Системы видеонаблюдения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Курсовая работа

на тему: «Системы видеонаблюдения»

Симферополь 2014



Содержание

Введение

1. Системы охранного видеонаблюдения

2. Аналоговые системы видеонаблюдения

3. Цифровые системы видеонаблюдения

4. Преимущества цифровых систем перед аналоговыми

5. Среды передачи телевизионных сигналов

6. Преимущество волоконной оптики как передающей среды

7. Протоколы передачи видеосигнала по высокоскоростным компьютерным сетям

7.1 Fast Ethernet

7.2 ATM

8. Мобильные технологии

8.1 GPRS

8.2 3G

Заключение



Введение

Системы телевизионного наблюдения предназначены для обеспечения безопасности. Они позволяют наблюдателю следить за одним или несколькими объектами, находящимися порой на значительном расстоянии как друг от друга, так и от места наблюдения. В настоящее время системы видеонаблюдения не являются экзотикой, они находят все более широкое применение во многих сферах человеческой жизни. Наиболее простая система телевизионного наблюдения - это камера, подключенная к телевизору или монитору, такая система позволяет наблюдать за ребенком или автомобилем возле дома.

Электронные системы наблюдения позволяют выполнять и другие не менее важные и более сложные задачи. Например, наблюдение за несколькими больными одновременно, движением транспортных потоков на оживленных магистралях или в портах. Существует целый ряд применений систем видеонаблюдения в научных исследованиях и в промышленности, например, для контроля за технологическими процессами и управления ими. При этом наблюдение может производится в условиях низкой освещенности или в средах, где присутствие человека не допускается. Малокадровые системы для дома и офиса способствуют повышению безопасности и создают дополнительные удобства.

цифровой аналоговый видеонаблюдение оптика



1. Системы охранного видеонаблюдения

Можно выделить основные преимущества систем видеонаблюдения перед другими средствами безопасности. Это автоматическое обнаружение и видео контролирование событий, мгновенное обнаружение несанкционированного проникновения на охраняемую территорию, исключение ложных срабатываний за счет интеллектуальной обработки поступающих информационных потоков, наглядное отображение всей обрабатываемой информации, возможность тесной интеграции с другими подсистемами безопасности. Среди недостатков таких систем можно выделить затрудненную работу в неблагоприятных погодных условиях, например, туман.

Основными критериями систем видеонаблюдения при их разработке являются надежность, информативность, достоверность и своевременность.

Первый критерий достигается при использовании только самых лучших компонентов от ведущих мировых производителей, использованием проверенных на практике и глубоко продуманных конструктивных решений. Все это позволяет достигнуть наибольшего времени работы системы между отказами и минимального периода восстановления.

Соблюдение второго критерия позволяет обеспечить одновременную и непрерывную работу видеодетекции движения, видеозаписи, отображения на экран, воспроизведения и резервного архивирования по каждой из подключенных камер.

В настоящее время используется два принципа построения систем видеонаблюдения: аналоговые и цифровые.(2,3)



2. Аналоговые системы видеонаблюдения

Рис.1 Схема аналоговой системы видеонаблюдения

Система состоит из следующих элементов:

1) Видеокамера, она является глазами системы. Данные от видеокамеры могут передаваться к последующим устройствам как по проводам, (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно), так и по системам радиосвязи, как правило, работающим в гигагерцовом диапазоне.

В аналоговых системах, чтобы эффективно управлять камерами, применяются такие устройства, как переключатели, мультиплексоры и матричные системы.

2) Переключатель - это устройство, имеющее несколько входов для видеокамер и позволяющее оператору произвольно переключать выводимое на монитор или записываемое изображение с любой камеры, или включать последовательное автоматическое переключение камер. Возможности таких устройств ограничены, поэтому их применение целесообразно только в простейших системах.

3) Мультиплексор является более «продвинутым» устройством. Он позволяет выводить на один монитор несколько камер и вести одновременную запись с нескольких источников видеосигнала. В отличие от «переключателя» мультиплексор может содержать в себе детектор движения и имеет больше возможностей управления камерами.

4) Матричные системы - следующий уровень развития мультиплексоров. Они предназначены для обслуживания крупных предприятий, где установлено большое число камер и имеется несколько операторов.

5) Монитор для видеонаблюдения отличается от обычного телевизора более четким изображением и высокой разрешающей способностью. Люминофор, используемый в таких мониторах, имеет повышенную стойкость, т.к. изображение может много часов оставаться неподвижным.

Как правило, в системах видеонаблюдения используются специальные устройства записи, записывающие на стандартную видеопленку, но рассчитанные на большее время записи, т.к. не всегда необходимо плавное изображение с частотой 25 кадров в секунду. Видеомагнитофоны, которые наиболее часто применяются совместно с системами наблюдения, относятся к классу TLVR. (видеомагнитофонов с задержкой времени). Такие устройства позволяют стандартную трехчасовую пленку "растянуть" при использовании до 960 часов. Скорость протяжки пленки в данном случае меняется ступенчато (3 часа; 12 часов; 24 часа; 48 часов, .... 960 часов). Кроме того, в таких системах возможна запись изображения одновременно с нескольких видеокамер.



3. Цифровые системы видеонаблюдения

Рис.2 Схема цифровой системы видеонаблюдения

Видеосигналы от телевизионных камер, установленных в локальных зонах наблюдения, поступают на локальные видео серверы, к каждому локальному видео серверу подключается от 1 до32 телекамер. Локальный видеосервер осуществляет сбор, обработку и накопления видеоинформации.

Ввод и оцифровку аналогового сигнала.

Контроль работоспособности видеокамер.

Видеодетекцию движения.

Компрессию видеоизображения

Запись по тревоге от других систем безопасности или от детектора движения.

Быстрый поиск видеоинформации.

Возможность экспорта видеозаписей.

Вывод аналоговой видеоинформации.

Далее по высокоскоростному магистральному интерфейсу (в данном случае рассмотрим Fast Ethernet) поток видеоинформации поступает на пульт видеоконтроля (рабочее место оператора). Оператор в зависимости от конкретной задачи может наблюдать за каждой локальной зоной на компьютерном мониторе. Оператор может осуществлять откат необходимой информации на различного рода носители информации, проинсталлированные как на пульте видеоконтроля, так и на сервере резервного копирования. При необходимости оператор может распечатать интересующую его информацию на лазерном или видеопринтере.



4. Преимущества цифровых систем перед аналоговыми

1. Высокое качество всей системы в целом

2. Возможность хранения записанной информации сколь угодно долго без потерь в качестве.

4. Небольшие затраты на техническое обслуживание.

5. Одновременная работа режимов записи и воспроизведения.

6. Простота и скорость поиска нужного фрагмента или кадра.

7. Простота и надежность копирования на различные носители.(CD, DVD, DDS, стример) при полном сохранение качества исходного материала при копировании.

8. Возможность передачи видео информации по компьютерным сетям.

9. Гибкость и адаптивность (возможность гибко настраивать систему в зависимости от выполняемой задачи, стоящей перед пользователем)

10. Возможность доработки, модернизации системы, самостоятельной разработки дополнительных приложений.

11. Возможность получения высококачественного изображения.

12. Абсолютно стабильный и четкий стоп - кадр.

Эти факторы обусловили появление на рынке значительного числа всевозможных цифровых систем, различающихся как по качеству и функциональным возможностям, так и по стоимости.



5. Среды передачи телевизионных сигналов

Информация от видеокамеры должна пройти путь до видеосервера. Путь этот может быть различным, так как камеры могут располагаться за несколько километров от места концентрации видеоизображения. Также надо учитывать и электромагнитные помехи, которые также оказывают действие на видеосигнал, поэтому следует внимательно подойти к выбору среды передачи данных от видеокамеры к видеосерверу.

Каждый тип имеет свои ограничения по применению, что необходимо учитывать при проектировании схемы размещения компонентов системы. Максимально возможные расстояния между видеосервером и видеокамерами в зависимости от способа передачи видеосигнала можно посмотреть в таблице.

Тип кабеля	Длина линий связи без усилителя	Дополнительное оборудование	Примечание
Коаксиальный кабель	До 300 м	Не используется	Возможность возникновения токовых петель. Чувствительность к различным наводкам. Малая длина линий связи
Витая пара	До 2000 м	Передатчики и приемники сигнала по витой паре.	Отсутствие токовых петель. Высокая защищенность от помех Стоимость кабеля и монтажа ниже чем при использовании коаксиального кабеля
Оптоволокно многомодовое Одномодовое	До 5 км многомодовое До 80 км одномодовое	Передатчики и приемники сигнала по оптоволокну.	Отсутствие токовых петель. Максимальная защищенность от наводок

Из перечисленных типов кабелей оптоволокно наилучшим образом подходит для использования в системах цифрового видеонаблюдения.



6. Преимущества волоконной оптики как передающей среды

1. Широкая полоса пропускания. Волоконная оптика теоретически может работать в диапазоне до 1 ТГц, однако используемый сейчас диапазон еще далек от этого предела, и коммуникационные возможности волоконной оптики только начинают развиваться, тогда как медный кабель уже исчерпал свои возможности.

2. Низкие потери. Маленькое уменьшение амплитуды сигнала при передаче больших пакетов информации на большие расстояния.

3. Нечувствительность к электромагнитным полям.

4. Малый вес.

5. Малый размер.

6. Безопасность.

7. Секретность.



7. Протоколы передачи видеосигнала по высоко скоростным компьютерным сетям

7.1 Fast Ethernet

У технологии Fast Ethernet есть несколько ключевых свойств, которые определяют области и ситуации ее эффективного применения. К этим свойствам относятся:

Большая степень преемственности по отношению к классическому 10-Мегабитному Ethernet'у;

Высокая скорость передачи данных - 100 Mб/c;

Возможность работать на всех основных типах современной кабельной проводки - UTP Category 5, UTP Category 3, STP Type 1, многомодовом оптоволокне.

Метод доступа к среде CSMA/CD

Подуровни LLC и MAC в стандарте Fast Ethernet не претерпели изменений.

Подуровень LLC обеспечивает интерфейс протокола Ethernet с протоколами вышележащих уровней, например, с IP или IPX. Кадр LLC, изображенный на рисунке, вкладывается в кадр MAC, и позволяет за счет полей DSAP и SSAP идентифицировать адрес сервисов назначения и источника соответственно. Например, при вложении в кадр LLC пакета IPX, значения как DSAP, так и SSAP должны быть равны Е0. Поле управления кадра LLC позволяет реализовать процедуры обмена данными трех типов.

Процедура типа 1 определяет обмен данными без предварительного установления соединения и без повторной передачи кадров в случае обнаружения ошибочной ситуации.

Процедура типа 2 определяет режим обмена с установлением соединений, нумерацией кадров, управлением потоком кадров и повторной передачей ошибочных кадров.

Процедура типа 3 определяет режим передачи данных без установления соединения, но с получением подтверждения о доставке информационного кадра адресату

Рис.3 Структура пакета данных

Подуровень управления доступом к среде Media Access Control (MAC)

Подуровень MAC ответственен за формирование кадра Ethernet, получение доступа к разделяемой среде передачи данных и за отправку с помощью физического уровня кадра по физической среде узлу назначения.

Разделяемая среда Ethernet, в любой момент времени находится в одном из трех состояний - свободна, занята, коллизия. Состояние занятости соответствует нормальной передаче кадра одним из узлов сети. Состояние коллизии возникает при одновременной передаче кадров более, чем одним узлом сети.

MAC-подуровень каждого узла сети получает от физического уровня информацию о состоянии разделяемой среды. Если она свободна, и у MAC-подуровня имеется кадр для передачи, то он передает его через физический уровень в сеть. Физический уровень одновременно с побитной передачей кадра следит за состоянием среды. Если за время передачи кадра коллизия не возникла, то кадр считается переданным. Если же за это время коллизия была зафиксирована, то передача кадра прекращается, и в сеть выдается специальная последовательность из 32 бит (так называемая jam-последовательность), которая должна помочь однозначно распознать коллизию всеми узлами сети.

После фиксации коллизии MAC-подуровень делает случайную паузу, а затем вновь пытается передать данный кадр. Случайный характер паузы уменьшает вероятность одновременной попытки захвата разделяемой среды несколькими узлами при следующей попытке. Максимальное число попыток передачи одного кадра - 16, после чего MAC-подуровень оставляет данный кадр и начинает передачу следующего кадра, поступившего с LLC-подуровня.

MAC-подуровень узла приемника, который получает биты кадра от своего физического уровня, проверяет поле адреса кадра, и если адрес совпадает с его собственным, то он копирует кадр в свой буфер. Затем он проверяет, не содержит ли кадр специфические ошибки, если кадр корректен, то его поле данных передается на LLC-подуровень, если нет - то отбрасывается. Формат кадра:

Рис.4 Формат кадра



7.2 ATM

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) - технология передачи данных является одной перспективных технологий построения высокоскоростных сетей (от локальных до глобальных). АТМ - это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа. Идея сети ATM очень проста: данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (cells), они должны вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми каналами ATM. Коммутаторы, расположенные в центре сети, обеспечивают перенос ячеек, разделение транков и распределение потоков данных. В точке приема функции адаптации восстанавливают из ячеек исходный поток данных и передают его устройству-получателю.

Рис.5 Адаптация ATM

Ячейка ATM имеет размер 53 байта, пять из которых составляют заголовок, оставшиеся 48 - собственно информацию. В сетях ATM данные должны вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми каналами ATM. Таким образом технология АТМ решает проблему задержек при статистическом мультиплексировании связанную с большим и непостоянным размером передаваемых по сети пакетов информации. Возможна задержка небольших пакетов важной информации из-за передачи больших пакетов малозначимых данных. Эффект задержки может оказаться весьма существенным и заметным для пользователя.

Ячейки имеют два преимущества: 1. Одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации (т.е. сохраняются в памяти), что гарантирует его целостность до начала передачи. 2. Их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор автоматически обнаруживает заголовки ячеек и их обработка происходит быстрее. Модель ATM, в соответствии с определением состоит из трех уровней:

1. физического;

2. уровня ATM;

3. уровня адаптации ATM.

1) Стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи. 2) Стандарты для канального уровня АТМ описывают, каким образом устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное физическое соединение. 3) В модели ATM стандарты для уровня адаптации ATM выполняют три функции: определяют как форматируются пакеты.

Способы передачи информации

1. Голос, данные и видео преобразуются в ячейки ATM в сети оператора с использованием функций адаптации ATM. Оператор будет реализовать все функции доступа и передачи, а для каждого устройства потребуется отдельная линия доступа в сеть ATM.

2. Голосовые и видео-устройства подключаются к локальному коммутатору ATM для преобразования трафика в ячейки. Для доступа в сеть оператора используется одна линия, передающая все потоки трафика одновременно. Сеть оператора обеспечивает маршрутизацию трафика.

3. Устройства оборудуются собственными интерфейсами ATM. Одно устройство доступа позволяет объединить весь пользовательский трафик в одном транке, связанном с сетью оператора. В этом случае на стороне пользователя устанавливается принадлежащее ему оборудование ATM, которое можно использовать для организации магистралей сетей или подключения настольных станций.

· Преимущества: · одно из важнейших достоинств АТМ является обеспечение высокой скорости передачи информации;

· АТМ устраняет различия между локальными и глобальными сетями, превращая их в единую интегрированную сеть; · стандарты АТМ обеспечивают передачу разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Недостатки:

· высокая стоимость оборудования, поэтому технологии АТМ тормозится наличием более дешевых технологий;

· высокие требования к качеству линий передачи данных.



8. Мобильные технологии

8.1 GPRS

GPRS -- надстройка над технологией мобильной связи GSM, осуществляющая пакетную передачу данных. GPRS позволяет пользователю мобильного телефона производить обмен данными с другими устройствами в сети GSM и с внешними сетями, в том числе Интернет.

При использовании GPRS информация собирается в пакеты и передается через неиспользуемые в данный момент голосовые каналы -- такая технология предполагает более эффективное использование ресурсов сети GSM. При этом голосовой трафик имеет безусловный приоритет перед данными, поэтому скорость передачи зависит не только от возможностей оборудования, но и от загрузки сети. Скорость передачи видео по GPRS зависит от загруженности сети GSM и динамики передаваемого видеоизображения. Установленный в устройстве модем GPRS может обеспечить скорость передачи данных до 13.4 кбит/с (8 класс). Реальная скорость передачи видео обычно 4-8 кбит/с, что позволяет передавать 2-6 кадров в секунду для разрешения 176x144 или 6-12 кадров в секунду для разрешения 128 x 96 . Частота кадров при передаче видео с разрешением 356x288 (CIF) обычно не превышает 2 кадра в секунду. Эти значения справедливы для видео с невысокой динамикой.

GPRS по принципу работы аналогична Интернет: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес, что по сути превращает его в сервер. Протокол GPRS прозрачен для TCP/IP, поэтому интеграция GPRS с Интернет незаметна конечному пользователю. Пакеты могут иметь формат IP или X.25, при этом не имеет значения, какие протоколы используются поверх IP, поэтому есть возможность использования любых стандартных протоколов транспортного и прикладного уровней, применяемых в Интернет (TCP, UDP, HTTP, HTTPS, SSL, POP3, Jabber и др.). Также при использовании GPRS мобильный телефон выступает как клиент внешней сети, и ему присваивается IP-адрес (постоянный или динамический).

GSM камеры. Практически представляют собой IP камеры с GSM модулем. Позволяют использовать сети сотовых операторов, в т.ч. GPRS и сети третьего поколения 3G, для передачи видеосигнала. Вставляем в камеру SIM карту, подаем на нее питание - и она готова к использованию и просмотру видео из любой точки нашей планеты. На мой взгляд, очень перспективная тема, т.к. ширина каналов постоянно увеличивается, а стоимость оборудования снижается.

8.2 3G

3G технологии мобильной связи 3 поколения -- набор услуг, который объединяет как высокоскоростной мобильный доступ с услугами сети Интернет, так и технологию радиосвязи, которая создаёт канал передачи данных. В настоящее время из-за массовых рекламных акций под этим термином чаще всего подразумевается технология UMTS. 3G так же строится на основе пакетной передачи данных. Сети третьего поколения 3G работают на частотах дециметрового диапазона, как правило, в диапазоне около 2 ГГц, передавая данные со скоростью до 3,6 Мбит/с. Они позволяют организовывать видеотелефонную связь, смотреть на мобильном телефоне фильмы и телепрограммы и т. д.

В сетях 3G обеспечивается предоставление двух базовых услуг: передача данных и передача голоса. Согласно регламентам ITU (Международный Союз Электросвязи) сети 3G должны поддерживать следующие скорости передачи данных:

-для абонентов с высокой мобильностью (до 120 км/ч) -- не более 144 кбит/с;

-для абонентов с низкой мобильностью (до 3 км/ч) -- 384 кбит/с;

-для неподвижных объектов -- 2048 Кбит/с.

У технологии 3G есть важное преимущество -- улучшенная защита от обрывов связи в движении, за счёт использования так называемого «мягкого хендовера». По мере удаления от одной базовой станции клиента «подхватывает» другая. Она начинает передавать всё больше и больше информации, в то время как первая станция передаёт всё меньше и меньше, пока клиент вообще не покинет её зону обслуживания. При хорошем покрытии сети вероятность обрыва полностью исключается системой подобных «подхватов». Это отличается от поведения систем с частотным и временным разделением каналов (GSM), в которых переключение между станциями «жёсткое» и может приводить к задержкам в передаче и даже обрывам соединения.

Недостатком технологии 3G является низкая пропускная способность и приоритет голосовой связи на базовых станциях. Предпочтение будет всегда отдаваться голосовым звонкам, и использование 3G IP-камер в зонах с большим скоплением людей, пользующихся мобильной связью (бизнес-центры, торговые центры, вокзалы и т.д.) будет практический невозможным. Вероятно, со временем данная проблема перестанет быть актуальной, поскольку технологии постоянно совершенствуются. На данный момент 3G IP-камеры - это оптимальные решения для удаленных объектов, а также объектов, труднодоступных для прокладки кабельных коммуникаций.



Заключение

Проблема обеспечения безопасности объекта решается благодаря развитию систем видеонаблюдения, систем передачи данных, возможности использования всевозможных датчиков движения и т.д.. В конечном итоге все это приводит к совершенствованию систем интегрированной безопасности. Будут продолжать совершенствоваться системы, обеспечивающие безопасность объектов, в том числе и революционными темпами развивается цифровое телевидение.

Рассмотренные в данной курсовой работе системы видеонаблюдения уже сейчас позволяет наращивать систему, интегрировать ее в общие информационные системы, обрабатывать и передавать сигнал на любые расстояния и использовать эту информацию в интеллектуальных системах, которые способны самостоятельно принимать оптимальные решения по обеспечению безопасности объектов.

Размещено на Allbest.ru

...