Современные методы сбора видеоинформации

Министерство науки и образования Украины Факультет компьютерных наук Кафедра компьютерных информационных технологий Курсовая работа на тему «Современные методы сбора видеоинформации«

1. Пункты сбора видеоинформации

2. Мобильные пункты сбора видеоинформации

3. Принцип COFDM

4. Выбор режимов беспроводных камер

5. Типичные применения

6. Технические требования, предъявляемые к основным элементам системы

7. Специальная РРЛ COFDM модуляции

8. Мобильный пункт видеонаблюдения Заключение

Основной особенностью разного рода телерадиоинформационных (мультимедийных) систем является то, что объемы информации, передаваемой ими в прямом направлении (от центральной станции к абонентским станциям) заметно больше тех объемов информации, которые передаются в обратном направлении. Однако на практике часто возникают случаи, когда необходимо решать обратную по отношению к указанной задачу, а именно — задачу передачи больших объемов информации от периферии к центру (задачу сбора информации).

В первую очередь это касается одного из самых неудобных для передачи по радиоканалам вида информации — цифровой видеоинформации, необходимость передачи которой возникает при решении задач видеорепортажа, видеонаблюдения и т. д. Далее мы предлагаем читателям познакомиться с беспроводной системой сбора видеоинформации, предложенной специалистами ЗАО «РОКС». Предлагаемый в ней подход позволяет реализовать наиболее гибкую и эффективную систему сбора видеоинформации.

Изначально подчеркнем две главных особенности предлагаемой системы, которые состоят в том, что, во-первых, данная система является полностью беспроводной, т. е. связь между всеми ее составляющими осуществляется исключительно только по радиоканалам с использованием только беспроводных средств передачи информации.

Во-вторых, данная система является системой реального времени, т. е. используется минимальное сжатие информации, которое сопровождается минимальными задержками при ее обработке.

1. Пункты сбора видеоинформации

В тех случаях, когда видеоинформация передается по радиоканалам, нет необходимости располагать передатчик далеко от телекамеры. Поэтому пунктом сбора видеоинформации будем считать собственно телекамеру как источник информации и расположенный вблизи нее (а в отдельных случаях — прямо на ней) передатчик вместе взятые.

Поскольку условия использования телекамер достаточно разнообразны, то и оборудование, применяемое в составе пунктов сбора видеоинформации (видеонаблюдения) также отличается большим разнообразием. В первую очередь сказанное относится к телекамерам. Так для видеорепортажа должны использоваться профессиональные или полупрофессиональные телекамеры, которые должны обеспечивать определенные стандарты качества изображения. Эти телекамеры обслуживаются оператором и его помощниками.

С другой стороны, телекамеры для охранного телевидения (видеонаблюдения) отличаются тем, что при более умеренных требованиях к качеству изображения эти телекамеры обычно являются необслуживаемыми, а для расширения возможностей их применения часто используют системы дистанционного управления. С помощью систем дистанционного управления осуществляется наведение телекамер на интересующий объект по двум координатам. Некоторые телекамеры снабжаются трансфокатором, с помощью которого дистанционно изменяется фокусное расстояние объектива и, следовательно, масштаб изображения. Необслуживаемые телекамеры устанавливаются вне помещений и подвергаются неблагоприятным атмосферным воздействиям, от которых должны быть защищены специальными водонепроницаемыми кожухами. Передатчики, которые передают видеоинформацию на приемную станцию, также должны иметь защищенное исполнение. Пример радиолинии «из точки в точку» для передачи видео/аудио информации с обратным радиоканалом управления показан на рисунке 1.

Рисунок 1. — Радиолиния для передачи видео/аудио сигналов с использованием радиоканала для дистанционного управления телекамерой Тип используемых радиопередатчиков в свою очередь зависит от характеристик канала передачи. Идеальный канал передачи, в котором нет ни преград на пути распространения радиоволн, ни каких-либо отражающих поверхностей, подвержен только воздействию шумов. Такой канал называют Гауссовским. Для Гауссовских каналов выведены достаточно точные формулы для расчета параметров канала. В реальных наземных каналах передачи картина распространения радиоволн значительно усложнена наличием множества препятствий и отражателей. Излучаемый передатчиком луч испытывает преломления и отражения, в результате чего на приемник приходит не только прямой луч, но и несколько его копий со своими временными задержками. Такой режим распространения называют «многолучевым». Для определения параметров радиоканалов с «многолучевым» режимом распространения радиоволн чаще всего пользуются Рэлеевской моделью канала передачи. Характеристики Рэлеевского канала сильно зависят от длины волны радиосигнала.

Какими бы неблагоприятными ни были условия распространения для стационарных пунктов сбора видеоинформации, их все же с той или иной степенью точности можно предсказать. Предсказать же заранее, какими будут характеристики канала передачи для мобильных пунктов сбора видеоинформации, у которых передатчики не имеют постоянного расположения на местности, не представляется возможным. Поэтому при использовании мобильных пунктов оператор должен быть готов к любым условиям распространения в канале передачи, в том числе и к самым неблагоприятным.

Передатчики стационарных пунктов сбора видеоинформации представляют собой аналоги передающих симплексных радиорелейных станций, использующих антенны с большой степенью направленности и достаточно большими коэффициентами усиления. При размещении передающих антенн на мачтах и крышах зданий необходимо стремиться обеспечить режим «прямой видимости» или близкий к нему на трассе распространения сигнала от пункта сбора видеоинформации к центральной станции. Как пример на рисунке 2 показан вариант расположения на крыше здания стационарного пункта видеонаблюдения с использованием телекамеры купольного типа.

Рисунок 2. — Пример расположения стационарного пункта видеонаблюдения на крыше здания

2. Мобильные пункты сбора видеоинформации

Электронная видеожурналистика предполагает работу небольших съемочных групп на местности. Портативные камеры, укомплектованные средствами записи на компакт-кассеты, позволяют команде оператора фиксировать события и передавать информацию о них в студию. Однако возникает множество ситуаций, чаще всего связанных со спортивной журналистикой, которые требуют немедленной передачи видеоинформации в студию, и не допускают применения кабелей для связи с камерой, т. е. радиопередатчики должны быть установлены либо на самой камере (т.н. «накамерные» передатчики), либо на транспортном средстве. Возможность оперативно получать «картинку» очень важна для программ новостей, тем не менее, и другие программы могут нуждаться в том, чтобы репортажная камера была размещена далеко за пределами студии.

Ранее передвижные репортажные станции, смонтированные в автофургоне и снабженные множеством камер, были чуть ли не единственным средством сбора видеоинформации за пределами студии. При этом информация либо записывалась на носитель в мобильной станции, либо «перегонялась» в студию посредством микроволновой линии связи. Обычно для получения требуемого качества требовалась многократная передача. Далее к данным станциям присоединились более мобильные станции, которые использовали малогабаритные камеры, обслуживаемые группой из 2−3 человек.

В тех случаях, когда требуется передача «вживую», могут использоваться камеры, связанные с передвижной станцией с помощью кабелей. Это возможно только в тех случаях, когда репортаж ведется на небольшом расстоянии от мобильной станции, и вокруг нее нет помех. Если полученная информация будет впоследствии использована в вечерних новостях, она может быть записана на носитель.

Однако есть и другие возможности для «живого» репортажа, не требующие использования кабелей. Это, прежде всего, применение т.н. «беспроводных камер», которые в полной мере используют преимущества, предоставляемые модуляцией COFDM.

Системы охранного телевидения (видеонаблюдения) также быстро развиваются в разных направлениях. В данной статье мы попытаемся обозначить одно из новых направлений в использовании телевидения в целях охраны, а именно, использование телевизионных средств для охраны движущихся или не имеющих постоянной дислокации объектов.

Если объект охраны постоянно перемещается, то зачастую выгоднее использовать одну передвижную станцию видеонаблюдения, чем расставлять стационарные пункты видеонаблюдения по всему маршруту его следования. К сожалению, при этом возникают специфические трудности, связанные с режимом распространения радиоволн между передатчиком мобильного пункта видеонаблюдения и принимающей этот сигнал неподвижной радиостанцией. Большинство этих трудностей удается решить с помощью использования в радиосредствах для передачи и приема видеоинформации (передаваемой в цифровом виде) модуляции COFDM.

Этот тип модуляции находит все большее и большее распространение не только при передаче цифрового ТВ, но и в различного вида беспроводных сетях передачи данных. Главным его достоинством в сравнении с другими типами цифровой модуляции является то, что он позволяет радиосредствам осуществлять надежную связь даже в тех случаях, когда между передатчиком и приемником располагаются преграды для прохождения радиоволн, т. е., как говорят, отсутствуют условия «прямой видимости». Если и камера, и радиопередатчик размещены на каком-либо средстве передвижения (автомобиле, вертолете и т. д.), то такой вид пункта видеонаблюдения называют «беспроводной камерой», подчеркивая при этом тот факт, что между камерой и передатчиком отсутствует длинный кабель, а передача сигнала производится по радиоканалу. Структурная схема беспроводной камеры показана на рис. 3.

Рисунок 3. — Структурная схема «беспроводной камеры»

3. Принцип COFDM

При применении беспроводных камер сигнал Video (компонентный или композитный) поступает на кодер MPEG-2 и преобразуется в нем в MPEG 4:2:2 или MPEG 4:2:0 (см. рис 3). Схема эффективной компрессии снижает битовую скорость до уровня, требуемого для передачи по радиоканалу, т. е. до 4−6 Мбит/сек. Кодированный MPEG сигнал затем поступает на модулятор, в котором осуществляется модуляция типа Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением и кодированием (COFDM) (см. рис. 4). Этот принцип модуляции успешно используется в наземном телевизионном вещании как один из лучших методов передачи видеои аудио сигналов через эфир. При модуляции COFDM данные передаются с помощью большого количества несущих. Нормы стандарта DVB-T предоставляют возможность выбора одного из двух режимов, а именно: с 1705-ю несущими или с 6817-ю несущими. Для краткости в литературе эти режимы указываются как 2k и 8k соответственно.

Рисунок 4. — Сигнал COFDM в версии 8к Рисунок 5. — Структурная схема приемника сигналов COFDM

Это обозначение отражает длину быстрого обратного преобразования Фурье, с помощью которого производится сигнал такого вида. Некоторое количество из общего числа несущих используется для синхронизации приемника и управления им, но основная их часть служит для передачи данных. Сигналы тех несущих, с помощью которых передаются данные, могут быть модулированы QPSK, 16QAM или 64QAM. Перед передачей данные подвергаются перемежению как внутри структуры пакета, так и по частотам несущих. Благодаря перемежению и помехоустойчивому кодированию с помощью кодов Viterby/Trellis и Reed-Solomon (укороченного типа) достигается высокая достоверность передаваемой информации. Предварительная обработка в передатчике и последующая коррекция в приемнике (см. рисунок 5) позволяют практически без ошибок передавать данные, которые имеют перед помехоустойчивым декодированием коэффициент ошибок на уровне 2×10−4.

Защитный интервал — другой важный параметр надежности передачи информации, если для этого используется COFDM. Защитный интервал — это временной зазор между двумя сопряженными символами COFDM. Он предотвращает влияние символов друг на друга, которое вызвано постоянно изменяющейся задержкой сигнала на трассе его распространения, по крайней мере, до тех пор, пока эта задержка меньше длительности защитного интервала. Самый длительный защитный интервал для режима 8k равен 224 мксек, а для режима 2k — 56 мксек. Интервал 224 мксек соответствует дополнительному пробегу лучом расстояния примерно 56 Км. В соответствии со стандартом DVB-T допускаются следующие длительности защитных интервалов, выраженные в долях продолжительности символа: 1/8; 1/16; 1/32. Таким образом, при работе с беспроводной камерой оператор имеет возможность выбирать между режимами 2k и 8k, степенью избыточности помехоустойчивого кода и длительностью защитного интервала. Эти возможности существенно повышают удобство при работе с беспроводной камерой.

В соответствии с рис. 3 сигнал с модулятора COFDM поступает на конвертор и усилитель мощности с максимальной выходной мощностью в линейном режиме, равной нескольким ваттам. Такая величина мощности соответствует компромиссу между дальностью покрытия и степенью разряда батареи питания. Выходная частота конвертора и, соответственно, усилителя мощности должна быть перестраиваемой, поскольку в разных странах для решения данных задач выделяются разные диапазоны частот. В основном эти частоты выбираются из полосы 1,99−2,7 ГГц.

4. Выбор режимов беспроводных камер

В обычных условиях применения беспроводных камер «отдаленное эхо» имеет малый уровень. Это может быть объяснено быстрым затуханием высокочастотных сигналов на трассе распространения. Во многих случаях данное обстоятельство может быть полезным, как, например, при передаче сигнала с движущегося объекта. Согласно некоторым сообщениям в печати тесты радиоканалов, использующих модуляцию COFDM, показали, что режим 8k применим до скоростей перемещения передатчика относительно приемника 80 Км/час, в то время как режим 2k применим до скоростей примерно в 4 раза больших, т. е. до 300 Км/час.

Рисунок 6. — Камера с закрепленным на ней «накамерным»

передатчиком В беспроводных камерах обычно используется режим 2 k, так как больший частотный зазор между соседними ортогональными несущими делает радиолинию менее подверженной воздействию фазовых шумов и нестабильностей частоты, вносимых повышающими и понижающими конверторами при передаче и приеме, в том числе за счет эффекта Doppler при движении передатчика. Степень избыточности для помехоустойчивого кода Viterby / Trellis выбирается на уровне кодового отношения ½ для максимальной защиты и 7/8 — для минимальной Выбор кодового отношения, параметров модуляции несущих и длительности защитного интервала зависит от конкретных условий применения.

1. Для стационарных применений рекомендуется выбирать 64 QAM, кодовое отношение 2/3, и защитный интервал — 1/8, что в итоге дает битовую скорость, равную 22,12 Мбит/сек. Оператор может выставить минимальный уровень компрессии при кодировании MPEG, что позволит уменьшить задержку обработки при кодировании и декодировании.

Рисунок 7. — Размещение «беспроводной камеры» на вертолете

2. Для мобильных применений, когда камера находится либо в руках оператора, либо перемещается с незначительной скоростью, лучшим оказывается выбор в пользу 16QAM. При этом следует установить кодовое отношение ½ и защитный интервал ¼. Это соответствует битовой скорости, равной 9,95 Мбит/сек.

3. При размещении камеры на любом транспортном средстве, которое движется со значительной скоростью, может быть применен исключительно только режим QPSK. При кодовом отношении ½ и защитном интервале ¼ битовая скорость будет равна 4,98 Мбит/сек. Эта скорость достаточна для передачи качественного изображения, однако при этом задержки, вызванные обработкой, достигнут величины 2 сек.

Дальность связи между беспроводной камерой и базовой станцией сильно зависит от условий распространения. Хотя COFDM и не требует «прямой видимости», в условиях города здания и деревья будут заметно ослаблять радиосигнал. В Таблице 1 показаны некоторые типичные величины, характерные для работы беспроводных камер в городских условиях.

Антенны для беспроводных камер должны иметь круговую диаграмму направленности (коэффициент усиления более 2 дБ). Если воспользоваться направленной антенной со значительно большим коэффициентом усиления, то можно существенно увеличить дальность связи.

Таблица 1

Выбор типа антенны определяется той конкретной задачей, которая решается в данный момент. Естественно, на транспортном средстве в случае, если съемку предполагается вести в движении, необходимо применить антенну с круговой диаграммой направленности. В указанном диапазоне частот это будет преимущественно коллинеарная антенна, коэффициент усиления которой зависит от количества вибраторов (в конечном счете, от ее длины). При разумной длине обычно коэффициент усиления не больше 8,5 дБ. Если передачу предполагают вести с неподвижного передатчика, лучше использовать направленную или секторную антенны, обладающие большим коэффициентом усиления. Чем большим набором разнообразных антенн будет обладать оператор, тем с большим успехом он сможет решить поставленную задачу.

5. Типичные применения

Наиболее часто беспроводные камеры применяют во время парадов, фестивалей и спортивных игр (таких как, например, Олимпийские игры). При показе спортивных соревнований беспроводная камера (обычно с «накамерным» передатчиком, см. рисунок 6) может свободно перемещаться вокруг объекта или сопровождать его, не теряя при этом связи с мобильной или стационарной базой.

Другим интересным применением для COFDM систем может быть мобильное применение, при котором беспроводная камера устанавливается на каком-либо транспортном средстве. При питании системы от бортовой сети автомобиля или вертолета можно допустить большие токи нагрузки для батарей питания и увеличить таким путем выходную мощность передатчика до 10 Вт. Дальность связи в данном случае как за счет увеличения мощности передатчика, так и за счет высоко поднятой при базировании на вертолете передающей антенны увеличится до 10 Км и более.

Теперь о некоторых проблемах, возникающих при приеме COFDM. Наиболее неприятное явление происходит тогда, когда прямой и отраженный сигналы близки по уровню и времени прихода в точку, где расположена приемная антенна. В облучателе антенны они могут сложиться в противофазе, что приведет к их взаимному подавлению и провалу в уровне сигнала. Причем сами по себе сигналы могут иметь высокий уровень напряженности электромагнитного поля. И, тем не менее, провал может оказаться настолько глубоким, что прием будет невозможен. Такой случай отражен на рисунке 8. При этом максимум напряженности поля находится рядом, а именно, на расстояниях, равных нечетному числу четвертей длины волны в свободном пространстве, т. е. в нашем случае 3,25 см х n, где n=1, 3, 5, 7… и т. д.

Последним достижением в технике COFDM является применение приемников, которые параллельно используют два или более независимых каналов приема. Антенны при этом смещаются на расстояние, равное нечетному числу четвертей длины волны. Теперь в случае, если одна из антенн попадает в минимум напряженности поля, другая обязательно будет в максимуме. Этот метод борьбы с частотными федингами получил название Antenna Diversity (разнесенный прием с автовыбором). Метод Antenna Diversity позволяет достичь выигрыша в отношении сигнал/шум на уровне 5−7 дБ.

6. Технические требования, предъявляемые к основным

элементам системы

При использовании модуляции COFDM к основным элементам системы предъявляются некоторые специфические требования. Как было сказано выше, основной особенностью модуляции COFDM является использование для передачи данных большого количества несущих. Малый зазор по частоте между соседними ортогональными несущими, который тем меньше, чем большее количество несущих используется (меньше для режима 8к, чем для режима 2к) вынуждает предъявлять повышенные требования к фазовому шуму и стабильности частоты всех частотозадающих устройств в конверторах передатчика и приемника. Общая относительная нестабильность частоты должна быть на уровне +/- 1−3 ppm. Фазовые шумы для систем COFDM нормируются при отстройке от несущей на 10 КГц и должны быть равны не более — 90 дБн.

Рисунок 8. — Провалы напряженности электромагнитного поля, которые вызваны противофазным сложением прямого и отраженного лучей в приемной антенне базовой станции Еще одним специфическим требованием является высокий уровень подавления «зеркальных» частот, который должен быть не меньше 60 дБн.

Применение большого количества несущих влечет за собой также повышение требований к линейности трактов приема и передачи. Причем, для приемника они даже более жестки. При эксплуатации системы недопустима перегрузка приемника, при которой интермодуляционные искажения 3-го порядка достигнут величины более 50 дБн.

Для усилителя мощности передатчика главным показателем степени линейности является коэффициент PAR (отношение пиковой мощности к средней), который определяет запас по мощности передатчика, необходимый для неискаженной передачи сигнала, состоящего из множества несущих. Для беспроводных камер данный коэффициент обычно выбирают в пределах 8−10 дБ, т. е. передатчик должен работать при уровне выходной мощности в 7−10 раз ниже его максимальной мощности. Это, пожалуй, главный недостаток системы, который выражается в низком КПД передатчика. Однако потери в энергетике системы в целом оказываются значительно меньшими благодаря тому, что модуляция COFDM позволяет получить в приемнике выигрыш в отношении сигнал/шум в среднем на 5 дБ.

Реализовать этот выигрыш можно только в том случае, если собственные шумы приемников (т.е. приемных конверторов) не будут превышать 2 дБ.

Система COFDM не имеет четко выраженного порогового уровня по чувствительности.

Невыполнение какого-либо из приведенных ниже требований приводит к монотонному падению чувствительности системы (т.е. радиус действия передатчика уменьшается).

7. Специальная РРЛ COFDM модуляции

беспроводной видеоинформация камера Для осуществления мобильного видеорепортажа или построения мобильных пунктов видеонаблюдения ЗАО «РОКС» предлагает свою новую разработку — специальную РРЛ COFDM модуляции. Специальная РРЛ COFDM модуляции (приемопередающий комплект) представляет собой радиорелейную линию, работающую в симплексном режиме в диапазоне частот 2,35 … 2,6 ГГц. Комплект предназначен для передачи и приема сигналов стандарта DVB-T (метод модуляции COFDM). По линии передаются сигналы «Video», «Audio 1», «Audio 2». Возможен вариант исполнения, позволяющий передавать сигналы от четырех телекамер одновременно (т.е. 4 сигнала «видео» и 8 сигналов «аудио»). Однако такой режим работы возможен только при стационарном размещении передатчика и приемника.

Приемопередающий комплект состоит из передающей и приемной частей.

В состав передающей части входят:

— передатчик DVB-T;

— усилитель мощности;

— антенна передающая коллинеарная или другого типа (зависит от применения).

В состав приемной части входят:

— антенна приемная (2 шт.);

— конвертор понижающий (2 шт.);

— приемник (ANTENA-DIVERSITY).

На входы передатчика «Video», «Audio 1», «Audio 2» подаются видеосигнал и сигналы звукового сопровождения стандартного уровня, которые затем оцифровываются, сжимаются и далее модулируются методом COFDM. На выходе передатчика DVB-T получаем сигнал стандарта DVB-T в диапазоне 2,35 … 2,6 ГГц. Далее модулированный сигнал с выхода передатчика DVB-T через усилитель мощности и передающую коллинеарную антенну (Ku? 13 дБ) излучается в эфир.

Из эфира модулированный сигнал в диапазоне частот 2,35 … 2,6 ГГц принимается на две приемные антенны («DLink») и далее на два малошумящих понижающих конвертора. Конверторы переносят спектр сигнала без инверсии в диапазон 470ч862 МГц.

Приемник предназначен для приема сигналов стандарта DVB-T (метод модуляции COFDM) в диапазоне 470ч862 МГц при отсутствии прямой видимости. Принцип приема «ANTENA-DIVERSITY» (разнесенный прием с автовыбором) состоит в автоматическом выборе в приемнике того из двух входных сигналов, который дает на выходе приемника меньший коэффициент ошибок.

Основные технические данные РРЛ приведены в Таблице 2.

Таблица 2

8. Мобильный пункт видеонаблюдения

Один из вариантов построения пункта видеонаблюдения с базированием на автомобиле показан на рис. 9. Его главной особенностью является расположение камеры на крыше автомобиля. На данный момент многие производители предлагают большое разнообразие камер (в том числе — купольного типа), которые снабжены механизмом для дистанционного управления. Этот механизм позволяет нацеливать камеру на объект наблюдения по двум координатам и устанавливать фокусное расстояние объектива камеры, изменяя таким образом масштаб изображения. Некоторые из камер имеют также дешифратор команд телеуправления, команды на который обычно подаются по витой паре. Эти проводные системы могут быть легко преобразованы в беспроводные. Для этой цели в систему должны быть введены модулятор, передатчик, а также приемник и демодулятор. При таком подходе к решению задачи беспроводная система видеонаблюдения может быть реализована без какого-либо вмешательства в конструкцию камеры. Система телеуправления дает возможность оператору находиться далеко от объекта наблюдения, а именно — на центральной станции рядом с монитором и аппаратурой регистрации. Обычно с одного пульта дистанционного управления можно управлять большим количеством (до 200) камер.

Все оборудование мобильного пункта видеонаблюдения питается от бортовой сети автомобиля, которая в отдельных случаях может быть усилена за счет дополнительной батареи.

Оборудование размещено следующим образом. На крыше автомобиля находятся:

— камера купольного типа с механизмом управления и дешифратором команд;

— усилитель мощности S-диапазона (2,3−2,7 ГГц);

— коллинеарная передающая антенна;

— штыревая антенна для приема сигналов телеуправления.

Остальные элементы системы находятся в салоне автомобиля.

Система работает следующим образом. Видеосигнал от телевизионной камеры через отдельный разъем поступает на блок модулятора COFDM, в котором оцифровывается и сжимается в соответствии со стандартом MPEG-2 (MPEG-4 AVC). Полученный транспортный поток модулирует множество несущих, лежащих в полосе 36,125+/-4 МГц. Повышающий преобразователь преобразует этот сигнал в одну из полос частот в S-диапазоне. Затем этот сигнал поступает на усилитель мощности, который расположен на крыше автомобиля. Усиленный данным усилителем сигнал излучается коллинеарной антенной ANT1.

Сигнал дистанционного управления принимается антенной ANT2 и подается на приемник, который располагается в салоне автомобиля. Команды управления и напряжение питания для камеры подаются через разъем X2.

Двухуровневая система сбора видеоинформации (видеонаблюдения).

На практике во многих случаях те расстояния, которые были указаны в приведенной ниже таблице, оказываются недостаточными. Увеличение зоны обслуживания только за счет увеличения мощности передатчика в действительности и невозможно, и нерационально.

Рис. 9. — Пункт видеонаблюдения автомобильного базирования Для решения задачи доставки сигнала, переданного беспроводной станцией, на значительные (до 50 Км) расстояния ЗАО «РОКС» предлагает применить двухуровневую систему сбора видеоинформации. Суть данной системы состоит во введении дополнительного элемента — поста сбора видеоинформации (видеонаблюдения). Пост сбора видеоинформации — это активный ретранслятор, который принимает сигналы от одного или нескольких пунктов сбора видеоинформации (видеонаблюдения) (стационарных и мобильных), преобразует сигналы разных стандартов к одному виду, а именно, — к виду транспортных потоков DVB (TS) мультиплексирует данные транспортные потоки в один общий поток данных и модулирует им несущую в L-диапазоне (см. структурную схему на рис. 10). Далее этот сигнал подается на мощный повышающий преобразователь и антенну сантиметрового диапазона, с помощью которой передается на центральную станцию, которая может находиться на значительном расстоянии от поста сбора видеоинформации (видеонаблюдения). На той же мачте, на которой располагаются передатчик (повышающий преобразователь) и антенна для передачи сигналов видеонаблюдения, находится также антенна метрового диапазона, предназначенная для приема сигналов телеуправления. Кроме всего прочего, дополнительная камера может подключаться к посту сбора видеоинформации (видеонаблюдения) непосредственно с помощью кабеля. В таком случае антенна метрового диапазона, приемник и модем системы дистанционного управления размещаются в пределах поста сбора видеоинформации (видеонаблюдения). Понятно, что в том случае, когда пункт сбора видеоинформации связывается с постом сбора видеоинформации по радиоканалу, антенна, приемник и модем ДУ принадлежат пункту сбора видеоинформации.

Пост сбора видеоинформации является необслуживаемым, т. е. не требующим постоянного присутствия на нем оператора. Большая часть его оборудования не может эксплуатироваться вне помещений, поэтому данное оборудование размещается либо в небольшом отапливаемом помещении, либо внутри специального контейнера с термостатом.

В состав оборудования поста сбора видеоинформации входят приемники, предназначенные для приема радиосигналов различных стандартов, а именно:

— стандарта DBS для приема сигналов от стационарных аналоговых передатчиков;

— стандарта DVB-S для приема сигналов от стационарных цифровых передатчиков;

— стандарта DVB-T для приема сигналов от мобильных пунктов сбора видеоинформации, в том числе «накамерных» передатчиков.

Рисунок 10. — Структурная схема поста сбора видеоинформации Структурная схема всей системы сбора видеоинформации показана на рисунке 11. Здесь кроме стационарных и мобильных пунктов сбора видеоинформации и поста сбора информации, о которых речь уже шла ниже, присутствует также центральная станция системы сбора видеоинформации. На рисунке показан вариант станции, использующей систему приемных секторных антенн. Здесь каждый сектор представляет собой отдельный приемник, который принимает сигналы от постов сбора видеоинформации (видеонаблюдения), находящихся в пределах ширины луча соответствующей секторной антенны. Такой подход позволяет увеличить количество обслуживаемых центральной станцией постов сбора видеоинформации за счет более рационального использования частот в системе, т. к. при многосекторном построении системы возможно повторное использование частот в некоторых секторах. Для уменьшения влияния сигналов на границах секторов, кроме сдвига по частоте, может также использоваться дополнительная развязка за счет ортогональной поляризации сигналов в соседних секторах.

Рисунок 11. — Структурная схема всей системы сбора видеоинформации Для систем сбора видеоинформации с менее сложной структурой (меньшим количеством обслуживаемых постов сбора видеоинформации) может быть предложена центральная станция, использующая антенну с круговой диаграммой направленности (аналогичную используемой в качестве передающей в вещательных системах.

В качестве приемников для каждого из сигналов, поступающих от постов сбора видеоинформации, могут служить тюнеры стандарта DVB-S, которые используются в составе приемных станций спутникового телевидения. С выходов приемников сигналы видео и аудио поступают на мониторы для наблюдения или средства записи и регистрации.

Неотъемлемой частью центральной станции системы сбора видеоинформации является система дистанционного управления телекамерами на уровне пунктов сбора видеоинформации. Систему лучше всего строить на основе однотипных телекамер, предназначенных для телеуправления. В таком случае структура оборудования центральной станции, предназначенного для дистанционного управления, значительно упрощается. В структуре центральной станции должны быть предусмотрены рабочие места для операторов, снабженные аппаратурой для наблюдения и регистрации видеоинформации, а также для дистанционного управления телекамерами.

Видеоинформацию, предназначенную для передачи на телестудию (видеорепортаж), лучше «перегонять» с центральной станции сбора видеоинформации в цифровом виде, не декодируя ее до уровня аналоговых сигналов видео и аудио. При этом может использоваться имеющаяся инфраструктура сетей связи (например, Ethernet).

Заключение

Представленная здесь двухуровневая система сбора видеоинформации является достаточно гибкой для того, чтобы на ее основе можно было строить системы самой различной сложности и назначения. За разъяснениями и рекомендациями просим обращаться к авторам по адресу E-mail: [email protected].

То, каким образом потребности в системе сбора видеоинформации могут удовлетворяться, может быть показано на таких примерах:

Пример 1. Опорные пункты (посты сбора видеоинформации) располагаются в непосредственной близости от:

— органов местной власти и самоуправления;

— театральных и концертных залов;

— стадионов и других спортивных сооружений;

— площадей и других мест массовых собраний.

Пример 2. Опорные пункты (посты сбора видеоинформации) располагаются в местах, представляющих интерес для МВД и ГАИ, а именно:

— на перекрестках и аварийно-опасных участках дорог;

— вблизи особо важных объектов, требующих постоянной охраны;

— на площадях и других местах массовых собраний.

Пример 3. Посты сбора видеоинформации могут быть также размещены в тех местах, с которых удобно вести наблюдение за работой сложных технологических систем, занимающих значительную территорию. В качестве примера таких систем могут служить предприятия горнодобывающей, металлургической промышленности, транспорта и т. д.

Каждый пост сбора видеоинформации получает ее от нескольких пунктов (точек размещения видеокамер) и соответствующим образом обрабатывает эту информацию с целью получения отдельных транспортных потоков стандарта DVB-S, которые затем мультиплексируются в единый поток данных для последующей модуляции несущей. Таким образом, на одной несущей передаются несколько ТВ каналов. Необходимо отметить, что данная система работает в режиме реального времени с минимальной задержкой при обработке видеоинформации.