Цифра – не самоцель. [Алгоритм безопасности №2, 2002]
© [Алгоритм безопасности №2, 2002, www.algoritm.org]
На сегодняшний день ситуацию на рынке с цифровым видео можно без преувеличения назвать «массовой атакой на потребителя по всем фронтам». И под влиянием таких массовых информационных обстрелов наш клиент нередко приходит в состояние полной растерянности. Он не знает почему, зачем именно ему нужна «цифра», а не «аналог», но уверен, что альтернативы нет. А если вдруг выясняется что его бюджет не способен осилить современную, как ему объяснили, систему, приходит в уныние и опускает руки.
Ведущая роль в нагнетании такой ситуации принадлежит, прежде всего, средствам массовой информации. Печатное слово, информация с телеэкрана способны не только влиять на, но и формировать мировоззрение своей аудитории. И это совершенно нормально. Весь вопрос заключается в том, что каждый конкретный читатель, телезритель и т.п. воспринял в качестве информации, а что пропустил мимо ушей (глаз). Цель настоящей статьи все та же, что и статьи предыдущего номера, а именно, призвать потребителя самостоятельно думать, анализировать, принимать решения и делать свой выбор, ибо ответственность за все ошибки, в конечном итоге, все равно лягут исключительно на него одного. Потому что безопасность, в ее полном понимании, не есть товар фирм рынка технических средств безопасности, и за Вашу безопасность они отвечать не собираются.
В прошлом номере мы говорили о компьютерных системах обработки видеосигнала; сейчас поговорим, в целом, о «цифре&кaquo; в видео, начиная с исходного момента – видеокамеры.
Прежде всего, то, что страницы специализированных журналов по безопасности, по техническим системам безопасности битком забиты статьями и рекламными модулями по «цифре&кaquo;, вовсе не означает, что цифровая система – единственно верная панацея именно для Вашего объекта. Основная причина этой информационной атаки раскрыта в предыдущем номере журнала – предложение на рынке превышает (и очень-очень существенно) спрос.
Нельзя делать выводы относительно пути развития рынка и на основании пути развития отдельной фирмы или фирм, даже, если эта фирма (или фирмы) активно процветают. Дело в том, что товары такой фирмы могут занимать узкую нишу потребительского рынка в целом, могут даже целиком заполнять эту нишу, и, имея намерение тоже «влезть&кaquo; в эту нишу, необходимо быть готовым к серьезной конкурентной борьбе, выходить на рынок с товаром, который заведомо превосходит имеющийся по ключевым параметрам. Именно такую картину имеем сейчас в нише «цифровые системы CCTV». Весь рынок потенциальных клиентов в нашей стране обеспечен (и не один раз) на сегодняшний день оборудованием, и фирмами-инсталляторами. Жесткая конкурентная борьба внутри ниши ведет, естественно, к активным рекламным кампаниям. В этих кампаниях усилия направлены как на цели привлечения действительно клиентов этой ниши именно к продукции своей фирмы, так и на расширения самой ниши (чтоб было «посвободнее дышать») за счет привлечения новых клиентов. И вот на путях достижения второй цели имеют место призывы всем и каждому – на всех объектах переходить исключительно на «цифру». Напомню, что рыночная цель фирм рынка технических средств – увеличение объема продаж, а вовсе не безопасность, как таковая, своих клиентов.
Причем довод более чем «убийственный» – цитирую дословно: «…Преимущества использования в видеоохранных комплексах цифровых систем по сравнению с аналоговыми уже известны, очевидны для всех и не будут обсуждаться…».
Ну что ж! Давайте обсудим мы!
Сам термин «видеоохранных» уже способен дезориентировать потребителя. Есть охранная система, включающая сложный комплекс организационных и технических мероприятий. К числу даже не мероприятий, а технических инструментов относится видеонаблюдение. Но само по себе оно ничего ни от кого не охраняет. И обратное заблуждение может иметь самые пагубные последствия.
Ни само видеонаблюдение, ни, тем более, «цифра» ни в одной системе охраны не являются самоцелью. Цель -обеспечить безопасность от предполагаемых рисков. На пути к этой цели встает ключевая задача выбора оптимального набора средств, с помощью которых цель может быть достигнута с максимальной эффективностью. Если сам по себе рынок технических средств для систем безопасности не является рынком ценовой конкуренции, то оптимальность выбора комплекса средств достижения целей безопасности может оцениваться исключительно в денежной исчислении.
Какой бы богатой ни была фирма или заказчик, настоль высоком уровне в ней не решались вопросы безопасности. Бюджет на любую систему охраны – это всегда совершенно конкретная и ограниченная величина. Этот бюджет может быть представлен в длительном временном интервале, быть очень большим, но всегда конечным. Естественно, конечен и бюджет на техническое оснащение, как подмножество общего бюджета на безопасность.
Вот в рамках этого бюджета необходимо сделать оптимальный выбор.
Весь перечень известных Вам систем и средств, укладывающийся в границы этого бюджета, образуют так называемый «воображаемый продукт», который Вы и начинаете примерять на свои задачи. Естественно, если Ваш бюджет на техническое оснащение ограничен суммой в %%EDITORCONTENT%%nbsp;10,000, то такие системы, как «DS 200», «DigiEye» вообще не попадают в воображаемый продукт. Но это не значит, что Ваша безопасность осталась без должной технической поддержки. И в то же время, если Вы имеете на техническое оснащение %%EDITORCONTENT%%nbsp;250,000, и остановили свой выбор именно на указанных системах, установив исключительно цифровые камеры, организовав разветвленную формационную сеть, это, в свою очередь, не означает, что система безопасности с применением этих технических средств построена оптимальным образом.
© БДИ (№4, 2000)
Главная задача построения технической системы – не применение самых последних разработок, не совершенное овладение новой техникой – это все производные от задачи, – главная задача – оптимальный выбор средств реализации полного перечня потребностей в ограниченных финансовых рамках.
В маркетинге различают два основных метода выбора товара: метод максимальной оценки и метод предельной оценки. Суть первого метода состоит в том, что все товары, попадающие под понятие воображаемого продукта, сравниваются по ключевым параметрам. Каждый параметр оценивается по любой относительной шкале в баллах (пяти-, десятибальной – кому как нравится). Далее каждому параметру присваивается коэффициент важности (актуальности), зависящий от той потребности, которую данный товар призван удовлетворить. По каждому параметру оценка умножается на коэффициент, а полученные результаты по каждому товару суммируются. В конечном итоге, выбирается товар с максимально общим результатом.
Суть второго метода заключается в том, что существует какой либо один или несколько параметров, имеющих заведомо известное минимально допустимое значение для решения поставленной задачи. Соответственно, все товары, имеющие значение этого параметра ниже этой величины, исключаются из перечня рассматриваемых. В дальнейшем из оставшихся можно сделать выбор методом максимальной оценки или выбрать товар с наибольшим значением актуального параметра. Опять таки, в зависимости от решаемой задачи. В любой «человеческой» системе охраны технические средства никогда широко не афишируются, зачастую структуры систем являются тайной. Поэтому вряд ли мотив самовыражения при выборе технических средств имеет место быть на нашем рынке; по крайней мере, для здравомыслящего человека, коих, к счастью, абсолютное большинство.
Чтобы анализировать ситуацию целесообразности применения цифровых видеокамер, полезно представлять, что же это такое.
Упрощенная принципиальная схема цифровой камеры представлена на рис.1.
Могут быть отдельные отличия для различных моделей, но принципиально цифровая видеокамера содержит в своем составе фактически законченную аналоговую видеокамеру (на рисунке аналоговая камера и все к ней относящееся выделено синим цветом).
С выхода ее получаем аналоговый видеосигнал. Далее начинается «цифра» (красный цвет на рисунке). В аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) происходит собственно преобразование аналогового видеосигнала в цифровой видеосигнал. Далее в кодере производится сжатие цифрового сигнала в один из стандартов сжатия – JPEG (для статических картинок), MPEG – 1, 2, 4, Wavelet… И далее в модуле интерфейса производится преобразование полученного цифрового потока в сигнал передачи по каналам связи в соответствии с общепринятыми стандартами: RS-485 – для передачи на ограниченные расстояния (до 2-х км без ретрансляции); RS-232 – для передачи через модем; Ethernet – для включения камеры в работу компьютерной сети, в дальнейшем, через сервер, возможна передача по всем каналам связи, по которым общается сервер (радио, оптоволоконные, спутниковые и т.п.); USB – короткий канал, до 3-х метров. Также возможен вывод на PCI-шину для непосредственного ввода изображения в компьютер.
Контроллер служит для управления составными частями. Грубо говоря, объединив синие и красные части нашего рисунка «в один флакон» получаем модное нынче слово «цифровая камера».
© БДИ (№4, 2000)
Что касается «одного флакона». Для целей нашего рынка такое объединение в общий корпус, даже если это позволит сократить в том или ином объеме аналоговую схему (такое возможно), считаю, по крайней мере, не рациональным (как объединение видеомагнитофона и телевизора в «видеодвойку»). Во-первых, требуемые в зависимости от конкретных задач в конкретной системе параметры «синей» и «красной» частей нашего рисунка никак не взаимосвязаны. «Синяя» часть – это и чувствительность, которая может отличаться в различных камерах в сотни и тысячи раз, это и разрешающая способность, и объектив – АРД или с фиксированной диафрагмой. Это, в конце концов, цветная или черно-белая камера. В общем, все те отличия, из которых приходится выбирать при построении системы в привычном аналоговом варианте. «Красная» часть зависит от того, в каком виде (интерфейс) необходимо получить сигнал на выходе из камеры (или на входе в систему), что мы собираемся с ним делать в дальнейшем. И в каких пропорциях прикажете эти все параметры соотносить в одном изделии? Или делать «все по максимуму»? Тогда, даже если мы в состоянии оплатить такую камеру, основная масса наших выплаченных денег окажется «выброшенной на ветер», ибо нам в конкретной задаче нужны совершенно конкретные ограниченные параметры; в реальной системе будет задействован, скорее всего, только один интерфейс.
Именно такую картину наблюдаем на рынке цифровых фотоаппаратов. Это либо совершенно примитивный, с точки зрения классики фотографии, аппарат, как по функциям, так и по возможностям, хотя «цифра» делает его по цене сравнимым с отличным профессиональным «Никоном». Либо – «все самое-самое», делающего его по цене сравнимым с автомобилем.
Как вариант, есть модели, где «красная» часть выполнена сменными модулями, вставляемыми в корпус камеры, но все равно остается проблема с выбором параметров «синей» части, для которой необходимо преобразование видеосигнала в «цифру».
Во-вторых, в наших системах камера находится «на передовой», и цифровая камера «в одном флаконе» – большой соблазн для хищения, в домашнем хозяйстве пригодится безотносительно к задачам охраны.
В-третьих, входной видеосигнал для цифрового модуля может не обязательно быть сигналом от какой-то конкретной камеры; это может быть некий групповой сигнал, выходной аналоговый сигнал с какой-то коммутационной аппаратуры.
Цифровая камера в едином корпусе, думается, пришла на наш рынок с другого, для которого была изначально создана, исходя исключительно из соображений экономической выгоды. Даже не видео, а фотокамера. Речь идет об издательском рынке. Действительно, для того, чтобы поместить фотографию в журнал, необходимо было взять слайд, а если была только фотография, то сделать с нее слайд, просканировать его с высоким разрешением, перевести изображение в каком-нибудь редакторском пакете на компьютер. С учетом всех суммарных затрат на такой процесс, наличие цифровой камеры, позволяющей сразу перейти от оригинала к его изображению в необходимом формате на компьютере, применение цифровой камеры полностью оправдано. И цена на такой товар сформировалась, исходя из выгоды его применения. Ну а поскольку сам оригинал может находиться отнюдь не в студии, в самых произвольных окружающих условиях, вся аппаратура должна иметь максимально компактный вид, быть единым изделием.
Говоря о приоритетной роли конечной задачи в выборе средств, попутно заметим, что если Вы не занимаетесь профессионально издательской деятельностью, а просто хотите сделать цветную фотографию любимой девушки и повесить ее на стену (или послать на фотоконкурс), то выбор цифровой камеры для такой задачи очень далек от оптимального. Вместо покупки самого примитивного цифрового аппарата за 15-25 тыс. руб., да еще с пластмассовой оптикой Вы за те же деньги можете приобрести шикарный «Nikon» или «Canon» и сделать фотографию очень высокого качества, по крайней мере, несравнимого с качеством цифрового изображения в тех же ценовых рамках.
Что же касается таких задач, как обнаружение движения, распознавание образа и им подобных, то для стационарных систем обработка сигнала под задачи видеонаблюдения должна производиться исключительно в посту приема, ибо задачи одного канала видеонаблюдения даже в одной системе, как правило, отличаются от задач другого, не говоря уже о разных системах. Появился даже термин «интеллектуальная камера». Система с несколькими разнесенными «интеллектуальными камерами» лично у меня ассоциируются с этаким Змеем Горынычем о множестве головах, каждая из которых «гнет свое». Нет уж, интеллект в системе должен быть один. И крайне желательно, чтобы это был человеческий интеллект, а любое техническое средство – источник информации для принятия решения этим интеллектом.
Что реально способна дать цифровая камера в системах видеоконтроля?
Относительно разрешающей способности. Как видно из принципиальной схемы, на входе цифровой камеры находится фактически аналоговая камера, тот же объектив, та же матрица, которая и определяет разрешающую способность. Что матрица способна дать, такое разрешение и получим, а о какой камере – аналоговой или цифровой – идет речь, совершенно неважно. Что действительно имеет место быть – наличие в цифровой камере (как правило) дополнительной коррекции четкости. Кстати, такую схему может иметь и аналоговая камера. Визуально, за счет повышения контраста в деталях, изображение воспринимается, как изображение с высоким разрешением, хотя, на самом деле, на степени идентификации объекта наблюдения это никак не скажется (все равно при размере поля по горизонтали в 10 м Вы номер автомобиля не прочтете). В какой мере повышенная четкость изображения актуальна для Вашей задачи, стоит ли тратить на нее отдельные (сравнительно немалые) деньги – решать Вам. Зато вполне вероятно, что на средства необдуманной «оцифровки» можно было бы вместо каждой одной цифровой камеры установить две аналоговые (удвоить количество камер системы), что в два раза бы повысило распознаваемость наблюдаемых объектов. А теперь о действительно бесспорных преимуществах «цифры» и ситуациях, в которых эти преимущества выступают ключевыми моментами. Вернемся к рис.1. Давайте мысленно будем удалять «красную» часть от «синей» (не случайно на схеме они состыкованы через разъем). Камера установлена на объекте на штатном месте, а удаляя весь цифровой модуль, в конце концов перетаскиваем его на противоположный конец, т.е. в пост приема. Между непосредственно камерой и этим модулем находится линия передачи аналогового видеосигнала. А цифровой модуль устанавливаем непосредственно в компьютер или иную цифровую аппаратуру приема и обработки – квадраторы, мультиплексоры, цифровые регистраторы, цифровые детекторы движения и т.п., которые, строго говоря, также являются компьютерами, только с жестко «зашитым» ПО и строго ограниченными функциями. Объединили необходимое количество таких модулей воедино, и получили… плату ввода аналоговых видеосигналов в компьютер, с которой и начинается любая компьютерная система приема и обработки аналоговых видеосигналов. А если воспринимать в такой системе этот цифровой модуль как принадлежность камеры, можно считать, что имеем систему с цифровыми камерами, просто разнесенными в пространстве. Если в линии передачи аналогового видеосигнала от аналогового модуля к АЦП никаких потерь и искажений видеосигнала не происходит, такая разнесенная схема ничем не отличается от понятия «цифровая камера». И ключевое звено всей системы – именно эта линия видеосигнала. На какое максимальное расстояние и каким образом можно передавать аналоговый видеосигнал, чтобы иметь возможность пользоваться всеми «цифровыми благами». Этот вопрос мы рассмотрим подробно в отдельной статье. В реальности (без «особой головной боли») на 3-4 км можно. Далее потери неизбежны, хотя визуально могут быть и не слишком заметны. Делали мы, эксперимента ради, на 8,5 км. Цифровая аппаратура работала, хотя разрешение заметно терялось.
Замечу, что, несмотря на «…очевидность преимуществ цифровых CCTV камер…», после демонстрации передачи на 8,5 км на выставке, мы стали получать заказы на аналоговую передачу на 6-7,5 км, хотя сами всячески пытались объяснить заказчику неизбежность потерь сигнала на таких дальностях, необходимость высококвалифицированных наладочных работ, очень большую зависимость самой возможности такой передачи от постоянства параметров кабельной линии. Пытались изменить решение клиента в пользу цифровой передачи, однако, факты показали, что и на таких дальностях рынку предпочтительней аналог, хотя сами мы такую уверенность не разделяем. Очевидно, объясняется это «сыростью» массовой аппаратуры приема (в составе компьютера), которая доступна по цене, и непомерным финансовым бременем, а также отсутствием должной технической поддержки при переходе на импортную технику.
Итак, более чем на 3-4 км наш цифровой модуль уводить от камеры не будем. Если дальность передачи больше, перетащим его обратно к камере, и передавать уже будем не аналоговый, а цифровой сигнал.
В каком стандарте интерфейса необходимо иметь сигнал на выходе цифровой камеры, опять-таки зависит от задачи, какими линиями связи располагаем, какие допустимые ограничения существуют. Ограничения будут всегда. Наибольшие ограничения вносит имеющаяся линия связи. Например, для RS-232 при передаче через модем по выделенной линии скорость передачи не может превышать 115 Кбит/сек, что будет соответствовать частоте обновления видеоинформации не более 2 кадров/сек на полноэкранном формате (это при условии, что по линии передается один видеосигнал). При передаче по выделенной линии на 10 км посредством Ethernet модема скорость может быть до 2 Мбит/сек; частота обновления для одного видеосигнала – 15 кадров/сек. Оптоволоконные модемы обеспечивают скорость уже в сотни Мбит/сек.
Бороться за «реальное время» на удаленностях в десятки километров смысла особого нет, все равно время реагирования несопоставимо с частотой обновления видеоинформации. Честно говоря, организовывать собственные многокилометровые линии исключительно в целях видеонаблюдения мало кто берется; по крайней мере, мы с такими случаями лично не знакомы. Основное же достоинство цифровой схемы передачи, прежде всего, возможность «затолкнуть» в общую информационную сеть и передавать в этой сети в том числе и видеоинформацию. Существующие сети могут включать и высокоскоростные радиомодемы, и спутниковые каналы. Ну, и конечно, самая «бытовая» задача – по телефонным каналам связи.
На рисунке схема заканчивается интерфейсом. Модем считаем принадлежностью канала связи (модем – линия – модем).
Непосредственно с цифровой камеры сигнал в том или ином стандарте интерфейса можно передавать на цифровую же аппаратуру приема, поддерживающую этот стандарт. Если в качестве аппаратуры приема используется компьютер, сигнал с камеры по каналу связи может быть подан непосредственно на него.
О «за» и «против» в системах обработки на компьютере мы говорили в предыдущем номере журнала. Если Ваша задача попадает под «компьютерную», можете так и поступить. Лично у меня в отношении такой «прямой» подачи сигнала, когда применение компьютера объективно оправдано, есть только одно опасение -сколь долго конкретный стандарт интерфейса сохранит свою актуальность? Ведь еще 5 лет назад платы ввода в компьютер делались под DOS. И кто сейчас сможет с ними работать? А если система строится во временном интервале в 4-5 лет (ситуация абсолютно реальная)? Слишком «скоропортящийся» товар – программное обеспечение. И не явится ли преднамеренная смена стандарта каким-либо производителем оборудования по прошествии определенного времени следствием целенаправленной политики стимулирования повторных продаж (с чем уже приходилось сталкиваться, в частности, на аппаратуре телеметрического управления фирмы Panasonic).
На сегодняшний день видеосигнал -гораздо более устойчивый во времени стандарт, хотя бы потому, что слишком много сфер нашей деятельности успел охватить. В этом стандарте гораздо шире поле выбора средств построения. Любая система цифрового спутникового телевидения в конечном итоге после всех конвертеров и ресиверов заканчивается видеосигналом для подключения самого обычного телевизора, иначе такая аппаратура не имела бы столь широкого потребительского рынка.
А посему имеет смысл при построении канала наблюдения на базе цифровой камеры предусмотреть возможность обратного преобразования.
Принципиальная схема такого преобразования представлена на рис.2
В таком полном комплекте фактически получили аналоговую камеру плюс аппаратуру передачи по цифровым каналам связи.
А надо Вам совмещать камеру и цифровой модуль в «один флакон» или нет, решайте сами.
Наличие на выходе всей системы аналогового видеосигнала позволит стыковать такой канал наблюдения с любой стандартной аппаратурой приема и обработки. Реальная система вполне может содержать в своем составе «разнородные» каналы – как аналоговые, так и цифровые, которые в конечном итоге должны быть увязаны общей аппаратурой обработки.
Теперь проанализируем место цифровой камеры на рынке.
Вернемся от техники к маркетингу.
На сегодняшний день и в нынешних ценовых уровнях при выборе оптимального решения с применением метода максимальной оценки (см. выше), для реальных массовых объектов нашего рынка цифровая камера проигрывает. Нет смысла платить за те преимущества, которые никак не проявятся при оснащении магазина, склада, завода, стадиона и т.д. На сумму переплаты целесообразнее установить дополнительные аналоговые камеры или принять дополнительные меры безопасности (завести в охране собаку), которые действительно повысят эффективность охраны.
В то же время, при наличии предельных параметров, коим является передача видеосигнала на расстояния ~ 4-5 и более километров (вплоть до другого континента) отсутствует какая-либо разумная альтернатива передачи видеосигнала кроме, как в цифровом виде по цифровым каналам связи. Работает исключительно метод предельной оценки. Ставя такую задачу, необходимо четко представлять стоимость решения и реальные возможности конкретного воплощения (если у Вас «самая – самая» камера, вовсе не значит, что на другом конце линии получите «самое-самое» изображение). Соответственно, сопоставлять стоимость решения с выгодой от его реализации.
Делаем выводы:
- на сегодняшний день цифровая камера в том или ином понимании остается существенно дороже аналоговой, т.к. включает в себя аналоговую камеру практически в законченном виде плюс некий цифровой модуль;
- повышенная четкость изображения (не разрешение) цифровой камеры существенно не влияет на эффективность системы видеоконтроя для целей безопасности, и поэтому в данных ценовых условиях предпочтение к цифровой камере ради этого параметра не является экономически целесообразным;
- в условиях возможности передачи аналогового сигнала без потерь и искажений построение системы видеоконтроля на базе аналоговых видеокамер нисколько не проигрывает по потребительским параметрам в сравнении с цифровыми, соответственно, экономическая эффективность таких систем выше;
- передачу видеосигнала на дальние (как правило, свыше 4-5 км) и сверхдальние (вплоть до передачи между континентами), передачу по общим информационным сетям целесообразно осуществлять только в цифровом виде. Но это скорее – задачи глобального администрирования, нежели задачи безопасности. Реальное соотношение продаж по рынку цифровых камер и камер аналоговых такое же, как соотношение задач сверхдальней передачи видеосигнала к передачи обычной. Ну, может быть чуточку больше за счет жертв рекламы и незначительного процента продаж, продиктованных снобизмом покупателя.
Нужно и полезно ли видеонаблюдение в каждом магазине? На каждом заводе? На складе? И т.д., и т.п. Бесспорно. Можно ли построить локальные системы таких объектов на базе аналоговых камер? Конечно! Эффективность вложений в организацию таких систем на базе аналоговых камер существенно выше, чем цифровых. А много ли таких объектов, из имеющихся на потенциальном рынке, на сегодняшний день полностью оснащено? Так что снижения темпов роста рынка аналоговых камер в обозримом будущем ждать не следует.
Таким образом, видеокамеры цифровые и аналоговые занимают совершенно разные ниши потребительского рынка, и на сегодняшний день практически не конкурируют между собой (никогда автомат Калашникова не вытеснит с рынка гладкоствольное ружье, как не произойдет и обратного, ибо эти изделия предназначены для совершенно разных задач, для разных потребительских рынков).
А поставщикам, разработчикам, производителям цифровых видеокамер, подавая информацию на рынок о предлагаемых товарах, следует говорить не о камерах вообще, а в привязке к тем задачам, которые могут быть эффективно реализованы на базе данного оборудования.
Ведь потребителя интересует в гораздо меньшей степени разрешение, чувствительность и даже цена; в первую очередь интересует, что он с этого будет иметь?
А. Попов
000 «Тахион»
Публикации и техническую документацию можно найти в разделе библиотека