Система видеонаблюдения в супермаркете

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ (АССОЦИАЦИЯ)

«КИСЛОВОДСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ»

Факультет Инженерный

Кафедра Радиоэлектронных систем

Направление Радиотехника

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной квалификационной работе

На тему: «СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ В СУПЕРМАРКЕТЕ»

Студент: Наймушин Андрей Анатольевич

Кисловодск 2017

Реферат

Ключевые слова: Система видеонаблюдения, видеоконтроль кассовых операций, система замкнутого телевидения, CCTV, охранное телевидение

Объектом работы является система видеонаблюдения в супермаркете.

Предмет работы - разработка системы видеонаблюдения в супермаркете.

Цель работы состоит в разработке системы видеонаблюдения в супермаркете с видеоконтролем кассовых операций.

В первом разделе «Анализ технического задания» рассмотрены классификация цифровых систем видеоконтроля и методы сжатия видеоизображения. Проведен анализ убытков и финансовых потерь в розничной торговле в супермаркетах.

Во втором разделе «Анализ и разработка структурной схемы системы видеонаблюдения» проведена оценка уязвимости объекта видеонаблюдения, разработан план-схема супермаркета и разработана общая концепция безопасности для торгового предприятия типа «супермаркет». Выставлены основные и дополнительные требования к составным частям системы видеонаблюдения. Проведен выбор модуля контроля кассовых операций и цифрового регистратора видеоинформации. Разработана структурная схема системы видеонаблюдения.

В третьем разделе «Анализ и разработка функциональной схемы системы видеонаблюдения» была разработана функциональная схема системы. Проведен выбор видеокамер системы для наружного, внутреннего и скрытного видеонаблюдения. Рассчитана емкость архива.

В четвертом разделе «Экспериментальное исследование режима видеокомпрессии и параметров сохранения архивов видеозаписей» с помощью пакета MATLAB было проведено моделирование процессов компрессии видеоинформации с помощью алгоритмов сжатия MPEG4 и Motion Wavelet.

В пятом разделе «Безопасность и экологичность проекта» рассмотрены вопросы безопасности и экологичности системы, построено дерево отказов системы видеонаблюдения.

В шестом разделе «Технико-экономическое обоснование системы» проведены технико-экономическое обоснование разработки, расчет относительной технико-экономической эффективности разработанной системы видеонаблюдения, расчет срока окупаемости. Проведено маркетинговое продвижение системы видеонаблюдения.

Содержание

• Введение
• 1. Анализ технического задания
• 1.1 Постановка задачи
• 1.2 Классификация цифровых систем видеоконтроля
• 1.3 Анализ убытков и финансовых потерь в розничной торговле в супермаркетах
• 1.4 Алгоритмы сжатия видеоизображения
• 2. Анализ и разработка структурной схемы системы видеонаблюдения
• 2.1 Оценка уязвимости объекта
• 2.2 Общая концепция безопасности для торгового предприятия типа «супермаркет»
• 2.3 Анализ основных параметров системы видеонаблюдения
• 2.4 Анализ дополнительных требований к системе видеонаблюдения
• 2.5 Выбор модуля контроля кассовых операций
• 2.6 Выбор цифрового регистратора видеоинформации
• 3. Анализ и разработка функциональной схемы системы видеонаблюдения
• 3.1 Разрешение канала видеообработки/записи
• 3.2 Емкость видеоархива
• 3.3 Чувствительность видеокамер

3.4 Выбор уличной видеокамеры

• 3.5 Выбор камеры внутреннего видеонаблюдения
• 3.6 Выбор купольной видеокамеры
• 3.7 Выбор скрытной видеокамеры
• 4. Экспериментальное исследование режима видеокомпрессии и параметров сохранения архивов видеозаписей
• 4.1 Краткие сведения о пакете MATLAB
• 4.2 Алгоритм сжатия видеоинформации WAVELET
• 4.3 Экспериментальные исследования в среде Simulink
• 4.4 Выводы по результатам экспериментальных исследований
• 5. Безопасность и экологичность проетка
• 5.1 Системный анализ надежности работы системы видеонаблюдения супермаркета
• 5.2 Разработка мероприятий по повышению надежности и безопасности разрабатываемой системы
• 5.3 Разработка мероприятий по улучшению условий труда при эксплуатации системы видеонаблюдения
• 5.4 Защита окружающей природной среды на этапе проектирования системы видеонаблюдения
• 6. Технико-экономическое обоснование проекта
• 6.1 Маркетинговое продвижение системы видеонаблюдения
• 6.2 Обоснование целесообразности разработки системы видеонаблюдения
• 6.3 Обоснование выбора аналога для сравнения
• 6.4 Планирование опытно-конструкторских работ
• 6.5 Расчет материальных затрат при производстве
• 6.6 Вычисление интегрального стоимостного показателя
• 6.7 Расчет относительной технико-экономической эффективности проекта
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

Системы видео наблюдения (английская аббревиатура CCTV - Closed Circuit TeleVision - Системы замкнутого телевидения) - предназначены для организации видео наблюдения на ответственных объектах [1].

За последние годы видео наблюдение стало неотъемлемой функцией комплексной системы безопасности объекта, поскольку современное оборудование видео наблюдения позволяют не только наблюдать и записывать видео, но и программировать реакцию всей системы безопасности при возникновении тревожных событий.

В зависимости от типа используемого оборудования системы видео наблюдения делят на аналоговые и цифровые [2]. Аналоговые системы используют там, где необходимо организовать видео наблюдение в небольшом числе помещений и информацию с видеокамер записывать на видеомагнитофон. Для обеспечения безопасности особо ответственных или территориально-распределенных объектов для видео наблюдения используют цифровые системы видео наблюдения, которые, как правило, интегрируются в комплексные системы безопасности. Такие комплексы фиксируют, записывают и анализируют информацию, поступающую от видеокамер, считывателей системы контроля доступа, охранных и пожарных датчиков, а также "принимают решения" по защите охраняемого объекта в автономном режиме или по указанию оператора системы.

С другой стороны, современные комплексы охраны объектов начинают превращаться в интегрированные распределенные сетевые системы, где устаревшему аналоговому оборудованию видеоконтроля все труднее найти достойное место. По качеству видеоотображения, по реально достигаемому разрешению канала записи/воспроизведения, по удобству формирования и дальнейшего оперативного использования видеоархива в режиме триплекса (одновременного видеоотображения, записи и просмотра видеоархива), по наличию встроенных многоканальных детекторов движения (активности), а также возможности использования давно апробированных сетевых и телекоммуникационных решений на базе современной компьютерной техники, цифровые системы видеоконтроля однозначно оставляют аналоговое оборудование на обочине современных технических решений обеспечения безопасности охраняемых объектов. Кроме того, современное цифровое оборудование видеоконтроля все больше приближается по своим характеристикам к современным интеллектуальным компьютерным системам, что позволяет строить очень гибкую политику обеспечения безопасности объектов, приближенную по своим функциям к механизмам принятия решений, близких к человеческой логике. И именно поэтому некоторые из современных цифровых систем видеоконтроля по праву можно назвать интеллектуальными, что невозможно осуществить на аналоговом оборудовании видеоконтроля, даже самом профессиональном [3].

Функции, характеристики и комплектация систем для видео наблюдения зависят от требований, предъявляемых заказчиком к безопасности объекта. Как правило, минимальная конфигурация такой системы включает в себя: видеокамеры (аналоговые и цифровые), устройства обработки видеосигналов (квадраторы, мультиплексоры, видеосерверы и др.), записывающее устройства (видеомагнитофоны, видеорегистраторы, видео рекордеры) и устройства отображения видеоинформации (видеомониторы). В более крупные системы видео наблюдения устанавливают дополнительные управляющие и вспомогательные устройства - матричные коммутаторы, клавиатуры управления видеокамерами, видео принтеры, усилители-распределители, модуляторы, телеметрические приемники и передатчики и другие охранные устройства [4].

1. Анализ технического задания

1.1 Постановка задачи

В соответствии с ТЗ, необходимо разработать систему видеонаблюдения супермаркета со следующими параметрами:

- тактические параметры объекта: территория помещений одноэтажного супермаркета, с одной зоной проезда, с 4 проходными зонами;

- поддержка сетевых устройств, поддержка аналоговых телекамер;

- скорость видеопотока: сетевые телекамеры JPEG - 170 к/с, сетевые телекамеры MPEG-4 - 100 к/с, применении плат с аппаратной компрессией - 600 к/с; алгоритм видеокомпрессии - Motion Wavelet;

- синхронная аудио/видео запись - до 16 каналов, форматы кадра - 704х576, 704х288;

- чувствительность видеокамер - не хуже 0,05 лк;

- сброс видеоархива на хранение - не реже 2 раз в месяц.

- тревожные входы/выходы - 2;

Также в системе видеонаблюдения должен быть предусмотрен импорт видео- и аудиоинформации различными кодеками. Система видеонаблюдения должна обеспечить также контроля кассовых операций.

1.2 Классификация цифровых систем видеоконтроля

Под цифровыми (компьютерными) системами видеоконтроля принято понимать современные технические средства видеонаблюдения и/или видеорегистрации, выполненные на базе современной специализированных цифровых устройств обработки видеоинформации и/или компьютерной техники. Как правило, цифровые системы видеоконтроля отличаются от простых систем видеонаблюдения и видеорегистрации наличием многоканальных цифровых видеодетекторов движения (активности) и возможностью задания определенной логики обработки тревожных событий. При этом, в свою очередь, функции видеонаблюдения и видеорегистрации соотносятся друг к другу, как и в обычных аналоговых системах. Видеонаблюдение в основном связано с многоканальным дистанционным наблюдением за выделенными зонами объекта охраны с максимальным качеством видеоотображения с помощью специальных технических средств, и, как правило, с использованием устройств телеметрического управления видеокамерами, при этом к видеозаписи не предъявляется особенных требований, вплоть до ее полного отсутствия. Видеорегистрация - наоборот, связана с организацией качественной многоканальной цифровой видеозаписи, как правило, по срабатыванию детектора движения (активности) и/или тревожных входов, с возможностью выдачи в процессе своей работы управляющих сигналов для остального охранного оборудования общей системы безопасности охраняемого объекта, а к видеоотображению особые требования не предъявляются, вплоть до полного его отсутствия.

Современные цифровые средства видеоконтроля принято разделять на интегрированные и неинтегрированные. Интегрированные цифровые (компьютерные) системы видеоконтроля могут эффективно взаимодействовать со всеми подсистемами общей системы безопасности объекта: подсистемой контроля и управления доступом (СКД), подсистемой аудиоконтроля (АК), подсистемой охранно-пожарной сигнализации (ОПС) и другими инженерно-техническими средствами обеспечения безопасности и жизнедеятельности охраняемого объекта. Неинтегрированные системы, напротив, являются автономными системами, в лучшем случае имеющими несколько простых тревожных входов/выходов, подобно обычной аналоговой технике видеоконтроля. К сожалению, иногда за средства интеграции выдаются именно эти самые обыкновенные тревожные входы/выходы, как в аналоговой технике видеоконтроля, что не совсем корректно, если рассмотреть доступную и при этом достаточно примитивную логику обработки тревожных событий и возможных реакций на них.

В зависимости от набора технических характеристик, из всего спектра цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля принято также выделять профессиональные системы, в которых технические характеристики позволяют получать высокое качество видеоряда как при видеоотображении, так и при видеорегистрации, в сочетании с высокой скоростью обработки видеосигналов (быстродействием), большой емкостью оперативного архива, многоканальностью и многофункциональностью в сочетании с высокой надежностью как на уровне используемого оборудования, так и на уровне прикладного и системного программного обеспечения. Например, к профессиональными следует отнести цифровые системы видеоконтроля, имеющие до 16-64 видеоканалов на один системный блок, обрабатывающие мультиплексированные/ немультиплексированные видеосигналы со скоростью 12,5-25 кадров/с для форматов кадра 768х288 и 768х576 ( иногда - 720(704)х576 и даже 640х480) с разрешением до 500-600 (иногда - 450-500 ТВЛ) телевизионных линий по горизонтали (ТВЛ) для черно-белого изображения и до 350-400 ТВЛ - для цветного. При записи компрессированных видеосигналов разрешение должно оставаться на приемлемом уровне (150-300 ТВЛ) даже для размера отдельных видеокадров размером в 2-10 Кбайт. Отличительной особенностью профессиональных систем является также наличие у них профессионального детектора движения, в отличие от обычных детекторов активности у остальных систем видеоконтроля.

Следующей важной характеристикой цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля является возможность работы в LAN/WAN компьютерных сетях, т.е. ее сетевые свойства. При этом следует различать возможность организации удаленного видеонаблюдения с помощью специальных сетевых клиентов и/или сети Интернет и обычных Интернет-браузеров (например, Microsoft Internet Explorer, Netscape, Opera и т.п.), от многосерверных сетевых конструкций с возможностью удаленного перекрестного видеонаблюдения и видеорегистрации, а также удаленного администрирования всей системы. Как правило, большинство систем свойствами перекрестного видеонаблюдения и видеозаписи не обладают, и лишь некоторые позволяют осуществлять удаленное администрирование всего сетевого комплекса в целом. Совершенно особняком стоят системы, не имеющие полнофункциональных сетевых свойств. Такие системы или находятся в начальной стадии своего развития, или являются намеренно несетевыми, узкоспециализированными, для решения каких-нибудь отдельных задач видеонаблюдения или видеорегистрации.

Еще одна важная характеристика современных цифровых систем видеоконтроля - это их функциональность. Как правило, различают узкоспециализированные системы видеоконтроля, с ограниченным набором функций, и многофункциональные цифровые средства видеоконтроля, наиболее полно сочетающие в себе весь арсенал современных функций видеоконтроля, ранее недоступных в аналоговой технике (функции простой, удобной и гибкой работы с видеоархивами, многоканальной цифровой видеозаписи, встроенного многоканального обнаружения движения, одновременной работы режимов "запись" и воспроизведение", возможности цифровой обработки и улучшения качества видеосигналов, совмещение в одном устройстве сразу нескольких функций - мультиплексирования, мультиотображения, видеокоммутации, видеозаписи и т.д.). Узкоспециализированные цифровые системы видеоконтроля обычно реализуют ограниченный набор функций, например, служат для регистрации проезжающего автотранспорта с определением их государственных номерных знаков, и, иногда, скорости движения объектов.

При анализе технических характеристик современных цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля следует различать характеристики собственно системы видеоконтроля от обычных характеристик современной компьютерной техники, на базе которой такие системы собраны. Например, тип (EIDE, SCSI) и емкость (10-80 G) жесткого диска имеет смысл анализировать только в блочных системах, выпускаемых с ограниченной номенклатурой жестких дисков. Аналогично следует относиться к разрешению видеомонитора, обычным коммуникационным и сетевым интерфейсам (RS-232, Ethernet IEEE 802.3 и т.д.) и прочим компьютерным комплектующим и компьютерной периферии (CD-ROM, ZIP, DAT-накопители, тип процессора, объем оперативной памяти и т.п.). Как правило, все эти характеристики имеют смысл сравнивать только для систем, поставляемых в жестко заданных конфигурациях. Большинство же цифровых систем видеоконтроля выпускаются как в блочном, так и в так называемом ОЕМ-исполнении, т.е. допускают использование практически любых компьютерных комплектующих и РС-платформ, наиболее подходящих для каждой конкретной цифровой системы видеоконтроля, востребованной Заказчиком.

1.3 Анализ убытков и финансовых потерь в розничной торговле в супермаркетах

Согласно исследованию, проведённому агентством «Русский Фокус», цифра потерь, признаваемых российскими торговыми операторами составляет в среднем от 2% до 4% от физического оборота одного магазина сети [5]. Однако специалисты по безопасности считают такую оценку заниженной - если учесть потери со складов, при транспортировке от поставщика и все варианты потерь на кассе, то вполне могут получиться и все 4-7%, что в целом соответствует общемировой статистике.

Свести к нулю убытки от краж невозможно при любых затратах на охрану. Потери от воровства можно лишь минимизировать. Идеальным результатом минимизации считаются 0,1-1% от оборота [6].

Следует учитывать то, что по данным экспертов торговли 10,5% потерь прибыли предприятия происходит в результате краж со стороны персонала и кассиров, 10,1% - мошеннические действия персонала и кассиров, 20,4% - в результате сговора кассиров и персонала с покупателем-сообщником, 37,7% - в результате краж со стороны клиентов и 21,3% - в результате других нарушений. Анализ видов потерь предприятий торговли представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Виды потерь прибыли предприятий торговли в России согласно исследованию, проведённому агентством «Русский Фокус»

На современном высококонкурентном рынке розничных продаж, в котором бизнес достиг предельных возможностей в части ценовой конкуренции и удержания потребителей, существует также и другой более важный повод для беспокойства - обеспечение безопасности. Это становится понятным, если принять во внимание темпы роста преступности, в частности, вооруженных ограблений торговых галерей, ночных краж со взломом, нападений на сотрудников магазинов или случаев устных оскорблений, мошенничества и магазинных краж. Все эти преступления являются актуальными для сотрудников службы безопасности розничных магазинов и стоят на повестке дня у менеджеров, отвечающих за предотвращение потерь, связанных с правонарушениями.

"Проблемы, связанные с обеспечением безопасности, настойчиво требуют доказательства и демонстрации эффективности планов по управлению безопасностью в сфере розничных продаж", - заявил Бретт Бирч, представитель компании GE Industrial Security, которая занимает лидирующие позиции на рынке систем обеспечения безопасности [7].

Компании, занимающиеся розничной торговлей, акции которых котируются на фондовой бирже, должны увеличивать рентабельность при непрерывном снижении цен для покупателей. Они достигают этого благодаря повышению эффективности работы и благодаря тому, что тратят средства лишь на те статьи расходов, отдачу по которым можно измерить [7].

Ограниченность бюджетных расходов на безопасность в большей степени относится к организациям розничной торговли, чем к банковскому сектору или другим сходным с ним областям рынка.

По данным американских экспертов в области безопасности предприятий торговли, в 2007 году компании розничной торговли США потеряли 1,7% их суммарного ежегодного объема продаж, что в денежном выражении составляет примерно 31,1 млн. долларов; Европейские компании розничной торговли в 2009 году потеряли свыше 1,4% их суммарного ежегодного объема продаж, что составляет 30,7 млн. евро.

Результаты анализа финансовых потерь по данным американских экспертов в области безопасности предприятий торговли для регионов США, Европы, России [7], представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Результаты анализа финансовых потерь

Потери	США	Европа	Россия
Кражи сотрудников	48% (около $15 млрд.)	29%	44%
Магазинные кражи, совершаемые покупателями	32%	48%	29%
Административные ошибки или плохая организации документооборота	15%	16%	18%
Мошенничество поставщиков	5%	7%	9%

По мнению американских экспертов в области безопасности объектов торговли, процент использования различных систем для предотвращения потерь в США таков [7]:

- 25,8% - охранная сигнализация;

- 20,0% - видимые системы охранного телевидения;

- 13,9% - скрытые системы охранного телевидения;

- 13,9% - системы цифровой видеозаписи;

- 13,4% - специализированное программное обеспечение для кассовых терминалов;

- 8,1% - видимые муляжи систем охранного телевидения;

- 4,9% - системы охранного телевидения с интерфейсом для связи с кассовым терминалом.

Рисунок 1.2 - Процент использования различных систем безопасности для предотвращения потерь в области торговли в США согласно исследованию, проведённому американскими экспертами

Таким образом, видеонаблюдение эффективно снижает потери в розничной торговле.

По сравнению с 2007-2009 годами должно увеличиться на 39% применение систем цифровой видеозаписи, используемых для немедленного реагирования на совершаемые преступления. Также ожидается увеличение на 26% использования системы охранного телевидения с интерфейсом для связи с кассовым терминалом. На 22% возрастет использование специализированного программного обеспечения для торговых терминалов [7].

Главными целями для специалистов службы безопасности и менеджеров, занимающихся предотвращением потерь компаний розничной торговли, являются:

- увеличение коэффициента окупаемости инвестиций, сделанных в системы видеонаблюдения;

- недопущение ложных тревог;

- сокращение количества краж, совершаемых служащими с использованием своего служебного положения, и повышение общей эффективности круглосуточного хранения товара на складе;

- снижение расходов.

Комплексная система видеонаблюдения в большом супермаркете может стоить от 100 до 300 тысяч долларов США, поэтому сотрудники службы безопасности зачастую высказывают мнение о неэффективном вложении денег в такие системы, несмотря на большие убытки, вызванные вышеупомянутыми видами потерь. Главной причиной сложившейся ситуации является то, что затраты на восстановление потерь являются незначительными в сравнении с возможными потерями от разглашения фактов о совершении преступлений в компаниях розничной торговли. Опасаясь за свою репутацию, а также из-за неэффективности работы полиции или недостатка весомых доказательств, компании стараются не обращаться в полицию с заявлениями о преступлениях.

И хотя системы видеонаблюдения являются средством, сдерживающим различного рода преступления, тем не менее, руководители служб безопасности организаций розничной торговли обеспокоены тем, что они не получают полной отдачи от их инвестиций в системы видеонаблюдения.

Пока не существует однозначного решения, позволяющего улучшить коэффициент окупаемости инвестиций систем видеонаблюдения, но предложены ряд мер, которые могли бы способствовать тому, чтобы ситуация изменилась к лучшему. Эти меры, по мнению американских специалистов, таковы [7]:

- повышение качества видеоизображения;

- своевременность получения видеозаписи;

- легкая пересылка видеокадров для локального и дистанционного просмотра;

- использование видеонаблюдения для целей, не связанных с обеспечением безопасности.

Качество видеоизображения. Какой бы инновационной ни была система видеозаписи, чтобы быть действительно эффективной, передаваемое телекамерой видеоизображение должно быть высокого качества. Это достигается улучшением условий освещения, расположения телекамеры, качества телекамеры.

Своевременность получения записанной видеоинформации. Просмотр видеозаписей на кассете или цифровом носителе и поиск определенного события может потребовать много времени. Это важно, так как некоторые преступные действия трудно или даже невозможно отследить при наблюдении в реальном масштабе времени.

Разделенный просмотр изображений. Должна иметься возможность параллельной передачи видеоизображения для его дистанционного просмотра местной полицией.

Простой дистанционный доступ к видеоизображению. Сетевые технологии позволяют вам из любого места получить доступ к видеоданным, записанным или передающимся в реальном масштабе времени. IP-протокол позволяет использовать существующую сетевую инфраструктуру.

Системы видеонаблюдения могут быть использованы не только для целей обеспечения безопасности, но и для других целей, например:

- при отклонении надуманных судебных исков к компании;

- для отслеживания движения потока покупателей;

- при проектировании склада и планировании размещения товаров;

- для отслеживания длины очередей.

Другим преимуществом использования систем видеонаблюдения является возможность не только реагировать на правонарушения, но и предотвращать их [7].

1.4 Алгоритмы сжатия видеоизображения

В современных технологиях CCTV наметилась устойчивая тенденция к переходу на цифровое оборудование и сетевые системы видео наблюдения [8]. Согласно маркетинговым исследованиям, все большим спросом пользуются веб- камеры, цифровые видеорегистраторы, видеосерверы и другие цифровые устройства. Возрастающая популярность цифрового оборудования объясняется не только его высокой функциональностью и удобством хранения видеоинформации, но и реализованной в нем возможностью дистанционного видео наблюдения и управления как цифровой системой видео наблюдения в целом, так и отдельными ее составляющими.

Для удобства хранения и передачи по сети видеоизображение подвергают сжатию. Если локальная сеть, с которой работает цифровая система видео наблюдения, обеспечивает ограниченную полосу пропускания, то целесообразно сократить объем передаваемой информации, посылая меньшее количество кадров в секунду или снизив разрешение кадров. Используемые в цифровых системах видео наблюдения алгоритмы сжатия обеспечивают разумный компромисс между этими двумя решениями. Для получения оцифрованного потока с полосой пропускания 64 кбит - 2 Мбит (в такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных) применяются алгоритмы сжатия, основанные на дискретном косинусном преобразовании сигнала (JPEG, MJPEG, MPEG2, MPEG4, H.263), а также Wavelet и JPEG2000 [9]. Эти алгоритмы сжатия видео изображений служат для адаптации цифровых потоков к передаче по компьютерным сетям.

Практически все применяемые в видео наблюдении алгоритмы сжатия базируются на технологии сжатия с потерями (алгоритм сжатия JPEG 2000 имеет защищенное патентами приложение, которое осуществляет сжатие без потерь), когда после декомпрессии получить изображение первоначального качества практически невозможно. Однако устройство человеческого зрения таково, что при невысокой степени сжатия искажения на полученной картинке не влияют или мало влияют на восприятие. Было установлено, что любое изображение содержит в себе избыточную информацию, не воспринимаемую человеческим глазом. Эта избыточность вызвана сильными корреляционными связями между элементами изображения - изменения от пикселя к пикселю в пределах некоторого участка кадра можно считать несущественными. Кроме того, известно, что человеческий глаз более чувствителен к яркости картинки, чем к цветности. Этот эффект на начальном этапе компрессии используют практически все алгоритмы сжатия, и объем информации на этой стадии сокращается до 2 раз без потери качества картинки.

Существующие на сегодняшний день алгоритмы сжатия классифицируются по следующим параметрам.

Потоковые и статические алгоритмы сжатия [10].

Потоковые алгоритмы сжатия работают с последовательностями кадров, кодируя разностную информацию между опорными кадрами (алгоритмы сжатия семейства MPEG, алгоритм сжатия JPEG 2000), тогда как статические алгоритмы сжатия работают с каждым изображением в отдельности (алгоритмы сжатия JPEG и MJPEG).

Алгоритмы сжатия с потерями и без потерь данных [11].

Если получившееся после декомпрессии изображение полностью (с точностью до бита) идентично исходному, значит, используемый алгоритм сжатия осуществляет компрессию без потерь. В CCTV, как правило, используются алгоритмы сжатия с потерями данных. В зависимости от степени сжатия, различают:

Сжатие без заметных потерь с точки зрения восприятия. Как отмечалось выше, в силу своих физиологических особенностей человеческий глаз менее чувствителен к цветоразностной составляющей изображения, чем к яркостной. При невысоких коэффициентах компрессии алгоритмы сжатия дают картинку, которая воспринимается глазом как точная копия оригинала, тогда как данный алгоритм сжатия работает с потерями данных, и полученное после декомпрессии изображение не совпадает с исходным.

Сжатие с естественной потерей качества характеризуется появлением воспринимаемых глазом, но незначительных искажений изображения. Это проявляется в уменьшении детализации сцены, а алгоритмы сжатия, основанные на дискретном косинусном преобразовании, могут продуцировать незначительные блочные искажения картинки. Базирующиеся на вейвлет- преобразовании алгоритмы сжатия дают размытость вблизи резких границ, однако такие артефакты даже при довольно больших коэффициентах сжатия мало влияют на процесс зрительного восприятия картинки.

Сжатие с неестественной потерей качества характеризуется нарушением самой важной с точки зрения восприятия характеристики изображения - контуров. При высоких коэффициентах компрессии алгоритм сжатия JPEG вносит в картинку блочные искажения, которые сильно влияют на восприятие изображения человеческим глазом, в то время как алгоритмы сжатия, использующие вейвлет-преобразование, делают изображение «затуманенным», с размытыми контурами, не изменяя их формы. Поэтому алгоритмы сжатия типа Wavelet обеспечивают более высокие по сравнению с алгоритмом JPEG коэффициенты сжатия.

Основные характеристики наиболее распространенных алгоритмов сжатия представлены в таблице 1.2 [12].

Таблица 1.2 - Характеристики различных алгоритмов сжатия

Алгоритмы сжатия	Размер файла (цветной кадр с разрешением 720х576 пкс.)	Величина потока оцифрованного видео с параметрами 720х576 пкс. и 25 к/с.
JPEG	70 кб	14 Мбит/с
Wavelet	50 кб	10 Мбит/с
Motion Jpeg	25 кб	5 Мбит/с
MPEG-2	10 кб	2 Мбит/с
MPEG-4	5 кб	1 Мбит/с

цифровой видеонаблюдение алгоритм сжатие

2. Анализ и разработка структурной схемы системы видеонаблюдения

2.1 Оценка уязвимости объекта

Необходимо разработать систему видео наблюдения, которая должна контролировать действия людей в здании площадью 75*15=1125 м² и вне здания. План-схема супермаркета представлена на рисунке 2.1. На этом рисунке цифрами обозначены следующие помещения:

Рисунок 2.1 - План-схема супермаркета: 1. Складское помещение. 2. Служебный выход. 3. Подъезды жилого дома. 4. Туалет. 5. Комната отдыха персонала. 6. Окна. 7. Бухгалтерия. 8. Кабинет директора. 9. Комната охраны. 10. Несущие конструкции здания. 11. Прилавки супермаркета. 12. Двери. 13. Кассы (POS-терминалы 1 и 2). 14. Главный вход в супермаркет. 15. Сумочная. 16. Стеллажи склада.

Для того чтобы понять, как защищать охраняемый объект, необходимо оценить его уязвимость с точки зрения теории угроз. Это связано с тем что охраняемая собственность приносит прибыль, и противоправные действия людей, направленные на причинение материального ущерба должны фиксироваться моментально, а не спустя некоторое время, что, собственно и ведет к повышению стабильности работы предприятия и, в свою очередь, облегчает работу службы безопасности.

Попытаемся проанализировать угрозы со стороны злоумышленников, не рассматривая опасность стихийных бедствий, техногенных катастроф, случайных ошибок персонала и пр.

Угрозы объекту типа «супермаркет», связанные с деятельностью злоумышленников, можно разделить на четыре основных типа [13]:

- хищение товара или денежных средств персоналом торгового предприятия и/или поставщиков;

- хищение товара покупателями в торговом зале;

- противоправные действия посетителей вне торгового зала (на территории арендаторов, на автостоянке и т.п.);

- терроризм.

Рассмотрим каждый из 4х основных типов угроз.

1. Хищение товара или денежных средств персоналом торгового предприятия и/или поставщиков. Этот тип угроз заслуженно занимает первое место в нашем рейтинге. По данным специалистов различных розничных сетей, именно воровство персонала обеспечивает им от 30 до 70% нормативных потерь.

Существует множество способов, успешно освоенных нашими соотечественниками. Товар выносится в личных вещах и на теле, съедается на месте, отгружается ящиками с дебаркадера, приписывается количество поставленного товара, денежные суммы просто вынимаются из ящиков чужих кассовых аппаратов и т.п.

Однако, действительно крупные хищения могут происходить там, где персонал соприкасается с деньгами. Особой статьёй, формирующей большую долю потерь, являются различные типы мошенничества на кассе.

По данным агентства «Русский Фокус», именно на кассиров приходится больше половины хищений в магазине. Возможностей воспользоваться служебным положением открывается множество. Кассир не пробивает товар в сговоре с покупателем, не выдаёт покупателю чек и делает его отмену, как только покупатель расплатится и отойдёт от кассы, фальсифицирует код (например, вместо штрих-кода с бутылки коньяка считывает штрих-код с бутылки воды). Мама-кассир, к которой заглянула дочка, пробьет ей один батон колбасы вместо десяти, лежащих в корзинке. Кассирша симпатичная, охранник - молоденький, и недалеко до сговора, когда он ненадолго перестанет ее контролировать. А вот другое изобретение: к чеку покупателя добивается немного "сверху", два-три рубля. Немного, но часто. А в конце дня кассир накопившуюся сумму "оприходует", как бы покупая товар для себя. И таких вариантов ещё очень много.

2. Хищение товара покупателями в торговом зале.

В крупных магазинах Москвы за попытку украсть товар задерживают в среднем по 3 человека в день на магазин. В гипермаркетах эти цифры значительно выше.

Покупателей магазинов можно условно разделить на три категории: 10% из них готовы воровать в любой момент, 10% не пойдут на это ни при каких условиях, а 80% - колеблющиеся. Такова оценка западных специалистов в области безопасности. Получается, что ждать неприятностей приходится едва ли не от каждого.

Чаще всего воруют алкоголь, предметы гигиены, косметику, икру, кофе-чай, сопутствующие товары. Воры-любители из числа посетителей крадут в основном мелочь, оставленную без присмотра. По отношению к этим людям действует ключевой принцип: если человек видит возможность для кражи, а риск оказаться замеченным оценивает как небольшой - попытка последует наверняка.

Отдельный случай - карманники, которых магазин интересует не как место продажи товаров, а как место большого скопления людей (с кошельками и мобильными телефонами). Карманники наносят ущерб репутации магазина: едва ли однажды обворованного покупателя вновь потянет в магазин, где такое случилось, особенно в том случае, если видеозапись не позволяет различить лицо преступника и зафиксировать сам факт правонарушения.

3. Противоправные действия посетителей вне торгового зала.

В краткий перечень таких противоправных действий можно включить прямой грабёж небольших павильонов, принадлежащих арендаторам, вскрытие банкоматов, хулиганство и вандализм, а также угон автомобилей и воровство вещей из автомобилей на окружающей супермаркет стоянке.

4.Терроризм.

Проблема терроризма сейчас актуальна как никогда и не нуждается в подробном объяснении. Необходимо только отметить, что супермаркеты являются местами скопления большого количества людей и зачастую весьма заметными зданиями (особенно, гипермаркеты и торговые центры), что делает их вполне подходящими объектами террора

Таким образом, концепция безопасности торгового предприятия типа «супермаркет» предполагает обязательное наличие технических средств, позволяющих охране и службе безопасности контролировать ситуацию на объекте и предотвращать все возможные пути хищения материальных ценностей и иные противоправные действия [13].

Рассмотрим состав системы, обеспечивающей безопасность сотрудников и посетителей, а также предотвращение потерь торговых операторов [14].

Основой и обязательным элементом комплекса защиты супермаркета является система видеонаблюдения и видеорегистрации, дополненная системой видеоконтроля кассовых операций. В большинстве случаев необходимо также устанавливать систему контроля доступа (с автономными или объединёнными в сеть контроллерами) и рамки антикражевой системы.

В случае некруглосуточной работы объекта необходима также система охранной сигнализации.

Особняком стоят системы пожарной сигнализации, оповещения о пожаре и фоновой музыкальной трансляции, а также система пожаротушения, необходимость установки которых в комментариях не нуждается.

Однако, несмотря на множество участвующих в процессе систем связующим звеном, стержнем комплекса безопасности, без которого немыслимо эффективное функционирование службы охраны торгового предприятия, является система видеонаблюдения, регистрации и видеоконтроля кассовых операций.

2.2 Общая концепция безопасности для торгового предприятия типа «супермаркет»

Система видеонаблюдения решает задачу обеспечения видеоконтроля за наиболее важными участками. Чётко определённые место установки и зона обзора видеокамеры, преследуют конкретные цели, которые возможно представить в виде упрощённой таблицы 2.1 [14].

Таблица 2.1- Места установки и зоны обзора видеокамер в торговом зале

№	Зона обзора видеокамер	Цель	Кол-во (класс)
1	Вход в торговый зал	Точная фиксация лиц всех входящих	1 (цвет.)
2	Выход из магазина	Фиксация выходящих и контроль объектов (общий) возле входа	1 (цвет.)
3	Кассовый узел	Контроль кассовых операций	* (цвет)
4	Наиболее уязвимые отделы (участки) магазина	Общий контроль	** (цвет)
5	Панорама торгового зала	Общий контроль	** (цвет)
6	Предкассовое пространство	Наблюдение стоящих в кассу, защита от краж мелких предметов	1 (цвет)
7	Закассовое пространство, сумочная	Общий контроль	1 (цвет)
8	Производственные помещения (мясной цех и пр.)	Общий контроль, защита от воровства	** (ч/б, скрытая или в дымовом датчике)
9	Дебаркадер	Контроль погрузки-разгрузки	*** (цвет)
10	Коридоры подсобных помещений	Контроль присутствия (по детекции движения), общий контроль перемещений	** (ч/б, возможно скрытые)
11	Складские помещения (по необходимости, наиболее уязвимые)	Контроль присутствия (по детекции движения).	*** (ч/б, возможно скрытые)
12	Вход в главную кассу (денежное хранилище)	Общий контроль	1 (ч/б)
13	Помещение охраны (мониторная)	Контроль работы охраны	1 (ч/б, предпочтительно скрытая)
14	Внешний периметр магазина	Общий контроль, контроль автостоянок	** (ч/б, уличные)

* - соответствует количеству касс.

** - в зависимости от размера магазина.

*** - соответствует количеству мест разгрузки (ворот).

В зонах 1 - 7 предпочтительно использовать цветные видеокамеры так как визуальное восприятие «в цвете» позволяет сотрудникам службы безопасности решать поставленные задачи с максимальной оперативностью. Также цвет предпочтительнее в разрешении спорных ситуаций.

В зонах 7 - 14 используются чёрно-белые видеокамеры (за редким исключением цветные).

Для увеличения предупреждающего эффекта на участках, не охваченных системой, рекомендуется устанавливать муляжи видеокамер. В районе входа в торговый зал (в месте, удобном и для сотрудника службы безопасности) рекомендуется установить видеомонитор с постоянной трансляцией некоторых зон видеонаблюдения. Цель - дополнительный психологический фактор (предупреждение) и возможность оперативного контроля.

Изображение со всех камер должно выводится на систему цифрового видеонаблюдения. На экраны могут выводиться как все, так и лишь самые важные камеры. Отдельные камеры (например, контролирующая охранника) могут быть доступны только при просмотре записи для пользователя с высоким приоритетом пароля.

Видеоархив организуется на основе HDD, объединённых в RAID-массивы. Дополнительная возможность комплекса - удалённый доступ и контроль филиалов из центрального офиса сети магазинов или просто с рабочего места начальника СБ, находящегося в том же здании.

Для контроля действий кассира, на каждую кассу устанавливается прибор контроля кассовых операций, позволяющий замешивать текстовое отображение кассовой информации в видеосигнал с камеры, наблюдающей за этой кассой.

В тех случаях, где торговая система не располагает необходимыми для службы безопасности аналитическими возможностями, успешно применяется универсальный аналитический модуль, входящий в состав системы видеоконтроля кассовых операций.

Система видеонаблюдения и видеоконтроля кассовых операций решает задачу предотвращения потерь в торговле путём сведения риска ущерба от любого вида угроз до минимума.

Подсистема видеоконтроля кассовых операций, используя аналитические возможности торговых систем или собственный аналитический инструментарий и жёсткую доказательную базу, позволяет службе безопасности объекта выявлять и пресекать все возможные способы мошенничества на кассе.

Правильный выбор и расположение различных типов видеокамер в производственных и подсобных помещениях, на складах и дебаркадере, на служебном входе и т.п. позволяют избежать потерь от воровства персонала магазина.

Установка достаточного числа квалифицированно подобранных цветных видеокамер в сочетании с демонстрационным видеомонитором в торговом зале позволяет минимизировать попытки воровства со стороны покупателей и уличить преступников. Видеокамера, фиксирующая лица входящих в торговый зал даёт точную информацию правоохранительным органам и службе охраны, позволяющую идентифицировать преступника и задержать его при повторном посещении этого или другого магазина этой или иной сети.

Видеокамеры, установленные в прочих уязвимых зонах (банкоматы, ювелирные салоны, салоны связи и пр.), а также уличные, контролирующие подходы к зданию и автостоянку, призваны минимизировать ущерб от различных противоправных действий и содействовать расследованию происшествий (что, помимо прочего, создаёт положительный имидж магазина как безопасного места, а также соответствует требованиям правоохранительных органов).

Уличные камеры, а также видеокамеры, направленные на сумочные, центральный вход, обзорные камеры в зале, в том числе и контролирующие закассовое и предкассовое пространства с большим скоплением людей, служат и для предотвращения возможных террористических актов. Конечно, сама система без опытного оператора не способна отличить преступника от обычного покупателя, но с её помощью специалист легко разберётся в ситуации и сможет предпринять адекватные меры.

Подводя итог проведённому анализу, можно отметить, что правильно установленная и грамотно эксплуатируемая система видеонаблюдения и видеоконтроля кассовых операций решает задачу предотвращения потерь в торговле путём сведения риска ущерба от любого вида угроз до минимума.

В справедливости этого уже убедились службы безопасности нескольких торговых сетей и отдельных торговых домов, где путём установки совмещенной системы видеонаблюдения и видеоконтроля кассовых операций сотрудниками компании по безопасности удается снизить процент потерь от воровства персонала и посетителей с 3-5% до 0,3-0,5. При более тщательной эксплуатации системы и следованию всем рекомендациям специалистов этот процент может быть ещё снижен.

В случае же дополнения системы видеонаблюдения и видеоконтроля кассовых операций прочими элементами (системой контроля доступа, рамками защиты от краж и пр.) супермаркет может получить интегрированную систему безопасности, позволяющую владельцу абсолютно не беспокоиться о сохранности товара и денег, и сосредоточиться на том, чем он и собирался заниматься - на торговле.

2.3 Анализ основных параметров системы видеонаблюдения

Допустимые форматы видеокадров, которые используются при видеообработке и видеозаписи. Существует множество форматов, используемых современными цифровыми (компьютерными) системами видеоконтроля. Профессиональные цифровые системы, как правило, работают со всеми максимально допустимыми для цифровой обработки видеоформатами : 768х576, 720х576 и 768х288 [15]. Иногда, по совокупности остальных показателей, к профессиональным относят цифровые системы видеоконтроля, работающие с форматами 704х576, 640х512 и иногда 640х480 (в основном для зарубежных систем, обычно работающими с меньшими форматами, чем отечественные профессиональные цифровые системы видеоконтроля). Остальные обычно довольствуются разрешениями от 640х480 до 640х256, 384х288, 320х256, 320х240 и даже 192х144, 160х120, 80х60. С учетом так называемого Kell-фактора и известной пропорции телевизионного изображения - аспекта (3/4) [16], формат 384х288 (или аналогичные по количеству пикселов по горизонтали) соответствует разрешению около 250-280 телевизионных линий по горизонтали (качество VHS), а форматы 768х288 и 768х576 (или аналогичные) - разрешению 500-600 линий по горизонтали для черно-белого изображения и 300-400 - для цветного (качество S-VHS). Современные видеокамеры, как правило, имеют следующие форматы ПЗС-матриц: монохромные высокого разрешения - 782х582, 768х576, стандартного - 512х582, 512х576, цветные высокого разрешения - 752х582, стандартного - 500х582.

Поскольку в системах видеоконтроля, как правило, используются черно-белые видеокамеры высокого и стандартного разрешения, для профессиональных цифровых (компьютерных) систем видеоконтроля очень важны именно форматы 768х288 и 768х576 (или аналогичные им по количеству пикселей по горизонтали/вертикали), поскольку только они позволяют получать максимально информативные для последующей цифровой обработки видеокадры, с минимальной потерей исходного разрешения входного видеосигнала.

Метод и степень компрессии (сжатия) видеосигнала.

Как правило, в цифровых (компьютерных) системах видеоконтроля используются следующие методы компрессии (сжатия) видеоизображений: WAVELET-подобные (WL, DELTA-WL и т.д.), JPEG и M-JPEG/MPEG - подобные (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 и т.д.) [9]. При этом последние пришли или из обычной компьютерной техники сжатия статических изображений (JPEG), или позаимствованы из бытовой цифровой видеозаписи потокового видео (MPEG), что накладывает некоторые особенности на их использование в системах видеоконтроля. Дело в том, что JPEG очень плохо сжимает потоковое видео (видеопоследовательности), а M-JPEG/MPEG - подобные методы компрессии работают на основе так называемых опорных кадров и практически перестают работать при мультиплексировании видеосигналов, когда могут возникать задержки между отдельными видеокадрами до 100-200 мс и более, что соответствует скорости обработки до 5-10 FPS (frame per second, кадров/с). С другой стороны, M-JPEG/MPEG - подобные методы компрессии при больших степенях компрессии (32:1 и более) дают очень заметные искажения характерной формы (блоккинг-эффект, мозаичный эффект, искажения типа ступеньки и т.п.), что делает практически невозможным использование больших степеней компрессии для целей осуществления более компактной цифровой видеозаписи и организации оперативных видеоархивов большой емкости.

От этих недостатков почти свободны методы компрессии, которые базируются на WAVELET - преобразованиях, т.е. на так называемой математике "волновых всплесков". Здесь искажения, как правило, носят визуально менее выраженный характер, что очень плодотворно сказывается на качестве хорошо компрессированных видеокадров (т.е. на разрешении канала записи/воспроизведения). Иногда в цифровых системах видеоконтроля используются MPEG-подобные, оптимизированные по скорости, алгоритмы компрессии h.261 и h.263 (с модификациями h.261+, h.263+), в основном предназначенные для реализации видеоконференций и видеотелефонии по сетям ISDN, без особых требований к качеству сжатых видеокадров (это, кстати, делает их малопригодными в профессиональных системах видеоконтроля). По степени компрессии они занимают промежуточное положение между WAVELET и M-JPEG/MPEG и встречаются в цифровых системах видеоконтроля довольно редко.

Как правило, при одинаковых степенях сжатия WAVELET опережает по качеству методы компрессии на базе JPEG/MPEG, и, тем более, h.261 и h.263, а при одинаковом или сопоставимом качестве - имеет существенно меньший размер сжатого кадра: 1-3 Кбайт для WAVELET против 5-10 Кбайт для M-JPEG/MPEG. А это, как правило, соответствует степени компрессии (сжатия) для WAVELET от 10 до 100 раз (максимум - до 200 и даже в 300 раз), а для M-JPEG/MPEG - от 5 до 20 раз (максимум - до 50-70 раз). Следует также понимать, что степень компрессии принципиально не может иметь какого-то заранее заданного значения, т.к. очень сильно зависит от характера реальных видеоизображений (однородно белые стены внутри офиса сжимаются куда сильнее, чем осенняя листва деревьев или кустарников во всем ее цветовом многообразии и движении).

Некоторые системы используют модификации алгоритмов компрессии на основе так называемой "дельта-компрессии" (DELTA), которая за счет передачи лишь изменений между отдельными кадрами видеоизображений позволяет обеспечить дополнительную степень компрессии до 5:1 и выше (при различиях между смежными кадрами - до 20% и меньше), что может быть очень важно для передачи видеоизображений по низкоскоростным каналам связи (при скоростях от 9,6 до 56 Кбайт/с). Кстати, видеоизображения, записанные в форматах на базе стандартных JPEG/MPEG-преобразований, как правило, можно просмотреть любыми внешними программными средствами (стандартными просмотрщиками).

С этой стороны закрытые алгоритмы кодирования на базе WAVELET для средств обеспечения безопасности куда более предпочтительны, т.к. принципиально не позволяют получать свободный внешний доступ к видеоархиву (в этом случае для преобразования в формат AVI, например, надо использовать специальные конверторы). В последнее время в некоторых профессиональных цифровых системах видеоконтроля наметилась тенденция перехода на аппаратную поддержку компрессии WAVELET, что дает таким системам неоспоримые преимущества в повышении общего быстродействия и качества всей системы в сочетании с уменьшением требований к компьютерной платформе, в отличие от уже сравнительно давно используемой дорогой и не очень подходящей для систем видеоконтроля аппаратной компрессии MPEG.

Скорость обработки/записи немультиплексированных изображений.

Как правило, современные цифровые системы видеоконтроля обрабатывают немультиплексированные изображения со скоростью до 25 FPS [17]. Здесь и далее характеристики скорости обработки приведены для стандарта PAL, наиболее широко распространенного на отечественном рынке видеокамер. Скорость обработки 25 FPS соответствует качеству "живого видео" ("live-video"). К сожалению, для многих цифровых видеорегистраторов скорость приводится без указания формата обрабатываемых видеокадров (768х576, 768х288, 384х288 и т.д.) и их цветности (черно-белые или цветные). Именно отсюда очень много некорректностей в сравнении. Как правило, все характеристики цифровых систем видеоконтроля указываются для формата видеокадра 384х288 (или аналогичных форматов), а для многочисленных корейских систем - и того меньших форматов. Но отсутствие привязки скорости обработки/записи к формату и цветности видеокадра может привести к тому, что характеристики систем, обрабатывающих со скоростью 25 FPS кадры форматов 768х576 и 640х480, могут отличаться значительно [18]. Следует также понимать существенную разницу между скоростью обработки и записи, которые могут очень сильно отличаться друг от друга. На скорость записи очень влияет используемый алгоритм компрессии и способ ее реализации (программная или аппаратная).

...