2.1.1. Будова і принцип роботи web- камери
Сучасна web-камера – це цифровий пристрій, який виконує відеозйомку, перетворення аналогового відеосигналу в цифровий, стиск цифрового відеосигналу й передачу відеозображення по комп’ютерній мережі. Тому до складу web-камери входять наступні компоненти (див. рис. 2):
ПЗЗ-матриця;
об’єктив;
оптичний фільтр;
плата відеозахвату;
блок компресії (стискування) відеозображення;
центральний процесор і вбудований web-сервер;
ОЗП;
флеш-пам’ять;
мережний інтерфейс;
послідовні порти;
тривожні входи/виходи.
 
Рис. 2. Будова web-камери
В якості фотоприймача в більшості web-камер застосовується ПЗЗ-матриця (ПЗЗ (англ. charge-coupled devices, CCD) – прилад із зарядовим зв’язком) – прямокутна світлочутлива напівпровідникова пластинка з відношенням сторін 3:4, яка перетворює світло, що потрапляє на неї, в електричний сигнал. ПЗЗ-матриця складається з великої кількості світлочутливих клітинок. Для того щоб підвищити світлову чутливість ПЗЗ-матриці, формують структуру, яка створює мікролінзу перед кожною з клітинок. У технічних параметрах web-камери як правило вказують формат ПЗЗ-матриці (довжину діагоналі матриці в дюймах), число ефективних пикселів, тип розгорнення (порядкова або строкова) і чутливість.
Об’єктив – це система лінз, призначена для проектування зображення об’єкта спостереження на світлочутливий елемент web-камери. Об’єктив є невід’ємною частиною web-камери, тому від правильності його вибору й установки залежить якість відеозображення, яке створюється web-камерой. Досить часто об’єктив входить до комплекту web-камери. Об’єктиви характеризуються рядом найважливіших параметрів, таких як фокусна відстань, відносний отвір (F), глибина різкості, тип кріплення (C, CS), формат.
Оптичні інфрачервоні фільтри web-камери – це оптично точні плоскопаралельні пластинки, які змонтовані зверху ПЗС-матриці. Вони працюють як оптичні низькочастотні фільтри із частотою зрізу близько 700 нм. Вони відтинають інфрачервону складову світлових хвиль, забезпечуючи web-камері правильну передачу кольору. Однак, на чорно-білі web-камери таких фільтрів не встановлюють, завдяки чому монохромні web-камери мають більшу чутливість.
Плата відеозахвату web-камери (блок оцифровування) здійснює перетворення аналогового електричного сигналу, сформованого ПЗС-матрицею, у цифровий формат. Процес перетворення сигналу складається з трьох етапів:
дискретизація;
квантування;
кодування.
Дискретизація – зчитування амплітуди електричного сигналу через рівні проміжки часу (період). Цей етап перетворення сигналу характеризується частотою дискретизації.
Квантування – це процес подання результатів дискретизації в цифровій формі. Зміна рівня електричного сигналу за період дискретизації представляється у вигляді кодового слова з 8, 10 або 12 біт, які дають відповідно 256, 1024 і 4096 рівнів квантування. Від числа рівнів квантування залежить точність подання сигналу в цифровій формі.
Кодування. Крім інформації про зміну рівня сигналу, отриманої на попередньому етапі, у процесі кодування формуються біти, що повідомляють про кінець синхроімпульсу й початок нового кадру, а також додаткові біти захисту від помилок.
Блок компресії web-камери виконує стискування оцифрованого відеосигналу в один з форматів стиску (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Завдяки стиску, скорочується розмір відеокадру. Це необхідно для зберігання й передачі відеозображення по мережі. Якщо локальна мережа, до якої приєднана web-камера, має обмежену смугу пропуску, то щоб уникнути переповнення мережного трафіку доцільно скорочувати обсяг переданої інформації, знизивши або частоту передачі кадрів по мережі, або роздільну здатність кадрів. Більшість форматів стиску, які використають web-камери, забезпечує розумний компроміс між цими двома способами рішення проблеми передачі відео по мережі. Відомі на сьогоднішній день формати стиску дозволяють одержати оцифрований потік зі смугою пропуску 64 Кб – 2 Мб (при такій смузі пропуску потоки відеоданих можуть працювати паралельно з іншими потоками даних у мережах).
Стиск відеозображення у web-камері може бути представлене як апаратно, так і програмно. Програмна реалізація компресії дешевше, однак через високу обчислювальну ємність алгоритмів стиску вона малоефективна, особливо коли потрібно переглядати відеозображення з web-камери в online режимі. Тому більшість провідних виробників випускають web-камери з апаратною реалізацією стиску. Наприклад, кожна мережева камера компанії AXIS Communications має процесор компресії ARTPEC, який здійснює високошвидкісний стиск відеозображення у формат JPEG/MJPEG.
Центральний процесор є обчислювальним ядром web-камери. Він здійснює операції по виводу оцифрованного й стислого відеозображення, а також відповідає за виконання функцій вбудованого web-сервера та програми, яка керує web-камерами.
Інтерфейс для Ethernet служить для підключення web-камери до мережі стандарту Ethernet 10/100 Мбит/с.
Для роботи в мережі web-камера може мати послідовний порт для підключення модему й роботи в режимі dial-up при відсутності локальної мережі. Через послідовний порт можна також підключати до web-камери периферійне устаткування.
Карта флеш-пам’яті дозволяє обновляти програми, що керують web-камерами й зберігати HTML-сторінки користувачів.
ОЗП (операційний запам’ятовуючий пристрій) служить для зберігання тимчасових даних, які генеруються при виконанні програм, що керують, і скриптов користувачів. Багато web-камер мають відеобуфер. Це частина ОЗП, зарезервована для запису й тимчасового зберігання знятих web-камерою відеокадрів. Інформація у відеобуфері оновлюється циклічно, тобто новий кадр записується замість самого старого. Ця функція необхідна, якщо web-камера виконує охоронне відео спостереження.
Тривожні входи/виходи служать для підключення до web-камер датчиків тривоги. При спрацьовуванні одного з датчиків генерується сигнал тривоги, у результаті чого процесор web-камери компонує набір кадрів, записаних у відеобуфер до, після та у момент надходження сигналу тривоги. Цей набір кадрів може відсилатися на заданий e-mail адрес або по FTP.
|