kamer
spenetrowanie i zdobycie rynku wideo. Producenci ci nie musieli stosować się do Ŝadnego rodzaju
kompatybilności oprogramowania lub kompresji obrazu wobec czego technologicznie było to łatwe
i nieskomplikowane.
Tak samo łatwe było równieŜ uzyskanie obrazów wideo na komputerze. Sprzętowe kodery wideo zapewniały
potrzebne obrazy dla oprogramowania zarządzającego, które umoŜliwiało ich wyświetlanie oraz przetwarzanie
i archiwizowanie, nie zuŜywając zbyt wielu zasobów komputera. Bardzo często w wyniku digitalizacji obrazy były
zachowywane z rozdzielczością 288 linii (np. CIF 352 x 288) co oznaczało rozdzielczość rzędu 0,1 megapiksela.
To jest powód dla którego współczesne telefony komórkowe z wbudowanymi aparatami fotograficznymi
zapewniają ponad 30 x większą szczegółowość niŜ olbrzymia część kamer w systemach CCTV na świecie. Rząd
francuski wprowadził ustawą w październiku 2006 roku obowiązek stosowania kamer z co najmniej 576 liniami
telewizyjnymi i ich zapisem w tej rozdzielczości z prędkością co najmniej 12 obrazów na sekundę. Jest to co
prawda krok w dobrym kierunku ale to wciąŜ rozdzielczość tylko pół megapiksela.
Rozwiązania sieciowe: konieczna zmiana podejścia
Pojawienie się kamer sieciowych zmieniło
wszystko. Format obrazu stał się nareszcie
niezaleŜny od metody transmisji, poniewaŜ
po tym samym połączeniu moŜna przesyłać
zarówno obrazy o małej rozdzielczości jak i
równieŜ o rozdzielczościach megapikseli –
tak jak w Internecie. Podstawową korzyścią
wniesioną przez kamery sieciowe była
łatwość transmisji obrazów w ramach
przedsiębiorstwa czy nawet globalnie
poprzez Internet. JednakŜe uŜywanie w
kamerze sieciowej jako źródła sygnału
„wewnętrznego” modułu kamery analogowej
nadal nic nie zmieniało w zakresie skromnej
– jak dotychczas – rozdzielczości obrazu.
Ujemną cechą stosowania kamer sieciowych
był brak moŜliwości przesyłania obrazów w
formie „otwartej” tzn. nieskompresowanej ze
względu na ograniczenia szerokości pasma
transmisji tych danych. To dlatego kaŜdy obraz musiał być skompresowany przed wysłaniem go przez sieć. Po
stronie kamery problem został rozwiązany przez zastosowanie dedykowanych układów zajmujących się
sprzętowym kodowaniem. Równocześnie jednak powstał problem po „stronie” komputera gdzie programy
zarządzające wideo zostały dodatkowo obciąŜone dekodowaniem skompresowanych obrazów.
2/4
www.mobotix.com.pl
… rozwiązaniem na przyszłość
Zbyt mało mocy
obliczeniowej
Problemy zaczęły się od momentu, gdy
procesy dekodowania zaczęły wymagać
duŜo mocy obliczeniowej komputera. O
ile dla pojedynczych kamer to nie
stanowi problemu to juŜ jednoczesne
zarządzanie
i
dekodowanie
dla
kilkunastu i więcej kamer jest juŜ
prawdziwym problemem, który często
był „omijany” przez wysyłanie małych
obrazów z wyłącznie do wyświetlania.
Przykładowo w kasynie, gdzie pełna
prędkość (25 obr/s) i pełna rozdzielczość
(576 linii) zapisu jest obligatoryjna,
typowo 2 a maks. 4 kamery mogą być
zarządzane i rejestrowane za pomocą
1 komputera PC. Dlatego takie aplikacje
są bardzo kosztowne i wymagają duŜych
i drogich farm serwerów.
MPEG-4 równieŜ jest wymagający pod względem potrzebnej mocy obliczeniowej, co ogranicza jego stosowanie
w kamerach o wysokiej rozdzielczości. Strumień wideo MPEG-4 jest zapisywany na dyskach w postaci w jakiej
jest wygenerowany przez kamerę. Wbrew wysokim współczynnikom kompresji, ten sposób zapisu wymaga
duŜych pojemności, poniewaŜ nie ma moŜliwości zmniejszenia częstotliwości zapisywanych klatek strumienia
wideo. Analiza obrazu równieŜ jest utrudniona, gdyŜ strumień MPEG-4 musi być zdekodowany do „prostej”
postaci. Takie podejście jest nie tylko „ślepą uliczką”, ale ogranicza uŜycie technologii sieciowych dla systemów
wideo wysokiej rozdzielczości.
Niezgodność programowa
Problem w komunikowaniu się z kamerami róŜnych producentów nie leŜy w uŜywanych standardach wideo
(JPEG, MPEG) ale w róŜnych protokołach (implementacjach tych standardów). To oznacza, Ŝe wymiana kamery
sieciowej nie jest tak prosta jak kamery analogowej. Oczywiście kaŜdy producent kamer moŜe wyprodukować ile
tylko zechce modeli kamer, jednakŜe będą one sprzedawany tylko wówczas gdy będzie dołączone
oprogramowanie zarządzające współpracujące z daną kamerą. Integracja róŜnych kamer róŜnych producentów
jest na tyle złoŜona i zajmująca, Ŝe dostarczane oprogramowanie do zarządzania wideo jest dedykowane
pojedynczym lub grupom wybranych modeli kamer.
Klucz do przyszłości: decentralizacja
Rozwiązaniem tych problemów dla producentów jest przyjęcie zdecentralizowanego podejścia do dzielenia
obciąŜenia przetwarzania danych między kamerą a oprogramowaniem zarządzającym. Dzięki umieszczeniu
większej „inteligencji” w kamerze (jak np. przetwarzanie wideo, detekcja ruchu, zarządzanie rejestracją)
wymagania
odnośnie
zasobów
sprzętowych
komputera zarządzającego są zasadniczo mniejsze.
W takich systemach moŜliwe jest zapisywanie na
komputerze nawet 10 razy więcej kamer cyfrowych
niŜ analogowych. Ponadto, buforowanie danych
wideo
w
kamerze
oznacza
moŜliwość
zabezpieczenia się przed przerwami w transmisji
danych. Ogromne znaczenie ma takŜe fakt, Ŝe jedna
kamera megapikselowa moŜe „widzieć” szerszy kąt
i z większą szczegółowością niŜ stare kamery
analogowe.
Takie nowe rozwiązania zdecentralizowanych systemów wspierane przez wysoką rozdzielczość obrazów pomogą
producentom kamer w rozwijaniu inteligentnego oprogramowana wbudowanego w kamerę i oprogramowania
zarządzającego. To jest dobra wiadomość dla producentów sprzętu z własnym oprogramowaniem ale zła
wiadomość dla „naśladowców” – teraz po odłączeniu starej kamery i podłączeniu nowego urządzenia system nie
będzie działał.
www.mobotix.com.pl
3/4
Oprogramowanie w kamerze
Posumowanie:
Kamery cyfrowe są juŜ w stanie zaoferować rozdzielczości obrazów rzędu 5 i więcej megapikseli,
ale rozdzielczości zapisywane w systemach CCTV cały czas nie przekracza 0,4 megapiksela. Z
tego powodu rynek wymaga obrazów o wysokiej rozdzielczości z zwiększą szczegółowością i
szerszym kątem widzenia z jednocześnie mniejszą liczbą kamer. O ile kamery wysokiej
rozdzielczości są juŜ dostępne, to autorzy oprogramowania systemów nadzoru wideo stają przed
wyzwaniem w jaki sposób obsłuŜyć jednocześnie dziesiątki obrazów wysokiej rozdzielczości przy
ograniczonej wydajności komputera PC. To tak jakby jeden komputer PC miał przetwarzać wiele
strumieni HDTV w tym samym czasie. Zmiana technologii na wysoką rozdzielczość (j.ang.
„HiRes”) będzie rzutować nie tylko na samą produkcję kamer ale będzie wpływać na całą strukturę
systemów CCTV z wszystkimi składnikami. Zdecentralizowana struktura kamer MOBOTIX jest
ekonomicznym rozwiązaniem dla zapisu w wysokiej rozdzielczości poniewaŜ wszystkie funkcje
„obsługi i zarządzania” zostały wyłączone z oprogramowania dla PC i przeniesione do samej
kamery. UmoŜliwia to zapis strumieni wideo z dziesiątek kamer w wysokiej rozdzielczości na
jednym komputerze PC, włączając analizę i skalowanie obrazu.
4/4
www.mobotix.com.pl