Пристрій і принцип роботи web-камери

Підключення й установка web-камери

Web-камери підключаються до мережі Internet через порт 10Base/100BaseTX/1000BaseTX Ethernet або за допомогою модему через послідовний порт. Після фізичного підключення до мережі web-камері привласнюється IP-адреса. Найчастіше IP-адреси за замовчуванням у web-камери немає; він встановлюється або за допомогою відповідної функції стандартного web-браузера, або командою DOS, що використовує для ідентифікації серійний номер web-камери. Крім того, фірми-виробники розробляють спеціальні програми для web-камер, що значно спрощують процедуру присвоєння web-камері IP-адреси (наприклад, IP Installer компанії AXIS Communications). Завдяки убудованому програмному забезпеченню для web-сервера, FTP-сервера, FTP-клієнта, e-mail клієнта й ін., web-камера підключається безпосередньо до LAN/WAN/Internet мережі і працює в ній як самостійний мережний пристрій. Це відрізняє web-камери від звичайних комп'ютерних камер, що вимагають обов'язкового підключення до персонального комп'ютера через USB або LPT порт. Крім того, web-камери можуть підтримувати роботу з користувальницькими скриптами і JAVA-апплетами [5, c.65].

Для установки web-камери на вулиці або в приміщенні багато виробників передбачають у конструкції корпуса камери спеціальне кріплення, призначений для установки її на стіни, стелі, кронштейни і поворотные устройства. Деякі интернет-камеры інтернет-камерие поворотні пристрої, призначені для монтажу на горизонтальній або вертикальній поверхні.

Сучасна web-камера являє собою цифровий пристрій, що робить відеозйомку, оцифровку, стиск і передачу по комп'ютерній мережі відеозображення. Тому до складу web-камери входять наступні компоненти:

Пзс-матрица,

об'єктив,

оптичний фільтр,

плата відеозахоплення,

блок компресії (стиску) відеозображення,

центральний процесор і убудований web-сервер,

ОЗУ,

флэш-память,

мережний інтерфейс,

послідовні порти,

тривожні входи/виходи.

Як фотоприймач у більшості web-камер застосовується ПЗС-матрица (ПЗС, CCD - прилад із зарядовим зв'язком) - прямокутна світлочутлива напівпровідникова пластинка з відношенням сторін 3:4, що перетворить падаючий на неї світло в електричний сигнал. ПЗС-матрица складається з великого числа світлочутливих осередків. Для того, щоб підвищити світлову чутливість ПЗС-матрицы, нерідко формують структуру, що створює мікролінзу перед кожним з осередків. У технічних параметрах web-камери звичайно указують формат ПЗС-матрицы (довжина діагоналі матриці в дюймах), число ефективних пикселей, тип розгорнення (порядкова або чересстрочная) і чутливість.

Об'єктив- це лінзова система, призначена для проектування зображення об'єкта спостереження на світлочутливий елемент web-камери. Об'єктив є невід'ємною частиною web-камери, і від правильності його вибору й установки залежить якість відеозображення, одержуваного web-камерою. Часто об'єктив входить у комплект постачання web-камери. Объективы характеризуються поруч найважливіших параметрів, таких як фокусна відстань, відносний отвір (F), глибина різкості, тип кріплення (C, CS), формат [3, c.34].

Оптичні інфрачервоні фільтри, що відтинають, що встановлюють у web-камери, являють собою оптично точні плоскопараллельные пластинки, монтируемые зверху Пзс-матрицы. Вони працюють як оптичні низькочастотні фільтри з частотою зрізу близько 700 нм, поблизу червоного кольору. Вони відтинають інфрачервону складових світлових хвиль, забезпечуючи тим самим правильну передачу кольору web-камери. Однак у багатьох чорно-білих web-камерах такі фільтри не використовуються, завдяки чому досягається більш висока чутливість web-камери.

Плата відеозахоплення (блок оцифровки) здійснює перетворення аналогового електричного сигналу, сформованого Пзс-матрицей, у цифровий формат. Процес перетворення сигналу складається з трьох етапів:

Дискретизація,

Квантування,

Кодування.

Дискретизація - зчитування амплітуди електричного сигналу через рівні проміжки часу (період). Цей етап перетворення сигналу характеризується частотою дискретизації.

Квантування - це процес представлення результатів дискретизації в цифровій формі. Зміна рівня електричного сигналу за період дискретизації представляється у виді кодового слова з 8, 10 або 12 біт, що дають відповідно 256, 1024 і 4096 рівнів квантування. Від числа рівнів квантування залежить точність представлення сигналу в цифровій формі [2, c.54].

Кодування. Крім інформації про зміну рівня сигналу, отриманої на попередньому етапі, у процесі кодування формуються біти, що повідомляють про кінець синхроімпульсу і початок нового кадру, а також додаткові біти захисту від помилок.

Блок компресії виконує стиск оцифрованного відеосигналу в один з форматів стиску (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Завдяки стискові, скорочується розмір відеокадру. Це необхідно для збереження і передачі відеозображення по мережі. Якщо локальна мережа, до якої приєднана web-камера, має обмежену смугу пропущення, то щоб уникнути переповнення мережного трафика доцільно скорочувати обсяг переданої інформації, знизивши або частоту передачі кадрів по мережі, або дозвіл кадрів. Більшість форматів стиску забезпечує розумний компроміс між цими двома способами рішення проблеми передачі відео по мережі. Відомі на сьогоднішній день формати стиску дозволяють одержати оцифрованный потік зі смугою пропущення 64 Кб - 2 Мб (при такій смузі пропущення потоки відеоданих можуть працювати паралельно з іншими потоками даних у мережах).

Стиск відеозображення в web-камері може бути представлене як апаратно, так і програмно. Програмна реалізація компресії дешевше, однак через високу обчислювальну ємність алгоритмів стиску вона малоефективна, особливо коли потрібно переглядати відеозображення з web-камери в online режимі. Тому більшість ведучих виробників випускають web-камери з апаратною реалізацією стиску. Наприклад, кожна сетевая камера компанії AXIS Communications оснащена процесором компресії ARTPEC, що здійснює високошвидкісний стиск відеозображення у формат JPEG/MJPEG.

Центральний процесор є обчислювальним ядром web-камери. Він здійснює операції по висновку оцифрованного і стиснутого відеозображення, а також відповідає за виконання функцій убудованого web-сервера і керуючої програми для web-камер.

Інтерфейс для Ethernet служить для підключення web-камери до мережі стандарту Ethernet 10/100 Мбит/с.

Також web-камера може мати послідовний порт для підключення модему і роботи в режимі dial-up при відсутності локальної мережі. Через послідовний порт можна також підключати до web-камери периферійне устаткування.

Карта флэш-памяти дозволяє обновляти керуючі програми для web-камер і зберігати користувальницькі HTML-сторінки.

ОЗУ служить для збереження тимчасових даних, що генеруються при виконанні керуючих програм, і користувальницьких скриптов. Багато интернет-камеры інтернет-камераемый відеобуфер. Це частина ОЗУ, зарезервована для запису і тимчасового збереження знятих web-камерою відеокадрів. Інформація у відеобуфері обновляється циклічно, тобто новий кадр записується замість самого старого. Ця функція необхідна, якщо web-камера виконує охоронне відеоспостереження, оскільки дозволяє відновлювати події, що передують і випливають за сигналом тривоги з підключених до web-камери охоронних датчиків.

Тривожні входи/виходи служать для підключення датчиків тривоги. При спрацьовуванні одного з датчиків генерується сигнал тривоги, у результаті чого процесор компонує набір кадрів, записаних у відеобуфер до, після й у момент надходження сигналу тривоги. Цей набір кадрів може відсилатися на заданий e-mail адреса або по FTP [5, c.87].

1.4 Додаткові можливості і функції web-камери