К вопросу о выборе IP-камер
В настоящее время IP-камеры получают все большее и большее распространение и постепенно вытесняют аналоговые камеры.
Заказчики систем видеонаблюдения все чаще требуют построения таких систем именно на IP-камерах, соответственно, проектировщики и монтажные организации вынуждены использовать IP-камеры в своей практике.
В связи с большим количеством представленных на рынке моделей возникает вопрос о выборе IP-камер, об их качестве, надежности, применимости в конкретных условиях.
Если с аналоговыми камерами все более-менее ясно и накопленный десятилетиями опыт позволяет выбрать камеру для применения в конкретных условиях без особого труда, то с IP-камерами все непросто, так как длительной практики работы с ними нет ни у кого просто из-за относительной мо- лодости технологии, а также из-за стремительного прогресса в данной отрасли. IP-камеры, применяемые 2 года назад, год назад и сейчас - это абсолютно разные камеры, так как, как показывает практика, каждый год меняются поколения камер, причем радикальные изменения происходят как в лучшую, так и в худшую стороны.
На рынке представлены камеры минимум трех поколений, с абсолютно разными возможностями, надежностью и качеством, сотен различных наименований десятков производителей.
Как же выбрать среди всего этого богатства те качественные модели IP-камер, которые решат поставленные задачи при построении системы видеонаблюдения и доставят минимум сложностей при монтаже, наладке и дальнейшей работе?
Постараемся разобраться в данном вопросе.
Рис. 1.
В первую очередь хотелось бы заметить, что не существует «универсальных», «самых лучших» камер и выбор модели камеры всегда определяется конкретными условиями ее применения.
IP-камера должна выполнять поставленные перед ней задачи, которые могут сильно различаться. Например -видеонаблюдение в офисе, видеонаблюдение на периметре, определение автомобильных номеров и т.д.
Кроме того, цена камеры должна быть разумной, камера должна быть качественной. То есть иметь хорошее соотношение «цена/качество».
Чем же определяется качество камеры? В первую очередь качеством изображения, надежностью, качеством кодирования видео, стабильностью работы, качеством сборки, как ни странно, возможностями и стабильностью программного обеспечения, поставляемого с камерой либо приобретаемого отдельно, ну и не в последнюю очередь ценой.
Качество изображения IP-камеры определяется качеством светочувствительной матрицы, объектива и кодера.
Качество изображения светочувствительной матрицы определяется разрешением, чувствительностью, цветопередачей, соотношением «сигнал/шум» и т.д.
Разрешение современных матриц подразделяется на стандартное (определяется стандартом PAL 720x576 либо составляет 640x480) и мегапиксельное (1, 1.3, 2, 3.5 мегапикселов и т.д.).
Чем больше разрешение, тем больше деталей на изображении можно получить, тем более визуально «сочнее» картинка. Доля мегапиксельных камер стремительно увеличивается и в ближайшие несколько лет должна превысить долю камер стандартного разрешения, так как применение таких камер дает массу преимуществ в качестве изображения. Но не все так просто.
Как известно, матрицы делятся по технологии изготовления на CCD и CMOS, причем CCD-камеры традиционно использовались в аналоговых камерах (которые имели проблемы с чересстрочной разверткой и деинтер-лейсингом), а CMOS получили распространение вместе с IP-камерами.
CCD-матрицы дороже, но и обеспечивают обычно лучшее качество изображения, чем CMOS. Из-за дороговизны и ограничений технологии на рынке систем видеонаблюдения были представлены до недавних пор только CCD-матрицы со стандартным PAL разрешением.
Такие матрицы обеспечивают хорошую цветопередачу, отличную чувствительность, имеют широкий динамический диапазон, возможность установки времени срабатывания затвора. Они нашли достаточно широкое распростра нение, особенно при применении в уличных IP-камерах, в связи с особыми требованиями к чувствительности, широкому динамическому диапазону и возможностью подключения объективов с автодиафрагмой (конструкция CCD-матриц позволяет легко вывести сигнал управления диафрагмой). Но при использовании в камерах таких матриц возникает ограничение для основного преимущества IP-камер - высокого разрешения.
Лишь недавно на рынке появились CCD-матрицы мегапиксельного разрешения. Они обладают всеми преимуществами CCD-матриц - отличной цветопередачей, хорошей чувствительностью (до 0.01 лк без накопления заряда), возможностью ручной регулировки времени срабатывания затвора, легкостью подключения объективов с автодиафрагмой. Однако пока цена их выше, чем цена у CMOS-матриц, а шумы чуть выше, чем у аналоговых камер стандартного разрешения из-за меньшего размера пиксела. Тем не менее, это хороший шаг вперед в IP-системах видеонаблюдения, позволяющий смело использовать мегапиксельные IP-камеры в уличных условиях при любой освещенности с очень высоким качеством изображения, недоступным аналоговым камерам.
Качество изображения CMOS-мат-риц еще года 2-3 назад было ужасным, но прогресс в этой области весьма впечатляет. Цветопередача в CMOS-матри-цах уже практически приблизилась к CCD, шумы матриц стали намного меньше, чувствительность значительно улучшилась.
Вообще, с чувствительностью пока не все так хорошо, но в лучших моделях она увеличена до 0.1-0.05 лк, что в сочетании с механическим ИК-филь-тром и режимом работы «день/ночь», а также при использовании объективов с автодиафрагмой позволяет использовать такие камеры на улице.
У массовых моделей чувствительность CMOS-матриц составляет 0.5-1 лк, что позволяет применять их при дневном и искусственном освещении. Камеры с чувствительностью хуже 3 лк можно применять только при очень хорошей освещенности, что на практике встречается крайне редко.
Большое преимущество CMOS-матриц в том, что на рынке представлен целый список недорогих мегапиксельных матриц на основе этой технологии.
В данный момент наиболее актуально применение 1.3-2 мегапиксельных камер. Камеры большего разрешения пока применять особого смысла нет, так как, во-первых, чувствительность многомегапиксельных камер оставляет желать лучшего, во-вторых, такие матрицы достаточно сильно шумят, в-третьих, требуется большая пропускная способность сети, возрастает объем архивов, в-четвертых, видео такого разрешения пока просто не на чем отображать - разрешение современных мониторов обычно не превышает 1980х1080, т.е. 2 мегапикселов.
Рис. 2.
Таким образом, в помещении с достаточным освещением имеет смысл использовать камеры с CMOS-матрица-ми мегапиксельного или стандартного разрешения. В помещении при слабом освещении - камеры с CCD-матрицами стандартного разрешения или с новым поколением чувствительных CMOS-матриц мегапиксельного разрешения. На улице при приемлемом освещении - камеры с высокочувствительными CMOS-матрицами, механическим ИК-фильтром и объективом с автодиафрагмой. На улице при слабом освещении или при его отсутствии - камеры с CCD-матрицами стандартного или мегапиксельного разрешения и объективом с автодиафрагмой.
А теперь о грустном. Хорошие матрицы стоят дорого. И хорошая камера на их основе тоже стоит дорого. За 100-200$ хорошую IP-камеру купить нельзя, так как столько стоит сама матрица.
Но можно купить камеру, которая будет выполнять поставленные перед ней задачи. Например, для помещений вполне достаточно цветных камер с чувствительностью около 0.5 лк ценой 150-200$ за камеру стандартного разрешения или 250-350$ за камеру мегапиксельного разрешения при цене матрицы 30-50$. Цена уличной камеры стандартного разрешения с хорошим качеством изображения составляет 400-600$, мегапиксельного разрешения - 500-800$ при цене матрицы 100-200$.
К сожалению, качество изображения не всегда напрямую связано с ценой камеры, и по техническим характеристикам оценить его можно с трудом, тут поможет только опыт работы с конкретными моделями камер. Выход один - берите камеры на тест, смотрите DEMO online на сайте производителей или поставщиков, смотрите отзывы в Интернете.
Немаловажная деталь в обеспечении качества изображения - объектив, используемый совместно с камерой. Иногда производители для экономии и рекламы низких цен устанавливают дешевые некачественные объективы. Совсем плохо, если объектив несменный.
Комплектация камеры совместно с объективом имеет как плюсы, так и минусы. Для камер комнатного исполнения подобранный производителем объектив гарантирует более или менее соответствие применяемого объектива усыновленной в камере светочувствительной матрице.
Однако желание производителя сэкономить средства нередко приводит к тому, что устанавливается очень дешевый объектив с пластиковыми линзами, что ухудшает качество изображения, а на уличные камеры устанавливаются объективы без автоматической регулировки диафрагмы, что приводит к быстрому «выгоранию» матрицы при попадании прямых солнечных лучей. Так что для получения максимального качества имеет смысл самостоятельно подобрать объектив под используемую ка меру. При этом не следует забывать о том, что мегапиксельные камеры требуют мегапиксельных объективов, а камеры с CMOS-сенсором иногда требуют объективов с ИК-фильтром.
Но получить качественное изображение - мало, нужно его еще передать для дальнейшей обработки. Вот тут и подстерегают сложности. Слабо сжатое видео (кодирование MJPEG)прекрасно сохраняет детализацию, легко поддается дальнейшей обработке, не требует значительных процессорных мощностей для отображения, однако сильно нагружает сеть и дисковую подсистему компьютера, а сильно сжатое видео (кодирование H.264) слабо нагружает сеть, хорошо подходит для организации больших объемов видео, однако требует много ресурсов центрального процессора. Кодирование MPEG4 является промежуточным по степени сжатия и постепенно морально устаревает и уходит с рынка IP-камер.
Кодирование MJPEG для мегапиксельных камер может выдавать до 50 Мбит/с трафика, что сильно ограничивает применение такого кодирования.
При таком кодировании к 100 Мбит/с сети можно подключить очень ограниченное количество камер, кроме того, для записи изображения нужна высокая производительность дисковой подсистемы (так как скорость записи стандартного SATA диска не превышает 100-150 Мбит/с), что также ограничивает применение таких камер.
Основные области применения кодирования MJPEG:
1. Передача кадров по сетям мобильной связи, так как при низкой скорости современных широко распространенных сотовых сетей связи потоковое видео передается нестабильно, а отдельный кадр можно передать за несколько секунд, при этом скорость передачи не критична.
2. Определение автомобильных номеров и распознавание лиц, т.е. те области применения, где в основном нужна работа с отдельными кадрами.
Кодирование H.264 в последнее время широко распространилось, его применяют практически все производители камер. При использовании данного кодирования видео сжимается максимально эффективно с максимально доступной на сегодня степенью сжатия. Однако реализация кодека H.264 может быть весьма различной, стандарт H.264 это допускает.
Лучшие реализации кодирования H.264 (H.264 baseline profile@Level 3.0) позволяют получить поток 700800 Кбит/с при стандартном разрешении и 1500-2000 кбит/с при 1-2-мега-пиксельном разрешении и работе в реальном времени 25 к/с.
Однако на данный момент наиболее распространены камеры с кодированием H.264 (H.264 baseline profile@Level 2.0) предыдущего поколения, которые позволяют получить поток 1500-2000 Кбит/с при стандартном разрешении и 2000-6000 Кбит/с при 1-2-мегапиксельном разрешении и работе в реальном времени 25 к/с.
Низкий битрейт позволяет подключить к беспроводной сети до 100 камер стандартного разрешения и до 50 камер мегапиксельного разрешения и использовать стандартные SATA-дис-ки для записи видео от 50-100 камер.
Но вот с отображением видеопотока возникают проблемы из-за того, что требуется значительный ресурс ПК для распаковки и отображения сильно сжатого видео.
Это вынуждает применять самые мощные из доступных на сегодня многоядерные процессоры и видеокарты с аппаратной поддержкой кодека H.264 (nVidia GeForce 9600 и старше). Однако даже самые современные компьютеры на 4-ядерных процессорах последнего поколения не позволяют отображать одновременно более 30-35 камер одновременно из-за недостаточной производительности. Однако прогресс в области производительности ПК позволяет надеяться, что в ближайшее время проблемы с нехваткой вычислительной мощности будут решены.
Теперь о самом главном показателе качественной IP-камеры - СТАБИЛЬНОСТИ работы.
Выход из строя «железа» IP-камер составляет лишь малый процент от отказов и более-менее удовлетворяет требованиям индустрии безопасности. Тем более что основные причины таких неисправностей происходят на этапе монтажа из-за ошибок в подключении камер.
А вот проблемы с «зависаниями» IP-камер требуют особого внимания, так как в основном именно это (и программное обеспечение) определяет надежность работы системы видеонаблюдения.
Так как в каждой IP-камере имеется процессор и встроенная операционная система, управляющая камерой -по сути компьютер, то, как и любая компьютерная техника, IP-камеры могут «зависать» и работать нестабильно.
Именно в этом и состоит основное отличие профессиональных IP-камер от так называемых «мультимедийных» камер. Мультимедийные камеры выпускаются многими производителями сетевого телекоммутационного оборудования. Отношение к таким камерам у данных производителей в основном, как к побочному продукту, поэтому и стабильности работы ждать от таких камер не следует. Нередко они практически неработоспособны на первых версиях прошивок, а вот будет ли выпущено обновление, обеспечивающее нормальную стабильную работу камер, - большой вопрос. Конечно, и среди данных мультимедийных камер есть очень хорошие модели, но использование таких камер в более-менее ответственных случаях - это лотерея: то ли будут работать, то ли нет.
И если для дома или офиса нет ничего особо страшного в том, что камера «зависла» и требует перезагрузки по питанию раз в неделю/месяц, то для более ответственных систем видеонаблюдения применение «мультимедийных» камер недопустимо.
Профессиональные IP-камеры выпускают компании, специализирующиеся на производстве оборудования для видеонаблюдения. Их характеризует серьезный подход к вопросу производства и применения камер, большой опыт в проектировании. Уважающий себя производитель никогда не станет предлагать, например, устанавливать камеры без объектива с автоматическим управлением диафрагмой на улице. Очевидно, что вопрос стабильности работы камер и отсутствие «зависании», а также автоматический возврат камеры к нормальной работоспособности при нештатных событиях - приоритетные производственные задачи.
Стабильность профессиональных IP-камер обеспечивается использованием nix систем для ядра камер, «вылизан-ностью» прошивки, наличием аппаратного и программного \таг.сгкСод'а (сторожевого таймера), аппаратной защитой от неправильного подключения и т.д. Естественно, необходима защита от несанкционированного доступа к IP-камере, хотя бы на уровне защиты паролем и разделением полномочий пользователей.
Кроме базовых функций, IP-камеры могут обладать множеством дополнительных функций - детекторы движения, работа со звуком, отправка сообщений и т.д. Они очень хорошо смотрятся в рекламных объявлениях, но нужны ли они в действительности - зависит от задачи. Программное обеспечение также оказывает немалое влияние на надежность и стабильность работы IP-камер в составе систем видеонаблюдения, но это тема отдельного большого разговора.
Таким образом, краткие итоги по выбору IP-камер:
1. Для помещений при достаточной освещенности подходят CMOS IP-камеры мегапиксельного или стандартного разрешения, особенно с матрицами последних поколений.
2. При слабой освещенности в помещении или при высоких требованиях к качеству изображения подходят камеры с CCD-матрицей стандартного или мегапиксельного разрешения «день/ночь».
3. Для улицы при наличии освещения вполне подходят CCD-камеры стандартного разрешения, а также мегапиксельные камеры с CMOS-матрицами последнего поколения «день/ночь», поддержка объективов с автоматической диафрагмой - обязательна!
4. На улице при плохой освещенности имеет смысл ставить камеры на CCD-матрицах стандартного или мегапиксельного разрешения, поддержка объективов с автоматической диафрагмой - обязательна!
5. Кодек MJPEG имеет смысл использовать только для специальных задач, сегодняшний стандарт - H.264.
6. Не стоит пытаться применять мультимедийные камеры для задач видеонаблюдения.
7. Для ответственных применений особое внимание следует обращать на стабильность прошивки камер, отсутствие зависаний и «глюков». Получить такую информацию непросто, в этом могут помочь Интернет, наличие больших реализованных проектов с использованием данных IP-камер и их тестирование.
