Dlaczego warto wybierać kamery IP?

Przez ostatnie dekady zarówno w świecie telewizji rozrywkowej jak i telewizji dozorowej CCTV dominował analogowy sposób przesyłania obrazu. Jedną z większych technologicznych zmian rynku jest wprowadzenie cyfrowego sposobu przesyłania video, natomiast jednym ze sposobów na uzyskanie takiej metody transmisji w CCTV jest zastosowanie tak zwanych kamer IP. Technologia znana od wielu lat dopiero od niedawna zaczyna dominować w świecie CCTV. Celem tego artykułu jest wyjaśnienie podstawowych różnic pomiędzy kamerami IP, a kamerami analogowymi oraz podkreślenie, dlaczego warto zainwestować w technologie IP. 

Europejskim standardem analogowego przesyłania obrazu jest system PAL. Posiada on swoje parametry techniczne, których spełnienie jest konieczne do zachowania kompatybilności z telewizją analogową. Te parametry to m.in. rozdzielczość, wynosząca 625 linii (w przeliczeniu na piksele, ok. 720x576) oraz częstotliwość odświeżania obrazu 50Hz (25 pełnych klatek na sekundę, ponieważ każda klatka składana jest z dwóch półobrazów). Jak widać, przede wszystkim rozdzielczość obrazu jest w dzisiejszych czasach bardzo słabą stroną analogowych systemów telewizyjnych. Nie da się przesyłać w tradycyjny sposób obrazu, którego szczegółowość odpowiadałaby współczesnym wymaganiom użytkowników. Ponadto efektywna rozdzielczość jest dodatkowo ograniczona przez pasmo przeznaczone do wysyłania sygnału analogowego  i zastosowanie skanowania z przeplotem.

Rozdzielczość obrazu jest kluczowa dla zachowania odpowiedniej szczegółowości. Trzeba jednak pamiętać, że odpowiednią szczegółowość uzyskuje się nie tylko poprzez zwiększanie rozdzielczości kamer, ale rozdzielczość ta musi być również odpowiednio skorelowana z kątem widzenia, a dokładniej pokryciem obserwowanego obszaru przez kamerę. Zwiększając dwukrotnie liczbę pikseli, z których składa się obraz, zwiększamy dwukrotnie szczegółowość – identyfikowalność małych detali, pod warunkiem że zachowujemy identyczny kadr z kamery (dokładnie ta sama odległość od obserwowanego obiektu, oraz dokładnie ten sam kąt widzenia). Stosując kamerę o dwukrotnie wyższej rozdzielczości, możemy również zachować ten sam poziom szczegółowości, ale dwukrotnie zwiększyć pole widzenia kamery. Wszystko zależy od celu jaki w danej sytuacji instalator systemu chce osiągnąć.

Konkluzja jest jednak jedna – wyższa rozdzielczość pojedynczych kamer, ułatwia prowadzenie bardziej szczegółowej obserwacji, umożliwiającej łatwiejszą identyfikację osób, czy odczytywanie np. tablic rejestracyjnych pojazdów, lub umożliwia zastosowanie mniejszej ilości urządzeń przy tym samym poziomie szczegółowości. Niestety systemy analogowe nie oferują zbyt wysokiej rozdzielczości, a także nie jest możliwe jej zwiększanie przy wykorzystaniu tradycyjnych sposobów przesyłania obrazu.

Po przedstawieniu kilku niewygodnych faktów, wydaje się, że systemy analogowe nie należą do najlepszych. Co zatem zrobić? Odpowiedź jest bardzo prosta, warto zainwestować w systemy IP.

Przy zakupie kamery pierwszą rzeczą na którą warto zwrócić uwagę jest przetwornik w jaki jest wyposażona. W porównaniu IP z analogiem, również zacznę od porównania matryc. Na dobrą sprawę jest to element, który nie zawsze różni oba typy kamer. Zarówno w kamerach IP jak i analogowych mogą występować te same przetworniki. Jednak w lwiej większości, IP wyposażone są w przetworniki CMOS-owe, które generalnie charakteryzują się lepszymi parametrami obrazu. Mają jednak bardzo dużą wadę, mianowicie nie nadają się do pracy w warunkach słabego oświetlenia. Kontrastowo, kamery analogowe są głównie uzbrajane w matryce CCD, dlatego tak często wybiera się je gdy konieczna jest praca w nocy.

Kamery IP bardzo często wykorzystują przetworniki z tzw. ”skanowaniem progresywnym”. W takim przetworniku pojedyncza – kompletna klatka obrazu jest budowana przy jednym cyklu pracy migawki. W tradycyjnych kamerach analogowych standardem jest tzw. skanowanie międzyliniowe (z przeplotem), gdzie naprzemiennie skanowane są parzyste i nieparzyste linie poziome. Przy tej technice pracy przetwornika, możliwe są trudności z odczytem szczegółów – głównie na pionowych krawędziach poruszających się obiektów. Można więc powiedzieć, że skanowanie progresywne jest również zaletą IP w stosunku do rozwiązań tradycyjnych.

Kamery IP transmitują swoje dane cyfrowo przez połączenia sieciowe. Są one pod postacią kompresowanych ramek wideo, wysyłanych po standardowych protokołach sieciowych, używanych w aplikacjach komputerowych. Ze względu na swoją funkcjonalność, kamery można w pewnym sensie rozważać jako mini komputery przeznaczone do monitorowania obszaru. Od klasycznego komputera różnią się głównie tym, że ich oprogramowanie nie może być poszerzane przez użytkownika.

Ostatecznie obraz, który uzyskujemy przy użyciu kamer IP charakteryzuje się znacznie większą rozdzielczością w porównaniu z obrazem z kamer analogowych. Większa rozdzielczość gwarantuje większą szczegółowość obrazu, co umożliwia np. wykonywanie tzw. zoom'u cyfrowego, bez znacznej utraty detali. Fakt ten umożliwia stosowanie kamer IP do pokrycia znacznie większego obszaru, niż tego który może skutecznie obserwować kamera analogowa. Przeciętnie jedna kamera IP 2 megapikselowa może pokryć taki sam obszar jak trzy kamery analogowe i wciąż mieć większą rozdzielczość (ilość punktów, z których składa się klatka obrazu w rozdzielczości Full HD jest dokładnie 5 razy większa niż to ma miejsce w maksymalnej rozdzielczości analogowej – D1!). Co za tym idzie kamery IP można uważać za bardziej ekonomiczne, gdyż odpowiednio rozmieszczone i ustawione, mogą pracować za kilka analogów, co znacznie zmniejsza koszty montażu i obciążenie urządzenia rejestrującego.

Wcześniej wspomniałem, że kamery IP przesyłają swoje dane w postaci cyfrowej. Tak więc są wyjątkowo odporne na sygnały szumów i jak każdy sygnał tego typu mogą zostać poddane kompresji. Dla przykładu format DVD 720x480, 24fps wymaga transferu około 132Mb/sek. Porównując tą wartość z szybkością typowego łącza internetowego w Polsce, okaże się, że nasz internet jest około 15 razy zbyt wolny. Jednakże nie stoi to na przeszkodzie, aby przy użyciu łącza internetowego oglądać filmy nawet w większej rozdzielczości. Jest to zasługą wyjątkowej podatności sygnałów wideo na kompresje. Ramki wideo mają w sobie całą masę nadmiarowości, która może zostać pominięta. Dzięki odpowiednim algorytmom kompresowania, można osiągnąć nawet stukrotne zmniejszenie objętościowe pliku wideo. Nie jest to wartość stała, gdyż jakość kompresji jest bardzo silnie uzależniona od dynamiki filmu. Generalnie im większa dynamika, tym słabsza kompresja. Najlepsza i w zasadzie jedyna, stosowana we współczesnych kompresja to kompresja H.264.

Mam nadzieję, że powyższym tekstem umożliwiłem lepsze zrozumienie działania kamer analogowych i kamer IP. Podsumowując kamery analogowe mają sporo ograniczeń, które uniemożliwiają uzyskanie bardzo dobrej jakości obrazu i są wrażliwe na sygnały szumów. W przeciwieństwie, kamery IP pracują w domenie cyfrowej, co oznacza, że są wyjątkowo odporne na niepożądane sygnały. Ponad to nie mają realnych ograniczeń dotyczących przyrostu rozdzielczości. Z całą pewnością kamery IP są przyszłością dozorowanej CCTV i za kilka lat całkowicie wyprą systemy analogowe.