Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии

Глаз человека менее чувствителен к цветовому разрешению, поэтому в видеонаблюдении формат оцифровки 4:2:2 мы считаем как вполне приемлемый, где дискретизация цветоразностных сигналов осуществляется с частотой 6.75МГц (вдвое меньше, чем частота дискретизации яркостного сигнала). Это дает 432 пиксела для PAL и 429 пикселов для NTSC в одной строке (включая импульсы синхронизации). Таким образом, в одной оцифрованной активной строке умещается 360 цветоразностных красных отсчетов и 360 цветоразностных синих отсчетов для обоих телевизионных стандартов.

Рис. 9.10. Разница между полным кадром 720x576 пикселов (иллюстрация слева) и изображением формата CIF (360x288) будет достаточно велика, а иногда будет заключаться в том, что вы сможете или не сможете распознать автомобильный номер. В качестве примера сказанному внимательно посмотрите на фотографию (машина справа).

В идеальных условиях, когда частота Найквиста будет равна 3.375 МГц, 360 отсчетов в активной строке будут эквивалентны 3/4x360=270 ТВ-линиям. Рекомендация ITU-601 определяет и отсекание частот до 2.75 МГц за счет работы дополнительного фильтра защиты от наложения спектров, что уменьшает горизонтальное разрешение аналоговых цветоразностных сигналов до 215 ТВ-линий для PAL и 218 ТВ-линий для NTSC.

Все изложенное выше и в особенности данные об оцифровке яркостного сигнала позволяет нам прийти к очень важному заключению относительно разрешения оцифрованного видео. Сразу отметим, что наш вывод касается только рекомендации ITU-601, а, как уже было сказано выше, большинство цифрового оборудования, которое используется в видеонаблюдении, придерживается этой рекомендации.

При записи на цифровые видеорегистраторы, совместимые с рекомендацией ITU-601, мы не получим никакого преимущества от телекамер с разрешением выше 450 ТВ-линий.

Нечто похожее уже наблюдалось в истории видеонаблюдения, когда использовались телекамеры высокого разрешения (например, 460 ТВ-линий) для записи на видеомагнитофоны VHS, у которых разрешение ограничено было 240 ТВ-линиями из-за фильтра низких частот. Конечно, разница в случае с цифровыми видеорегистраторами не будет такой существенной, так как относительно недавно некоторые производители заявили о выпуске цветных телекамер с разрешением 520 ТВ-линий. На практике это для нас означает, что мы не увидим никакой разницы от телекамеры с 460 ТВ-линиями и 480 ТВ-линиями или даже 520 ТВ-линиями горизонтального разрешения при записи цветного изображения на цифровой видеорегистратор (даже самого лучшего качества), соответствующий рекомендации ITU-601. Следует уделить больше внимания выбору телекамеры с лучшим отношением сигнал/шум, меньшим смазыванием или лучшим динамическим диапазоном, чем ориентироваться на небольшие отличия в горизонтальной разрешающей способности, которые все равно никто не сможет увидеть. Но если система предназначена только для наблюдения с использованием высококачественных видеомониторов, у которых разрешение превышает 500 ТВ-линий, такая небольшая разница в разрешении может оказаться полезной. Впрочем, это потребует подключения раздельного видеосигнала Y/C вместо композитного видеосигнала, что очень редко используется в видеонаблюдении, иначе разница будет практически незаметной.

Конечно, никто не может предсказать, с чем мы столкнемся в будущем, но уже сейчас с уверенностью можно сказать, что рано или поздно в видеонаблюдении появятся телекамеры высокого разрешения и соответствующие им рекомендации по оцифровке. Однако, пока этого не произошло, нам необходимо помнить о всех ограничениях, с которыми нам приходится сталкиваться, и компромиссах, которые заложены в цифровых системах видеонаблюдения.

Все, что было изложено выше, справедливо для горизонтального разрешения, но теперь настало время поговорить о вертикальном разрешении. Для некоторых цифровых систем видеонаблюдения вертикальное разрешение будет не менее важно, чем горизонтальное, особенно в тех случаях, когда необходимо распознать лицо или номерной знак автомобиля на расстоянии.

Рис. 9.11. ITU- 601 рекомендует несколько форматов оцифровки, из которых в видеонаблюдении широко распространен формат 4:2:2.

Рис. 9.12. Если частота дискретизации слишком низка, то видеосигнал будет реконструирован неверно

Рис. 9.13. Слева: ТВ-поле; В центре: Эффект чересстрочной «гребенки»; Справа: Работа алгоритма деинтерлейсинга. Обратите внимание на зубчатые контуры автомобиля на иллюстрации слева, где была использована запись полями, и на качество тех же контуров на иллюстрациях в центре и справа, где использовалась запись кадрами.

В рекомендации ITU-601 выбрано 8-битное квантование, что дает нам 256 уровней квантования(2 8 = 256). Этот выбор очень практичен с инженерной точки зрения: ни одна электронно-лучевая трубка не в состоянии передать более 250 оттенков серого, поэтому не имеет смысла квантовать видеосигнал большим количеством уровней. Значение 256 выбрано потому, что оно является степенью двойки, а в мире цифровых устройств, как мы знаем, все представлено нулями и единицами (то есть, в двоичной системе счисления).

Имея дело с рекомендацией ITU-601, мы должны быть готовы к появлению новых подводных камней. Как было в случае с частотой дискретизации 13.5 МГц, которая учитывала весь видеосигнал, включая синхроимпульсы, ITU-601 рекомендует использовать 8-битный диапазон уровней квантования для представления всех вертикальных деталей видеосигнала. В данном случае мы можем расценивать время как горизонтальные детали, так как оно имеет дело со строками, которые разворачиваются на мониторе по горизонтали.

Таким образом, ITU-601 предлагает из 256 доступных уровней квантования 8-битного диапазона значения 0 и 255 использовать для синхронизации, а значения от 1 до 254 — для видео. Яркостный уровень черного задается значением 16 (двоичное значение 00010000), а уровню белого присваивается значение 235 (двоичное значение 11101011). Значение 128 зарезервировано для определения цветного или черно-белого видеосигнала.

Рис. 9.14. Сравнение полнокадрового формата с форматом CIF