IPCam - обзор

[Sir-genry]

1.   Что такое IP-видеокамера?



IP-видеокамера ― это видеокамера, которая имеет уже встроенный веб-сервер, сетевой интерфейс (Ethernet или Wi-Fi) и подключается напрямую к LAN/ WAN/ Internet сети.
Большинство IP-камер имеют еще и дополнительные функции: датчик движения, отправка SMS и MMS на e-mail, работа с модемом и внешними датчиками и т.д.
Обращение к камере возможно посредством либо веб-браузера, либо специального ПО, что поставляется вместе с камерой


2. В чем принципиальное отличие IP-камер и аналоговых камер видеонаблюдения?

Основное отличие IP-видеокамеры от аналоговой камеры видеонаблюдения ― это присутствие в IP-камере встроенного кодера, который преобразует сигнал светочувствительной матрицы в цифровой сигнал. В аналоговой камере видеосигнал со светочувствительной матрицы непосредственно подается на выход видеокамеры.
 
3. Из чего состоит аналоговая и IP-камера?

IP-камера похожа на аналоговую камеру, но имеет ряд дополнительных узлов в своем составе.

Таблица сравнения состава аналоговых и IP-камер

Компонент	Аналоговая камера	Ip-камера
Светочувствительная матрица	+	+
Объектив	+	+
Оптический фильтр	Возможен	Возможен
Блок компрессии (сжатия) видеоизображения	-	+
Микрофон	Возможен	Возможен
Звуковой выход (громкая связь)	-	Возможен
ОЗУ	-	+
Флеш-память	-	+
Сетевой интерфейс	-	Возможен
Беспроводной интерфейс	-	+
Последовательные порты	-	Возможен
Тревожные входы/выходы	-	+
Детектор движения	-	+
Источник питания	+	+
Термокожух	При установке на улице	При установке на улице

В качестве светочувствительной матрицы используется полупроводниковая CCD или CMOS-матрица, преобразующая падающий свет в выходной электрический сигнал.
Объектив ― это система из линз, предназначена для проецирования картинки наблюдения на светочувствительный элемент камеры. Объектив является обязательной частью видеокамеры, качество видеоизображения напрямую зависит от параметров объектива.
Типы объективов:
•   без регулировки диафрагмы — для помещений с постоянным уровнем освещенности;
•   с ручной регулировкой диафрагмы — используются в помещениях с постоянным уровнем освещенности (обеспечивают возможность оптимальной подстройки);
•   с автоматической регулировкой диафрагмы — для установки вне помещений и в помещениях с изменяемой освещенностью. Для того, чтобы использовать такие объективы, IP-камеры должны иметь специальный разъем для управления диафрагмой объектива. Дешевые IP-камеры не имеют выхода управления автодиафрагмой и не рекомендуются для работы на улице.
Микрофон и звуковой выход (аудиосвязь). В аналоговой видеокамере передача аудиопотока невозможна. IP-камера регистрирует звук, синхронизирует с видеосигналом и отправляет его для прослушивания и/или записи по сети. Аудиосвязь может быть двунаправленной, что позволяет собеседникам вести разговор через переговорные устройства. Такие звуковые устройства дешевы и легки в установке.
ОЗУ (оперативная память) ― предназначена для временных данных. Большинство IP-камер имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется периодически, новый кадр записывается вместо самого старого.
Флэш-память хранит постоянные данные. Например, настройки камер и прошивку, управляющую работой IP-камеры.
Сетевой интерфейс Ethernet служит для подключения IP-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.
Беспроводной интерфейс служит для подключения IP-камеры к беспроводной сети Wi-Fi и для наблюдения там, где нужна полная мобильность или трудно подвести кабель.
Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При «сработки» датчика генерируется сигнал тревоги, после чего процессор веб-камеры записывает кадры в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Эти кадры могут отсылаться на заданный e-mail адрес или удаленный сервер.
Каждая IP-видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, процессор и встроенное ПО, что позволяет камере функционировать в качестве веб-сервера,  FTP-клиента. Новые сетевые видеокамеры имеют также другие функции, такие как датчик движения, питание по PoE, настройки и коррекция видеоизображения, передача звука и т.д.

4. Что определяет качество изображения видеокамеры?

Основной компонент любой видеокамеры, определяющий качество изображения, выдаваемого камерой ― это светочувствительная матрица.
Качество изображения камеры – это способность работать в условиях очень низкой освещенности или в уличных условиях - в первую очередь зависит от характеристик светочувствительной матрицы. Хорошее качество стоит дорого, поэтому камеры на  основе качественных матриц не могут быть дешевыми.
Светочувствительные матрицы (сенсоры) бывают двух основных типов ― CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП).



CCD (Charge-Coupled Device) матрица ― светочувствительная матрица, изготовленная по технологии «приборов с зарядовой связью».
CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) матрица ― светочувствительная матрица, изготовленная по технологии металл-оксид-полупроводник структура (КМОП).
Матрицы CMOS дешевле по сравнению с CCD-матрицами. На основе технологии CMOS можно делать сенсоры с большим количеством мегапикселей, и стоить они будут недорого (по сравнению с CCD). Но CMOS-матрицы не могут обеспечить изображение такого качества, какое есть у камер с CCD-матрицами.

5. Какие характеристики являются основными для светочувствительных матриц?

Главные характеристики светочувствительной матрицы ― это разрешение в пикселях и телевизионных линиях, размер, чувствительность, тип матрицы и тип развертки.

6. Почему разрешение матриц измеряется в пикселях и телевизионных линиях?

Один из основных параметров видеокамеры — разрешение. Этот параметр определяет возможности камеры по воспроизведению мелких деталей изображения: чем выше разрешение, тем больше детализация, информативность картинки.
Разрешение камеры в пикселях (эффективные пикселы)— это размер изображения, выдаваемый камерой по горизонтали и вертикали. Качество изображения, выдаваемого камерой, разборчивость мелких деталей, цветопередача и много другое — никак не связаны с физическим разрешением матрицы в пикселях, две камеры с одинаковым разрешением могут выдавать абсолютно разную по качеству картинку!


Поэтому, для сравнения объективных параметров качества матрицы используют разрешение в телевизионных линиях ТВЛ, то есть количество линий, которое можно разглядеть на изображении. Этот параметр зависит не только от числа пикселей в матрице, но и от параметров электронной схемы камеры, от качества изготовления матрицы и от качества объектива. В большинстве случаев разрешения в 380-400 ТВЛ достаточно для наблюдения. Камеры, имеющие более высокое разрешение — 520-540 и выше ТВЛ позволяют четко видеть мелкие детали изображения (номера машин, лица людей и многое другое). Стоит заметить, что разрешение цветных камер несколько хуже, чем черно-белых.

7. Что такое разрешение QCIF, CIF, 2CIF, 4CIF, D1?

Эта аббревиатура используется при обозначении разрешения цифровых систем записи видеосигнала:
•   QCIF — 176x144 пикселей (PAL), 176x120 пикселей (NTSC)
•   CIF — 352x288 пикселей (PAL), 352х240 пикселей (NTSC)
•   Half  D1 — 704х288 пикселей (PAL), 704х20 пикселей (NTSC)
•    D1 — 704х576  пикселей (PAL), 704х480 пикселей (NTSC)

8. Что такое светочувствительность матрицы?

Светочувствительность матрицы показывает степень ее реакции на условия окружающего освещения - чем меньшее количество световой энергии необходимо для получения нормального изображения, тем выше светочувствительность матрицы. Основная причина получения изображений плохого качества — низкая освещенность объекта. Вывод: чем лучше освещенность, тем лучше изображение.



Существуют матрицы «день/ночь», способные при падении освещенности переходить в режим черно-белого изображения, при этом также возможно включение инфракрасной подсветки камеры для продолжения наблюдения в полной темноте.

В чем измеряется освещенность?

Люкс — стандартная величина для измерения освещенности.

Типичные значения освещенности:

Дневное, естественное освещение на улице в солнечную погоду	5000...100000 лк
Дневное, естественное освещение на улице в облачную погоду	около 5000 лк
магазины, супермаркеты	750...15000 лк
офис или магазин	50-500 лк
Холлы гостиниц	100...200 лк
Стоянки автотранспорта, товарный склад	30...75 лк
Сумерки и хорошо освещенная автомагистраль ночью	10 лк
места зрителей в театре	3-5 лк
Больница в ночное время, глубокие сумерки	1 лк
Ночное ествественное освещение на улице при полнолунии	0,1...0,3 лк
Лунная ночь (1/4 луны)	0,05 лк
Безлунная ночь	0,01 лк
Ночное ествественное освещение на улице при свете звезд	0,003...0,1 лк

Всегда указывается МИНИМАЛЬНЫЙ уровень освещенности, при котором камера может распознать картинку. Но это не значит, что изображение, выдаваемое камерой в это время, будет высокого качества. Рекомендуется выбирать чувствительность камеры больше по крайней мере, в 10 раз, чем предполагаемый минимальный уровень освещенности.

9. Размер светочувствительной матрицы?

Размеры матриц для фото- и видеотехники определяются в виде условной длины, приведенной к диагонали, обозначаются в виде дроби с размерностью в дюймах, например 1/4", 1/3”, 2/3", 1/2" и так далее.

10. Что такое матрица день/ночь?

Главный недостаток цветных видеокамер более низкая чувствительность по сравнению с черно-белыми камерами. Для решения данной проблемы было предложено в темное время суток переводить цветные камеры в черно-белый режим. Так появились камеры класса «день/ночь», работающие днем в цветном режиме, а при уменьшении освещенности переходящие в черно-белый режим. За счет работы в черно-белом режиме чувствительность таких камер лишь немного уступает черно-белым светочувствительным матрицам.

11. Что такое блок компрессии изображения и для чего он нужен?

В состав сетевой (IP) камеры входит схема компрессии видео, аудио (при наличии микрофона). Он преобразует сигнал, поступающий со светочувствительной матрицы и микрофона в цифровой вид для дальнейшей передачи по сети. Кроме того, он кодирует (сжимает) изображение, так как передача несжатого изображения требует слишком много ресурсов и на практике не используется.
Если локальная сеть, к которой подсоединена IP-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия, которые используют IP-камеры, обеспечивают разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 32 Кб – 4 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).

12. Что такое кодек и какие форматы сжатия применяются в IP-камерах?

Кодек, (англ. codec — сокр. от coder/decoder («кодировщик/декодировщик» или «compressor/decompressor») — программа, преобразующая данные или сигнала. Кодек может, как кодировать поток/сигнал, так и декодировать — для просмотра или изменения в формате, более подходящем для этих операций. Кодеки используются при цифровой обработке видео и звука. Среди производителей наиболее популярны форматы сжатия M-JPEG (Motion JPEG), MPEG-4, H.264.

13. Что такое кодек M-JPEG4?

Кодек (формат) MPEG-4 был специально разработан для передачи высококачественного изображения через каналы с относительно низкой пропускной способностью, такие как Интернет или мобильная телефония. Его основные особенности:
•   Устранение временной избыточности видео, учитывающее тот факт, что в пределах коротких интервалов времени большинство фрагментов сцены неподвижны или незначительно смещаются по полю;
•   Устранение пространственной избыточности изображений путем подавления мелких деталей сцены, несущественных для визуального восприятия человеком;
•   Использование более низкого цветового разрешения, так как установлено, что глаз менее чувствителен к пространственным изменениям оттенков цвета по сравнению с изменениями яркости.

14. Что такое кодек H.264?

Кодек H.264 — это дальнейшее развитие стандарта MPEG-4, его также называют MPEG-4 part10. В пользу H.264 говорит хотя бы то, что телевидение высокой четкости (HDTV) работает именно с помощью стандарта H.264.

15. Что такое беспроводной интерфейс?

Беспроводной интерфейс позволяет подключить IP-камеру к Wi-Fi сети по радиоканалу и развернуть систему охранного видеонаблюдения там, где прокладка кабельной системы невозможна, нежелательна или экономически нецелесообразна.
Самый доступный и недорогой вид беспроводной связи — технология Wi-Fi в соответствии со стандартами IEEE 802.11b и IEEE 802.11g. В стандарте Wi-Fi передача данных производится на частоте 2.4-2.5 ГГц со скоростью до 54 Мбит/c (реальная скорость связи в несколько раз меньше, но ее все  равно достаточно для качественной передачи видеоизображения и звука с нескольких IP-видеокамер) на расстоянии до 300 м.

16. Что такое тревожные входы/выходы?

IP-камеры часто имеют контакты входов и выходов тревоги, которые позволяют подключить к камере внешние датчики (например, датчики движения, разбития окна, датчик открывания двери и тому подобное), при срабатывании которых, камера выполняет определенные действия:  к примеру, начинает запись изображения.
К тревожным выходам есть возможность подключить исполнительные устройства, включающиеся при срабатывании датчика движения камеры или по команде оператора: например, сирены, прожекторы и другое.

17. Что такое датчик движения?

Датчик движения — это программный модуль, для которого главной задачей является фиксация перемещений в поле зрения камеры. Присутствие датчика движения является большим преимуществом любой модели сетевых IP-камер. При появлении движения в кадре и срабатывании датчика движения, IP-камера может записать видеофрагмент не только в этот момент, но и за несколько секунд ДО  возникновения движения, благодаря встроенному буферу изображения.

18. Как можно организовать питание IP-камеры?

Все IP-камеры обычно имеют внешний источник питания 12 В и лишь иногда встроенный на 220 В. Чаще всего,  это камеры в уличном исполнении.

19. Что такое термокожух и зачем он нужен?

камеры видеонаблюдения часто приходится устанавливать в уличных условиях, они должны работать при низких температурах, повышенной загазованности, запыленности и высокой влажности. Для защиты IP-камер от неблагоприятных воздействий окружающей среды, их устанавливают в термокожух. Термокожухи обеспечивает герметичность и необходимый температурный режим.
 (Примечание) Не следует размещать в кожухе видеокамеру со встроенным микрофоном (ничего не будет слышно).

20. Что такое IP-адрес?

IP-адрес — это идентификатор устройства, подключенного к сети Интернет или к локальной сети, используемый протоколом TCP/IP для доставки и маршрутизации пакетов. IP-адрес представляет собой 32-битное двоичное число. Удобной для человека формой записи IP-адреса является запись в виде четырех десятичных чисел (от 0 до 255), разделенных точками, например, "192.168.55.160". Каждая IP-камера имеет свой IP-адрес, который не должен совпадать с IP-адресами других устройств, используемых в одной локальной сети. Если IP-адрес совпадает, то в данном случае доступ к камере осуществляется через номер конкретного порта.

21. Как подключить IP-камеру к компьютеру?

Для того, чтобы подключить IP-камеру непосредственно к компьютеру (например, для первоначальных настроек), необходим кабель Ethernet (так называемый «патч-корд») с разъемом RJ-45. Он либо имеется в комплекте поставки сетевой камеры, либо может быть приобретен дополнительно в любом компьютерном магазине, либо изготовлен самостоятельно.
Подключите один конец кабеля в сетевую карту компьютера, другой — в соответствующий разъем IP-камеры. Затем подключите питание камеры и настройте свойства сетевого подключения сетевой карты компьютера в соответствии с инструкцией к IP-камере. Задайте нужные настройки камере, установите программное обеспечение из комплекта поставки сетевой камеры или просто наберите в адресной строке браузера IP-адрес камеры. Установите компонент актив икс. При правильных настройках появится изображение, транслируемое камерой.

22. Как получить доступ к IP-камере через Интернет?

IP-видеокамеры имеют важное и неоспоримое преимущество — изображение с них можно увидеть в любой точке мира, где есть Интернет. Вы можете контролировать свой дом, офис, предприятие, действия своих сотрудников из любой точки земного шара!

Для того, чтобы получить доступ к камере из Интернет, нужно всего лишь настроить сетевые параметры IP-камеры и оборудования, через которое осуществляется доступ в Интернет из Вашей локальной сети.

Чаще всего на практике встречаются три варианта организации доступа к IP-видеокамерам:
•   Есть выделенный от провайдера внешний статический (так называемый «белый») IP-адрес, который используется только для подключения одной IP-камеры для просмотра изображений через Интернет.
•   Есть выделенный провайдером внешний статический (так называемый «белый») IP-адрес, который используется для подключения к Интернет офисной локальной сети или сети предприятия, и который планируется использовать для подключения одной или нескольких IP-камер и просмотра изображений через Интернет.
•   IP-адрес назначается провайдером динамически, то есть этот адрес каждый раз присваивается заново и изменяется в процессе работы — эта ситуация особенно характерна при работе через ADSL и GPRS.
•   Доступ по серийному адресу камеры.