Nghiên cứu hệ thống giám sát trên nền camera ip

Các sản phẩm cũng như các giải pháp sử dụng cho mọi lĩnh vực cũng có rất nhiều điểm lợi thế và tiện ích.Công nghệ truyền tín hiệu số qua cáp đồng trục, cho phép người dùng nâng cấp cơ sở

KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸNGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Tên đề tài: “Nghiên cứu hệ thống giám sát trên nền Camera IP”

Chuyên ngành: Điện tử Khóa: 2014-2016 Mã:

14K13010004

Họ tên học viên: BÙI HOÀNG HẢI

Họ tên người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN BÌNH

Hà nội, 2016

Mục lục

Mục lục 2

Phần I: Mở đầu 4

1 Tính cấp thiết của đề tài: 4

2 Bố cục bài nghiên cứu: 4

3 Mục đích nghiên cứu: 4

Phần II: Nội dung luận văn 5

Chương I : Tổng quan về camera 5

1 Khái niệm: 5

2 Cấu tạo Camera: 5

3 Các thông số của Camera: 6

4 Camera kết hợp truyền dẫn: 11

5 Các chuẩn nén tín hiệu số: 13

6 Hệ thống lưu trữ hình ảnh DVR: 16

7 So sánh các hệ thống CCTV: 20

Chương II: Camera IP 23

1 Khái niệm: 23

4 Phân loại Camera IP: 26

a Camera IP thông thường: 26

b Camera IP wifi: 27

5 Chức năng cơ bản của hệ thống camera IP: 27

a Chức năng giám sát: 27

b Chức năng truyền dẫn: 27

c Chức năng xử lý thông tin: 28

6 Công nghệ truyền dẫn Camera IP: 29

7 Thiết bị lưu trữ hình ảnh NVR(Network Video Recorder): 33

8 Thiết bị lưu trữ hình ảnh HVR (Hyper Video Recorder): 34

Chương III: Hệ thống giám sát Camera 36

1 Định nghĩa chung: 36

2 Phạm vi ứng dụng: 36

3 Cấu trúc một hệ thống giám sát: 37

4 Hệ thống Camera Analog: 37

5 Hệ thống camera IP: 41

Chương IV: Thiết kế hệ thống camera IP 46

1 Yêu cầu hệ thống: 46

2 Tính toán sơ bộ: 46

3 Sơ đồ hệ thống: 47

4 Xây dựng hệ thống: 47

a Các vị trí nên lắp đặt camera: 47

b Chọn camera: 48

c Thiết lập wifi cho Camera: 49

Chương V: Kết luận và hướng phát triển đề tài 55

Phần I: Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Ngày nay, với sự phát triển của nền kinh tế đời sống vật chất của con người cũng được đảm bảo hơn và đi kèm với nó cũng là những tệ nạn xã hội, nổi bậttrong số đó là nạn trộm cắp đang hoành hành mỗi ngày một dữ dội Chúng ta cần một giải pháp để bảo vệ tài sản và bản than.Hệ thống thiết bị camera giámsát, khi bạn đi bất cứ nơi đâu bạn vẫn có thể quan sát được mọi hoạt động đang diễn ra ở nơi lắp đặt Do đó,nó sẽ giúp bạn có thể phát hiện nhanh chóng, kịp thời và bạn có thể hành động ngay lập tức để bảo vệ sự an toàn cho chính bạn và người thân Hệ thống camera quan sát ngày nay còn được lắp đặt tại các công ty, xí nghiệp, cửa hàng, sân bay, bệnh viện, vì nó cho phép bạn quan sát, quản lý và điều khiển công việc từ xa một cách tốt hơn

2 Bố cục bài nghiên cứu:

Chương I : Tổng quan về camera

Chương II: Camera IP

Chương III: Hệ thống Camera

Chương IV: Thiết kế hệ thống giám sát Camera IP

3 Mục đích nghiên cứu:

Hệ thống camera quan sát gần đây đã trở lên phổ biến Các sản phẩm cũng như các giải pháp sử dụng cho mọi lĩnh vực cũng có rất nhiều điểm lợi thế và tiện ích.Công nghệ truyền tín hiệu số qua cáp đồng trục, cho phép người dùng nâng cấp

cơ sở hạ tầng cần thiết nhưng vẫn giữ được hệ thống dây tín hiệu cáp đồng trục hiện có Bài nghiên cứu đề cập đến camera, các hệ thống giam sat camera analog

và IP, nêu ra các ưu nhược điểm của hai hệ thống để chúng ta có thể dễ dàng lựa chọn ra phương pháp phù hợp nhất để triển khai trong thực tế Bài viết cũng tập trung vào sự ưu việt và tiện lợi của hệ thống camera IP và các phương án triển khai lắp đặt điều khiển hệ thống này trong thực tế

Em xin cảm ơn PGS.TS.Phạm Văn Bình đã hướng dẫn giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành luận văn này Bài luận văn khó tránh khỏi sai sót mong hội đồng thẩm định góp ý để em có thể hoàn thiện hơn trong bài viết và phát triển đề tài này

Phần II: Nội dung luận văn

Chương I : Tổng quan về camera

1 Khái niệm:

Camera là một thiết bị ghi hình

Một chiếc Camera có thể ghi lại được những hình ảnh trong một khoảng thời gian nào đó, lưu trữ và sau đó những người giám sát có thể xem lại bất cứ khi nào họ muốn Với chức năng cơ bản là ghi hình Camera được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giám sát Một hệ thống các Camera đặt tại những vị trí thích hợp

sẽ cho phép quan sát, theo dõi toàn bộ ngôi nhà, nhà máy, xí nghiệp hay những nơi muốn quan sát, ngay cả khi không có mặt trực tiếp tại đó

2 Cấu tạo Camera:

Một Camera quan sát bao gồm cảm biến camera, ống kính (Lens), vỏ chứa camera và chân đế

Cảm biến Camera: Thu các tín hiệu hình ảnh truyền về đầu ghi hiình hoặc Tivi monitor để theo dõi:

Ống kính (Lens): là các thấu kính, để chỉnh tầm nhìn rộng hay xa gần Thường thicamera đã có sẵn, chỉ có camera thân hình hộp thì không có sẵn ống kính:

Vỏ chứa camera: Dùng bảo quản camera giám sát trong trường hợp lắp đặt camera ở ngoài trời

Chân đế: dùng để gắn camera (nếu dùng loại Camera tròn thì không cần)

Cảm biến hình ảnh (Image sensor) là bộ phận đầu tiên của camera tiếp nhận hình ảnh Sau khi bắt ánh sáng, các chip cảm ứng có nhiệm vụ chuyển chúng thành cácđiện tử Các điện tử này sau đó sẽ được chuyển thành điện áp (để có thể đo lường được) rồi chuyển sang dạng tín hiệu số mà chúng ta thấy được Về mặt kỹ thuật các image sensor được chế tạo từ hai công nghệ chính là:

a Camera CCD (Charge Couple Device):

Camera CCD sử dụng kĩ thuật CCD để nhận biết hình ảnh CCD là tập hợp những ô tích điện có thể cảm nhận ánh sáng sau đó chuyển tín hiệu ánh sáng sang tín hiệu số để đưa vào các bộ xử lý Nguyên tắc hoạtđộng của CCD như sau:CCD thu nhận những hình ảnh thông qua các hệ thống thấu kính của Camera CCD có hàng ngàn những điểm ảnh sẽ

chuyển đổi ánh sáng thành những hạt điện tích và được số hoá Đây là một qúa trình chuyển đổi tương tự số.Các thông số kĩ thuật của Camera CCD là đường chéo màn hình cảm biến (tính bằng inch) Kích thước màn hình cảm biến càng lớn thì chất lượng càng tốt (màn hình 1/3 inch CCD

sẽ có chất lượng tốt hơn 1/4 inch CCD, vì 1/3 > 1/4)

Hình 1.1: Cảm biến hình

b. Camera CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor):

CMOS có nghĩa là chất bán dẫn có bổ sung oxit kim loại Các loại Camera

số sửdụng công nghệ CMOS có độ nhạy ánh sáng kém hơn so với Camera CCD nhưng độ nhạy với tiếng ồn lại tốt hơn

3 Các thông số của Camera:

a Indoor, Outdoor:

Indoor: Camera đặt trong nhà

Outdoor: Camera đặt ngoài trời

Tùy theo vị trí và yêu cầu sử dụng để chọn camera ví dụ như nếu Camera

dự định đặt ngoài trời thì nên chọn Camera Outdoor đểđảm bảo chịu đựngđược các tác động bên ngoài như độ ẩm, thời tiết, nước, bụi,

hay các tác nhân phá hoại khác

b Camera hồng ngoại:

Với Camera hồng ngoại,có thể ghi hình vào ban đêm, điều mà các Camera thông thường không thực hiện được Với những ứng dụng quan sát 24/24, cần chọn Camera có chức năng hồng ngoại Trong điều kiện đủ

ánh sáng Camera, Camera này hoạt động không khác những Camerabình thường, chỉ khi đêm tối, đèn hồng ngoại được tự động bật, và Camera bắt đầu hoạt động với tính năng hồng ngoại Khi Camera hồng ngoại quay đêm hình ảnh chuyển sang đen trắng.

Đối với camera hồng ngoại ta cần đặc biệt chú ý đến các thông số:

 IR LED : Số lượng đèn LED hồng ngoại

 Visiable distance at: khoảng cách quan sátKhi hoạt động ở chế độ hồng ngoại, các đèn LED sẽ tự động bật lên, và đòi hỏi công suất khá lớn, đó là lí do tại sao nguồn cấp cho các Camera hồng ngoại thường là lớn hơn nhiềuvới các Camera thông thường

c Chất lượng hình ảnh:

Chất lượng hình ảnh của camera phụ thuộc vào các thông số sau:

 Image Sensor: Cảm biến hình

là bộ phận đầu tiên của camera tiếp nhận hình ảnh Sau khi bắt ánhsáng, các chip cảm ứng có nhiệm vụ chuyển chúng thành các điện

tử Các điện tử này sau đó sẽ được chuyển thành điện áp (để có thể

đo lường được) rồi chuyển sang dạng tín hiệu số mà chúng ta thấy

được

 Resolution: Độ phân giải

Độ phân giải chỉ lượng thông tin được chứa đựng trong một tập tin ảnh kỹ thuật số được hiển thị trên các thiết bị hoặc được in ra, thông thường được đo bằng pixel Nói một cách tổng quát, độ phângiải của bức ảnh càng cao, thì việc hiển thị nó trên website hoặc trang in càng chi tiết và mượt mà - do đó một vài bức ảnh có độ phân giải rất cao có thể chứa nhiều pixels hơn mức mà mà mắt người có thể nhìn thấy

 CCD Total pixels: Số điểm ảnh

Thông số này nói lên chất lượng hình ảnh, số điểm ảnh càng lớn thì chất lượng hình ảnh càng tốt, tuy nhiên, chất lượng hình ảnh càng tốt thì cũng đồng nghĩa với dung lưọng ảnh càng lớn, và sẽ tốn bộ nhớ lưu trữ cũng như ảnh hưởng đếntốc độ đường truyền.Thông thường là với NTSC: 811 (H) x 508 (V), với PAL:

795 (H)x596 (V)

d Điều kiện hoạt động:

 Minimum Illumination: Cường độ ánh sáng nhỏ nhất

Thường được tính bằng Lux Thông số này nói lên rằng, Camera chỉ có thể hoạt động ở cường độ ánh sáng lớn hơn cường độ ánh sáng nhỏ nhất Trong điều kiện quá tối, nếu không phải là Camera

có chức năng hồng ngoại thì sẽ không hoạt động được

Ánh nắng mặt trời:4000 luxMây:1000lux

Ánh sáng đèn tuýp 500 lux, Bầu trời có mây: 300luxÁnh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1luxĐêm không trăng 0.0001 Lux

Tuy nhiên có các loại Camera có chức năng Auto Iris (Tự động hiệu chỉnh ánh sáng) Đặc điểm của Camera loại này là chỉ với 1 nguồn sáng nhỏ, nó có thể tựđộng khuyếch đại nguồn sáng

đó lên để có thể quan sát được

 Power Supply:Nguồn cung cấp

Hiện nay đa số các Camera đều dùng loại nguồn 12VDC, chỉ một số ít các Camera dùng nguồn khác Tuy nhiên, không phải lo lắng đến vấn đề nguồn 12VDC, vì phần lớn các Camera đều đi kèm với bộ chuyển đổi nguồn, do đó có thể sử dụng trực tiếp nguồn 220VAC

 Operation Temperature: Nhiệt độ hoạt động

Phần lớn các Camera đều cho phép hoạt động trong dải nhiệt độ 100C – 500C, nếu Camera được sử dụng trong những điều kiện khắc nghiệt như trong công nghiệp, khu vực có nhiệt độ cao thì nên sử dụng các loại Camera chuyên dụng trong công nghiệp

- Operation Humidity: Độ ẩm cho phép

Thông thường, độ ẩm cho phép là 85% RH (độ ảm tương đối)

e Góc quan sát:

Ống kính camera quyết định đến tầm xa và góc quan sát của camera Trong tài liệu kĩ thuật thường không ghi góc mở, mà ghi thông số tiêu cự thay cho góc mở Có thể sử dụng bảng quy đổi sau:

Bảng 1.1: Bảng quy đổi thông số ống kính

Hình 1.2: Góc quan sát

f Các thông số khác:

 Auto Gain Control: Tự động kiểm soát độ lợi

 Auto White Balance: Tự động cân bằng ánh sáng

 Backlight Compresation: Bù ánh sáng ngược

 Auto Electric Shutter: Tự động chống shock điện

4 Camera kết hợp truyền dẫn:

Trong ứng dụng hệ thống camera quan sát Analog, tín hiệu hình ảnh thu được từ camera là tín hiệu Analog, được truyền từ camera Analog, qua đường cáp đồng trục tới Đầu ghi hình kỹ thuật số (DVR) Mỗi camera Analog được cấp nguồn điện tại chỗ hoặc cấp nguồn bằng cáp tín hiệu đồng trục RG59(loại có kèm cáp nguồn) Đầu ghi hình kỹ thuật số(DVR) có chức năng chuyển đổi tín hiệu Analog sang dạng tín hiệu số (số hoá), sau đó tín hiệu được nén lại, ghi vào ổ cứng để xem lại khi cần thiết Hiện nay, các đầu ghi hình thường được tích hợp thêm một vài tính năng giám sát thông minh như: ghi hình theo lịch đặt trước, cảnh báo chuyển động, phóng to thu nhỏ hình ảnh bằng phương pháp ảnh số (không phải bằng ống kính quang học) Màn hiển thị được đấu nối trực tiếp với DVR để hiển thị hình ảnh từ DVR hoặc cũng có thể xem hình ảnh qua mạng ip bằng máy tính, nếu DVR đươc đấu nối tới mạng ip qua cổng RJ45 Ethernet Nếu mạng ip nội bộ

(LAN) được kết nối với mạng internet, bạn có thể xem được hình ảnh từ xa thông qua mạng internet Khi truyền hình ảnh qua mạng internet, tín hiệu hình ảnh (video) của tất cả các camera, có đấu nối tới 1 DVR, sẽ được truyền trên một luồng video (1 địa chỉ IP) mà thôi Do vậy khá tiết kiệm về mặt chi phí

Hình 1.3: Phương thức truyền dẫn dữ liệu

Trong môi trường mạng theo giao thức IP, từng camera ip sẽ chuyển đổi hình ảnh thu được sang dạng tín hiệu số ngay trong bản thân camera đó Việc sử lý hình ảnh như: nén hình ảnh, tích hợp tính năng cảnh báo chuyển động,… cũng được thực hiện ngay trong camera ip Tín hiệu lối ra của camera ip là tín hiệu số, được truyền qua mạng ip theo tiêu chuẩn Ethernet bằng cáp mạng CAT5 Nguồn điện cho camera ip được cấp tại chỗ hoặc cấp qua cáp mạng CAT 5 bằng bộ chuyển đổi POE (Power Over Ethernet) Các camera ip, thông qua cáp mạng CAT5, đượcđấu nối tới thiết bị mạng trung tâm (Hub, Switch, Router,…) của mạng LAN Cácthiết bị mạng sẽ được thiết lập các tham số sao cho phù hợp với hoạt động của camera ip như: thiết lập địa chỉ ip, định tuyến,…

Việc quản lý các camera ip thường được thực hiện bằng phần mềm quản lý hình ảnh, được cài đặt tại Máy tính (máy chủ quản lý hình ảnh), giúp quan sát và quản

lý hình ảnh thu nhận được từ các camera ip như: xem,ghi hoặc phát lại,… Phần

mềm thường được bán kèm theo camera của hãng sản xuất, hoặc cũng có thể mua của hãng chuyên phát triển phần mềm quản lý hình ảnh cho công nghệ camera ip.Tín hiệu từ camera ip được truyền qua mạng internet theo cách giống như DVR Tuy nhiên, mỗi camera ip sẽ truyền một luồng dữ liệu hình ảnh riêng và có địa chỉ

ip riêng Khi xem qua mạng internet, ta có thể xem hình ảnh của một camera ip (nhận và truyền hình ảnh chỉ của 1 camera ip) hoặc cũng có thể xem hình ảnh của nhiều camera ip trên một màn hình nhờ phần mềm quản lý hình ảnh Đây là tính năng khá mềm dẻo, linh hoạt của camera ip và cũng là 1 trong số các khác biệt giữa camera ip và camera Analog đứng trên góc độ xem hình ảnh qua mạng internet

5 Các chuẩn nén tín hiệu số:

Nén được thực hiện khi luồng dữ liệu vào được phân tích và loại bỏ bớt những phần dữ liệu không cần thiết Có 2 kiểu nén là : phần cứng và phần mềm Có cả chức năng nén và giải nén

Nén là thu gọn lại dữ liệu, truyền, và lưu trữ Còn giải nén là hiển thị lại dữ liệu

đã được nén Khi sử dụng công cụ nén bằng phần cứng thì chỉ mất ít dữ liệu, vàtất cả công việcnén được thực hiện hoàn toàn trên mạch phần cứng có chức năng đặc biệt.Khi sử dụng công cụ nén bằng phần mềm thì yêu cầu sử dụng tại nguyên máy tínhphục vụ chức năng này

Chuẩn nén tín hiệu số gồm có các chuẩn sau:

a Chuẩn MJPEG:

Đây là một trong những chuẩn cổ nhất mà hiện nay vẫn sử dụng MJPEG (MorganJPEG) Chuẩn này hiện chỉ sử dụng trong cácthiết bị DVR cũ, chất lượng thấp Chất lượng hình ảnh kém, tốn tài nguyên xử

lí, cần nhiều dung lượngổ chứa, và còn hay làm lỗi đường truyền

b Chuẩn MPEG-2:

Chuẩn MPEG là một chuẩn thông dụng Đã được sử dụng rộng rãi trong hơn mộtthập kỉ qua Tuy nhiên, kích thước file lớn so với nhữngchuẩn mới xuất hiện gầnđây, và có thể gây khó khăn cho việc truyền

dữ liệu.Ví dụ như trong MPEG-2, nơi mà nội dung được tạo ra từ nhiều nguồn như videoảnh động, đồ họa, văn bản… và được tổ hợp thành chuỗi các khung hình phẳng,

mỗi khung hình (bao gồm các đối tượng như người, đồ vật, âm thanh, nền khunghình…) được chia thành các phần tử ảnh pixels và xử lý

đồng thời, giống như cảmnhận của con người thông qua các giác quan trong thực tế Các pixels này được mãhoá như thể tất cả chúng đều là các phần tử ảnh video ảnh động Tại phía thu của người sử dụng, quá trình giải mã diễn ra ngược với quá trình mã hoá không khókhăn Vì vậy có thể coi MPEG-2 là một công cụ hiển thị tĩnh, và nếu một nhàtruyền thông truyền phát lại chương trình của một nhà truyền thông khác về một sựkiện, thì logo của nhà sản xuất chương trình này không thể loại bỏ được Với MPEG-2, có thể bổ sung thêm các phần tử đồ hoạ và văn bản vào chương trình hiểnthị cuối cùng (theo phương thức chồng lớp), nhưng không thể xoá bớt các đồ hoạ và văn bản có trong chương trình gốc.

bị lưu trữ, giải quyết vấn đề về băng thông của đường truyền tín hiệu Video hoặc kết hợp cả hai vấn đề trên.Với MPEG-4, các đối tượng khác nhau trong một khung hình có thể được mô tả, mã hoá và truyền

đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng cơ bản ES(Elementary Stream) khác nhau Cũng nhờ xác định, tách và

xử lý riêng các đốitượng (như nhạc nền, âm thanh xa gần, đồ vật, đối tượng ảnh video như con ngườihay động vật, nền khung hình …), nên người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng khỏi khuôn hình Sự tổ hợp lại thành khung hình chỉ được thực hiện sau khigiải

mã các đối tượng này

d Chuẩn H.264:

Chuẩn H 2.64AVC, cũng được biết đến như là chuẩn MPEG 10, nổi lên dẫn đầu trong lĩnh vực công nghệ nén hình ảnh H 2.64 cũng cho chất lượng hình ảnh tốt nhất, kích thước file nhỏ nhất, hổ trợ DVD,

và truyền với tốc độ cao so với các chuẩn trước đó.H 2.64 cũng là một chuẩn phức hợp.H.264 là chuẩn nén mở được công bố chính thức vào năm 2003, hiện là chuẩn hỗ trợ công nghệ nén tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay Và nó đang dần dần được đưa vào thành chuẩn nén

tiêu chuẩn của ngành công nghệ an ninh giám sát bằng hình ảnh H.264 (còn được gọi là chuẩn MPEG-4 Part 10/AVC for Advanced Video Coding hay MPEG-4 AVC) nó kế thừa những ưu điểm nổi trội của những chuẩn nén trướcđây Đồng thời sử dụng những thuật toán nén và phương thức truyền hình ảnh mớiphức tạp, phương pháp nén

và truyền hình ảnh mà chuẩn H.264 sử dụng đã làm giảm đáng kể dữ liệu và băng thông truyền đi của video.Với cách nén và truyền thông tin bằng chuẩn H.264 làm giảm đến 50% băng thôngvà kích thước file

dữ liệu lưu trữ so với cách nén thông thường hiện nay (chuẩn nénthôngthường hiện nay đang được sử dụng rộng rãi là MPEG -4 Part 2) và giảm tớihơn 80% băng thông và kích thước file dữ liệu lưu trữ so với nén bằng chuẩn Motion JPEG Điều đó cho chúng ta thấy với cùng một hệ thống nếu chúng ta sửdụng chuẩn nén mới chúng ta có thời gian lưu trữ gấp đôi và băng thông mạng giảmđi một nửa, lợi ích mà chúng ta thấy ngay đó là chi phí cho lưu trữ dữ liệu videogiảm một nửa so với dùng hệ thống có chuẩn nén thông thường Ngoài ra việctruyền hình ảnh chiếm băng thông giảm một nửa, vì vậy chi phí dành cho thuê băng thông mạng cũng giảm đáng kể Hoặc chúng ta cóthể tăng chất lượng hình ảnhgiám sát lên gấp đôi nhưng vẫn đảm bảo được băng thông và thời gian lưu trữ nhưtrước đây Đây là một lợi thế rất lớn, bởi với một hệ thống an ninh lớn, giải quyếtvấn đề băng thông mạng và thời gian lưu trữ là rất phức tạp Với chuẩn nén H.264nó đã giải quyết được rất nhiều những khó khăn như vậy

Với việc giảm được băng thông của chuẩn nén H.264 đã thúc đẩy cho dòng camerađộ nét cao (hay còn gọi Camera Megapixel) có cơ hội phát triển mạnh mẽ Với những hệ thống giám sát quan trọng cần hình ảnh rõ nét thì lựa chọn các camera độnét cao và đầu ghi hỗ trợ chuẩn nén H.264 là hoàn toàn hợp lý

Hinh 1.4:So sánh các chuẩn nén

6 Hệ thống lưu trữ hình ảnh DVR:

Đầu ghi hình DVR( Digital Video Recorder) là một thiết bị điện tử có thể thu nhận tín hiệu từ camera có nhiệm vụ xử lý và ghi lại hình ảnh bằng thời gian thực

để diễn đạt ra cho chúng ta sử dụng, quản lý hình ảnh một cách dễ dàng nhất

Chức năng của đầu DVR:

- Trên đầu ghi hình sẽ được trang bị ổ cứng, nhằm mục đích ghi (recoder) lại các hình ảnh, sự kiện diễn ra trong ngày Thời gian ghi hình phụ thuộc vào ổ cứng nàynếu ổ cứng dung lượng càng lớn, thời gian ghi hình sẽ càng lâu

- Thông thường tất cả các loại đầu ghi hình hiện nay đều ghi hình bằng chuẩn nén H.264 nhằm tiết kiệm dung lượng ổ cứng nên khi quan sát phía trước đầu ghi bạn thay thấy DVR H.264

- Thu nhận, tập trung hình ảnh từ camera quan sát về 1 chỗ để xuất hình ảnh ra cổng mạng nhờ vậy ta có thể quản lý qua mạng Lan, mạng internet bằng máy vi tính, hoặc điện thoại di động.

- Xuất hình ảnh qua tivi, màn hình LCD, máy chiếu bằng các cổng tương ứng

Ưu điểm của đầu DVR:

- Giúp ta thuận tiện hơn trong việc quản lý dữ liệu

- Ghi hình hoàn toàn tự động và thời lượng lâu hơn

- Chất lượng ghi hình ổn định hơn

- Truy cập hình ảnh một cách nhanh chóng

- Quan sát, ghi lại hình ảnh tại chỗ hoặc từ xa qua mạng intenet

- Cùng 1 lúc có thể nhiều người truy cập được

- Có thể sử dụng trong hệ thống cảnh báo, báo động…

a Phân loại đầu ghi hình DVR:

Có 2 loại thiết bị ghi hình là PC base & DVR độc lập

PC base là thiết bị ghi hình sử dụng card ghi hình DVR gắn vào máy vi tínhDVR Digital Video Recoder) là đầu ghi hình độc lập được gắn ổ cừngbên trong Đúng như tên gọi, chức năng chủ yếu của DVR là lưu trữ hình ảnh Mỗi DVR thường có các ổ cứng đi kèm để lưu trữ dữ liệu với dung lượng khá lớn, cỡ 120GB, đủ để lưu trữ trong một khoảng thời gian khá dài Tín hiệu hình ảnh từ các Camera sẽ được đưa trực tiếp vào DVR, DVR tổng hợp lại, xử lí, và truyền đi qua mạngInternet hoặc truyền trực tiếp lên màn hình theo dõi

b Thông số đầu DVR:

 Khung hình trên giây:

Tốc độ ghi hình (frames per second : fps) với30 khung hình trên giây được gọi là thời gian thực, di chuyển thực Trong video thông thường NTSC chỉ là 24 khung hình trên giây Có khái niệm (fields per secondcũng là fps), tuy nhiên 1 frame bằng với 2 field (trường) Do đó 30 (frames per second) bằng với 60 (fields per second)

Khái niệm hình trên giây (images per second) cũng tương tự như (fields persecond).

Chú ý rằng, chỉ với tốc độ ghi hình 5 hình trên giây, đã thu thập được rất nhiều thông tin rồi Trong xử lí hình ảnh, với tốc độ ghi hình càng cao, số thông tin cần xửlí càng lớn thì càng tốn nhiều tài nguyên hệ thống Và cả bộ nhớ lưu trữ cũng cầnnhiều hơn

Khả năng xử lí hình ảnh cũng tạo nên sự khác nhau về chất lượng cũng như giáthành giữa các DVR

 Lượng dữ liệu:

1 file là một gói dữ liệu Kích thước file thể hiện có bao nhiêu dữ liệu chứa trongnó.Kích thước file ảnh có liên quan đến độ phân giải (resolution), chuyển động, dạngnén, và các nhân tố khác nữa Cuối cùng thì file sẽ được chứa trong ổ đĩa cứng củaDVR.Nếu hệ số nén càng cao thì kích thước file càng nhỏ Khi file càng nhỏ thì tốc độtruyền càng nhanh và tốn ít bộ nhớ để lưu trữ, nhưng hình ảnh lại không rõ nét Công nghệ mới cho phép có nhiều cách để nén được dữliệu mà vẫn đảm bảo đượcchất lượng dữ liệu đạt yêu cầu Một DVR

có độ phân giải tốt có khả năng hiển thị, ghi hình và truyền dữ liệu độc lập với nhau Khi đó vừa có thể ghi hình với chấtlượng cao, và vừa có thể truyền dữ liệu, mục đích là không để lỗi mạng và có hình ảnh nét hơn

Điểm thuận lợi trong các hệ thống DVR là có thể điều khiển độc lập trên từng kênh về:

DVR card thì có 04 kênh, 08 kênh, 16 kênh Mỗi máy tính thường có

02 đến 03 slot PCI để gắn DVR Card Vì vậy mỗi PC base có 04 kênh,

08 kênh, 16 kênh, 24 kênh, 32 kênh, 40 kênh , 48 kênh

 Dung lượng ổ đĩa:

Điều này ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng lưu trữ dữ liệu hay thời gianghi hình của DVR Dung lượng càng cao thì khả năng lưu dữ liệu cànglớn Một số DVR chophép ghép nối thêm ổ cứng để tăng dung lượng chứa, tuy nhiên, số lưọng ổ cho phép ghép thêm cũng chỉ có giới hạn Thời gian ghi hình còn phụ thuộc vào số lượng kênh dữ liệu, vào chấtlượng hình ảnh muốn ghi

Ta lấy ví dụ như với loại DMR 777W của hãng AVETECH, với dung lượng ổ ghi là 240GB, sử dụng ở chế độ ghi NTSC 1hình/giây, chất lưọng hình ảnh BASIC, 16 kênh cùng 1 lúc thì có thể ghi hình liên tụctrong vòng 4800h, nghĩa là 200 ngày.Nhưng nếu ghi ở chế độ NTSC

15 hình/giây, chất lượng hình ảnh BEST, 16 kênh cùng 1 lúc thì chỉ

có thể ghi trong vòng 96h, nghĩa là 4 ngày

 Chức năng phát hiện chuyển động:

Đây là 1 trong những chức năng đặc biệt của DVR Ví dụ như có1 Camera giám sáttại một khu vực Bất cứ 1 chuyển động nào xuất hiện trong vùng quan sát sẽ đượcDVR phát hiện ra nhờ xử lí dữ liệu thu về

từ camera đó Lúc đó, DVR sẽ tự động ghi lại hình ảnh, hoặc gửi tín hiệu báo động nếu DVR hỗ trợ chức năng đó Lưu ý là cũng có thể cài đặt vùng phát hiện chuyển động trong khu vực giám sát của Camera, khi đó, chỉ những chuyển động trong khu vực cài đặt mới được phát hiện.Với khả năng này của DVR thì ngoài chức năng giám sát thông thường của hệthống Camera, còn có thêm chức năng báo động

 Chỉ số IP (Ingress Protection):

Ingress Protection (có nghĩa là chống lại các tác động, xâm nhập từ bên ngoài) Các chuẩn này thường được đặt tên dạng IPxx, trong đó x

là các chữ số(như 0 1 2 3 4 5 6 )

Chữ số đầu tiên đánh giá khả chống lại các đối tượng rắn

0 - Không có sự bảo vệ đặc biệt nào

1 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 50mm không xâm nhập được vào thiết bị

2 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 12mm không xâm nhập được vào thiết bị

3 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 2,5mm không xâm nhập được vào thiết bị

4 - Ngăn lại các đối tượng rắn có kích thước lớn hơn 1,0mm không xâm nhập được vào thiết bị

5 - Bụi được bảo vệ không hoàn toàn nhưng vẫn đảm bảo sự hoạt độngcủa thiết bị

6 - Thiết bị được đảm bảo chống bụi hoàn toàn, đảm bảo hoạt động tốt trong môi trường nhiều bụi

Chữ số thứ hai đánh giá khả năng chống lại nước

0 - Không có sự bảo vệ đặc biệt nào

1 - Chống lại nước chảy vào thiết bị dạng giọt theo phương thẳng đứng

2 - Chống lại nước bắn vào thiết bị dạng giọt tới thiết bị với tất cả các góc nghiêng dưới 15 độ

3 - Chống lại nước phun vào thiết bị với góc nghiêng dưới 60 độ

4 - Chống lại nước tóe từ mọi phía tới thiết bị

5 - Có khả năng chống lại nước được phun từ mọi hướng tới thiết bị

6 - Thiết bị vẫn được bảo vệ khi bị nhúng nước hoàn toàn

7 So sánh các hệ thống CCTV:

a Giải pháp sử dụng tín hiện tương tự (Analog CCTV System):

tất cảnhững thiết bị sử dụng trong hệ thống là những thiết bị sử dụng tín hiệu tương tự

b Giải pháp hỗn hợp (Hybrid Solution):

nâng cấp từ giải pháp sử dụng toàn bộthiết bị dùng kỹ thuật tương tự bằngcách số hóa hệ thống lưu trữ hình ảnh ghi nhận được Thiết bị camera giám sát vẫn sử dụng công nghệ tín hiệu tương tự, nhưng việc lưu trữ thì

sử dụng thiết bị lưu trữ kỹ thuật số

c Giải pháp số hóa toàn bộ (Total network IP solution):

số hóa toàn bộ nhữngthiết bị đầu cuối là các camera quan sát, phương tiệntruyền dẫn, hệ thống lưu trữ vàquản lý Đây là giải pháp ứng dụng công

nghệ mới nhất hiện nay, mang lại nhiều giá trị tiện ích nhất và khắc phục được rất nhiều nhược điểm của các giải pháp trước.

d So sánh ưu nhược điểm các giải pháp:

 Hệ thống kết nối vật lý:

- Analog/Hibrid solution: xây dựng hệ thống mạng cáp đồng trục (đắt tiền) riêngđể kết nối tất cả các camera từ vị trí lắp đặt về phòng điều khiển trung tâm

- Digital IP solution: tận dụng hạ tầng truyền thông chung của tòa nhà(sử dụngmạng IP) Không phải thi công một hệ thống mạng trục mới hoàn toàn chỉ dành cho hệ thống giám sát, tiết kiệm chi phí đầu tư cũng như chí phí vận hành, bảo trì, bảo dưỡng

 Lưu trữ hình ảnh:

- Analog/Hibrid solution: lưu trữ trên băng từ (analog tape) hoặc lưu trên những thiết bị ghi hình kỹ thuật số (DVR) Khi sử dụng DVR để lưu trữ, việc chuyển đổi phải thực hiện bởi các DVR cho nên khi số lượng camera tăng lên, số lượng DVR cũng phải được trang bị thêm thì mới đáp ứng được nhu cầu mở rộng

- Digital IP solution: Được lưu trên hệ thống lưu trữ kỹ thuật số như máy server, máy tính cá nhân (hệ thống nhỏ) Hình ảnh được lưu trữ dưới định dạng kỹ thuật số

 Chất lượng hình ảnh:

- Analog/Hibrid solution:chất lượng hình ảnh của giải pháp sử dụng công nghệanalog không thể vượt quá chất lượng của tín hiệu truyền hình tượng tự (đạt tối đa 0.4 Megapixel)

- Digital IP solution: giải pháp sử dụng camera IP kỹ thuật số có thể

dễ dàng đạt đến độ phân giải Megapixel cao hơn hẳn so với công nghệ analog

 Nguồn điện:

- Analog/Hibrid solution: các camera analog cần có hệ thống nguồn điện để đảm bảo hoạt động Vì thế bên cạnh việc phải xây dựng một

hệ thống cáp trục chính (cáp đồng trục) để truyền dẫn tín hiệu hình ảnh, ta còn phải xây dựng một hệthống cáp nguồn điện cung cấp cho các camera để hoạt động

- Digital IP solution: các camera IP có khả năng được cấp nguồn thôngtrên cùng cáp tín hiệu (sử dụng công nghệ Power over Ethernet – PoE) Không cần phải xây dựng thêm một hệ thống cấp nguồn riêng cho các camera.

 Thay đổi vị trí lắp đặt:

- Analog/Hibrid solution: do hệ thống camera analog phụ thuộc vào hệ thốngcáp trục chính riêng cũng như hệ thống nguồn điện nên khi có nhu cầu thay đổithiết kế, thay đổi vị trí lắp đặt thì sẽ gặp rất nhiều khó khăn và đôi khi không khả thi khi phải lắp ở những vị trí không thể thi công dây đến

- Digital IP solution: camera IP có thể thay đổi vị trí linh hoạt do hệ thống cáp tín hiệu và cáp nguồn chung và có khả năng tích hợp vào trục chính cho nên khi thay đổi vị trí không cần phải đi tại toàn bộ hệ thống dây dẫn tín hiệu Ở những vị trí khó khăn có thể sử dụng giải pháp không dây nên việc chọn vị trí lắp đặtvà thay đổi vị trí đơn giản hơn so với sử dụng camera analog

 Tính tương tác:

- Analog/Hibrid solution: không cung cấp được nhiều tiện ích trong quá trình khai thác sử dụng Cũng như đây là một hệ thống chạy độc lập nên không thểtích hợp vào những hệ thống quản lý tập trung của cả tòa nhà

- Digital IP solution: công nghệ IP ngày càng phát triển và các giải pháp sử dụngIP camera ngày càng cung cấp nhiều dịch vụ tiện ích chongười sử dụng (giám sát qua Web, tự động gửi cảnh báo qua email…)

và có khả năng tích hợp vào các hệ thống quản lý tòa nhà BMS

Chương II: Camera IP

1 Khái niệm:

Camera IP hay còn gọi là Network camera là loại camera có khả năng số hoá hình ảnh, nén dữ liệu rồi truyền đi xa qua hệ thống mạng Lan, Internet… (tương tự như webcam) Xét về mặt nguyên lý, camera IP có cấu tạo tương tự như camera analoge Điểm khác ở chỗ chúng truyền tín hiệu dưới dạng số hoá Người sử dụng có thể dùng máy tính để kết nối tới camera để quan sát và điều khiển ngay tại đó hoặc từnơi cách xa hàng nghìn

kilomet Hình ảnh từ camera IP có thể ghi lại bằng thiết bị chuyên dụng hoặc phần mềm.

Hình 2.1: IP Camera

Camera IP mở ra kỷ nguyên mới về camera quan sát qua mạng

Hệ thống camera an ninh (Closed Circuit Television – CCTV) bắt đầu phát triển từ những năm 1970 cho mục đích an ninh và các ứng dụng quan sát khác Cho đến hiện nay, sự phát triển của một hệ thống CCTV có thể chia thành 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu tiên là kỷ nguyên VCR (Video Cassette Recorder)

- Tiếp theo là kỷ nguyên DVR (Digital Video Recorder)

- Cuối cùng là kỷ nguyên IP-Surveillance (quan sát qua mạng IP)

Tương ứng với từng giai đoạn, cuộc cách mạng số hệ thống CCTV đã làm thay đổi bốn thành phần cơ bản camera, bộ ghi hình, màn hình quan sát và

hệ thống mạng video

Đầu tiên, sự số hóa camera bắt đầu vào năm 1990 khi camera kỹ thuật số sử dụng bộ cảm biến quang điện số (CCDsensor) thay thế cho bộ cảm biến quang điệntương tự (analog tube) Đây chỉ là một sự số hoá có chừng mực

vì vẫn sử dụng hệ thống cáp đồng trục để truyền tín hiệu hình ảnh (Composite Video) và việc ghi hình cũng còn sử dụng băng từ Thời kỳ này chính là kỷ nguyên VCR.Khoảng năm 1996, sự số hóa bộ ghi hình đã biến đổi bộ ghi hình VCR thành bộ DVR Ưu điểm của bộ DVR là không phải lưu trữ băng từ mà bằng ổ cứng, chất lượng hình ảnh ghi tốt và không bị biến đổi, việc xem lại nhanh chóng và hiệu quả Ở giai đoạn này, ngõ vào từcamera vẫn là cáp đồng trục và tín hiệu hình ảnh làvideo composite, màn hình quan sát vẫn là màn hình analog, nên trên thực tế đây là sự lai tạp giữa

kỹ thuật tương tự (Analog) và kỹ thuật số (Digital) Đây chính là giai đoạn khởi đầu của kỷ nguyên DVR Vào nửa sau của kỷ nguyên DVR, sự sốhóamàn hình quan sát đã biến đổi màn hình quan sát analog thành màn hình máy tính VGA (Video Graphics Array) và lúc này cấu trúc của một bộ DVRgần như là một máy tính với mô đun bắt hình Ngoài ra, bộ ghi hình dần được trang bị thêm mô đun mạng và kết hợp với modem ADSL để có thể xem hình từ xa qua mạng LAN/WAN/Internet.Sự số hóa mạng video bắt đầu năm 2002, đã hoàn thành cuộc cách mạng số hệ thống CCTV, mở ra một kỷ ngu yên mới, kỷ nguyên mạng IP-Surveillance Mạng

IP-surveillance là một hệ thống cho phép chúng ta có thể quan sát và ghi hình từ xa qua giao thức TCP/IP (LAN/WAN/Internet) Khác với hệ thống analog sử dụng cáp đồng trục để nối từng camera về trung tâm, mạng IP-Surveillance sử dụng hệ thống mạng máy tính thông thường (CAT-5) làm môi trường truyền dẫn thông tin Nếu ở kỷ nguyên DVR sự số hóa và nén ảnh diễn ra bên trong bộ DVR thì sang kỷ nguyên IP-Surveillance, sự số hóa

và nén ảnh diễn ra bên trong camera IP hoặc bên ngoài camera nhờ bộ nén ảnh và chuyển đổi IP (Video Server) Lúc này bộ ghi hình sẽ ghi qua mạng TCP/IP và được gọi là bộ NVR (Network Video Recorder)

Hình 2.2: Kỷ nguyên của các hệ thống giám sát

2 Cấu trúc Camera IP:

Hình 2.3: Cấu trúc của CameraIP

3 Nguyên lý hoạt động của IP camera:

Một IP camera được mô tả như một thiết bị hai trong một( gồm 1 canera thông thường và 1 máy tính) Nó kết nối trực tiếp vào hệ thống internet như các thiết bị network khác Một IP camera có riêng cho nó một địa chỉ IP và gắn liền với tính năng của một máy tính để điều khiển việc thông tin trên internet Một số camera

IP còn được trang bị thêm tính năng phát hiện chuyển động hoặc có những cổng output cho các camera thông thường khác

Thấu kính sẽ bắt lấy hình ảnh – có thể được miêu tả như những chiều dài dải sóngkhác nhau của ánh sáng – và biến đổi chúng thành tín hiệu điện tử khác Những tín hiệu này sau đó được chuyển đổi tương tự thành số và chuyển đến tính năng vitính nơi mà hình ảnh được nén lại và gửi đi thông qua internet

4 Phân loại Camera IP:

a Camera IP thông thường:

Dòng camera quan sát qua mạng internet Tích hợp sẵn giao thức internet protocol Sử dụng hệ thống dây mạng để truyền tín hiệu hình ảnh.Camera

IP cũng được chia làm nhiều loại camera IP dome, camera IP thân, camera IP Speed Dome giống như camera Analog Nhưng Camera IP cho

hình ảnh sắc nét hơn rất nhiều so với Analog Và có hỗ trợ nhiều tính năngnổi bật hơn.

b Chức năng truyền dẫn:

Các trạm điện đều có cáp quang nối về phòng trung tâm, đặt tại trung tâmđiều độ, Cáp quang được chia thành các luồng E1 2Mbps, và camera có thể sử dụng 1 luồng này để truyền dẫn tín hiệu về trung tâm Các camera

có thể được kết nối tới các thiết bị truyền dẫn quang với cổng mạng

RJ-45 có sẵn trên mỗi camera, các thiết bị truyền dẫn quang sẽ giúp kếtnối mạng camera vềtrung tâm Tại trung tâm mạng camera cũng có thể được kết nối với hệ thống mạng nội bộ có sẵn tại trung tâm điều độ và mạng diện rộng của ngành