Журнал "Системы Безопасности" № 5‘2020

ной технологии Н.265+, которая снизила пере- даваемый объем информации относительно кодека Н.264 на 75%. Это по-настоящему открыло эру 4К в видеонаблюдении. Улучшен- ный коэффициент сжатия Н.265+ базируется на трех ключевых технологиях: снижении цифро- вого шума, предиктивном кодировании на базе изменяемого фона кадра и контроле битрейта в течение длительного времени. Для этого: l обеспечивается акцент исключительно на движущемся объекте; l статичный фон обрабатывается для миними- зации его передачи; l обработка видео производится, только если наблюдается движение; l гарантируется высокий уровень подавления цифрового шума. Предиктивное кодирование может быть разделе- но на внутрикадровое прогнозирование, которое создает следующий кадр, и несколько обработан- ных предыдущих кадров, где модели блока стро- ятся на базе использования переданных раньше блоков того же кадра. Вместе с внутрикадровым прогнозированием битрейт может снизиться при помощи сжатия только отличающегося образа от образца частей кадра. Для высокого качества изображения движущегося объекта фоновое изображение будет кодироваться с высоким уровнем компрессии, чтобы подавить уровень шума и сэкономить место для движущегося объ- екта. Технология Н.265+ особенно актуальна в условиях нестабильной сети или в случае дли- тельного времени хранения данных. Последнее улучшение технологий CCD Другим важнейшим параметром, определяющим качество изображения для системы видеонаблю- дения, является чувствительность, или мини- мальная освещенность для камеры, которая напрямую определяется применяемым видео- сенсором. Прошедшее десятилетие ознаменова- лось серьезным развитием видеосенсоров. Прак- тически закончилось совершенствование CCD- сенсоров для аналоговых камер стандартных телевизионных форматов. Были созданы матри- цы по усовершенствованной технологии Super HAD II с большей эффективностью микролинз и площадью фоточувствительной поверхности, увеличенным пропусканием цветовых фильтров и сокращением толщины всей конструкции. На рис. 1 схематично представлены эти изменения. Сверхчувствительная технология CCD Ex-view, созданная еще в конце 1990-х гг. под названи- ем EX-wave, также была усовершенствована подобными технологическими методами, вклю- чая дополнительное увеличение ИК-чувстви- тельности. Эта технология получила наимено- вание Exview HAD II. Чувствительность CMOS догоняет CCD CMOS-технология очень перспективна для соз- дания дешевых и экономичных сенсоров боль- шой интеграции и высокого разрешения. Одна- ко их традиционные архитектуры существенно уступали в чувствительности CCD из-за малой эффективности использования светочувстви- тельной поверхности. Ряд последовательных усовершенствований структуры и конструкции этих сенсоров позволил им практически срав- нятся по удельной чувствительности с CCD. Это прежде всего прямая оцифровка сигнала с каждого столбца, а впоследствии и с каждого пикселя с увеличением битности до 10–12 бит, аналогичное управление и дискретизация време- ни накопления в пределах кадра. Такие методы снизили шум видеосигнала и открыли возможно- сти для реализации аппаратного WDR (расшире- ния динамического диапазона) с несколькими временами накопления, по сути аналогичного знаменитой технологии PIXIM. Эти усовершен- ствования получили наименование Exmor. Второй метод увеличения эффективности использования света основан на перемещении светочувствительного слоя непосредственно к линзам и фильтрам пиксельной структуры. Он получил название BSI (технология обратной засветки). На рис. 2 представлены в разрезе структуры традиционной и BSI-матриц CMOS. Вышеперечисленные технологии, разработан- ные компанией SONY, стали повсеместно при- меняться под своими наименованиями другими производителями CMOS-сенсоров. Последняя разработка SONY в сфере высоко- чувствительной технологии CMOS называется STARVIS и практически является совокупностью технологий Exmor и BSI, получившей обозна- чение Exmor R. Поначалу она была отработана в матрицах для мобильных гаджетов. В реклам- ных материалах провозглашается "фантастиче- ская" чувствительность в 2000 мВ для 1 кв. мкм, правда, для времени накопления 1 с. В реаль- ности для типового времени накопления, при- нятого для измерений в 1/30 с, получим для матриц FullHD с пикселем 2,9х2,9 кв. мкм удельную чувствительность в 90 мВ, а для мат- рицы 4K с пикселем 1,62х1,62 кв. мкм – 65 мВ. В таблице приведены средние значения удельной чувствительности для различных типов и технологий видеосенсоров. Кроме того, видеосенсоры STARVIS имеют еще большую относительно других технологий ИК- чувствительность, обеспечивающую широкие возможности ночного наблюдения и наблюде- ния с ИК-подсветкой. Единственное, что насто- раживает, – это использование демонстрацион- ных изображений в технических описаниях с включенной и различной АРУ. Эта же сомни- тельная методология применяется производи- телями камер при указании чувствительности или минимальной освещенности с включенной АРУ, но без указания ее величины. Заключение В завершение обзора десятилетних достижений индустрии видеонаблюдения можно сделать несколько обобщающих выводов. Пожалуй, важнейшими решениями, существен- но повлиявшими на все направление техниче- ского прогресса в этой области, являются: l создание практически внесистемных вариан- тов (AHD, CVI и TVI) аналоговой передачи HD-изображения, что позволило более широ- ко применять популярный формат Full HD в более простых системах; l создание новых эффективных кодеков семей- ства HVEC с высокой интеллектуальной адап- тацией (H.264+, H.265 и H.265+), что поз- волило, кроме существенного сокращения трафика, применять практически киноте- атральные форматы 4К и 8К, пусть даже и потенциально; l практическое объединение IP-видеонаблюде- ния с ИТ-индустрией, что создало целый спектр технологий и систем от создания "наблюдения как услуги" до высокоинтеллектуальных ком- плексов на основе искусственного интеллекта для эффективной защиты, контроля и управле- ния сложными производственными, технологи- ческими и жилыми системами. Остальные упомянутые в обзоре интересные технические решения, которые в свое время занимали мысли и вызывали споры специали- стов, теперь можно отнести только к истории развития видеонаблюдения в прошедшем деся- тилетии либо это лишь конструктивные особен- ности, такие как "носимые камеры" или ком- плекты "домашнего наблюдения в чемодане", не меняющие технической сути решений. n Ваше мнение и вопросы по статье направляйте на ss @groteck.ru Рис. 2. Структура пикселя CMOS и CMOS BSI (Exmor R) Таблица. Средние значения удельной чувствительности для различных типов и технологий видеосенсоров Технология Super Exview Super Exview CMOS Exmor STARVIS HAD HAD HADII HADII (Exmor R) Чувствительность мВ/кв. мкм 24 28 58 77 27 69 77 октябрь – ноябрь 2020 www.secuteck.ru 114 В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А