Nghiên cứu hệ thống giám sát trên nền camera IP

Các hệ thống giám sát sử dụng camera được đưa vào sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống như: hệ thống camera giám sát giao thông, hệ thống camera giám sát cho gia đình, siê

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA SAU ĐẠI HỌC

LUẬN VĂN THẠC SỸ

NGÀNH 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: 14K1201005

Họ tên học viên: BÙI HOÀNG HẢI

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

Hà nội, 2016

GVHD: PGS.TS.Phạm Văn Bình

Mục lục

Mục lục

Lời cảm ơn

Lời cam đoan

Danh mục các từ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ

Mở đầu 1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CAMERA 2

1.1 Khái niệm: 2

1.2 Cấu tạo và nguyên lý chung: 2

1.3 Phân loại Camera: 2

1.3.1.Phân loại theo kỹ thuật đường truyền: 2

1.3.2.Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh: 3

1.3.3.Phân loại theo tính năng sử dụng: 4

1.3.4.Phân loại theo công nghệ cảm biến: 5

1.4 Thông số của camera 7

1.4.1.Chất lượng hình ảnh: 7

1.4.2.Điều kiện hoạt động: 8

1.4.3.Góc quan sát: 9

1.4.4.Các thông số khác: 10

1.5 Camera kết hợp truyền dẫn: 10

1.5.1 Giải pháp sử dụng tín hiện tương tự (Analog CCTV System): 10

1.5.2 Giải pháp hỗn hợp (Hybrid Solution): 10

1.5.3 Giải pháp số hóa toàn bộ (Total network IP solution): 10

1.5.4 So sánh ưu nhược điểm các giải pháp: 11

1.6 Các chuẩn nén tín hiệu số: 13

1.6.1.Chuẩn MJPEG: 13

1.6.2.Chuẩn MPEG-2: 14

1.6.3.Chuẩn MPEG-4: 14

1.6.4.Chuẩn H.264: 15

1.7 Hệ thống lưu trữ hình ảnh DVR: 16

GVHD: PGS.TS.Phạm Văn Bình

Học viên: Bùi Hoàng Hải

1.7.1.Phân loại đầu ghi hình DVR: 17

1.7.2.Thông số đầu DVR: 18

1.8.Kết luận 21

CHƯƠNG II: CAMERA IP 22

2.1 Khái niệm: 22

2.2 Cấu tạo camera IP: 24

2.3 Cấu trúc Camera IP: 26

2.4 Nguyên lý hoạt động của IP camera: 26

2.5 Phân loại Camera IP: 27

2.5.1 Camera IP thông thường: 27

2.5.2.Camera IP wifi: 27

2.6 Công nghệ truyền dẫn Camera IP: 27

2.6.1.PoE(Power over Ethernet) – Cung cấp nguồn qua mạng: 27

2.6.2.EoC (Ethernet over Coax) – Truyền dữ liệu qua cáp đồng trục: 29

2.6.3.PLC (Power Line Comunication) – Truyền thông qua đường điện: 30

2.7 Thiết bị lưu trữ hình ảnh NVR(Network Video Recorder): 31

2.8 Thiết bị lưu trữ hình ảnh HVR (Hyper Video Recorder): 32

2.9 Kết luận: 33

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG GIÁM SÁT CAMERA 34

3.1 Định nghĩa chung: 34

3.2 Phạm vi ứng dụng: 34

3.3 Cấu trúc một hệ thống giám sát: 35

3.3.1.Khối ghi nhận hình ảnh: 35

3.3.2.Khối truyền tải tín hiệu: 35

3.3.3.Khối xử lý và điều khiển: 35

3.3.4.Khối ghi nhận và lưu trữ : 36

3.3.5.Khối hiển thị và quan sát: 36

3.4 Chức năng của hệ thống camera: 37

3.4.1.Chức năng giám sát: 37

3.4.2.Chức năng truyền dẫn: 37

3.4.3.Chức năng xử lý thông tin: 37

3.4.4.Chức năng hiển thị: 37

3.5 Hệ thống Camera Analog: 39

3.5.1.Định nghĩa: 39

GVHD: PGS.TS.Phạm Văn Bình

3.5.2.Thành phần hệ thống Camera Analog: 39

3.5.3.Nguyên lý hoạt động: 39

3.5.4.Một số mô hình giám sát sử dụng hệ thống Camera Analog: 40

3.5.5.Ưu nhược điểm của hệ thống Camera Analog: 43

3.6 Hệ thống camera IP: 43

3.6.1.Định nghĩa: 43

3.6.2.Thành phần hệ thống Camera IP: 44

3.6.3.Nguyên lý hoạt động: 45

3.6.4.Hệ thống camera IP hiện đại: 46

3.6.5.Hệ thống mạng máy tính phục vụ giám sát từ xa: 46

3.6.6.Ưu nhược điểm của hệ thống camera IP: 47

3.7 Kết luận: 49

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CAMERA IP 50

4.1 Yêu cầu hệ thống: 50

4.2 Lợi ích của việc lắp đặt hệ thống camera tại cửa hàng: 50

4.3 Sơ đồ hệ thống: 51

4.4 Tính toán sơ bộ: 52

4.4.1 Tính toán ống kính camera: 52

4.4.2 Tính toán đường truyền và dung lượng ổ lưu trữ: 58

4.5 Xây dựng hệ thống: 59

4.6 Sử dụng hệ thống: 62

4.7 Kết luận: 68

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

Tôi cũng chân thành cảm ơn tất cả bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã dành tình cảm, động viên, tạo điều kiện để tôi đạt được kết quả như ngày hôm nay

Trong quá trình nghiên cứu, luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Kính mong sự chỉ dẫn và góp ý của các thầy giáo, cô giáo và các đồng nghiệp để kết quả nghiên cứu tiếp theo được hoàn thiện hơn

Tác giả: Bùi Hoàng Hải Lớp: Kỹ thuật Điện tử – Khóa: 2014-2016

Khoa: Điện tử - Viễn thông Viện: Đại học Mở - Hà Nội

Hà Nội, ngày 6 tháng 12 năm 2016

GVHD: PGS.TS.Phạm Văn Bình

Lời cam đoan Sau gần hai năm học tôi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống giám sát trên nềnCamera IP” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Đến nay tôi đã hoàn thành

xong đề tài, đây là kết quả nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của

PGS.TS.Phạm Văn Bình

Tôi cam đoan những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân; mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể

Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi, cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây

Hà Nội, ngày 6 tháng12 năm 2016

Người cam đoan

Bùi Hoàng Hải

3 CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor

4 CCTV Closed Circuit Television

19 MJPEG Morgan Joint Photographic Experts Group

20 MPEG Moving Picture Experts Group

21 PSE Power Sourcing Equipment

GVHD: PGS.TS.Phạm Văn Bình

Danh mục các bảng

Bảng 1.1: Bảng quy đổi thông số ống kính 9

Danh mục các hình vẽ Hình 1.1: Góc quan sát 10

Hình 1.2: Phương thức truyền dẫn dữ liệu 13

Hinh 1.3:So sánh các chuẩn nén 16

Hình 2.1: IP Camera 22

Hình 2.2: Kỷ nguyên của các hệ thống giám sát 24

Hình 2.3: Fixed lens 25

Hình 2.4 :Varifocal lens 25

Hình 2.5: Zoom lens 26

Hình 2.6: Cấu trúc của CameraIP 26

Hình 2.7: Đầu ghi hình NVR 31

Hình 2.8: Đầu ghi hình HVR 32

Hình 3.1: Theo dõi trực tiếp không cần ghi hình 40

Hình 3.2: Theo dõi và ghi hình dung đầu ghi 41

Hình 3.3: Theo dõi và ghi hình dung card DVR 41

Hình 3.4: Theo dõi từ xa qua mạng dung đầu DVR 42

Hình 3.5: Mô hình và các thành phần hệ thống Camera IP 44

Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống Camera IP 45

Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống camera giám sát cửa hàng 51

Hình 4.2 : Góc quan sát camera 53

Hình 4.3: Calculate f from object size and L 55

Hình 4.4: Calculate L from object size and f 56

Hình 4.5: Calculate Angle of view from f and L 57

Hình 4.6: Tính toán tiêu cự ống kính camera lắp đặt 58

Hình 4.7: Tính toán dung lượng ổ lưu trữ và đường truyền 58

Hình 4.8: Đầu thu FOSCAM FN3104H 60

Hình 4.9: Camera IP wireless Vantek 62

Học viên: Bùi Hoàng Hải 1

Mở đầu

Xu hướng phát triển công nghệ giám sát đang là cuộc cách mạng công nghệ cao hiện nay trên thế giới Một loạt giải pháp được kết hợp trong giám sát nhằm đưa

ra các biện pháp đảm bảo an toàn cho xã hội và an ninh quốc gia Chính vì vậy việc

sử dụng hệ thống giám sát là sự lựa chọn tối ưu và được ứng dụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng do những lợi ích to lớn mà công nghệ này mang lại đối với sự phát triển khoa học công nghệ và kinh tế xã hội Các hệ thống giám sát sử dụng camera được đưa vào sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống như: hệ thống camera giám sát giao thông, hệ thống camera giám sát cho gia đình, siêu thị, trường học…

Trong tương lai gần, camera quan sát được ứng dụng phổ biến trong tất cả các căn nhà và các công ty trong việc giám sát, quản lý và bảo vệ tài sản Dưới sự hỗ trợ của camera quan sát thì việc giám sát giao thông trên các tuyến đường, giám sát

an ninh tại các khu vực nhạy cảm trong thành phố và quản lý nhân sự tại các công

ty trở nên đơn giản và hiệu quả

Bài luận văn nghiên cứu các công nghệ giám sát dùng camera Các yêu cầu, công cụ và triển khai thiết kế hệ thống giám sát Nội dung được trình bày thành 4 chương:

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

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

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ CAMERA

1.1 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

1.2 Cấu tạo và nguyên lý chung:

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

• Ống kính (Lens):thành phần tiếp nhận hình ảnh

• 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 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

1.3 Phân loại Camera:

1.3.1 Phân loại theo kỹ thuật đường truyền:

• Camera có dây:

Camera có dây là loại camera được sử dụng và truyền tín hiệu trên dây cáp đồng trục khoảng 75Ω - 1V, dây cáp C5 Sử dụng camera có dây là giải pháp

an toàn, tín hiệu bảo mật cao và được áp dụng cho khu vực với địa hình bằng phẳng

và ngắn Tuy nhiên khi truyền với khoảng cách xa hơn 300m thì cần có bộ khuếch đại để tránh tín hiệu đường truyền bị suy hao dẫn đến chất lượng hình ảnh không tốt.Camera có dây thường dùng giải pháp hữu tuyến, giải pháp này có chức

Học viên: Bùi Hoàng Hải 3

năng quan sát, ghi nhận, thu hình trực tiếp các sự kiện, các diễn biến xảy ra nơi công cộng, sau đó truyền về trung tâm xử lý và điều khiển Để đáp ứng được yêu cầu công tác nghiệp vụ, hệ thống camera giám sát được tổ chức gồm các bộ phận chính sau: các thiết bị xử lý và điều khiển ở trung tâm, các camera, thiết bị thu phát

để nhận tín hiệu video và tín hiệu điều khiển từ camera sau đó truyền về trung tâm thông qua hệ thống truyền dẫn cáp quang

• Camera không dây

Camera không dây là loại camera được sử dụng truyền tín hiệu không cần dây cáp đồng trục, tuy nhiên vẫn có dây nguồn Hệ thống camera không dây có ưu điểm là dễ thi công lắp đặt, tuy nhiên hệ số an toàn không cao Loại camera này thường được sử dụng lắp đặt tại nơi có địa hình phức tạp và khoảng cách xa, khó đi dây từ camera đến các thiết bị quan sát (giám sát) Đối với khoảng cách xa hàng chục km cần phải sử dụng thiết bị đặc biệt hoạt động ở tần số cao và gia thành khá đắt Tuy nhiên đây là loại camera được đánh giá là không an toàn dễ bị bắt sóng hoặc bị ảnh hưởng nhiễu trước các nguồn sóng khác như sóng điện thoại di động, thời tiết Camera không dây sử dụng giải pháp vô tuyến, đây là giải pháp hiển thị hình ảnh giám sát thông qua giao diện kết nối ra của máy tính quản lý, theo phương thức ELAN Với phần mềm và bộ mã hoá tăng cường được tích hợp sẵn trong máy tính cho phép hiển thị các hình ảnh của camera lên màn hình cỡ lớn mà vẫn đảm bảo hình ảnh trung thực, không bị vỡ hình Hệ thống bao gồm các thành phần chính như sau: Camera giám sát, thiết bị phát vô tuyến truyền tín hiệu, bộ định tuyến vô tuyến không dây, bộ thu phát vô tuyến băng rộng trạm gốc, trung tâm thu điều khiển Camera không dây sử dụng sóng vô tuyến RF để truyền tín hiệu, tần số thường dao động từ 1,2 MHz đến 2,4 MHz

1.3.2 Phân loại theo kỹ thuật hình ảnh:

• Camera analog (CCTV)

Hệ thống CCTV cơ bản bao gồm camera analog dùng để giám sát, thiết bị lưu trữ, điều khiển camera và thiết bị hiển thị Nhiều camera được kết nối bằng dây tín hiệu đến một đầu ghi hình khoảng 16 cổng hoặc 1 matrix chuyển mạch cho nhiều

cổng hơn và nhiều màn hình quan sát hơn Đầu ghi hình hoặc matrix được nối đến modem bằng dây mạng để ra ngoài internet Hệ thống này được ghi hình băng từ xử

lý tín hiệu analog, xử lý tín hiệu vector màu Hệ thống này còn một kiểu kết nối bằng dây tín hiệu đến card ghi hình được gắn trên máy tính, camera được bố trí tại các khu vực cần quan sát, truyền hình ảnh liên tục về trung tâm điều khiển Tại trung tâm điều khiển, các dữ liệu hình ảnh này sẽ được lưu trữ trong bộ ghi hình và hiển thị trên các màn hình quan sát Đồng thời tại trung tâm cũng tích hợp các thiết

bị điều khiển giúp điều khiển linh hoạt camera Hình ảnh từ các camera có thể được ghi theo nhiều chế độ như ghi liên tục, ghi theo thời gian hoặc ghi theo sự kiện (chuyển động, cảnh báo ngoài…), để khi có bất kỳ sự cố nào xảy ra bảo vệ hoặc người có trách nhiệm có thể dễ dàng kiểm tra lại thời điểm xảy ra sự cố, qua đó có thể xác định nguyên nhân hoặc lấy đó làm bằng chứng trước pháp luật Ngày nay,

hệ thống CCTV đã được tích hợp với các công nghệ mới giúp cho việc lưu trữ, xem lại cũng như sao lưu dữ liệu trở nên cực kỳ dễ dàng Hệ thống còn có thể tích hợp vào mạng LAN hoặc Internet giúp người điều khiển có thể thao tác từ xa vào hệ thống

• Camera IP:

Hệ thống sử dụng camera IP được xây dựng như một hệ thống xử lý độc lập

do có bộ vi xử lý được tích hợp bên trong Camera IP bắt tín hiệu hình ảnh analog nhưng ngay lập tức nó chuyển đổi sang tín hiệu số và nén ảnh ngay chính tại camera, sau đó mới truyền đi qua mạng IP sử dụng giao tiếp Ethernet

1.3.3 Phân loại theo tính năng sử dụng:

• 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 Camera bình thường, chỉ khi đêm tối, đèn hồng ngoại được tự động bật, và Camera bắt đầu

Học viên: Bùi Hoàng Hải 5

hoạt động với tính năng hồng ngoại Khi Camerahồng 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 sát

Khi 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 nhiều với các Camera thông thường

• Dome camera (Camera áp trần):

Camera có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau Đây là loại Camera thường được đặt trong nhà, kiểu dáng rất trang nhã Camera này có tính năng bảo

mật cao do được bọc trong hộp kín

• Camera ẩn:

Giống như tên gọi, Camera này không thể nhận biết được Nó có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, có thể ngụy trang và tránh bị phát hiện .Các Camera này có thể hoạt động giống như một thiết bị phát hiện khói Mộtsốcáccông ty hiện nay cũng đã bắt đầu xây dựng những hệ thống Camera trở thành các thiết bị phát hiện khói

• Camera PTZ:

Pan: quét ngang - Tilt: quét dọc - Zoom:Phóng to

Pan/Tilt/Zoom hay những họ tương tự được biết đến với cái tên thương mại là PTZ Camera.Camera hỗ trợ khả năng quét dọc, quét ngang,phóng to thu nhỏ Camera này còn cho phép kết nối với hệ thống sensor và cảnh báo để phát hiện đối tượng di chuyển trong vùng hoạt động của nó Hơn nữa Camera có thể được lập trình để hoạt động, nên nó có thể làm tất cả các công việc cho người giám sát

1.3.4 Phân loại theo công nghệ cảm biến:

Theo công nghệ cảm biến có thể phân loại theo hai cách: Camera quan sát CCD (Charge Couple Device) và camera quan sát CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

Camera quan sát CCD (Charge Couple Device)

Camera quan sát CCD sử dụng kỹ 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 h-*iệu ánh sáng sang tín hiệu số để đưa vào các bộ xử lý

Những ô tích điện là một mạng lưới các điểm bắt sáng được phủ lớp bọc màu (đỏ-xanh lục-xanh dương), mỗi điểm ảnh chỉ bắt một màu Do đó, khi chụp ảnh ánh sáng qua ống kính được lưu lại trên bề mặt chíp cảm biến dưới dạng các điểm ảnh Mỗi điểm ảnh có một mức điện áp khác nhau sẽ được chuyển đến bộ phận đọc giá trị theo từng hàng Giá trị mỗi điểm ảnh sẽ được khuếch đại và đưa vào bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang số, cuối cùng đưa vào bộ xử lý để tái hiện hình ảnh đã chụp Việc đọc thông tin theo hàng lần lượt một này khiến cho chíp CCD có bất lợi

đó là tốc độ xử lý hoàn thiện một bức ảnh khá chậm, ảnh ở một số vùng dễ bị thừa sáng hoặc thiếu sáng Để xử lý vấn đề này, một bộ đọc ảnh có kích cỡ bằng mạng lưới các hạt sáng được bổ sung xen kẽ để làm tăng tốc độ xử lý ảnh mà không bị suy giảm chất lượng, do đó quá trình đọc ảnh chỉ qua một lần đổ dữ liệu Sự cải thiện này đòi hỏi phải có thêm không gian trên chip Việc sản xuất chip CCD cần thiết bị, phòng lab chuyên dụng khiến cho giá thành của chip rất đắt.Camera CCD

có đường chéo màn hình cảm biến tính bằng inch và kích thước màn hình cảm biến lớn

Camera quan sát CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

Camera quan sát CMOS là loại camera có màn hình cảm ứng bằng chất bán dẫn có bổ xung oxit kim loại cạnh mỗi điểm bắt sáng đã có sẵn mạch điện bổ trợ do

đó người ta có thể tích hợp các quy trình xử lý ảnh như bộ chuyển đổi analog/digital, cân bằng trắng vào mạch bổ trợ này để dễ dàng tích hợp ngay quá trình xử lý điểm ảnh và đồng loạt truyền tín hiệu số về bộ xử lý để tái hiện hình ảnh

đã chụp Các điểm ảnh đa chức năng này đều có khả năng tự làm việc Cũng do khả năng này mà người ta có thể chỉ tương tác với một vùng pixel nhất định của chip cảm biến Vì có khả năng tích hợp cao nên bản mạch sẽ tiết kiệm không gian, không cần chip bổ trợ CMOS tiết kiệm điện năng, sản xuất dễ dàng, không cần phòng lab

Học viên: Bùi Hoàng Hải 7

chuyên dụng, giá thành rẻ Tuy nhiên nó có nhược điểm là khó đảm bảo tính đồng nhất của mỗi mạch khi khuếch đại làm cho ảnh có mật độ nhiễu nhất định, làm cho ảnh bị mất thông tin tại một số vùng dẫn đến độ phân giải không cao Thôngthường, cảm biến CCD được sử dụng khi thiết bị yêu cầu chất lượng hình ảnh tốt còn cảm biến CMOS được sử dụng khi thiết bị yêu cầu tiêu thụ điện năng ít và chi phí sản phẩm thấp

1.4 Thông số của camera

1.4.1 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 ánh sáng, 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 phân giải 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 )x596 (V)

1.4.2 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 lux

Mây:1000lux

Ánh sáng đèn tuýp 500 lux,

Bầu trời có mây: 300lux

Ánh sáng đèn tuýp đỏ 500 lux, trắng (300 lux) trắng sáng 1lux

Đêm 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)

Học viên: Bùi Hoàng Hải

1.4.3 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 1.1: Góc quan sát 1.4.4.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

1.5 Camera kết hợp truyền dẫn:

1.5.1.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

1.5.2.Giải pháp hỗn hợp (Hybrid Solution):

nâng cấp từ giải pháp sử dụng toàn bộthiết bị dùng kỹ thuật tương tự bằng cách 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

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

số hóa toàn bộ nhữngthiết bị đầu cuối là các camera quan sát, phương tiện truyền 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

Học viên: Bùi Hoàng Hải 11

1.5.4.So sánh ưu nhược điểm các giải pháp:

• 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 thông trên 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 cho người 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

Học viên: Bùi Hoàng Hải

Hình 1.2: Phương thức truyền dẫn dữ liệu

1.6 Cácchuẩn 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, và tất 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:

1.6.1 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 DVRcũ, 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

1.6.2 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 những chuẩn 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

1.6.3 Chuẩn MPEG-4:

Mpeg-4 là chuẩn cho các ứng dụng MultiMedia Mpeg-4 trở thành một tiêu chuẩn cho nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ hoạ và Video tương tác hai chiều (Games,Videoconferencing) và các ứng dụng Multimedia tương tác hai chiều (World Wide Web hoặc các ứng dụng nhằm phân phát dữ liệu Video như truyền hình cáp, Internet Video ) Mpeg-4 đã trở thành một tiêu chuẩn công nghệ trong quá trình sản xuất, phân phối và truy cập vào các hệ thống Video Nó đã góp phần giải quyết vấn đề về dung lượng cho các thiết 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

Học viên: Bùi Hoàng Hải 15

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

1.6.4 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 nénthông thường 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 có thể 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 1.3:So sánh các chuẩn nén 1.7 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

Học viên: Bùi Hoàng Hải 17

Ch ức 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 này nếu 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…

1.7.1 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 cừng bên 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

1.7.2 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 second cũng 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 dữ liệu 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:

- Độ phân giải

Học viên: Bùi Hoàng Hải 19

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 gian ghi hình của DVR Dung lượng càng cao thì khả năng lưu dữ liệu càng lớn 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 chất lượng 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 tục trong 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 động của 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

Học viên: Bùi Hoàng Hải 21

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

1.8 Kết luận:

Chương nàyđãgiới thiệu quá trình phát triển của cácdòng camera và hệ thống giám sát từ xa dùng camera và các xu hướng phát triển của hệ thống giám sát trongtương lai Đặc biệt trong việc phân loại camera có mô tả chi tiết kiến trúc của camera trong đó đã nêu lên được vị trí cũng như vai trò của camera trong việc giám sát Các công nghệ giám sát hiện có trên thế giới và thị trường Việt Nam cũng được

đề cập đến ở đây

CHƯƠNG II: CAMERA IP 2.1.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

Học viên: Bùi Hoàng Hải 23

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 từ camera 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 số hóamàn 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 DVR gần 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, mạngIP-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 2.2 Cấu tạo camera IP:

Camera IP bao gồm các thành phần chính sau: ống kính, bộ cảm biến hình ảnh, cảm biến âm thanh, chuyển đổi A/D

• Ống kính :

Đây là thành phần phía trước của camera, ống kính có khẩu độ cố định, tự động thay đổi tiêu cự, tự động thu phóng, một số camera có ống kính di động cho khả năng ghi hình ở những không gian rộng lớn

Học viên: Bùi Hoàng Hải

Độ dài tiêu cự quyết định ảnh trường ngang tại một khoảng cách nhất định, tiêu cự càng dài thì góc quan sát càng hẹp

Cảm biến hình ảnh có kích thước khác nhau, ví dụ như 2/3”, 1/2”, 1/3” và 1/4” và thấu kính được sản xuất phải phù hợp Nếu một ống kính được sản xuất cho một cảm biến nhỏ hơn một cảm biến nằm trong một camera thì hình ảnh thu được sẽ bị đen góc còn một ống kính được làm cho một cảm biến có kích lớn lắp cho camera với cảm biến có kích thước nhỏ thì góc quan sát sẽ bị thu hẹp và một phần hình ảnh bị mất Ống kính thường có các dạng:

Fixed lens: Kiểu ống kính này có chiều dài tiêu cự cố định là 4mm

Hình 2.3: Fixed lens

Varifocal lens: Kiểu ống kính này cho phép điều chỉnh chiều dài tiêu cự thấu kính (đồng nghĩa với góc quan sát) bằng tay Khi mà chiều dài tiêu cự bị thay đổi cũng phải lấy nét lại cho ống kính Ống kính kiểu này có dải tiêu cự từ 3,5mm đến 8mm

Hình 2.4 :Varifocal lens

Zoom lens: Chiều dài tiêu cự có thể được điều chỉnh trong một khoảng từ 6

mm đến 48 mm mà không cần quan tâm đến việc lấy nét Ống kính có thể được điều chỉnh bằng tay hoặc từ xa

Hình 2.5: Zoom lens

• Cảm biến hình ảnh (image sensor)

Bộ cảm biến hình ảnh có hai loại: CCD và CMOS Ưu điểm chính của CMOS

so với CCD là tiết kiệm điện năng Tuy nhiên CMOS cho chất lượng hình ảnh không rõ nét như CCD và trong môi trường có sự thay đổi nhanh của hình ảnh thì

sự nhạy bén của CMOS là không tốt và dễ làm nóng thiết bị

• Cảm biến âm thanh: Cảm biến này hoạt động giống một microphone cho

phép ghi lại âm thanh

• Bộ chuyển đổi Analog/Digital (A/D converter): Dùng để chuyển đổi tín

hiệu tương tự sang số

2.3 Cấu trúc Camera IP:

Hình 2.6: Cấu trúc của CameraIP 2.4 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 sóng khác nhau của ánh sáng – và biến đổi chúng thành tín hiệu điện tử khác

Học viên: Bùi Hoàng Hải 27

Những tín hiệu này sau đó được chuyển đổi tương tự thành số và chuyển đến tính năng vi tính nơi mà hình ảnh được nén lại và gửi đi thông qua internet

Ống kính của camera làm cho hình ảnh tập trung vào chip hình ảnh Trước khi đến được chip hình ảnh đó phải đi qua bộ kính lọc - sẽ bỏ đi những tia hồng ngoại để những màu sắc chuẩn sẽ được hiển thị Đối với camera ngày và đêm thì bộ phận lọc tia hồng ngoại sẽ được chuyển đi để cung cấp những hình ảnh trắng và đen ở chất lượng cao trong điều kiện ban đêm Lúc này chip hình ảnh sẽ chuyển đổi hình ảnh (bao gồm những thông tin về ánh sáng) vào tín hiệu điện tử Những tín hiệu này sẵn sàng để được nén và gửi đi thông qua internet

2.5 Phân loại Camera IP:

2.5.1 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 năng nổi bật hơn

2.5.2 Camera IP wifi:

Là dòng camera IP không có dây, sử dụng sóng wifi để truyền tải dữ liệu thông qua giao thức Internet Protocol.Thích hợp dùng cho những nơi khó đi dây hoặc không thể đi dây.Ưu điểm: lắp đặt nhanh gọn, dễ dàng di chuyển đến mọi nơi

2.6 Công nghệ truyền dẫn Camera IP:

2.6.1 PoE(Power over Ethernet) – Cung cấp nguồn qua mạng:

Power over Ethernet (PoE) có cách thức hoạt động đơn giản bằng cách chuyển đổi nguồn cung cấp điện cơ bản thành một nguồn cấp điện áp thấp được gửi vào hai cặp sợi bên trong cáp CAT5 để cung cấp nguồn cho thiết bị trạm phát cuối Trong

hệ thống nguồn cấp trên cáp mạng Ethernet (PoE), có ít nhất hai thành phần tham gia vào:

• PSE (Power Sourcing Equipment): Những thiết bị loại này lấy vào nguồn

cấp điện cơ bản và cung cấp điện áp thấp, nguồn điện một chiều DC vào cáp

Ethernet PSE có thể cung cấp nguồn lên đến khoảng 12W ở 48V cho một thiết bị tương thích Power over Ethernet (PoE) yêu cầu nguồn cấp Trong mạng vô tuyến có hai loại PSE là Endspan và Midspan Endspan làm việc tương tự cách của các bộ chuyển mạch Ethernet, cũng bao gồm việc cung cấp điện trên các mạch truyền dẫn

dữ liệu Ethernet Endspan có thể được gọi là bộ chuyển mạch Power over Ethernet (PoE) Midspan là bộ tăng áp được đặt ở giữa một chuyển mạch Ethernet và các thiết bị được cấp nguồn trong khi tăng áp mà không ảnh hưởng đến dữ liệu Midspans có thể được gọi là bộ tăng áp PoE (PoE injector)

• PD(Powered Devices): Đây là những thiết bị được kích hoạt Power over

Ethernet (PoE) tại điểm cuối của cáp Ethernet đòi hỏi phải có điện áp thấp, điện

DC Trong mạng vô tuyến, PD phải có một bộ chia PoE để chia ra việc cấp điện, việc cấp dữ liệu và tài nguyên đến các khu vực thích hợp Tuy nhiên, nếu một thiết

bị không đươc tích hợp sẵn, một bộ chia Power over Ethernet (PoE) phải được sử dụng trước PD bằng cáp dẫn điện DC chạy từ bộ chia Power over Ethernet (PoE) tới các thiết bị cùng với cáp Ethernet khác

Có hai cách để cung cấp nguồn qua cáp:

• Phương án 1: sử dụng một phương thức đơn công (simplex) mang nguồn

điện trên cùng các loại cáp như cáp dữ liệu Các PSE thêm nguồn điện nuôi vào chân cấp dữ liệu thông qua các điểm nối dây của tín hiệu nội bộ nối máy biến áp trung tâm

• Phương án 2:sử dụng một phương thức mà việc cung cấp điện được thực

hiện trên hai cặp dây dẫn còn dư trong cáp Ethernet

Các thiết bị được cấp nguồn PoE được thiết kế để thích hợp với phương án 1 hoặc 2 lên, cấp điện lên đến khoảng 48V và việc sử dụng cáp Ethernet cho phép đạt tốc độ dữ liệu 1Gbps.Khi một thiết bị PoE được bật lên, PSE được thiết kế để phát hiện bao nhiêu nguồn cấp PD yêu cầu và cung cấp nó với đúng số lượng cần thiết Điều này được thực hiện bằng cách sử một dụng một hệ thống phân loại mà biểu thị lượng điện năng (W) để gửi đến thiết bị

Học viên: Bùi Hoàng Hải 29

Ưu nhược điểm của phương thức truyền dẫn PoE:

• Ưu điểm:

Ưu điểm lớn của công nghệ PoE là khả năng cung cấp năng lượng cho thiết

bị và truyền dữ liệu trên cùng cáp Ethernet Điều này giúp đơn giản hóa hệ thống,

giảm chi phí lắp đặt và bảo trì,cải thiện sự ổn định của hệ thống an ninh Chi phí

ống dẫn, dây cáp được tiết kiệm Lắp đặt đơn giản khi chỉ phải sử dụng một sợi cáp Ethernet cho cả nguồn điện và dữ liệu Hơn nữa, việc quản lý cũng được đơn giản hóa nhờ quản lý điện năng tập trung Công nghệ này cũng tiết kiệm không gian vì số lượng dây dẫn cần thiết cho cơ sở hạ tầng truyền dẫn ít hơn, do đó tiết kiệm chi phí lao động, vì chỉ cần một sợi cáp là đủ cho cả nguồn điện và dữ liệu Cuối cùng, công nghệ này rất an toàn vì nó cung cấp nguồn điện hạ thế

• Nhược điểm:

Trong công nghệ PoE, hạn chế rõ ràng nhất à khoảng cách bị giới hạn trong vòng 100 mét, trừ khi sử dụng bộ lặp/ bộ nối dài Ngoài ra, tại thời điểm hiện tại, công suất tối đa được cung cấp bởi thiết bị cấp nguồn là 60W, có nghĩa là một số thiết bị tiêu thụ nhiều năng lượng không thể được cấp nguồn bằng PoE, chẳng hạn như các camera yêu cầu nguồn điện vào cao Ngoài ra, với công nghệ này toàn bộ

hệ thống đang được cấp nguồn bởi một hoặc một vài thiết bị như bộ chuyển mạch PoE, bộ chuyển đổi quan điện hoặc bộ góp PoE (PoE Injector).Vì thế trong hệ thống chúng ta cần sử dụng UPS dự phòng để cung cấp khả năng phục hồi hệ thống trong trường hợp mất điện

2.6.2 EoC (Ethernet over Coax) – Truyền dữ liệu qua cáp đồng trục:

EoC (Ethernet over Coax) là công nghệ sử dụng hệ thống cáp đồng trục để truyền tải dữ liệu

• Ưu điểm:

Trong truyền dẫn EoC, ưu điểm lớn nhất là khả năng sử dụng cáp đồng trục

có sẵn trong hệ thống an ninh Điều này tiết kiệm chi phí vì dây dẫn thường là thành phần tốn kém trong bất kỳ hệ thống bảo mật nào.Hơn nữa, khoảng cách truyền cũng

xa hơn

VDSL2 là hình thức thông dụng nhất của truyền dẫn EoC.Nó cho phép truyền lên đến hai cây số, mặc dù tốc độ dữ liệu giảm dần khi khoảng cách tăng lên, xuống đến 1.5Mbps

Một ưu điểm nữa là nó hỗ trợ hệ thống giám sát lai với cả camera gắn mạng và camera tương tự, ngoài ra còn cấp nguồn qua cáp đồng trục Do đó, điều này sẽ hấp dẫn những người sử dụng vẫn muốn giữ lại một số camera tương tự đang có, hoặc lắp đặt camera tương tự tại các điểm ít quan trọng khác

(point-to-2.6.3 PLC (Power Line Comunication) – Truyền thông qua đường điện:

Công nghệ PLC ( Power Line Communication ) là công nghệ cho phép truyền tín hiệu Điện và DATA cùng trên một đường dây cáp nguồn cấp cho thiết bị

Điểm đặc biệt của công nghệ này là:

- Các camera IP chỉ cần 1 rắc cắm nguồn duy nhất, trong camera đã tích hợp sẵn PLC Modem, PLC Modem này hoạt dộng như một bộ chuyển đổi và truyền tín hiệu

- Đầu ghi hình IP ( Network Video Recorder ) cũng được tích hợp sẵn PLC Modem, Bộ PLC Modem trên đầu ghi hình IP (NVR ) nó hoạt động giống như bộ nhận và chuyển đổi tín hiệu

Phương thức hoạt động:cả camera IP và đầu ghi hình có tích hợp PLC Modem, Bộ PLC Modem ở các camera sẽ tách tín hiệu nguồn điện và tín hiệu dữ liệu ra 2 dải tần số khác nhau để có thể truyền cùng lúc trên cung đường dây cáp nguồn cấp cho các camera Bộ PLC Modem tại đầu ghi hình có công dụng ngượi

Học viên: Bùi Hoàng Hải

lại, nó nhận và tách tín hiệu điện và tín hiệu dữ liệu từ camera truyền về thành 2 dải tần số khác nhau

• Ưu điểm:

Mặc dù PLC được giới hạn trên đường dây điện hiện có và chủ yếu được sử dụng trong các tòa nhà độc lập, chẳng hạn như nhà riêng hoặc văn phòng, công nghệ này vẫn có một số ưu điểm Nhưng truyền dẫn EoC, PLC không yêu cầu lắp đặt thêm dây dẫn để thiết lập hệ thống an ninh Tuy nhiên, EoC đòi hỏi một hệ thống bảo mật trước đây được lắp đặt đúng chỗ, trong khi PLC có thể được thiết lập

mà không bất kỳ hệ thống nào trước khi thực hiện Đây là một giải pháp đơn giản

để phân phối kết nối trong các tòa nhà, nơi đã có sẵn đường dây điện Cài đặt cũng

dễ dàng vì không cần cấu hình các camera an ninh tương thích Hơn nữa, còn có một số ưu điểm hấp dẫn khác.PLC hỗ trợ tốc độ dữ liệu cao nhất 200Mbps và khoảng cách truyền có thể lên đến 500 mét, tùy thuộc vào các yếu tố như tốc độ dữ liệu và chất lượng cáp Nó hỗ trợ mã hóa dữ liệu AES 128-bit, và phù hợp với các ứng dụng yêu cầu mức độ bảo mật cao.Nó cũng hỗ trợ kết nối đa điểm, chaẳng hạn như nhiều cáp đồng trục vào một cáp đồng trục hoặc xích vòng

• Nhược điểm:

Ưu điểm của PLC cũng chính là hạn chế của nó Trong hệ thống giám sát, PLC bị giới hạn bởi các đường dây điện Tuy nhiên, tiềm năng của hệ thống tự động hóa nhà với PLC là rất lớn, và đây là nơi PLC sẽ được sử dụng nhiều nhất Với sự phát triển của thị trường nhà thông minh, chúng ta có thể mong đợi sẽ thấy PLC xuất hiện nhiều hơn mà việc truyền dữ liệu camera an ninh là một phần trong đó

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

Hình 2.7: Đầu ghi hình NVR