Вопрос 2. Телевизионные системы

Телевизионные системы (ТВС) находят все более широкое применение для обеспечения безопасности и охраны. Это объясняется как продолжающимся ростом преступлений и злоупотреблений, так и повышением эффективности и улучшением качества этих систем, связанных с влиянием новых прогрессивных технологий.

Промышленность технических средств безопасности существенно возросла за несколько последних лет и продолжает расширяться. В настоящее время она фактически разделилась на несколько секторов: ТВС, системы управления доступом, системы периметровой защиты и др., и только несколько крупных фирм выпускают и поставляют продукты, относящиеся ко всем этим секторам. Это разделение способствовало более четкой специализации фирм отдельных секторов и общему прогрессу в области технических средств безопасности.

Характерная особенность сектора ТВС состоит в том, что многие новые разработки, созданные специально для систем безопасности, находят применения и в других телевизионных системах. Это относится, в частности, к датчикам изображения, черно-белым и цветным видеокамерам и тепловизорам. Предпочтение ТВС отдается там, где их применение дает возможность сократить количество персонала.

В ведущих странах мира успешно применяются телекамеры на полупроводниковых приборах для систем безопасности и коммерческих целей. Наблюдается тенденция непрерывного улучшения их характеристик: пространственного разрешения и повышения их чувствительности к излучениям на более низких частотах оптического спектра (до ближней инфракрасной части). В области тепловизионных приборов изучаются возможности их невоенных применений и перспективности роста спроса на них. Их развитие связано с решением проблем стоимости, разрешающей способности и надежности.

Расширению применения ТВС и других средств видеотехники в системах безопасности способствовало и способствует создание компьютерной промышленностью ряда эффективных аппаратно-программных средств обработки и применения видеоизображений, которые были недоступны несколько лет назад из-за их высокой стоимости.

Преимущественное применение в ТВС находят видеокамеры на полупроводниковых приборах с зарядовой связью (ПЗС). Их разрешение в настоящее время доведено до 470 телевизионных строк для цветных камер, чувствительность повышена, а размеры уменьшены. Использование этих камер совместно с интерфейсом связи RS232 повысило качество ЗТВС, так как это дает возможность автоматически устанавливать ряд параметров с применением для этого новых, программируемых микропроцессором матриц. В настоящее время имеются камеры этого типа фирмы Hitachi (Япония), использующие вариообъектив с увеличением от х 12 дох 100 (в перспективе).

Ожидается появление матриц ПЗС и микрочипов, которые упростят управление камерой даже до уровня элементов изображения (пикселов). Это ласт возможность интеграции функций, выполняемых камерами, в схемы обработки сигналов о движении нарушителей. Для этого необходимо, чтобы промышленные фирмы объединили свои усилия и достигли соглашения о формате цифрового выхода камер. Существенно повышена надежность видеокамер.

Важное значение для ТВС имеют функции получения, хранения, поиска и передачи полученных видеоданных. Низкая стоимость носителей видеоданных в сочетании с недорогими доступными приборами сжатия и передачи видеоданных открывает широкие возможности включения видеоданных в различные системы безопасности. В последние годы на рынке появилось большое количество систем, предназначенных для передачи изображений ТВС с приемлемым разрешением по телефонным линиям.

В настоящее время наиболее распространенным форматом записи видеоизображений является формат, принятый для бытовых видеомагнитофонов. Но этот формат не обеспечивает высокой четкости воспроизводимых изображений при приемлемом отношении сигнал/шум. Имеющиеся видеокамеры выдают изображения с разрешением 470 строк, а бытовые кассетные видеомагнитофоны могут записывать их с четкостью около 320 строк, и даже супервидеомагнитофоны с четкостью записи до 400 строк не используют возможности существующих видеокамер.

Все большее распространение получает цифровая запись на жесткие магнитные диски, но это связано со своими проблемами:

- во-первых, жесткие видеодиски только начинают конкурировать с видеокассетами, поэтому четкость записи у них ниже;

- во-вторых, емкость жестких дисков ограничена. При использовании наиболее совершенной системы сжатия видеоданных отдельный кадр видеоизображения будет занимать около 10 кбит емкости диска; скорость записи при этом достигнет 30 Мбит/мин, 1,8 Гбит/ч, или 43,2 Гбит за день для одной камеры. Проблема может быть решена только путем применения видеомагнитофонов с ограниченным временем записи или с кратковременной записью;

- в-третьих, в большинстве систем видеозаписи используется сжатие видеоданных, дающее хорошие результаты, но это связано с определенными недостатками, выражающимися в ухудшении четкости при быстром движении целей, и необходимости воспроизведения нескольких последовательных кадров для выделения одного из них в режиме стоп-кадра;

- в-четвертых, цифровая видеозапись допускает более легкое манипулирование с данными, чем аналоговая, и опытный инженер может воссоздать убедительную видеозапись события, которого в действительности не было. Это значит, что в перспективе судебные органы будут вынуждены проверять подлинность видеозаписи.

В некоторых цифровых видеомагнитофонах применяется лента для видео- и аудиозаписи, но при этом сохраняется скорость, необходимая для записи видеоданных, что отражается на качестве аудиозаписи.

Поэтому такие ленты больше подходят для архивирования данных, а не для воспроизведения записи в реальном времени. Это относится и к оптическим дискам. Даже цифровые оптические диски, которые в настоящее время поступают на рынок бытовой видеотехники, допускают только двухчасовую видеозапись на диск с применением техники сжатия видеоданных и при невысокой четкости воспроизводимых изображений.

Цифровые видеомагнитофоны выпускают такие фирмы, как Panasonic и JVC, но они пока стоят очень дорого (до 7000 ф. ст.). Однако время записи у них составляет 3 ч и более на одну кассету в реальном времени. Цена на них будет, очевидно, снижаться, и поэтому можно считать, что они будут «стандартными для цифровой видеозаписи в ближайшем будущем».

Это значит, что вновь появляющиеся системы видеозаписи будут вытеснять аналоговые системы видеозаписи на магнитные ленты и жесткие диски. Новые устройства видеозаписи будут, вероятно, содержать полупроводниковые приборы и использовать голографическую технику и даже электронную память большой емкости. Они не будут иметь движущихся частей, что существенно повысит их надежность. В течение ближайших лет они найдут применение в коммерческих ТВС. Этому будет предшествовать их применение в военных ЗТВС.

Разработчики и изготовители видеоаппаратуры и ЗТВС будут следовать тенденции поставки «систем в корпусах», требующих от пользователей минимальных технических знаний или даже не требующих такого минимума. Примерами таких устройств являются:

- мультиплексоры, совмещенные со средствами телеметрии;

- видеокамеры с датчиками движения;

- мониторы со встроенными мультиплексорами.

Следуя этой тенденции, изготовители средств видеотехники учитывают требования и интересы конечных пользователей, а не поставщиков, являющихся посредниками между ними. Размеры ТВС за последнее время несколько увеличились (до 256) вследствие увеличения количества поступающих в них и выдаваемых ими сигналов. Соответственно увеличились размеры устройств коммуникации и управления ими. Такие ТВС обладают большими функциональными возможностями. Они могут, например, воспроизводить на сенсорном экране дисплея карты местности, графики и текст, их можно объединять с другими системами в комплексе управления доступом, с системами сигнализации и даже с системами управления инженерно-техническими средствами зданий (отопление, пожарная сигнализация, водоснабжение и т. п.).

Управление видеосигналами и другими объединяемыми с ними сигналами, например, систем сигнализации, занимает все более важное место в развитии ТВС. Применение в них мультиплексоров стало почти обязательным, что сопровождается снижением цен на эти устройства. Появились новые устройства — мультиплексоры реального времени, отличающиеся более высоким (на 30%) быстродействием по сравнению с предшествовавшими образцами, увеличенным объемом пропускаемых данных, возможностью идентификации и даже сопряжения с датчиками движения и устройствами телеметрии. Но хотя во всех этих мультиплексорах широко используется цифровое управление, они еще имеют дело с аналоговыми сигналами.

Возможности перехода здесь к цифровой видеотехнике еще полностью не изучены, а такие способы модуляции, как фазоимпульсная и различные варианты фазовой модуляции, широко применяемые в телефонии, остаются неисследованными. В будущем они могут существенно повлиять на технику мультиплексоров для ТВС, особенно на сжатие цифровых видеосигналов, их запись и передачу.

На управление видеосигналов окажет также влияние техника обнаружения движения системы коммутации. Реализация этих возможностей зависит только от появления новых цифровых видеокамер.

Необходимость в системах передачи видеосигналов в настоящее время еще не проявляется в полной мере, но потенциальная возможность сокращения рабочей силы благодаря дистанционному наблюдению с передачей видеосигналов на большие и короткие расстояния может привести к тому, что передача видеосигналов займет важное место в технике ТВС. Для этого необходимо снижение стоимости и повышение надежности передачи.

Системы, передачи цифровых видеосигналов разделяются на две категории:

- с передачей сигналов в свободном пространстве, которые могут быть оптическими, например, инфракрасными. Для таких систем необходима линия прямой видимости, длина которой ограничивается величиной 1,5 км при благоприятных условиях. Но они допускают передачу сигналов в реальном времени, и для их применения не требуется лицензии. Используемые обычно сверхвысокочастотные радиосистемы требуют, как правило, официального разрешения. Они также обеспечивают передачу в реальном времени, а дальность действия для всех практических применений ограничивается в Великобритании по условиям лицензирования несколькими километрами. Аналогичные ограничения действуют и в странах Европейского союза. Но в странах Африки и Азии допускаются менее строгие ограничения. В перспективе прогнозируется передача цифровых видеосигналов по линиям космической радиосвязи;

- кабельные системы передачи могут быть более или менее сложными в зависимости от бюджетных возможностей. Наиболее простая система Di-Cam стоимостью несколько сот фунтов стерлингов может передавать черно-белые изображения по линии коммутируемой телефонной сети общего пользования с периодом обновления длительностью в несколько секунд. Системы этого типа могут выполнять полезные функции безопасности при различных применениях и обеспечивать обратный канал для телеуправления системами.

Применение метода «условного обновления», при котором передается только изменившаяся часть изображения, существенно повышает скорость передачи одного кадра с 30 с в предложенной несколько лет назад фирмой Robot системе до нескольких секунд в современных системах. Это ускорение дает такое же повышение эффективности систем передачи, как техника сжатия (компрессии) видеосигналов. Но даже при использовании оптимального сжатия передачи одного кадра за время менее 0,5 с по коммутируемым телефонным линиям не может быть реализована для практических целей.

Системы промежуточного типа, такие как предложенные фирмой Hitachi, предназначены для использования в цифровых сетях интегрального обслуживания (ISDN) и допускают непрерывную передачу видеоизображений в течение 24 ч.

Эта техника позволяет надеяться на возможность осуществления наблюдения в реальном времени с передачей видеосигналов по телефонным линиям сети ISDN или лаже «Интернет». При этом остается проблема дальности передачи. Дальнейшее развитие наряду с этим техники сжатия видеосигналов на основе таких методов, как MP-EG3 или фрагментальное сжатие, сделает практическое применение ЗТВС для решения различных задач повседневным явлением.

Между системами передачи сигналов в свободном пространстве и по кабельным линиям имеются, конечно, большие различия, но, как правило, пользователь выбирает тот или иной тип системы с учетом своих конкретных условий применения.

Системы передачи видеосигналов становятся все более цифровыми, и в перспективе возможно использование для этого линий спутниковой связи.

Техника сжатия цифровых видеосигналов имеет свои специфические особенности. В настоящее время существует несколько проектов стандарта сжатия цифровых видеосигналов, но ни один из них не учитывает своеобразность применения этой техники в ТВС, существенно отличающегося от применений в системах телевещания. Возможность принятия международного стандарта кажется нереальной, и поэтому, очевидно, некоторое время будут действовать несколько систем. Это приведет к обострению конкурентной борьбы между ведущими фирмами сектора ТВС (Panasonic, JVS, Hitachi) и созданию ими несовместимых систем, от чего пострадают, в первую очередь, конечные пользователи таких систем. Из проведенного анализа следует вывод, что ТВС становятся более цифровыми и компьюторизированными. Это влечет за собой появление новых систем, основанных на применении ЗТВС с более широкими функциональными возможностями.

Литература

1. Системы передачи информации. Курс лекций. kunegin.narod.ru

2.