Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Dokąd zmierza CCTV?

Printer Friendly and PDF

Postęp technologiczny w dziedzinie wizyjnych systemów dozorowych jest na tyle szybki, że jesteśmy nieustannie zalewani potokiem informacji dotyczących nowych urządzeń i coraz doskonalszych rozwiązań systemowych. Podaż rynkowa jest bardzo duża, zaś specjaliści od marketingu prześcigają się w działaniach mających na celu wypromowanie konkretnych produktów.

Historycznie rzecz biorąc, jeszcze w latach 60. XX wieku w sprzedaży pojawiły się kamery przemysłowe, a wraz z nimi powstały pierwsze systemy CCTV. W Polsce były to urządzenia monochromatyczne, zgodne ze standardem CCIR-B, produkowane przez Warszawskie Zakłady Telewizyjne. Sprzęt importowany nie był dostępny ze względu na barierę cenową, zaś ograniczona produkcja krajowa powodowała, że popularność wizyjnych systemów dozorowych była niewielka. Sytuacja uległa zmianie pod koniec lat 80., kiedy to w wyniku rozwoju technologicznego lampa widikonowa została zastąpiona półprzewodnikowym elementem światłoczułym o nazwie CCD. Dzięki temu zdecydowanie ograniczono wielkość i ciężar kamer telewizyjnych oraz znacznie poprawiono ich parametry. W tym okresie na polskim rynku pojawiły się liczne modele kamer monochromatycznych oraz pierwsze kamery kolorowe zgodne ze standardem PAL. Nastała era analogowych wizyjnych systemów dozorowych, określanych jako systemy CCTV.

Fot. 1. Zespolony sygnał wizyjny w standardzie PAL

W standardzie PAL kształt sygnału wizyjnego jest ściśle określony, jego widmo rozciąga się od prądu stałego do częstotliwości równej około 5 MHz.

W rozpowszechnionej w Polsce wersji standardu PAL raster telewizyjny składa się z 625 poziomych linii, zaś kolejne obrazy są wyświetlane z częstotliwością 25 Hz. Tak niska częstotliwość odświeżania jest przyczyną przykrego dla widza migotania obrazu, które zostało wyeliminowane przez wprowadzenie tak zwanego wyświetlania z przeplotem. Każdy z obrazów został podzielony na dwa półobrazy, które są wyświetlane jeden po drugim, z częstotliwością 50 Hz. Ten sposób poprawy jakości obrazu stanowił duże udogodnienie w początkowym okresie rozwoju systemów CCTV, jednakże w okresie późniejszym przyczynił się do wielu problemów związanych z zapisem i obserwacją obrazów obiektów ruchomych.

Urządzenia zgodne ze standardem PAL umożliwiały wytwarzanie i rejestrację obrazów o stosunkowo wysokiej jakości. Taki stan techniki utrzymywał się przez kilkanaście lat, zaś jakiekolwiek próby zmian były z góry skazane na niepowodzenie, gdyż ograniczenie tkwiło w samym standardzie. Nie można było zwiększyć liczby linii tworzących raster telewizyjny, zaś szerokość pasma toru wizyjnego była ograniczona do około 5 MHz, co z kolei powodowało ograniczenie maksymalnej rozdzielczości obrazu.

W pierwszych, analogowych systemach CCTV sygnały wizyjne z kamer były transmitowane za pośrednictwem kabli koncentrycznych. Na tym etapie rozwoju technologicznego stanowiło to normę i przyczyniło się do ugruntowania pewnych przyzwyczajeń projektantów i instalatorów.

Uwolnienie od ograniczeń standardu PAL nastąpiło dopiero w momencie upowszechnienia się cyfrowej telewizji IP. Początkowo w tej dziedzinie nie było sprecyzowanych standardów. Wymagania narzucali producenci sprzętu. Odejście od standardu PAL umożliwiło zwiększenie rozdzielczości obrazu oraz szybkości jego odświeżania. Miało to związek z całkowicie odmienną techniką transmisji i rejestracji sygnału wizyjnego. W zasadzie w cyfrowej telewizji IP trudno mówić o sygnale wizyjnym, gdyż zastąpił go strumień danych cyfrowych.

Fot. 2. Porównanie wielkości obrazów w trzech omawianych standardach

Pojawienie się telewizji IP stworzyło nową sytuację na rynku. W cyfrowych systemach wizyjnych można było uzyskać obrazy o wysokiej rozdzielczości, ale projektanci i instalatorzy musieli uzupełnić wiedzę i poznać niezrozumiałą dla nich technikę cyfrową. Kabel koncentryczny, który był masowo stosowany w analogowych systemach CCTV, został zastąpiony kablem sieciowym, co także stanowiło pewną barierę, gdyż modernizacja starych systemów wiązała się z koniecznością wymiany całego okablowania.

W tym momencie dochodzimy do sedna sprawy. Cyfrowe systemy wizyjne kusiły doskonałą jakością obrazu i możliwością realizacji zupełnie nowych funkcji użytkowych, ale odstraszały wysoką ceną urządzeń i koniecznością zdobywania nowej wiedzy. Tę sytuację wykorzystali producenci sprzętu analogowego i co sprytniejsi specjaliści od marketingu. W reklamach zaczęła pojawiać się przewrotna maksyma: „Nie musisz nic wiedzieć o IP, my damy Ci analogową telewizję HD”. Zastanówmy się, jakie skutki rynkowe przyniosła taka polityka.

W latach 2008–2009 w branży wizyjnych systemów dozorowych najszybciej rozwijała się technologia IP, jednak już wtedy pojawiały się pierwsze analogowe systemy wizyjne o wysokiej rozdzielczości. Towarzyszył temu agresywny marketing rokujący rychły upadek telewizji IP. Koronnymi argumentami były niska cena kamer i możliwość modernizacji istniejących systemów analogowych bez konieczności wymiany okablowania.

Na pierwszy ogień poszedł interfejs SDI i systemy HD-SDI. Interfejs SDI jest zgodny ze standardem SMPTE (The Society of Motion Picture and Television Engineers), który został opracowany jeszcze w 1989 roku. Trudno tu mówić o innowacyjności, gdyż w chwili pojawienia się pierwszych systemów HD-SDI interfejs SDI był od kilkudziesięciu lat wykorzystywany w telewizyjnym sprzęcie studyjnym. Obecnie pomału wychodzi z użycia na rzecz połączeń sieciowych o przepustowości 1 Gb/s.

W profesjonalnych systemach studyjnych transmisja sygnału wizyjnego poprzez interfejs SDI odbywa się z użyciem specjalnych, kosztownych kabli koncentrycznych. Mimo iż transmitowany jest sygnał analogowy, jest to transmisja cyfrowa z przepływnością równą około 1,5 Gb/s. Uzyskiwane dystanse nie przekraczają 300 m.

Standard SMPTE ma wiele odmian, w tym wersję SMPTE 292M przystosowaną do cyfrowej transmisji obrazu o rozdzielczości 720p i 1080p z przepływnością 1485 Mb/s. Właśnie ta wersja została wykorzystana w systemach HD-SDI. Widmo sygnału transmitowanego przez kabel koncentryczny sięga kilkuset megaherców, co w praktyce oznacza, że należy stosować specjalne kable o niskiej tłumienności w paśmie dochodzącym do gigaherca.

Transmisja sygnału wizyjnego przez interfejs SDI z użyciem tanich kabli koncentrycznych (np. RG59) stosowanych w tradycyjnych instalacjach analogowych jest możliwa na odległość nie przekraczającą kilkunastu metrów. Jeszcze gorzej jest w przypadku korzystania z wyeksploatowanych kabli koncentrycznych, które utraciły swoje właściwości na skutek starzenia się materiałów dielektrycznych oraz utleniania się powierzchni przewodów miedzianych, z których są zbudowane. Zasięgi uzyskiwane w takich przypadkach są jeszcze mniejsze, o czym nie wspominają żadne materiały reklamowe. W ten sposób znika koronna zaleta systemów HD-SDI, jaką jest możliwość modernizacji wizyjnych systemów dozorowych z wykorzystaniem istniejących kabli koncentrycznych.

Jak już wyjaśniono, w systemach HD-SDI transmitowany jest niekompresowany i niekodowany analogowy sygnał wizyjny, co skutkuje brakiem opóźnień podczas wyświetlania obrazu, jednak jest okupione przepływnością na poziomie 1,5 Gb/s. Zapis tak gigantycznego strumienia danych jest bardzo kosztowny, a monstrualna objętość materiałów archiwalnych uniemożliwia ich długotrwałe przechowywanie. Z tych przyczyn dane są kompresowane przed zapisem. Kompresja strumieni danych o przepływności 1,5 Gb/s zmusza do stosowania bardzo szybkich procesorów DSP, dlatego rejestratory stosowane w systemach HD-SDI są bardzo drogie i przeważnie mają niewiele wejść wizyjnych.

W ten sposób znika kolejna, szeroko reklamowana zaleta systemów HD-SDI, jaką jest niska cena kamer. Owszem, kamery HD-SDI są tańsze od kamer IP, ale to nie decyduje o kosztach całego systemu. Chcąc oszacować koszty kompletnych instalacji, należy brać pod uwagę wszystkie ich składniki. W systemie HD-SDI średni koszt kabli i rejestratorów przeliczony na jedną kamerę kilkakrotnie przewyższa wartość samej kamery.

Te i inne przyczyny spowodowały, że systemy HD-SDI, które w zamyśle miały wyeliminować z rynku sieciowe systemy dozorowe, nie doczekały się wielu wdrożeń, zaś w świadomości projektantów i instalatorów stanowią jedynie przebrzmiałą ciekawostkę.

Inną techniką, która w odróżnieniu od HD-SDI zdobywa zasłużoną popularność, jest 960H. W zasadzie nie jest to standard, więc brakuje odpowiedniego określenia. Z drugiej strony można mówić o powtarzalności pewnych parametrów i ujednoliceniu konstrukcji urządzeń, więc technika 960H ma jednak pewne cechy standardu. Jej nazwa zawiera informację o rozmiarach obrazu. Kamery analogowe wykorzystywane w systemach 960H mają przetworniki o rozmiarach 976×582 pikseli, zaś rozmiary użytecznego rastra telewizyjnego wynoszą 960×540 pikseli.

W materiałach reklamowych mówi się o zwiększeniu rozmiarów kadru o 30%. W efekcie, jeśli uwzględni się proporcje obrazu (16:9), faktyczna poprawa jakości nie jest aż tak duża.

By w pełni wykorzystać zalety techniki 960H, trzeba stosować specjalne rejestratory. Kompatybilność z jakimkolwiek znanym standardem nie jest zachowana. Obraz jest nieco lepszy niż w standardzie PAL, a nieco gorszy niż w standardzie HD 720p. Niewątpliwą zaletą są jego proporcje, równe 16:9, gdyż cztery takie obrazy można łatwo wyświetlić na monitorze o rozdzielczości Full HD.

Z powyższych względów nie należy lekceważyć techniki 960H. Stanowi ona użyteczne rozszerzenie tradycyjnych rozwiązań analogowych i faktycznie umożliwia tanią modyfikację istniejących systemów dozorowych, bez konieczności wymiany okablowania. Z reguły rejestratory 960H są wyposażone w interfejsy IP, dzięki czemu można je łatwo łączyć w większe grupy. Możliwe jest także udostępnianie obrazów 960H w sieci, czyli jest to użyteczna namiastka systemów IP.

Kolejnym standardem analogowym, który ostatnio pojawił się na rynku, jest AHD. Jest on przeznaczony dla wszystkich entuzjastów technik innych niż sieciowe i w odróżnieniu od HD-SDI stanowi faktyczną alternatywę dla rozwiązań IP.

Porównując AHD z HD-SDI, należy stwierdzić, że nowa technika nie stanowi adaptacji jakiegoś istniejącego standardu, lecz została opracowana od zera i jest dobrze dostosowana do specyfiki wizyjnych systemów dozorowych. Jakość uzyskiwanego dzięki niej obrazu jest na tyle wysoka, że zastosowanie AHD można na serio brać pod uwagę podczas projektowania małych i średnich wizyjnych systemów dozorowych.

Trudno w ramach krótkiej prezentacji omówić technikę AHD, jednak należy podkreślić jej następujące właściwości:

  • Do transmisji specyficznego sygnału wizyjnego stosowana jest częstotliwość podnośna i kwadraturowa modulacja amplitudy.
  • Jednym kablem koncentrycznym transmitowane są trzy sygnały: wizyjny, dźwiękowy i sterujący.
  • Stosując popularne kable koncentryczne, można uzyskać zasięg dochodzący do kilkuset metrów, który jest znacznie większy niż w przypadku kabli miedzianych stosowanych w sieciach Ethernet.
  • Podczas transmisji sygnałów wizyjnych i sygnałów sterujących nie występują zauważalne opóźnienia, co przekłada się na wysoki komfort pracy operatorów systemów AHD.
  • Stosowana jest technika zapewniająca kompensację zniekształceń sygnału podczas transmisji na duże odległości.
  • Do budowy urządzeń AHD wykorzystywany jest specjalnie w tym celu opracowany zestaw układów scalonych (chipset).
  • W wyniku kodowania jakość obrazu nie ulega pogorszeniu.
  • W systemach AHD można wykorzystać kamery 960H, co stwarza dalsze ułatwienia podczas modernizacji systemów analogowych.

System AHD ma topologię gwiazdy. Możliwe jest tworzenie dużych systemów przez łączenie wielu podsystemów. Punktami węzłowymi są rejestratory, które jednocześnie pełnią funkcję urządzeń sterujących. Transmisja obrazów odbywa się w trybie P2P, czyli do każdego urządzenia peryferyjnego prowadzi osobny kabel koncentryczny.
Obecnie w systemach AHD wykorzystuje się jedynie dwa formaty obrazów, to znaczy 720p (1280×720 pikseli) i 1080p (1920×1080 pikseli), jednak producenci przewidują dalszy rozwój tej techniki i jej przystosowanie do wytwarzania i transmisji obrazów o rozdzielczości 4K.

Systemy AHD stanowią realną alternatywę dla rozwiązań sieciowych i oferują wiele funkcji niedostępnych w tradycyjnych systemach analogowych. Ich podstawowymi zaletami są wysoka jakość obrazu i brak opóźnień podczas transmisji sygnałów wizyjnych i sterujących. Trudno przewidzieć, czy systemy AHD staną się popularniejsze niż systemy IP, aczkolwiek obecnie ich popularność ciągle wzrasta. O ich dalszym losie zadecydują wysiłki producentów, reakcje potencjalnych klientów oraz upływ czasu.

Andrzej Walczyk

 

Zabezpieczenia 1/2015

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony