Как правильно читать технические характеристики IP-видеокамер

Термин "даташит" (англ. datasheet) в видеонаблюдении применяется к документам, описывающим технические характеристики и возможности IP-камер. Даташит – это своеобразная клятва вендора, что проектировщики, интеграторы и заказчики могут рассчитывать на указанные технические характеристики.

Хотя в 2021 г. IP-видеонаблюдению исполнилось 25 лет, даташиты на IP-камеры до сих пор не имеют единого стандарта подачи информации. Такое многообразие технических данных создает сложности в сравнении камер между собой и дает недобросовестным производителям лазейку для приукрашивания реальных возможностей камер с одной-единственной целью – заработать. В данной статье мы разберем, на что заказчику и интегратору нужно обращать внимание при чтении даташитов и как проверить заявленные производителями характеристики на практике.

Зачем учиться читать даташиты

Долгие годы даташиты для IP-видеокамер были буквально библией, в которой указывалась важная и не подлежащая сомнению техническая информация. Рынок на 100% был уверен, что все заявленное будет подтверждено на практике. Производители IPкамер дорожили своей репутацией и часто даже занижали характеристики камер, особенно по температурному диапазону или светочувствительности. Интеграторы настолько доверяли даташитам с заложенным вендорами запасом прочности в 10–15%, что смело загоняли IP-камеры в самые сложные условия. Часто от интеграторов и заказчиков можно было услышать восторг, что европейские IP-камеры работают даже в запредельных условиях: "Мы поставили камеру и пять лет ее не обслуживали, только пыль протирали, и она работает!", "Камера отлично справляется с низкой температурой и влажностью", "Да, мы знаем, что это не гарантийный случай, в нашу камеру стреляли, вот следы от пуль, а она продолжала работать".

Но в 2013–2014 гг., с активным выходом на рынок китайских компаний, ситуация изменилась. Китайские производители IP-камер, стремясь завоевать рынок, указывали (а некоторые продолжают указывать) в даташитах нереальные характеристики по разрешению, светочувствительности, температурному диапазону, степени IP и вандалозащищенности. У них можно было (и до сих пор можно) встретить разные даташиты одной и той же модели камеры на разных языках, например даташит с лучшими характеристиками на английском языке, ас реальными – на китайском. Учитывая, что китайские бренды завоевывали рынок привлекательной ценой с 2014 г., заказчики начали требовать от интеграторов предоставить сравнения камер между собой и часто задавали вопросы: "Объясните, почему китайская камера стоит меньше, но имеет светочувствительность 0,001 лк, а ваша хваленая камера европейского бренда имеет только 0,01 лк?" или "Я могу за те же деньги купить камеру 4 Мп у китайцев, зачем мне платить дороже за 2 Мп у европейцев?"

В 2021 г. на рынке продаются более 1 тыс. моделей IP-камер от более чем 100 производителей. Да, не сложно выбрать камеру(ы) онлайн у одного бренда с помощью фильтров, но не просто выполнить сравнение разных моделей IP-камер от разных брендов между собой.

Рис 1. Горизонтальный угол обзора 119,5° и вертикальный 62,8°

Что нам хочет сказать производитель IP-камер

Чтение даташитов – очень увлекательное занятие, похожее на работу детектива. Производители IP-камер с хорошей репутацией с помощью даташита стремятся дать заказчику и интегратору максимум технической информации, а производители бюджетных решений для массового рынка пытаются поразить воображение заказчика множеством "дополнительных возможностей" или указывают неполную информацию, рассчитывая на непрофессионалов. Чтобы почувствовать разницу в подаче материала от разных брендов, укажем в строке поиска "цилиндрическая камера 2 Мп варифокальный объектив + бренд", откроем четыре даташита похожих моделей известных и популярных брендов (два европейских, китайский и корейский) и начнем внимательно построчно их читать. Для удобства промаркируем бренды латинскими буквами А и B (для европейских брендов), С (для китайского) и D для корейского. Для сравнения осознанно брались не идентичные модели у разных брендов, а именно похожие модели, как если бы сравнение делал сам заказчик, в том числе сравнивая модели с разным классом цены. К таким параметрам относятся данные о матрице, разрешении, параметрах объектива, светочувствительности, параметрах видео и аудио, возможностях видеоаналитики, работа с сетью, соответствие стандартам и др.

Матрица и разрешение

Матрица IP-камеры вместе с процессором и объективом отвечает за формирование изображения. Чем больше размер матрицы, тем лучше качество картинки, но важен не только размер матрицы, но и размер пикселей, поэтому следует обратить внимание на размер матрицы в сочетании с указанными параметрами разрешения.

Читая даташиты наших четырех вендоров, видим, что у всех производителей максимальное разрешение указано как 1920 x 1080 = 2 073 600 пикселей, что соответствует 2,073 Мп.

Матрицы в даташитах выглядят следующим образом: КМОП-матрица 1/2.8", прогрессивная развертка (бренд A); 1/2.8" CMOS (бренд B), 1/1.8" Progressive Scan CMOS (бренд C) и 1/2.8" 2MP CMOS (бренд D). Производитель C имеет бо'льшую матрицу, чем конкуренты, что дает нам повод ожидать лучших характеристик, но этот факт нужно обязательно проверять на практике. Бренды А и D подчеркнули в явном виде использование прогрессивной развертки, хотя внимательное чтение даташитов показало, что ее поддерживают все четыре бренда.

Производители видеоаналитики, в частности распознавания лиц, обращают внимание интеграторов и заказчиков на печальные факты, что бюджетные китайские производители иногда ставят в камеры матрицу одного размера, а указывают в даташите другие, завышенные, значения. Проблематика становится очевидной, когда нужно расследовать случившийся инцидент. Заказчик заплатил за разрешение и лучшие характеристики, а на деле такая камера может оказаться бесполезной, когда нужно произвести идентификацию человека. Визуально человека и его лицо видно, а алгоритм работает плохо или не распознает лицо вообще, потому что из-за недостаточной плотности пикселей лицо человека слишком зернисто.

Объектив

Объектив – это фактически глаз камеры. Он может быть фиксированным (как у вашего смартфона), варифокальным (можно в некоторой степени сравнить с человеческим глазом) или трансфокаторным (как у фотоаппарата с профессиональным телеобъективом). От возможностей и качества объектива зависит качество изображения, формируемого IP-камерой.

Чтобы корректно прочитать параметры объектива в даташите, необходимо обратить внимание не только на тип объектива и его фокусное расстояние, но и на горизонтальные и вертикальные углы обзора, формирующие поле зрения камеры. У разных производителей при одинаковом фокусном расстоянии углы обзора могут значительно различаться. Это может дать нам техническое преимущество или стать недостатком в проекте.

Читая даташиты наших четырех брендов, видим варифокальные объективы с параметрам 2,8–12 мм (бренды B, C и D), 3 мм – 9 мм (бренд А).
У бренда А при 3–9 мм горизонтальный угол 114°–37° и вертикальный 58°–21°. У бренда B при 2,8–12 мм горизонтальный угол 100°–33° и вертикальный угол 52°–19°, у бренда C указан угол обзора 92°–32° (следует читать как горизонтальный угол обзора), но не указан вертикальный угол обзора, а у бренда D горизонтальный угол 119,5°–27,9° и вертикальный 62,8°–15,7°. Лучше всего данные значения воспринимаются наглядно (рис. 1).

Если нас интересует горизонтальное поле зрения, то камера бренда D обладает самой интересной характеристикой, но мы должны убедиться, что при таких широких углах производитель предусмотрел функцию коррекции бочкообразных искажений, которая при широких углах съемки делает стены коридора/помещения прямыми, а не скругленными.

Минимальная освещенность

Цветное изображение от IP-камеры помогает операторам гораздо быстрей и легче идентифицировать людей, автомобили, оценивать оперативную обстановку, проводить расследование инцидентов и представлять видеодоказательства для правоохранительных органов.

Минимальная освещенность для IP-камеры показывает нам границу перехода между цветным и черно-белым изображением, которое в большинстве камер сопровождается включением ИК-подсветки. Параметры минимальной освещенности очень важно читать в связке с апертурой объектива (число F). Чем меньше число F, тем больше открыта диафрагма и больше света попадает на матрицу камеры, позволяя получить изображение даже при очень плохой освещенности.

Читая даташиты вендоров, видим:

• бренд A: цвет 0,07 лк при 50 IRE F1.6;
• бренд B: цветной режим 0,052 лк, 3200 K, коэффициент отражения 89%, F1.4, 30IRE;
• бренд С: 0,002 лк (F1.2, AGC вкл.), 0,0027 лк (F1.4, AGC вкл.);
• бренд D: цвет 0,015 лк (F1.4, 1/30 с).
  

Внимательно смотрим на эти цифры и понимаем, что человека без глубоких технических знаний, вероятно, впечатлит минимальная освещенность 0,002 лк (как самый лучший из указанных параметров) и покажется недостаточной освещенность в 0,07 лк (как самый худший из указанных параметров). По факту эти два параметра нельзя сравнивать в лоб между собой из-за разного числа F.

Что же такое 0,07 лк цветного изображения на реальном объекте? Из таблицы типовой освещенности узнаем, что рабочие кабинеты имеют освещение порядка 300 лк, лестничные клетки 20–30 лк, освещение на улице в полнолуние составляет 0,2 лк, а звездная безлунная ночь дает нам 0,001–0,002 лк. Сможет ли конечный заказчик проверить 0,002 лк, заявленные брендом С, на практике? Да, если вызовет метрологическую лабораторию и, конечно, нет во всех прочих случаях.

Учитывая, что все четыре производителя имеют встроенную ИК-подсветку, декларирование рендом С тысячных долей люкса является исключительно маркетинговым ходом, чтобы впечатлить неискушенного заказчика.

Все бренды приводят дополнительные международные термины (IRE, AGC и т.п.), стремясь пробудить наш интерес к повышению компетенций по видеонаблюдению. Раздел "объектив" в даташитах включает еще скорость затвора (выдержку), информацию о наличии механического или электронного ИК-фильтра, способ регулирования диафрагмы, минимальное расстояние до объекта и длину ИК-подсветки, которые также влияют на качество изображения. Все эти параметры должны быть настроены инженерами на реальном объекте, чтобы обеспечить максимальное качество съемки.

Рис. 2. Стандарты сжатия изображения Н.264 и Н.265

Видео и аудио

Самое популярное, с чем знаком рынок, – это кодеки, или стандартные форматы сжатия изображения, известные как MJPEG, Н.264, Н.265 (рис. 2).
Перечень важных параметров для решения практических задач видеонаблюдения содержит также: количество кадров в секунду при полном разрешении, количество потоков в полном разрешении (для возможности использования разных потоков для различных целей: записи, просмотра, работы аналитики, передачи исходного видео в сторонние системы и т.п.), параметр WDR – широкий динамический диапазон (способность камеры вести съемку одновременно ярких и темных зон), компенсацию встречных засветок, поддержку звука и многие другие.

Следует особо обратить внимание на параметр fps (количество кадров в секунду), так как он является камнем преткновения в большинстве проектов и непонимание, как правильно работать с данным параметром, приводит к прямым финансовым потерям заказчиков.

Чем больше кадров в секунду может выдать камера при полном разрешении, тем у нас больше возможности вести съемку быстродвижущихся объектов (например, съемка производственных процессов с вращающимися предметами или наблюдение за игровыми столами в казино).

Но способность камеры выдавать максимальное количество кадр/с и требование записывать максимальное количество кадр/с – это совершенно разные задачи. Большинство заказчиков по привычке аналогового видеонаблюдения требуют от интеграторов обеспечить запись 25 кадр/с, 30 дней, часто в постоянном режиме. Заказчики требуют это, а по факту – выбрасывают свои деньги на ветер, то есть "дарят" их производителям жестких дисков и систем хранения данных.

Чтобы дискуссия была конструктивной, интеграторам нужно показывать заказчикам флеш-анимацию сравнения количества кадров в секунду.
На практике человеческий глаз почти не различает 25 кадр/с и 15 кадр/с, а разница в записи, то есть в стоимости хранения видео, составляет почти 60%. Прерывистость движения человеческий глаз начинает замечать при снижении скорости до 12 кадр/с, для фиксации событий в большинстве зон достаточно 6–8 кадр/с. Читая даташиты, видим следующее.

Бренд А. Предлагает заказчику восемь потоков в полном разрешении, WDR 120 дБ (отличный параметр), поддержку кодеков MJPEG, Н.264, Н.265 (стандарт), частоту до 50 кадр/с при выключенном WDR и 25 кадр/с при включенном WDR. Камера имеет встроенный счетчик пикселей (очень удобно для камер с задачами видеоаналитики), адаптивную ИК-подсветку и собственную технологию оптимизации потока. Обеспечена двусторонняя передача звука, то есть к камере можно подключить внешний микрофон, а также динамик. Кроме стандартных аудиокодеков G.711 и G.726 камера поддерживает звук высокого качества AAC-LC.

Бренд B. Обладает широким функционалом и предлагает нам несколько (но сколько именно, непонятно) потоков в полном разрешении, WDR 92 дБ (маловато), поддержку кодеков MJPEG, Н.264, Н.265 (стандарт), частоту 25 кадр/с при полном разрешении. Камера имеет встроенный счетчик пикселей (очень удобно) и адаптивную ИК-подсветку. Обеспечен полный дуплекс, к камере можно подключить внешний микрофон, и есть аудиовыход. Камера поддерживает стандартный аудиокодек G.711 и звук высокого качества AAC-LC.

Рис. 3. Возможности видео- и аудиоаналитики

Бренд С. Предлагает нам три потока (лишь два из них в полном разрешении), WDR 120 дБ (отличный параметр), поддержку кодеков MJPEG, Н.264, Н.265 (стандарт) и собственную технологию оптимизации потока, частоту 50 кадр/с для основного и 25 кадр/с для третьего потока. Камера имеет ИК-подсветку. В камере присутствует аудиовход и аудиовыход. Камера поддерживает стандартные аудиокодеки G.711 и G.726.

Бренд D. Предлагает нам десять потоков в полном разрешении, WDR 150 дБ (лучший параметр), поддержку кодеков MJPEG, Н.264, Н.265, частоту 50 кадр/с для кодеков Н.264 и Н.265, собственную технологию оптимизации потока. В камере присутствует аудиовход и аудиовыход. Камера поддерживает стандартные аудиокодеки G.711 и G.726, а также звук высокого качества AAC-LC. Анализ представленных технических характеристик в разделе видео и аудио демонстрирует нам технологическое преимущество брендов А и D.

Видео- и аудиоаналитика

Видео- и аудиоаналитика востребованы в большинстве проектов, особенно в проектах с большим количеством камер, так как она обращает внимание операторов на реальные факты и инциденты, а также позволяет получить статистку для принятия решений как для безопасности, так и для бизнеса. Анализ возможностей видео- и аудиоаналитики IP-камер может помочь заказчику легко расширить функционал системы видеонаблюдения в будущем и уберечь себя от дополнительных затрат, но важно разобраться, какими именно средствами можно получить эту аналитику – только родными NVR или программным обеспечением, или эта встроенная аналитика будет поддерживаться сторонними VMS. Важно также понимать, поддерживает ли камера возможность загрузки на борт сторонних приложений видеоаналитики, как и куда эти приложения смогут отдавать данные.

Все четыре бренда заявили в своих даташитах поддержку широкого ряда правил видео-, а некоторые и аудиоаналитики, но для того, чтобы понять, как именно эта аналитика будет работать в родных и сторонних системах, потребуется дополнительное время вашего квалифицированного инженера по видеонаблюдению и реальное тестирование. Без результатов качественного тестирования указанные в даташите функции аналитики следует воспринимать как декларацию намерений и потенциальных возможностей, а не гарантию этих возможностей, поскольку даже простые правила аналитики "пересечение линии" или "движение в зоне" реализованы у каждого бренда по-разному.

Стандарты, безопасность и сеть

Указанный перечень стандартов (EN, FCC, ICES, IEC, NIST, cUL, NEMA и т.д.) в даташите говорит о желании бренда дать нам максимум информации и понимания, какие именно процедуры сертификации им были выполнены. Бренды А (25+ стандартов) и B (20+ стандартов) уверенно демонстрируют заказчикам свои достижения.

Бред D в разделе "Сертификация" показал соответствие степени IP, NEMA и вандалозащищенности IK. Бренд С показал лишь соответствие IP и не проинформировал заказчика о наличии/отсутствии защиты от вандализма, которая крайне важна для уличных камер. Все бренды демонстрируют заказчику обещание работать в климатических поясах от -40 до +55 °C (+60 °C).

Термины "защита паролем", "фильтрация IPадресов", "шифрование по протоколу HTTPS", "аутентификация IEEE 802.1X", "журнал доступа пользователей" и т.п. ни о чем не скажут неподготовленным клиентам, но о многом скажут опытным сетевым инженерам, поэтому раздел "Безопасность и сеть" имеет смысл читать совместно с ИТ-специалистами, которые на практике понимают риски киберугроз, ценность и возможности указанных технологий.

Доверяй, но проверяй

Изучая шаг за шагом разделы даташитов всего четырех популярных брендов, мы убедились в том, как сложно сделать выбор в пользу одного или другого. Вам нравится функционал, но не подходит цена? Вам нравится цена, но не хватает функционала? Как выбрать лучшую IP-камеру в своем классе? А может быть, мою задачу можно решить другой моделью? А может быть, можно поставить более дорогие модели, но уменьшить количество камер? А может быть, мы купим много дешевых камер и просто будем их менять, если они выйдут из строя?

Единственным объективным способом получить ответы на эти и другие вопросы и отделить "зерна от плевел", то есть сравнить различные IP-камеры между собой, является техническое тестирование нескольких IP-камер на одной и той же сцене или пилотный проект. Финальным тестом может стать возможность использования камер всех четырех брендов в одном проекте на базе единой программно-аппаратной платформы, позволяющей не только забрать поток и звук с камер, но и получить результаты работы как встроенной, так и сторонней аналитики. Автору приходилось принимать участие во множестве сравнительных тестирований IP-камер и пилотных проектах. Это достаточно трудоемкие, но полезные мероприятия, поднимающие профессионализм интеграторов, значительно повышающие компетенции заказчиков и гарантирующие оптимальное использование бюджета проекта, а также выбор лучших технических решений.

Опубликовано в журнале "Системы безопасности" №5/2021