Веб-камера - это цифровая камера, подключенная к компьютеру. Устройство предназначено для сканирования, обработки и передачи через интернет изображения в реальном времени. Чаще всего используются для онлайн трансляций и совершения видеозвонков.
Исторический кофе-стрим
Первая веб-камера - это изобретение кембриджских гениев Квентина Стаффорда-Фрейзера и Пола Джардетски. Девайс появился в 1991 году благодаря любви сотрудников университета к кофе. В то время на весь отдел компьютерной разработки был только один кофейник в «Троянской комнате». Часто ученым приходилось проделывать долгий путь за кружкой этого чудесного напитка впустую. Чтобы каждый мог видеть, готов ли кофе, не вставая с рабочего места, была создана web-камера.
Изначально изображение транслировалось только на рабочие компьютеры отдела по локальной сети и было размером 128×128 пикселей. Разработка получила клиентское название XCoffee под Window System. Онлайн трансляция длилась 10 лет. В 2001 году, несмотря на протесты поклонников, камеру отключили. Кофейник стал знаменитым раритетом и был продан на аукционе eBay за 3,350 £.
Устройство современной веб-камеры
Главная часть в веб-камере - это сенсор изображения, или CCD-матрица. Представляет собой полупроводниковый чип, состоящий из миллионов крошечных светочувствительных квадратов, расположенных в виде сетки. Эти квадраты называются пикселями. Базовые веб-камеры используют относительно небольшие сенсоры, всего на несколько сотен тысяч пикселей.
Помимо CCD или ПЗУ-матрицы, камера содержит объектив, аналогово-цифровой преобразователь, также называемый платой видеозахвата, микропроцессор и компрессор. Некоторые модели IP-камер содержат встроенный веб-сервер и ОЗУ.
Принцип действия веб-камеры
Стандартная веб-камера - это подключенное к компьютеру отдельное устройство. Действует следующим образом:
- Через объектив спереди камера захватывает свет и проецирует его на интегральную микросхему, состоящую из микроскопических детекторов света.
- Плата видеозахвата преобразует аналоговое изображение в цифровое, то есть в байт-код из нулей и единиц.
- Блоки компрессии сжимают цифровой сигнал в форматы MJPEG или MPEG.
- Дальше информация передается на компьютер через USB-интерфейс, а потом в интернет.
В случаях с IP-камерами подключение к компьютеру не обязательно. Устройство обладает своим IP-адресом, благодаря встроенному веб-серверу, и потоковая трансляция осуществляется непосредственно в сеть.
Параметры веб-камер
Если разобрать две веб-камеры по частям, то получается идентичный набор деталей: плата со светочувствительной матрицей и объектив. Как же понять, какая работает хорошо, а какая нет?
- Разрешение - количество пикселей по вертикали и горизонтали матрицы. Чем их больше, тем устройство считается лучше и дороже. Современные HD веб-камеры в реальном времени передают изображение с разрешением между 1280×720 и 1600×1200, то есть 3-2.0Mpx. У бюджетных моделей этот параметр составляет 320×240 или 640×480. Картинка получается зернистой, иногда расплывчатой. Но не каждое интернет-соединение потянет камеру 2.0Mpx. Если скорость передачи данных низкая, до 10-20 Мб, изображение будет «виснуть».
- FPS - количество кадров в секунду, которое камера способна обрабатывать. У недорогих моделей частота около 24 кадров в секунду, у PRO-камер это значение достигает 50-60. Средние камеры, как например Microsoft VX-1000 или VS-800, обладают частотой 30 кадров в секунду с разрешением 640×480. Если во время видеочата сидеть неподвижно, то даже с низкой fps изображение будет достаточно четким. Но для сьемки в движении показатель частоты должен быть выше 40 кадров в секунду.
Это два ключевых параметра, которые определяют уровень веб камеры. Есть дополнительные опции, которые почти не отражаются на качестве устройства и изображения. В основном они влияют на цену, причем не всегда оправданно.
Для чего нужна веб-камера?
Задача веб-камеры - показывать объекты, находящиеся вне поля зрения и досягаемости. С ее помощью можно удаленно наблюдать за людьми, помещениями в реальном времени. Например, если вы собрались в другой город или на море, веб-камера покажет погоду лучше любого синоптика.
90% пользователей приобретают гаджет для видеозвонков, чатов и видеоконференций через интернет. Для этого на компьютере должен быть установлен специальный софт, поддерживающий VoIP: Skype, ooVoo или Viber. Вместо клиентских программ можно использовать расширения для браузера Appear.in или Hangouts. Но на видеочатах диапазон возможностей камер не заканчивается:
- Онлайн-трансляции происходящего в самых популярных уголках земли. Веб-камеры в Сочи, Нью-Йорке и возле Ниагарского водопада позволяют путешествовать, не вставая с компьютерного стула.
- Охранные компании и службы безопасности широко применяют данную технику для мониторинга объектов.
- Видео с веб-камеры можно записывать, делать монтаж, выкладывать в интернет, на форумах, в плейлисте на YouTube или в блоге. Для этих целей существует масса программ, одни из которых - Windows Movie Maker или Camtasia Studio.
- Используя web-приложения, создавать электронные письма в видеоформате.
- Вести платные обучающие вебинары и зарабатывать с помощью гаджета.
Нетрадиционные способы использовать веб-камеру
Трансляциями с веб-камер на море, набережных, из орлиного гнезда в Гималаях уже никого не удивить. Но есть несколько необычных и веселых способов использовать гаджет:
- OvO Webcam Games или GloopIt Webcam Utility. Участники управляют своими персонажами через веб-камеру. Для подобного развлечения монитор нужно навести на себя и движениями всех частей тела выполнять квесты. Игровое ПО скачивается с интернета и устанавливается на компьютере.
- С помощью технологии распознавания жестов управлять софтом на рабочем столе, проигрывателями YouTube, Pandora, Grooveshark и Netflix в браузере Chrome. Мышка и клавиатура не используется, только движение кистей. Разработка называется Flutter и пока находится в стадии альфа-тестирования.
- Создание анимированных GIF и аватарок с помощью программы WebCam Avatar или PsykoGif.
- Использовать для входа в учетную запись без ввода пароля.
Из веб-камеры со встроенным микрофоном, ПК и Skype каждый внимательный родитель может смонтировать видеоняню. Для этого в мессенджере нужно создать новую учетную запись на имя ребенка, внести себя и родственников в список контактов. Настроить Skype на автоматический ответ на видеовызов и включение камеры. Компьютер с гаджетом нужно установить так, чтобы была видна вся детская, включая само чадо. С помощью такого ноу-хау можно наблюдать за ребенком в любое время.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
ВВЕДЕНИЕ
Первая в истории веб-камера была запущена в 1991 году и показывала кофеварку в Троянской комнате Кембриджского университета. Сейчас она не работает, поскольку была отключена 22 августа 2001 года. Последний фотоснимок, сделанный этой камерой, ещё можно видеть на её домашней странице в Интернете. Глобальная паутина только-только начинала свое победоносное шествие по планете. Группа ученых, человек 15-20, работала над проектом в области сетевых технологий. Условия работы были спартанскими на всю команду приходилась всего одна кофеварка, которая не могла удовлетворить потребности всего коллектива. Основная работа велась в лаборатории, персонал жил в этом же здании, но в другой его части. Чтобы подхлестнуть мыслительный процесс чашечкой бодрящего напитка, участники научного проекта были вынуждены часто посещать коридор, находившийся этажом выше, где и располагалась кофеварка. Зачастую такие походы терпели крах, так как некоторые коллеги уже успевали опорожнить вожделенную емкость. Ситуация требовала нестандартного решения, и оно было найдено.
Один из компьютеров в лаборатории имел устройство видеонаблюдения (frame grabber). К нему подключили камеру, которая была направлена на объект наблюдения. Этот же компьютер играл роль web-сервера за счет специально написанного программного обеспечения. Желающие знать, есть ли кофе, должны были запустить на своем компьютере клиентское ПО, соединяющееся с сервером /3/. В результате на удаленном компьютере в маленьком окошке выводилось черно-белое изображение, обновляющееся три раза в минуту. Заметка об этом интересном комплексе была опубликована в журнале Comm-Week 27 января 1992 года. С момента появления первых прототипов IP камер прошло не так уж много времени, но они уже превратились во вполне сформировавшийся, отдельный класс устройств, делающих повседневную жизнь проще, удобнее и веселее.
Подобно многим сетевым технологиям, веб-камеры и видеочаты приобрели массовую популярность. Необходимость в «живых» видеоизображениях породила веб-камеры, способные вещать через интернет в формате видеопотока, не требующего от зрителя необходимости вручную обновлять изображение; а вскоре, ненужными в современных браузерах стали специальные плагины.
1. ВИДЫ ВЕБ-КАМЕР
Веб-камера -- малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении). Она имеет встроенный web-сервер, сетевой интерфейс и подключающаяся непосредственно к LAN/ WAN/ Internet. Многие сетевые камеры имеют такие дополнительные средства как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и пр /1/. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного web браузера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.
Веб-камеры, доставляющие изображения через интернет, закачивают изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается путём подключения камеры к компьютеру или благодаря возможностям самой камеры. Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и (или) отсылать изображения электронной почтой.
Веб-камеры, предназначенные для видеоконференций, -- это, как правило, простые модели камер, подключаемые к компьютеру, на котором запущена программа типа Instant Messenger. Модели камер, используемые в охранных целях, могут снабжаться дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы движения, подключение внешних датчиков и т. п.) видеочат интерфейс детектор камера
Существуют три вида групп веб-камер это настольные, портативные и универсальные. Настольные веб-камеры чаще всего используют для настольного персонального компьютера, портативные для ноутбуков, а универсальные, соответственно, для ноутбуков и компьютеров. Также веб-камеры подразделяются на беспроводные и проводные.
Беспроводная видеокамера - это устройство записи, которое передаёт аудио- и видеосигналы на приёмник без кабельной связи. Такие камеры используют на объектах, где по различным причинам неудобно прокладывать кабельную сеть. Основными преимуществами беспроводных камер являются отсутствие необходимости долгой и трудозатратой работы по прокладке кабеля, высокая помехоустойчивость, надёжность.
Беспроводные камеры удобно использовать как камеры, ведущие скрытое наблюдение, т.к. отсутствуют громоздкие кабельные сети. Такая скрытая мини камера позволяет создать видимость отсутствия наблюдения на объекте /2/. Так же в наличии портативной видеокамеры имеется микрокамера, с её помощью можно записывать видео в различных сложных условиях. В свою очередь, беспроводные камеры разделяют на два вида - аналоговые и цифровые, из-за различной технологии (способа) передачи сигнала.
Аналоговые беспроводные видеокамеры имеют склонность к помехам и, чаще всего, искажают передаваемое изображение, но стоят намного дешевле. Правда, в большинстве случаев, аналоговые видеокамеры запрещены законодательством.
Цифровые беспроводные видеокамеры (IP камеры) передают сигнал в цифровом формате, а цифровой сигнал не поддается влиянию волн и помех, в том числе и от других камер. Такой сигнал абсолютно не искажается при передаче. Эти устройства не нуждаются в обязательном подключении к компьютеру, они сами по себе являются сетевыми узлами с собственным IP-адресом (отсюда и название «IP-камера»). Фактически это своеобразные серверы, передающие сигнал в сеть самостоятельно по протоколу TCP или даже UDP.
Существует два вида беспроводных цифровых камер - с передачей видеосигнала по радиоканалу (WiFi беспрводные камеры, USB, Wi-Max) и камеры, передающие сигнал через сотовую связь (GSM беспроводные камеры, 3G-камеры, CDMA беспроводные камеры).
Наибольшей популярностью пользуются WiFi камеры, как самый доступный и простой вид цифровых беспроводных видеокамер.
Беспроводные GSM видеокамеры (протоколы связи GPRS, EDGE, 3G) используют в том случае, когда отсутствует доступ в интернет по WiFi. Тогда пользуются услугами операторов сотовой связи.
USB камеры передают сигнал по каналу Bluetooth, но работает такое оборудование лишь на близком расстоянии, используя радиоволны.
Беспроводные камеры IP относятся к типу веб-камер, т.к. передают видео- и аудиосигнал в интернет. Беспроводная веб-камера осуществляет съемку и передачу цифрового видеосигнала, используя локальную сеть.
Проводные веб-камеры подразделяются на внешние и встроенные. Внешние веб-камеры обычно подключаются к USB-порту или с помощью интерфейса FireWire. В качестве проводной веб-камеры можно использовать самую что ни есть обычную видеокамеру, если она поддерживает такой функционал.
Встроенные веб-камеры располагаются непосредственно в самом устройстве. Трудно представить себе современный ноутбук без веб-камеры. Пусть посредственного качества, но таковая всё же должна присутствовать.
2. СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕБ-КАМЕР
2.1 Структура веб-камер
Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав веб -камеры входят следующие компоненты:
ПЗС-матрица;
Объектив;
Оптический фильтр;
Плата видеозахвата;
Блок компрессии (сжатия) видеоизображения;
Центральный процессор и встроенный веб -сервер;
Флэш-память;
Сетевой интерфейс;
Последовательные порты;
Тревожные входы/выходы.
В качестве фотоприемника в большинстве веб -камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD - прибор с зарядовой связью) - прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3:4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах веб-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность. Типичная веб -камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения, и веб сервер для подключения к сети /2/. Каждая сетевая видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, вычислительные функции, и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать как веб-сервер, FTP сервер, FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций, таких как детектор движения, вход/выход тревоги и поддержка e-mail.
Веб -камера состоит, прежде всего, из сенсора. Очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры. Хотя они имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных.
Светочувствительный сенсор -- это своего рода сердце любой цифровой камеры. Именно он позволяет преобразовывать свет в электрические сигналы, доступные для дальнейшей электронной обработки. Основной принцип действия и ПЗС- и КМОП-сенсоров одинаков: под воздействием света в полупроводниковых материалах рождаются носители заряда, которые впоследствии преобразуются в напряжение. Различие между ПЗС- и КМОП-сенсорами заключается прежде всего в способе накопления и передачи заряда, а также в технологии преобразования его в аналоговое напряжение. Не вдаваясь в подробности конструкции различных типов сенсоров, отметим лишь, что КМОП-сенсоры являются значительно более дешевыми в производстве, но и более «шумными».
Принцип работы веб-камеры схож с принципом работы любой цифровой камеры или фотоаппарата. Кроме оптического объектива и светочувствительного ПЗС- или КМОП-сенсора обязательным является наличие аналого-цифрового преобразователя (АЦП), основное назначение которого -- преобразовывать аналоговые сигналы светочувствительного сенсора, то есть напряжение в цифровой код. Кроме того, необходима система цветоформирования /6/. Другим важным элементом камеры является схема, отвечающая за компрессию данных и подготовку к передаче в нужном формате. В веб-камерах видеоданные передаются в компьютер по USB-интерфейсу, то есть заключительной схемой камеры должен быть контроллер USB-интерфейса.
Далее: в состав сетевой камеры входит микропроцессор для компрессии видео и детектирования движения (или просто микросхема компрессора). Наиболее популярен JPEG, как самый простой и дешевый; достаточно часто используется также MPEG4, наиболее редким и дорогим является MPEG2. С завершением действия патента на арифметическое кодирование приобретает популярность WaveLet. И наконец, в состав сетевой камеры входит сетевой контроллер 10/100 Мбит/с.
2.2 Назначение веб-камер
Веб-камеры входят в нашу жизнь. Их используют для построения видеосистем как на территориально больших, так и для малых объектов. Особенно они становятся незаменимы при контроле и мониторинге удаленных точек, где существует необходимость применения необслуживаемого оборудования.
Веб-камеру можно использовать как камеру-сторож, например, для охраны своего автомобиля под окном, или в качестве веб-няни, для наблюдения всего происходящего с вашим ребенком, пока вас нет дома.
Веб-камера может пригодиться и в бизнесе, можно организовывать виртуальные выставки, проводить видео-конференции или дистанционное обучение, снимать собрания и совещания.
По мере того, как возможности работы с веб-камерами появлялись в приложениях, изначально предназначенных для текстового чата (в программах типа Instant Messenger) -- в том числе в Skype, Yahoo Messenger, AOL Instant Messenger, Windows Live Messenger -- миллионы обычных пользователей по всему миру получили возможность общения друг с другом по видеофону. Улучшение качества видеоданных позволило веб-камерам конкурировать с существовавшими до этого системами видеоконференцсвязи /4/. Некоторые веб-камеры снабжаются новыми функциями, направленными специально на увеличение популярности и удобства видеосвязи (в том числе функциями, обеспечивающими автоматическое ретуширование снимка, сглаживание морщин, и т. п.).
Беспроводные камеры позволяют осуществлять наблюдение там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. Беспроводные видеокамеры могут взаимодействовать с другим проводным оборудованием. В настоящее время необходимо принимать во внимание беспроводные решения при проектировании любых сетей от малого офиса до предприятия. Это, возможно, сэкономит и средства, и трудозатраты, и время.
Все беспроводные сети поддерживают как режим инфраструктуры (подключение через точку доступа), так и режим ad-hoc (настройка работы без применения точки доступа). Вы можете добавлять новых пользователей в любое время и устанавливать новые узлы сети в любом месте и без использования сетевых шнуров. Беспроводные сети также могут быть установлены для временного использования в помещениях, где нет инсталлированной кабельной сети или если прокладка сетевых кабелей затруднена.
Для обеспечения беспроводным пользователям доступа к корпоративным базам данных или разделяемым ресурсам серверам и принтерам, вы можете установить точку доступа /5/. Это устройство позволяет взаимодействовать беспроводным рабочим станциям с уже существующей сетью Ethernet. Точки доступа компании D-Link совместимы с протоколом Wi-Fi и прозрачно интегрируются с сетью Ethernet. Беспроводные рабочие станции могут добавляться без ухудшения производительности сети. Перегрузки сети трафиком можно легко избежать добавлением точки доступа для сокращения времени отклика сети.
Иногда веб-камеры применяются в системах охраны. Предприятия используют веб-камеры для наблюдения и видеозаписи происходящего в конторах, в прихожих и на складах, на выборах. В России впервые камеры для просмотра и записи выборов были установлены 4-го марта 2012 года. Веб-камеры передавали комиссии и урны. Домовладельцы при помощи веб-камер наблюдают что угодно -- от детской и до заднего двора.
Сама по себе веб-камера, как правило, не способна хранить видеозапись, а просто делает снимки; для сохранения видеозаписи используется специальное программное обеспечение на компьютере, к которому веб-камера подключена. Веб-камеры также могут использоваться в играх, использующих простые алгоритмы распознавания движений.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Информатика: Учебник для вузов / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. - 3-е изд. перераб. - М.: Ф и С, 2004.
2. Колесниченко С., Шишигин И. Аппаратные средства PC. BHV 1999.
3. Кристиансен Т., Торкингтон Н. Perl: Библиотека программиста: Пер. с англ. - СПб. : «Питер», 2000.
4. Острейковский В.А. Информатика: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1999. MS Excel 97 (2000). Шаг за шагом. Ecom 1999 (2000).
5. Светозарова Г.И., Мельников А.А. Практикум по программированию на языке BASIC. - М. - Наука, 1986.
6. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: Финансы и статистика. 1997.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Решение инженерных задач при работе с визуальными данными. Базовые структуры данных. Базовые операции над многомерными числовыми массивами. Калибровка камер, элементы восстановления пространственной структуры. Анализ движения, слежение за объектами.
курсовая работа , добавлен 21.06.2011
Понятие периферийного устройства. Принтер и их классификация. Основные характеристики сканеров. Описание модема, DVB-карты и спутниковой антенны. Анализ используемых на персональных компьютерах акустических систем. Значение веб-камер для общения.
презентация , добавлен 27.05.2015
Создание, настройка камер, настройки основанных параметров визуализации и использования различных специальных эффектов в графическом пакете 3ds Max 2008. Особенности интерфейса программы. Типы специальных эффектов и их применение. Добавление заднего фона.
курсовая работа , добавлен 03.06.2013
Обзор стрелковых тренажеров, их достоинств и недостатков. Выбор веб-камеры, разработка общего алгоритма программы. Реализация спускового крючка. Создание пристрелки для настройки тренажера. Линейная аппроксимация, нахождение координат точки прицеливания.
дипломная работа , добавлен 26.12.2014
Изучение моделирования и визуализации трехмерных динамических сцен в пакете 3Ds Max на примере создания анимированной сцены, содержащей мышь, стул, чашку, чайную ложку и море. Создание материалов, камер и анимации, постановка света и визуализация сцены.
курсовая работа , добавлен 26.02.2012
Функциональное назначение и область применения программы "Локальный сетевой чат"; логическая структура, технические и программные средства. Требования к программе; характеристика, вызов и загрузка, входные и выходные данные, настройка, интерфейс.
дипломная работа , добавлен 18.10.2013
Рассмотрение понятия сетевых технологий как совокупности программных, аппаратных и организационных средств; принципы их организации и функционирования. Маршрутизация и доменная система имен в Интернет. Характеристика популярных сервисов Интернет.
презентация , добавлен 15.07.2014
Общее понятие о пакете "java.net". Логическая структура соединений через сокеты. Создание объекта Socket, соединение между узлами Internet. Способы создания потока. Алгоритм работы системы клиент-сервер. Листинг ServerForm.java, запуск подпроцесса.
лабораторная работа , добавлен 27.11.2013
Сетевые соединения для передачи команд и данных между клиентом и сервером. Появление первых клиентских FTP-приложений. Графические пользовательские интерфейсы. Вход в FTP сервер. Настройка, подключение и вход в файловый сервер с клиентских компьютеров.
курсовая работа , добавлен 25.11.2014
История развития сети Internet. Общая характеристика сети Internet. Протоколы. Услуги предоставляемые сетью. Internet - мировая сеть. Компьютерная зависимость. Internet-2. Нехватка мощностей Internet. Создание Internet-2. Структура Internet-2.
Цифровая веб-камера представляет собой сетевое устройство, которое состоит из видео камеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного веб-сервера. Как правило, веб-камера используется как устройство для организации видеосъемки, видеоконференций или видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы веб-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному веб-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.
Устройство и принцип работы веб-камеры
Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, перобразование аналогового видеосигнала в цифровой, сжатие цифрового видеосигнала и передачу видеоизображения по компьютерной сети. Поэтому в состав веб-камеры входят следующие компоненты:
ПЗС-матрица,
объектив,
оптический фильтр,
плата видеозахвата,
блок компрессии (сжатия) видеоизображения,
центральный процессор и встроенный веб-сервер,
флэш-память,
сетевой интерфейс,
последовательные порты,
тревожные входы/выходы.
В качестве фотоприемника в большинстве веб-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD - прибор с зарядовой связью) - прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3: 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах веб-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.
Объектив - это линзовая система, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент веб-камеры. Объектив является неотъемлемой частью веб-камеры, поэтому от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого веб-камерой. Достаточно часто веб-камера комплектуется объективом. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат.
Оптические инфракрасные отсекающие фильтры , которые устанавливают в веб-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая веб-камере правильную цветопередачу. Однако, на многие черно-белые веб-камеры такие фильтры не устанавливают, благодаря чему монохромные веб-камеры имеют более высокую чувствительность.
Плата видеозахвата веб-камеры (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат. Процесс преобразования сигнала состоит из трех этапов:
Дискретизация,
Квантование,
Кодирование.
Дискретизация - считывание амплитуды электрического сигнала через равные промежутки времени (период). Этот этап преобразования сигнала характеризуется частотой дискретизации.
Квантование - это процесс представления результатов дискретизации в цифровой форме. Изменение уровня электрического сигнала за период дискретизации представляется в виде кодового слова из 8, 10 или 12 бит, которые дают соответственно 256, 1024 и 4096 уровней квантования. От числа уровней квантования зависит точность представления сигнала в цифровой форме.
Кодирование. Помимо информации об изменении уровня сигнала, полученной на предыдущем этапе, в процессе кодирования формируются биты, сообщающие о конце синхроимпульса и начале нового кадра, а также дополнительные биты защиты от ошибок.
Блок компрессии веб-камеры выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети. Если локальная сеть, к которой подсоединена веб-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия, которые используют веб камеры, обеспечивает разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 64 Кб - 2 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).
Сжатие видеоизображения в веб-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. Программная реализация компрессии дешевле, однако из-за высокой вычислительной емкости алгоритмов сжатия она малоэффективна, особенно когда требуется просматривать видеоизображение с веб-камеры в online режиме. Поэтому большинство ведущих производителей выпускают веб-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Например, каждая сетевая камера компании AXIS Communications оснащена процессором компрессии ARTPEC, осуществляющим высокоскоростное сжатие видеоизображения в формат JPEG/MJPEG.
Центральный процессор является вычислительным ядром веб-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного веб-сервера и управляющей программы для веб-камер.
Интерфейс для Ethernet служит для подключения веб-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.
Для работы в сети веб-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к веб-камере периферийное оборудование.
Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы веб-камеры и хранить пользовательские HTML-страницы.
ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых веб-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если веб-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к веб-камере охранных датчиков.
Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP.
Подключение и установка веб-камеры
Как правило веб-камера подключается к сети Internet через порт 10BaseT/100BaseTX/1000BaseTX Ethernet или при помощи модема через последовательный порт. После физического подключения веб-камеры к сети ей присваивается IP-адрес. Чаще всего у веб-камеры нет IP-адреса по умолчанию; он устанавливается либо с помощью соответствующей функции стандартного веб-браузера, либо командой DOS, которая использует для идентификации серийный номер веб-камеры, присвоенный ей производителем. Кроме того, фирмы-производители разрабатывают специальные программы для веб-камер, значительно упрощающие процедуру присвоения веб-камере IP-адреса (например, IP Installer компании AXIS Communications). Благодаря встроенному программному обеспечению для веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента, e-mail клиента и др., веб-камера подключается непосредственно к LAN/WAN/Internet сети и работает в ней как самостоятельное сетевое устройство. Это отличает веб-камеры от других цифровых камер, которые требуют обязательного подключения их к персональному компьютеру через USB или LPT порт. Кроме того, веб-камеры могут поддерживать работу с пользовательскими скриптами и JAVA-апплетами.
Для установки веб-камеры на улице или в помещении многие производители предусматривают в конструкции корпуса камеры специальный крепеж, предназначенный для установки ее на стены, потолки, кронштейны и поворотные устройства . Некоторые веб-камеры имеют встроенные поворотные устройства, предназначенные для монтажа на горизонтальной или вертикальной поверхности.
Дополнительные возможности и функции веб-камеры
Детектор движения - это программный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения веб-камеры на объекте видеонаблюдения. Детектор движения не только обнаруживает перемещение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения веб-камеры настраивают на обнаружение перемещения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).
Передача аудиосигнала по сети в большинстве случаев осуществляется за счет подключения к веб-камере дополнительного аудио модуля. Например, компания AXIS Communications для расширения функциональных возможностей веб-камер выпускает специальный аудио модуль AXIS 2191 , совместимый с большинством веб-камер AXIS.
Защита паролем служит для ограничения доступа к веб-камере лицами не имеющими права доступа.
По умолчанию видеоизображение с веб-камеры можно просматривать с любого сетевого компьютера, на котором установлен стандартный веб-браузер, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако можно ограничить число лиц с правами доступа к веб-камере, введя пароль на уровне пользователя. Многие веб-камеры поддерживают многоуровневую защиту паролем для разграничения прав доступа и администрирования.
Программы для веб-камер
Как правило, изображение с веб-камеры можно просматривать с помощью стандартного веб-браузера, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако многие фирмы-производители разрабатывают эксклюзивные программы для веб-камер.
Они сочетают в себе функции веб-браузера и управляющего программного обеспечения и служат для управления, настройки и просмотра изображений с веб-камеры (например, AXIS Camera Explorer или управляющая программа компании JVC Professional для администрирования сетевых устройств линии V.networks). Существует также программное обеспечение для распределенных сетевых систем видеонаблюдения, поддерживающее оборудование различных производителей, например, Sphinx-DV компании Digicore Systems.
Подключение веб-камеры к сети
В настоящее время веб-камера может подключаться к сети несколькими способами, которые базируются на различных стандартах передачи данных.
10/100 MbitEthernet. Это наиболее популярный способ передачи данных с веб-камеры в сеть. Существует два стандарта сетей 10 Mbit Ethernet: 10Base2 (с использованием коаксиального кабеля) и 10BaseT (с использованием витой пары). 10Base2 применяется крайне редко из-за чувствительности коаксиального кабеля к внешним помехам. Стандарт 100BaseTX использует витую пару и обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с.
1000 Mbit Ethrnet, Gigabit Ethernet. Использующийся здесь стандарт 1000BaseTX - это усовершенствованная версия 100BaseTX. Этот стандарт применяется в основном для построения магистралей локальных сетей.
Стандартные телефонные модемы. Это дешевый и довольно распространенный способ подключения веб-камеры к глобальной сети. Основной недостаток такого способа подключения - низкая скорость передачи данных (максимальная скорость загрузки данных - 56 кбит/с, максимальная скорость подкачки - 33,6 кбит/с). Подключение веб-камеры к модему осуществляется через последовательный порт.
ISDN модемы. Стандарт ISDN (Integrated services Digital Network) используется для передачи оцифрованной графики, аудио и видеоинформации и других цифровых данных по частным или общим цифровым телефонным сетям. Стандарт ISDN обеспечивает передачу данных с веб камеры на скорости до 128 кбит/с по двум каналам.
xDSL модемы. DSL (Digital Subscriber Line) - технология, обеспечивающая широкую полосу пропускания по простым медным телефонным проводам. Скорость передачи данных с веб-камеры может изменяться в зависимости от компании, предоставляющей данную услугу. В среднем она составляет 1 Мбит/с для загрузки данных и 250 кбит/с для подкачки.
Кабельные модемы. Кабельный модем - это модем, который обеспечивает доступ к Internet по сетям кабельного телевидения. Кабельные модемы используют асимметричную технологию, которая наиболее оптимально подходит для пользовательского доступа к Internet. При этом максимально возможная скорость приема данных от веб-камеры таким модемом может достигать порядка 40 Мбит/с (хотя обычно она не превышает 1 Мбит/с), а скорость передачи данных составляет порядка 10 Мбит/с.
Сотовые модемы. С помощью сотового модема можно подключить веб-камеру к Internet, используя сотовые линии связи. Скорость передачи данных обычно составляет от 5 до 20 кбит/с.
Более подробная техническая информация на конкретные модели веб-камер компаний Axis Communications и JVC Professional представлена на этом же сайте в разделе видеокамеры . Краткие технические характеристики и цены на веб-камеры приведены в интернет-магазине АРМО-Системы.
Как получить доступ к веб-камере через Интернет
Как получить доступ к веб-камере через Интернет.
Пример: После того, как Вы уже получаете изображение с веб-камеры на свой компьютер, Вы решаете, что было бы неплохо иметь возможность обратиться к камере везде, где есть Интернет. Например, как владелец магазина, Вы хотите контролировать действия в магазине из Вашего дома, вместо необходимости присутствовать каждую минуту на рабочем месте
Шаг 1: Системные требования
Сценарий A)
Если ваше здание (где должна быть расположена камера) уже подключено через Ethernet к Провайдеру услуг интернета (поставщик интернет-сервиса), просто настройте учетную запись, включите сетевую камеру в свитч через сетевой выход, и Вы должны получить для сетевой камеры динамически назначенный общественный IP-адрес. Следуйте за инсталляционными командами для сетевой камеры. Специальное программное или утилита к веб-камере будут полезны в идентификации адреса IP.
Поскольку назначенный адрес IP может быть изменен вашим поставщиком интернет-сервиса (из-за ограниченной поставки адресов IP, разделяемых среди ее клиентов), узнать, как Вы можете закрепить за камеры определенный IP-адрес Вы сможете в Шаге4 ниже.
Сценарий B)
Если ваше здание не оснащено доступом Ethernet, то в большинстве случаев Вам могут потребоваться следующие устройства:
широкополосный модем для соединения ассиметричной цифровой абонентской линии (обычно поставляемый вашим поставщиком интернет-сервиса) или кабельным телевидением
широкополосный маршрутизатор, который еще может называться Интернет-Шлюзом, (Широкополосный маршрутизатор позволяет пользователям локальной сети совместно использовать единственное подключение к Интернету. Он также служит как интерфейс между Интернетом, Провайдером и Ллокальной Сетью)
свитч, который позволяет различным устройства из сети общаться непосредственно друг с другом и дает возможность устройствам из локальной сети иметь отдельные IP-адреса),
ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство широкополосных маршрутизаторов имеет встроенную функцию switch, таким образом отдельное оборудование не требуется.
сетевая камера
локальный компьютер
компьютер для удаленного наблюдения
Шаг 2: Назначьте IP-адрес для вашей камеры
Так как широкополосный маршрутизатор типично назначает автоматические, локальный адреса IP для устройств из локальной сети, такие адреса IP имеют свойства изменяться. Статичный (постоянный) IP-адрес рекомендуется для сетевой камеры. Чтобы назначать статичный IP-адрес, узнайте диапазон IP-адресов маршрутизатора, который, например, может быть от 192.168.0.2 до 192.168.0.35. Если Вы захотите использовать IP-адрес вне диапазона, типа 192.168.0.100, как статичный адрес IP для камеры, вероятно, что Вы не будете рисковать, что Ваше устройство будет конфликтами с другими устройствами, которые получают автоматические адреса.
Установка адреса IP для вашей камеры может быть сделана тремя различными способами, как указано в руководстве камеры. Как только адрес IP назначен, установите подсеть, и шлюз (эта информация может быть получена из маршрутизатора), и сконфигурируйте параметры настройки камеры: пароль, зарегистрированные пользователи для обеспечения ограничения доступа к камере.
Шаг 3: Переадресация портов
Широкополосный маршрутизатор, как упомянуто ранее, обеспечивает интерфейс между Интернетом, Провайдером и Локальной Сетью. Маршрутизатор получает внешний адрес IP от поставщика интернет-сервиса и поставляет внутренние (локальные) IP-адреса для устройств в локальной сети.
Чтобы получать доступ к сетевой камере, постоянно находящейся в локальной сети, Вы должны идентифицировать внешний адрес IP вашего маршрутизатора (см. руководство вашего маршрутизатора), и сконфигурировать Ваш маршрутизатор так, чтобы внешний адрес IP был направлен к статичному, местному IP-адресу сетевой камеры. Этот процесс называют открытием порта; то есть, когда Вы печатаете внешний адрес IP маршрутизатора из любого сетевого компьютера, Интернет определяет местонахождение вашего маршрутизатора, в свою очередь перенаправляет ваш запрос к локальному адресу IP, который назначен для сетевой камеры.
Запустите Web-браузер и войдите на встроенные Web-страницы маршрутизатора через Вход к страницам конфигурации маршрутизатора.
Найти пункт меню "переадресация портов" (или подобный), с таблицей примерно как показано ниже:
|
Сервисное название |
Порт начала |
Порт конца |
Адрес IP сервера |
|
Не сконфигурировано |
|||
|
Не сконфигурировано |
|||
|
Не сконфигурировано |
Так как камера посылает свое видео по HTTP, Вы должны конфигурировать обслуживание HTTP таким образом:
|
Сервисное название |
Порт начала |
Порт конца |
Адрес IP сервера |
|
Не сконфигурировано |
|||
|
Unofficial порт |
Сохраните конфигурацию в маршрутизаторе и выйти из страниц конфигурации. Конфигурация выполнена. Любые запросы, достигающие внешнего адреса IP маршрутизатора на порту 80 будут теперь отправлены адресу IP камеры: 192.168.0.100.
Если Вы хотите сделать доступной через Интернет больше чем одну сетевую камеру, то Вы должны использовать дополнительные (unofficial) порты маршрутизатора, типа 80xx и связывать их с сетевым адресом IP камеры.
Шаг 4: Что Вы можете сделать, если ваш поставщик интернет-сервиса часто меняет Dfi внешний адрес IP
Создать учетную запись в службе DNS которая обслуживает и регистрируют доменные имена (например www.nic.ru и т.п.) и привязать его к внешнему IP-адресу. Имя домена, типа www.web-kamera.ru, является понятным пользователю, его просто запомнить, а Вы можете назначить каждому домену свое сетевое устройство, т.е. его IP-адрес. Всякий раз, когда IP-адрес маршрутизатора будет меняеться, это будет автоматически зарегистрировано службой DNS, для того чтобы обновить Ваш IP-адрес таким образом, чтобы Вы по одному и тому же адресу имели возможность обращаться к Вашей сетевой камере.
Большинство широкополосных маршрутизаторов имеет родную поддержку DNS, типа www.dyndns.org.
Другая альтернатива: можно купить или арендовать статичный внешний IP-адрес у вашего поставщика интернет-сервиса.
Обычно нужны в четырех случаях: для рабочих видеоконференций, видеозвонков родным и друзьям, а также для стриминга и записи видеоблогов. В зависимости от предназначения вашей камеры и нужно выбирать конкретную модель - для разговоров с близкими хватит и не слишком продвинутой камеры, а вот для записи видео для своего блога рекомендуются камеры более высокого уровня.
Как и в случае со многими другими электронными устройствами, веб-камеру можно приобрести и за пару десятков долларов, и за несколько сотен - все зависит от ваших пожеланий и бюджета.
В следующем разделе мы расскажем о самых важных характеристиках веб-камер, затем дадим несколько полезных советов, а после представим вашему вниманию десять интересных моделей, которые можно найти и приобрести в нашем каталоге.
Основные характеристики, на которые стоит обратить внимание
Разрешение сенсора, Мп
Характеризует количество светочувствительных элементов матрицы камеры, которые захватывают свет в процессе снятия видео или фото. Чем выше это разрешение, тем лучше. Для записи HD-видео достаточно моделей с 1-мегапиксельным сенсором, для FullHD потребуется 2-мегапиксельная модель. В большинстве случаев более высокое разрешение не нужно.
Разрешение видео, пикселей
Даже самые дешевые современные веб-камеры могут записывать видео в разрешении FullHD. Главное их отличие - максимальная частота кадров и качество самого видео. Перед подкупкой конкретной модели обязательно ознакомьтесь с примерами роликов, которые были сняты с ее помощью - их легко найти на YouTube.
Разрешение фото, пикселей
В общем и целом веб-камеры не предназначены для съемки фото - разве что для социальных сетей. Но никто не мешает сделать с их помощью несколько снимков, если под рукой не оказалось другого девайса с камерой. Качество, скорее всего, будет максимум посредственным - даже топовые веб-камеры используют для увеличения разрешения снимков интерполяцию.
Частота кадров в секунду
С частотой 30 кадров в секунду FullHD-видео могут записывать далеко не все модели - обычно это могут делать лишь дорогие камеры. Но во многих случаях это и не нужно - вряд ли плавность движений вашего лица важна для видеоконференций и общения с друзьями. А вот если вы выбираете камеру для стриминга или блога, то высокая частота крайне необходима - на полноразмерном видео меньше 30 кадров в секунду смотрятся отвратительно.
Стоит отметить, что производители часто врут о максимальной частоте кадров видео, которое снимают их камеры - дешевые модели отличаются характерными "тормозами" и рывками потока.
Фокусировка
Наличие в камере системы автоматической фокусировки значительно улучшает итоговое качество картинки и позволяет пользователю свободно перемещаться в кадре без потери фокуса.
Ручная фокусировка позволяет точно настроить фокус объектива для конкретных условий - например, для проведения видеозвонков из кресла перед монитором.
Самые дешевые камеры обходятся вообще без систем фокусировки и имеют фиксированный фокус.
Углы обзора и вращения
Очень важный параметр веб-камеры - угол обзора ее объектива, который определяет объем пространства, который помещается в кадр. Лучше всего выбирать модель с углом обзора в 70 градусов и больше.
Для комфортной становки камеры также важна возможность ее вращения - как по горизонтали, так и по вертикали. Многие модели могут вращаться на 360 градусов по горизонтали, но это нужно не слишком часто - в основном хватит и 180 градусов.
Подключение
Подавляющее большинство современных веб-камер подключается к ПК с помощью USB-портов (USB 2.0). Очень немногие модели используют Bluetooth или Wi-Fi - это просто не нужно, когда под рукой у пользователя обычно есть смартфон с такой же, а то и более способной камерой.
Микрофон
Почти все веб-камеры, которые можно купить сейчас, имеют встроенный микрофон. Большая часть этих микрофонов, впрочем, довольно плохо справляется с записью звука - если вы планируете вести свой видеоблог или стримить, лучше использовать микрофон на гарнитуре или отдельный микрофон. Впрочем, дорогие веб-камеры справляются с аудио довольно достойно - опять-таки, примеры записи звука с них можно найти на YouTube.
Почти для каждой модели веб-камер можно найти пример записи видео и аудио на YouTube. Если вас качество найденного ролика устраивает, обратите внимание на условия его съемки, в частности - на освещение. Если качество не слишком сильно страдает в темноте, камера достойна внимания.
Обязательно убедитесь в том, что кабель подключения камеры будет доставать до USB-порта вашего ПК. Очень удобны в этом плане мониторы с USB-портами - камера в большинстве случаев располагается или на мониторе, или рядом с ним.
На нижней части многих хороших камер для профессионалов есть резьба для установки на штатив. Если собираетесь им пользоваться - проверьте наличие такой резьбы.
Если собираетесь пользоваться ПО от производителя камеры, почитайте в сети отзывы на него. Очень часто это ПО бывает старым, недоработанным и просто глючным.
Цифровая веб-камера представляет собой сетевое устройство, которое состоит из видео камеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного веб-сервера. Как правило, веб-камера используется как устройство для организации видеосъемки, видеоконференций или видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы веб-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному веб-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.
Устройство и принцип работы веб-камеры
Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, перобразование аналогового видеосигнала в цифровой, сжатие цифрового видеосигнала и передачу видеоизображения по компьютерной сети. Поэтому в состав веб-камеры входят следующие компоненты:
ПЗС-матрица,
объектив,
оптический фильтр,
плата видеозахвата,
блок компрессии (сжатия) видеоизображения,
центральный процессор и встроенный веб-сервер,
флэш-память,
сетевой интерфейс,
последовательные порты,
тревожные входы/выходы.
В качестве фотоприемника в большинстве веб-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD – прибор с зарядовой связью) – прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3: 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах веб-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.
Объектив – это линзовая система, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент веб-камеры. Объектив является неотъемлемой частью веб-камеры, поэтому от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого веб-камерой. Достаточно часто веб-камера комплектуется объективом. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат.
Оптические инфракрасные отсекающие фильтры , которые устанавливают в веб-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая веб-камере правильную цветопередачу. Однако, на многие черно-белые веб-камеры такие фильтры не устанавливают, благодаря чему монохромные веб-камеры имеют более высокую чувствительность.
Плата видеозахвата веб-камеры (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат. Процесс преобразования сигнала состоит из трех этапов:
Дискретизация,
Квантование,
Кодирование.
Дискретизация – считывание амплитуды электрического сигнала через равные промежутки времени (период). Этот этап преобразования сигнала характеризуется частотой дискретизации.
Квантование – это процесс представления результатов дискретизации в цифровой форме. Изменение уровня электрического сигнала за период дискретизации представляется в виде кодового слова из 8, 10 или 12 бит, которые дают соответственно 256, 1024 и 4096 уровней квантования. От числа уровней квантования зависит точность представления сигнала в цифровой форме.
Кодирование. Помимо информации об изменении уровня сигнала, полученной на предыдущем этапе, в процессе кодирования формируются биты, сообщающие о конце синхроимпульса и начале нового кадра, а также дополнительные биты защиты от ошибок.
Блок компрессии веб-камеры выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети. Если локальная сеть, к которой подсоединена веб-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия, которые используют веб камеры, обеспечивает разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 64 Кб – 2 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).
Сжатие видеоизображения в веб-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. Программная реализация компрессии дешевле, однако из-за высокой вычислительной емкости алгоритмов сжатия она малоэффективна, особенно когда требуется просматривать видеоизображение с веб-камеры в online режиме. Поэтому большинство ведущих производителей выпускают веб-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Например, каждая сетевая камера компании AXIS Communications оснащена процессором компрессии ARTPEC, осуществляющим высокоскоростное сжатие видеоизображения в формат JPEG/MJPEG.
Центральный процессор является вычислительным ядром веб-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного веб-сервера и управляющей программы для веб-камер.
Интерфейс для Ethernet служит для подключения веб-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.
Для работы в сети веб-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к веб-камере периферийное оборудование.
Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы веб-камеры и хранить пользовательские HTML-страницы.
ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых веб-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если веб-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к веб-камере охранных датчиков.
Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP.
Подключение и установка веб-камеры
Как правило веб-камера подключается к сети Internet через порт 10BaseT/100BaseTX/1000BaseTX Ethernet или при помощи модема через последовательный порт. После физического подключения веб-камеры к сети ей присваивается IP-адрес. Чаще всего у веб-камеры нет IP-адреса по умолчанию; он устанавливается либо с помощью соответствующей функции стандартного веб-браузера, либо командой DOS, которая использует для идентификации серийный номер веб-камеры, присвоенный ей производителем. Кроме того, фирмы-производители разрабатывают специальные программы для веб-камер, значительно упрощающие процедуру присвоения веб-камере IP-адреса (например, IP Installer компании AXIS Communications). Благодаря встроенному программному обеспечению для веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента, e-mail клиента и др., веб-камера подключается непосредственно к LAN/WAN/Internet сети и работает в ней как самостоятельное сетевое устройство. Это отличает веб-камеры от других цифровых камер, которые требуют обязательного подключения их к персональному компьютеру через USB или LPT порт. Кроме того, веб-камеры могут поддерживать работу с пользовательскими скриптами и JAVA-апплетами.
Для установки веб-камеры на улице или в помещении многие производители предусматривают в конструкции корпуса камеры специальный крепеж, предназначенный для установки ее на стены, потолки, кронштейны и поворотные устройства. Некоторые веб-камеры имеют встроенные поворотные устройства, предназначенные для монтажа на горизонтальной или вертикальной поверхности.
Дополнительные возможности и функции веб-камеры
Детектор движения – это программный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения веб-камеры на объекте видеонаблюдения. Детектор движения не только обнаруживает перемещение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения веб-камеры настраивают на обнаружение перемещения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).
Передача аудиосигнала по сети в большинстве случаев осуществляется за счет подключения к веб-камере дополнительного аудио модуля. Например, компания AXIS Communications для расширения функциональных возможностей веб-камер выпускает специальный аудио модуль AXIS 2191, совместимый с большинством веб-камер AXIS.
Защита паролем служит для ограничения доступа к веб-камере лицами не имеющими права доступа.
По умолчанию видеоизображение с веб-камеры можно просматривать с любого сетевого компьютера, на котором установлен стандартный веб-браузер, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако можно ограничить число лиц с правами доступа к веб-камере, введя пароль на уровне пользователя. Многие веб-камеры поддерживают многоуровневую защиту паролем для разграничения прав доступа и администрирования.
Программы для веб-камер
Как правило, изображение с веб-камеры можно просматривать с помощью стандартного веб-браузера, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако многие фирмы-производители разрабатывают эксклюзивные программы для веб-камер.
Они сочетают в себе функции веб-браузера и управляющего программного обеспечения и служат для управления, настройки и просмотра изображений с веб-камеры (например, AXIS Camera Explorer или управляющая программа компании JVC Professional для администрирования сетевых устройств линии V.networks). Существует также программное обеспечение для распределенных сетевых систем видеонаблюдения, поддерживающее оборудование различных производителей, например, Sphinx-DV компании Digicore Systems.
Подключение веб-камеры к сети
В настоящее время веб-камера может подключаться к сети несколькими способами, которые базируются на различных стандартах передачи данных.
10/100 MbitEthernet. Это наиболее популярный способ передачи данных с веб-камеры в сеть. Существует два стандарта сетей 10 Mbit Ethernet: 10Base2 (с использованием коаксиального кабеля) и 10BaseT (с использованием витой пары). 10Base2 применяется крайне редко из-за чувствительности коаксиального кабеля к внешним помехам. Стандарт 100BaseTX использует витую пару и обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с.
1000 Mbit Ethrnet, Gigabit Ethernet. Использующийся здесь стандарт 1000BaseTX – это усовершенствованная версия 100BaseTX. Этот стандарт применяется в основном для построения магистралей локальных сетей.
Стандартные телефонные модемы. Это дешевый и довольно распространенный способ подключения веб-камеры к глобальной сети. Основной недостаток такого способа подключения – низкая скорость передачи данных (максимальная скорость загрузки данных – 56 кбит/с, максимальная скорость подкачки – 33,6 кбит/с). Подключение веб-камеры к модему осуществляется через последовательный порт.
ISDN модемы. Стандарт ISDN (Integrated services Digital Network) используется для передачи оцифрованной графики, аудио и видеоинформации и других цифровых данных по частным или общим цифровым телефонным сетям. Стандарт ISDN обеспечивает передачу данных с веб камеры на скорости до 128 кбит/с по двум каналам.
xDSL модемы. DSL (Digital Subscriber Line) – технология, обеспечивающая широкую полосу пропускания по простым медным телефонным проводам. Скорость передачи данных с веб-камеры может изменяться в зависимости от компании, предоставляющей данную услугу. В среднем она составляет 1 Мбит/с для загрузки данных и 250 кбит/с для подкачки.
Кабельные модемы. Кабельный модем – это модем, который обеспечивает доступ к Internet по сетям кабельного телевидения. Кабельные модемы используют асимметричную технологию, которая наиболее оптимально подходит для пользовательского доступа к Internet. При этом максимально возможная скорость приема данных от веб-камеры таким модемом может достигать порядка 40 Мбит/с (хотя обычно она не превышает 1 Мбит/с), а скорость передачи данных составляет порядка 10 Мбит/с.
Сотовые модемы. С помощью сотового модема можно подключить веб-камеру к Internet, используя сотовые линии связи. Скорость передачи данных обычно составляет от 5 до 20 кбит/с.
Более подробная техническая информация на конкретные модели веб-камер компаний Axis Communications и JVC Professional представлена на этом же сайте в разделе видеокамеры. Краткие технические характеристики и цены на веб-камеры приведены в интернет-магазине АРМО-Системы.
Как получить доступ к веб-камере через Интернет
Как получить доступ к веб-камере через Интернет.
Пример: После того, как Вы уже получаете изображение с веб-камеры на свой компьютер, Вы решаете, что было бы неплохо иметь возможность обратиться к камере везде, где есть Интернет. Например, как владелец магазина, Вы хотите контролировать действия в магазине из Вашего дома, вместо необходимости присутствовать каждую минуту на рабочем месте
Шаг 1: Системные требования
Сценарий A)
Если ваше здание (где должна быть расположена камера) уже подключено через Ethernet к Провайдеру услуг интернета (поставщик интернет-сервиса), просто настройте учетную запись, включите сетевую камеру в свитч через сетевой выход, и Вы должны получить для сетевой камеры динамически назначенный общественный IP-адрес. Следуйте за инсталляционными командами для сетевой камеры. Специальное программное или утилита к веб-камере будут полезны в идентификации адреса IP.
Поскольку назначенный адрес IP может быть изменен вашим поставщиком интернет-сервиса (из-за ограниченной поставки адресов IP, разделяемых среди ее клиентов), узнать, как Вы можете закрепить за камеры определенный IP-адрес Вы сможете в Шаге4 ниже.
Сценарий B)
Если ваше здание не оснащено доступом Ethernet, то в большинстве случаев Вам могут потребоваться следующие устройства:
широкополосный модем для соединения ассиметричной цифровой абонентской линии (обычно поставляемый вашим поставщиком интернет-сервиса) или кабельным телевидением
широкополосный маршрутизатор, который еще может называться Интернет-Шлюзом, (Широкополосный маршрутизатор позволяет пользователям локальной сети совместно использовать единственное подключение к Интернету. Он также служит как интерфейс между Интернетом, Провайдером и Ллокальной Сетью)
свитч, который позволяет различным устройства из сети общаться непосредственно друг с другом и дает возможность устройствам из локальной сети иметь отдельные IP-адреса),
ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство широкополосных маршрутизаторов имеет встроенную функцию switch, таким образом отдельное оборудование не требуется.
сетевая камера
локальный компьютер
компьютер для удаленного наблюдения
Шаг 2: Назначьте IP-адрес для вашей камеры
Так как широкополосный маршрутизатор типично назначает автоматические, локальный адреса IP для устройств из локальной сети, такие адреса IP имеют свойства изменяться. Статичный (постоянный) IP-адрес рекомендуется для сетевой камеры. Чтобы назначать статичный IP-адрес, узнайте диапазон IP-адресов маршрутизатора, который, например, может быть от 192.168.0.2 до 192.168.0.35. Если Вы захотите использовать IP-адрес вне диапазона, типа 192.168.0.100, как статичный адрес IP для камеры, вероятно, что Вы не будете рисковать, что Ваше устройство будет конфликтами с другими устройствами, которые получают автоматические адреса.
Установка адреса IP для вашей камеры может быть сделана тремя различными способами, как указано в руководстве камеры. Как только адрес IP назначен, установите подсеть, и шлюз (эта информация может быть получена из маршрутизатора), и сконфигурируйте параметры настройки камеры: пароль, зарегистрированные пользователи для обеспечения ограничения доступа к камере.
Шаг 3: Переадресация портов
Широкополосный маршрутизатор, как упомянуто ранее, обеспечивает интерфейс между Интернетом, Провайдером и Локальной Сетью. Маршрутизатор получает внешний адрес IP от поставщика интернет-сервиса и поставляет внутренние (локальные) IP-адреса для устройств в локальной сети.
Чтобы получать доступ к сетевой камере, постоянно находящейся в локальной сети, Вы должны идентифицировать внешний адрес IP вашего маршрутизатора (см. руководство вашего маршрутизатора), и сконфигурировать Ваш маршрутизатор так, чтобы внешний адрес IP был направлен к статичному, местному IP-адресу сетевой камеры. Этот процесс называют открытием порта; то есть, когда Вы печатаете внешний адрес IP маршрутизатора из любого сетевого компьютера, Интернет определяет местонахождение вашего маршрутизатора, в свою очередь перенаправляет ваш запрос к локальному адресу IP, который назначен для сетевой камеры.
Запустите Web-браузер и войдите на встроенные Web-страницы маршрутизатора через Вход к страницам конфигурации маршрутизатора.
Найти пункт меню “переадресация портов” (или подобный), с таблицей примерно как показано ниже:
Так как камера посылает свое видео по HTTP, Вы должны конфигурировать обслуживание HTTP таким образом:
Сохраните конфигурацию в маршрутизаторе и выйти из страниц конфигурации. Конфигурация выполнена. Любые запросы, достигающие внешнего адреса IP маршрутизатора на порту 80 будут теперь отправлены адресу IP камеры: 192.168.0.100.
Если Вы хотите сделать доступной через Интернет больше чем одну сетевую камеру, то Вы должны использовать дополнительные (unofficial) порты маршрутизатора, типа 80xx и связывать их с сетевым адресом IP камеры.
Шаг 4: Что Вы можете сделать, если ваш поставщик интернет-сервиса часто меняет Dfi внешний адрес IP
Создать учетную запись в службе DNS которая обслуживает и регистрируют доменные имена (например www.nic.ru и т.п.) и привязать его к внешнему IP-адресу. Имя домена, типа www.web-kamera.ru, является понятным пользователю, его просто запомнить, а Вы можете назначить каждому домену свое сетевое устройство, т.е. его IP-адрес. Всякий раз, когда IP-адрес маршрутизатора будет меняеться, это будет автоматически зарегистрировано службой DNS, для того чтобы обновить Ваш IP-адрес таким образом, чтобы Вы по одному и тому же адресу имели возможность обращаться к Вашей сетевой камере.
Большинство широкополосных маршрутизаторов имеет родную поддержку DNS, типа www.dyndns.org.
Другая альтернатива: можно купить или арендовать статичный внешний IP-адрес у вашего поставщика интернет-сервиса.