СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ РЕГИСТРАЦИИ ВИДЕОИЗОБРАЖЕНИЯ

Полезная модель относится к системам цифровой записи видеоинформации, поступающей от аналоговых камер в компьютер. Полезная модель может быть использовано в составе систем видеонаблюдения различного назначения, например, наблюдение за всевозможными процессами (природные, промышленно-технологические, учебно-образовательные), для обеспечения безопасности на дорогах, в финансовых, торговых объектах, в жилых помещениях и т.д.
Известна интеллектуальная система видеонаблюдения «Видео IQ7» компании «IТУ» (Проспект «Видео IQ7. Интеллектуальная цифровая система видеонаблюдения», «ITV. Интеллект. Технологии. Видео». - М.: 2007. - 17 с., htpp://), которая преимущественно предназначена для использования цифровых видеокамер, а для обслуживания аналоговых камер применяется ряд плат видеозахвата (например, модели WS6, FS8, FS16 PCI Express), обеспечивающих оцифровку аналоговой видеоинформации. В программном обеспечении системы применен один из наиболее эффективных алгоритмов сжатия видеоинформации «Motion Wavelet», разработанный компанией «ITV» специально для потребностей охранного телевидения (в частности; обеспечивающий архивирование видеоинформации на машинные носители и передачу ее по сети с минимальными затратами ресурсов памяти и времени). Определяющим недостатком данной системы является ее относительно высокая стоимость.
Также известны системы цифровой регистрации изображения от аналоговых видеокамер основанные на использовании цифровых видеорегистраторов «Kerberos KDVR-2000» южно-корейской фирмы «Q-Tum» (дистрибъютор в России Группа «ЭЛИКИС. Системы безопасности и связи», ), «Dynamite CCTV» одноименной компании () и «DX-TL5000E» компании «Mitsubishi Electric» (). Данные видеорегистраторы предназначены, в основном, для обеспечения систем охранного телевидения, а для систем видеонаблюдения различного назначения являются, зачастую, избыточными по функциональным возможностям. Кроме этого, недостатками систем на базе данных видеорегистраторов является реализация, как правило, всего лишь одного алгоритма сжатия, трудности с адаптацией и сопровождением фирменного программного обеспечения под изменяющиеся нужды пользователей и высокая стоимость.
Известен охранно-регистрирующий комплекс стационарных объектов (Патент РФ на полезную модель №66575, МПК: G08B 13/196, Патентообладатель: Общество с Ограниченной Ответственностью «Дизайн-экскорт»), содержащий не менее одной видеокамеры, несущей информацию о контролируемом объекте, охранные датчики, отличающийся тем, что содержит входной интерфейс видеосигнала, центральный процессор, оперативную память, носитель информации, причем охранные датчики подключены к входному интерфейсу, выполненному с возможностью передачи информации под управлением процессора в оперативную память, а с нее - на постоянный носитель. В комплексе могут использоваться как цифровые видеокамеры, так и аналоговые видеокамеры с преобразователем аналогового сигнала, причем видеокамеры подключены к преобразователю аналогового сигнала, выполненному с возможностью оцифровки и сжатия информации, и передачи ее под управлением процессора в оперативную память. Недостатками данного комплекса являются ограниченные возможности масштабирования и отсутствие возможности оперативной передачи больших объемов видеоинформации (объем передаваемой информации ограничен пропускной способностью беспроводного Wi-Fi - интерфейса и значением максимального размера MMS-сообщений у операторов сотовой связи).
Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемой полезной модели, является система цифровой записи видеоизображения (Патент РФ на полезную модель №38984, МПК 7: G08B 13/196, Патентообладатель: Закрытое акционерное общество “Волгаспецремстрой”). Данная система цифровой записи видеоизображения, содержащая, по меньшей мере, одну аналоговую и одну цифровую видеокамеры, причем, аналоговые видеокамеры подключены к компьютеру через плату видеоввода, которая содержит декодеры, аналого-цифровые преобразователи и устройства управления, число которых соответствует количеству аналоговых видеокамер, и мультиплексор; выходы аналоговых видеокамер подключены к входам мультиплексора, выходы мультиплексора через последовательно соединенные декодеры и аналого-цифровые преобразователи подключены к входу компьютера, выходы декодеров через устройства управления соединены с входами аналого-цифровых преобразователей. Кроме этого, в компьютере установлена компьютерная программа сжатия, обеспечивающая сжатие видеоинформации.
Основными недостатками системы цифровой записи видеоизображения по прототипу является:
- отсутствие возможности выполнения автоматического усиления ослабленного аналогового сигнала от видеокамер, поступающего на вход платы видеоввода, например, по длинной линии, для исключения потери качества (или даже полного исчезновения) изображения;
- отсутствие защиты от выхода из строя платы видеоввода целиком при попадания в электрические цепи, соединяющие аналоговые видеокамеры с входными каскадами мультиплексора, повышенного напряжения (по разнообразным причинам: повреждение кабеля, пробой изоляции блока питания видеокамеры, импульсно-коммутационные перенапряжения, электромагнитные наводки);
- отсутствие возможности управления полем зрения видеокамеры, имеющей механизм поворота;
- отсутствие возможности получения и обработки сигналов тревоги;
- отсутствие возможности записи аудиоинформации, синхронизированной с видео;
- отсутствие возможности выявления факта зависания операционной системы компьютера и, как следствие, прекращения функционирования системы регистрации в целом с целью выполнения операций по восстановлению работоспособности;
Кроме этого, недостатками системы является:
- отсутствие возможности изменения приоритетов и разрешения кадра вводимого изображения, получаемого от аналоговых видеокамер, в зависимости от разнообразных потребностей пользователя;
- возможность использования (просмотр, анализ и т.д.) записанной видеоинформации только на мониторе компьютера, входящего в состав системы цифровой записи видеоизображения, то есть, в системе не предусмотрена возможность передачи видеоинформации удаленным пользователям.
Целью полезной модели является расширение функциональных возможностей системы, заключающееся: в обеспечении возможности автоматического усиления аналогового сигнала, поступающего от видеокамер; в реализации защиты от выхода из строя платы видеоввода целиком при нарушении нормального состояния входных цепей, в предоставление возможности управлять полем обзора видеокамер, снабженных поворотными механизмами; в обеспечении возможности опрашивать датчики тревоги и выполнять запись аудиоинформации, синхронизированной с видеоизображением получаемым от видеокамеры; в обеспечении возможности масштабирования системы регистрации от нескольких единиц до практически неограниченно числа записываемых каналов видеоизображения и передачи удаленным пользователям аудио/видеоинформации с требуемым качеством и сжатой в доступный для них формат.
Компьютеры, обеспечивающие запись и передачу по сети видеоинформации, в Современной технической литературе, как правило, называются видеосерверами, поэтому авторы используют в заявке термин: «видеосервер» вместо «компьютер», как в прототипе.
В соответствие с «Википедией - свободной энциклопедией» (см. ): термин «декодер» - в общем случае это некоторое звено, которое преобразует информацию из внешнего вида в вид, применяемый внутри узла. В телевизионной технике это устройство, преобразующее полный видеосигнал в RGB-сигнал (то есть комплексный сигнал, состоящий из трех, отдельно по каждому базовому цвету). А термин «мультиплексор»: в телекоммуникациях - устройство или программа, позволяющая передавать по одной коммуникационной линии или каналу передачи с разделением во времени несколько различных потоков данных; в электронике - компонент, который подключает одну из нескольких входных линий к единичной выходной линии с помощью цифровой команды, называемой адресом.
Авторы используют в заявке эти термины в интерпретации «Википедии». Поставленная цель достигается тем, что в систему цифровой регистрации видеоизображения, состоящую из видеосервера с установленной программой сжатия видеоинформации, первой, второй,… и «n-й» аналоговой видеокамеры, платы видеоввода, включающей первый, второй,… и «k-й» аналого-цифровые преобразователи, мультиплексор, декодеры и устройства управления, число которых соответствует количеству аналоговых видеокамер, причем первый, второй,… и «k-й» выходы мультиплексора через соответственно первый, второй,… и «k-й» декодер подключены к первому входу первого, второго,… и «k-ого» аналого-цифрового преобразователя, а выход первого, второго,… и «k-го декодера подключен через устройство управления ко второму входу соответствующего первого, второго,… и «k-го» аналого-цифрового преобразователя, введены вычислительная сеть, сетевой адаптер, поворотный механизм для аналоговой видеокамеры, датчик тревоги, микрофон и индикатор состояния видеосервера, а в плату видеоввода введены контроллер шины информационного обмена, блок буферных усилителей сигнала видеокамер, блок реле, блок приема контрольных сигналов, аудиомодуль и сторожевой таймер «WatchDog Timer», причем выходы первой, второй и… «n-й» аналоговой видеокамеры через блок буферных усилителей сигнала видеокамер подключены соответственно к первому, второму… и «n-му» входу мультиплексора, а выходы первого, второго и «k-го» аналого-цифрового преобразователя подключены соответственно к первому, второму и «k-му» входу контроллера шины информационного обмена, первый выход которого подключен к первому входу видеосервера, а второй выход контроллера шины информационного обмена подключен к управляющему входу мультиплексора, третий - через блок реле к поворотному механизму для аналоговой видеокамеры, к «k+1-му» входу контроллера шины информационного обмена подключен выход видеосервера, к «k+2-му» - через блок приема контрольных сигналов датчик тревоги, к «k+3-му» - через аудиомодуль микрофон, а вход-выход контроллера шины информационного обмена подключен к сторожевому таймеру «WatchDog Timer», первый выход которого соединен с индикатором состояния видеосервера, второй - со вторым входом видеосервера, вход-выход которого через сетевой адаптер подключен к вычислительной сети, причем видеосервер выполнен с возможностью обеспечения одновременного функционирования нескольких плат видеоввода, с возможностью управления платой видеоввода для изменения приоритетов обработки каждого канала видеоизображения и разрешения «формата кадра», которое будет использоваться при оцифровке и с возможностью предоставления пользователю выбора алгоритма сжатия цифровой видеоинформации и передачи пользователям видеоинформации, сжатой с помощью выбранного ими алгоритма, через сетевой адаптер по вычислительной сети (корпоративная локально-вычислительная сеть или глобальная сеть Internet).
На фиг.1 представлена функционально-структурная схема системы цифровой регистрации изображения.
Сущность полезной модели состоит в том, что в предлагаемой системе цифровой регистрации изображения использована плата видеоввода, обладающая широкими функциональными возможностями, и, в частности, обеспечивающая автоматическое усиление сигнала, вводимого от аналоговой видеокамеры, защиту платы видеоввода от выхода из строя целиком при повышении напряжения во входных цепях, возможность задания приоритетов обработки каждого канала видеоизображения и разрешения кадра, которое будет использоваться при оцифровке, управление полем обзора поворотной видеокамеры, ввод сигналов тревоги и аудиоинформации синхронизированной с видеоинформацией, а также повышенную отказоустойчивость. Помимо этого, система обладает практически неограниченной масштабируемостью и обеспечивает возможность передачи удаленным пользователям аудио/видеоинформации с требуемым качеством и сжатой в доступный для них формат.
Согласно фиг.1 система цифровой регистрации видеоизображения включает видеосервер 1, плату видеоввода 2, контроллер шины информационного обмена 3, первый 4, второй 11,… и «k-й» 16 аналого-цифровой преобразователь, первый 5, второй 12,… и «k-й» 17 декодер, мультиплексор 6, блок буферных усилителей сигнала видеокамер 7, первую 8, вторую 13,… и «n-ю» 18 аналоговую видеокамеру, первое 9, второе 15,… и «k-e» 19 устройство управления, сетевой адаптер 10, вычислительную сеть 14, блок реле 20, поворотный механизм для аналоговой видеокамеры 21, блок приема контрольных сигналов 22, датчик тревоги 23, аудиомодуль 24, микрофон 25, сторожевой таймер «WatchDog Timer» 26 и индикатор состояния видеосервера 27.
Выходы первой 8, второй 13,… и «n-й» 18 аналоговой видеокамеры через блок буферных усилителей сигнала видеокамер 7 подключены соответственно к первому, второму,… и «n-му» входу мультиплексора 6, первый, второй,… и «k-й» выходы мультиплексора 6 через последовательно соединенные первый 5, второй 12,… и «k-й» 17 декодер и первый 4, второй 11,… и «k-й» 16 аналого-цифровой преобразователь подключены соответственно к первому, второму,… и «k-му» входу контроллера шины информационного обмена 3, первый выход контроллера шины информационного обмена подключен к первому входу видеосервера 1, второй - к управляющему входу мультиплексора 6, третий - через блок реле 20 к поворотному механизму для аналоговой видеокамеры 21, к «k+1-му» входу контроллера шины информационного обмена 3 подключен выход видеосервера 1, к «k+2-му» - через блок приема контрольных сигналов 22 датчик тревоги 23, к «k+3-му» - через аудиомодуль 24 микрофон 25, вход-выход контроллера шины информационного обмена 3 подключен к сторожевому таймеру «WatchDog Timer» 26, первый выход которого соединен с индикатором состояния видеосервера 27, второй - со вторым входом видеосервера 1, вход-выход видеосервера 1 через сетевой адаптер 10 подключен к вычислительной сети 14.
Предлагаемая система работает следующим образом.
После включения электропитания видеосервера 1 и необходимого количества аналоговых видеокамер, аналоговые сигналы от них, поступают на блок буферных усилителей сигнала видеокамер 7, который предназначен для автоматического усиления аналогового сигнала от видеокамер до уровня, обеспечивающего каналу преобразования уверенную оцифровку с требуемым качеством. Кроме этого, блок буферных усилителей сигнала видеокамер 7 выполняет роль буфера, защищающего плату видеоввода от выхода из строя целиком при нарушении нормального состояния входных цепей (попадание в электрические цепи, соединяющие аналоговые видеокамеры с входными каскадами мультиплексора, повышенного напряжения). Для обеспечения работы современных плат видеоввода, имеющих количество каналов преобразования (в нашем случае, количество каналов преобразования равно «k») меньше количества подключенных аналоговых видеокамер (в нашем случае, количество аналоговых видеокамер равно «n»), как правило, в четное число раз (2, 4,…), применятся мультиплексор 6, который с разделением во времени «подает» (коммутирует) видеосигналы на первый 5, второй 12,… и «k-й» 17 декодер. Декодеры через устройство управления «запускают» первый 4, второй 11,… и «k-й» 16 аналого-цифровой преобразователь, после чего, оцифрованные видеосигналы от аналоговых видеокамер через контроллер шины информационного обмена 3 поступают в видеосервер 1.
Далее выполняется настройка системы. При этом, пользователь системы с помощью терминальных устройств (монитор, клавиатура и манипулятор «Мышь»), входящих в состав сервера 1 (на фиг. не показаны), и убедившись в наличии видеосигналов от включенных аналоговых видеокамер, задает режим работы каналов преобразования (приоритеты обработки каждого канала видеоизображения и разрешение так называемого «формата кадра», которое будет использоваться при оцифровке. В современных платах видеоввода обычно применяются несколько приоритетов обработки (как правило, не менее 3), которые позволяют перераспределить ресурсы платы видеоввода в пользу наиболее важных каналов видеонаблюдения, и ряд форматов кадра, из которых наиболее часто используются: 384×288, 768×288, 768×576, 768×576 deinterlace (с устранением эффекта гребенки на краях движущихся объектов). Причем, при установке высокого приоритета, сигнал изображения от выбранной видеокамеры будет оцифровываться для выбранного формата с максимально возможной частотой для канала преобразования, а для сигналов с обычным приоритетом - например, с 0,5 от максимальной и т.д. Управляющие сигналы, определяющие режим работы каналов преобразования, от видеосервера 1 через контроллер шины информационного обмена 3 поступают на управляющей вход мультиплексора 6.
В целях минимизации объема информации, хранимой на видеосервере 1 и передаваемой удаленным пользователям по вычислительной сети 14, программа сжатия видеоинформации, установленная в видеосервере 1, предоставляет пользователю системы возможность выбора (и реализации при записи) необходимого алгоритма сжатия цифровой видеоинформации, поступающей от платы видеоввода, в один из наиболее экономичных форматов (JPEG, MPEG, H.264, Motion Wavelet и т.д.), каждый из которых характеризуется определенной скоростью сжатия и размером сжатых файлов видеоархива, а также определенным качеством изображения при его воспроизведении из файлов видеоархива. После выбора пользователем необходимого алгоритма сжатия сигналов от видеокамер и задания параметров записи (например, цветное или черно-белое изображение, значение яркости и контрастности изображения, время хранения архива и т.д.), начинается процесс регистрации сигналов от видеокамер в накопителе на жестком магнитном диске, входящем в состав видеосервера 1 (на фиг. не показан).
Для управлении полем обзора видеокамеры, снабженных поворотными механизмами 21, в плате видеоввода 2 предусмотрен блок реле 20, который осуществляет трансляцию управляющих команд (произвольно формируемых пользователем системы или по запрограммированной циклограмме обзора) от видеосервера 1.
Для привлечения внимания пользователя, в системе предусмотрен опрос с помощью блок приема контрольных сигналов 22 датчик тревоги 23, в качестве которых используются датчики движения, тревожные кнопки и т.д. Кроме этого, по сигналу от датчика тревоги 23, канал с видеокамерой, которая обеспечивает ввод изображения из зоны возникновения тревоги, может быть автоматически переведен, например, в режим высокого приоритета, позволяющий пользователю просматривать (и автоматически записывать на жестком диске видеосервера 1) сигнал от данной видеокамеры с максимально возможным для системы качеством изображения.
Для дополнения поступающей видеоинформации об обстановке в помещениях и зонах, где установлены видеокамеры, в плате видеоввода 2 предусмотрен аудиомодуль 24, обеспечивающий ввод (аналого-цифровое преобразование) акустической информации от микрофона 27. Может быть применен микрофон 27 как встроенный в соответствующую видеокамеру, так и автономный, но так как ввод видео- и аудиоинформации осуществляется единой платой видеоввода 2, синхронизация записей гарантирована.
В составе платы видеоввода 2 предусмотрен сторожевой таймер «WatchDog Timer» 26, которому через контроллер шины информационного обмена 3 видеосервер 1 периодически направляет контрольные сообщения-подтверждения, что с ним все в порядке (так называемый «Live пакет»). При зависании операционной системы, установленной в сервере 1, контрольные сообщения - не поступают и сторожевой таймер «WatchDog Timer» 26 для привлечения внимания пользователя переводит индикатор состояния видеосервера 27, например, из режима мигания с небольшой частотой (который информирует о нормальной работе системы) в режим с частым миганием. После выдержки определенного периода времени, сторожевой таймер «WatchDog Timer» 26 с помощью второго выхода, физически представляющего собой пару проводов, которые присоединены к выводам кнопки «Reset», входящей в видеосервера 1 (на фиг. не показана), подает команду на принудительный аппаратный перезапуск (так называемая «мягкая» аппаратная перезагрузка) сервера 1. То есть, «WatchDog Timer» 26 заменяет человека-оператора (пользователя) системы, как бы «нажимая» кнопку «Reset» без его участия.
Для возможности передачи удаленным пользователям аудио/видеоинформации с требуемым качеством и сжатой в доступный для них формат в состав системы включен сетевой адаптер 10, обеспечивающий информационный обмен с вычислительной сетью 14, в качестве которой может быть использована как корпоративная локально-вычислительная сеть, так и глобальная сеть Internet.
В связи с тем, что в современных высокопроизводительных видеосерверах, как правило, имеется возможность одновременно установить в, так называемые, «слоты расширения» и обеспечить функционирование в реальном масштабе времени нескольких плат видеоввода, увеличение количества опрашиваемых аналоговых видеокарт осуществляется включением в состав системы второй, третьей и т.д. аналогичных плат видеоввода. В случае исчерпания возможностей одного видеосервера в состав системы регистрации включается второй, третий и т.д. дополнительные видеосерверы, подключаемые к вычислительной сети. Таким образом, предлагаемая система обладает практически неограниченной масштабируемостью, позволяющей создавать оптимальные по соотношению «цена-качество» варианты систем цифровой регистрации изображения от аналоговых видеокамер.
Промышленная применимость полезной модели определяется тем, что предлагаемая система может быть изготовлена в соответствии с приведенным описанием и фиг.1 на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования и использована для регистрации изображения от аналоговых видеокамер в составе систем видеонаблюдения на объектах различного назначения.
Отдельные предлагаемые технические решения практически уже реализованы ООО «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» в макетном образце системы видеонаблюдения (создан на базе платы видеозахвата PowerVN4 Pro ЗАО «Пентакон», http://www.vidionet.ru), успешно прошедшем испытания на базе Донского филиала Центра тренажеростроения, а также предполагается реализовать в опытно-поставочном образце «Система видеонаблюдения» для учебно-тренировочного комплекса по борьбе за живучесть.
Таким образом, предлагаемая система цифровой регистрации видеоизображения обладает весьма широкими функциональными возможностями, обеспечивая пользователю необходимое количество каналов регистрации с требуемым качеством и повышенной эксплуатационной надежностью.
На основании вышеизложенного и по результатам проведенного нами патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемая система цифровой регистрации видеоизображения отвечает критерию «новизна» и может быть защищена патентом Российской Федерации на полезную модель.