Система видеонаблюдения для охранного телевидения на основе видеоконтроллера TW2700 фирмы Techwell Inc

Введение

Охрану квартир и домов, магазинов или офисов люди давно доверяют электронным системам, которые в отличие от людей не хотят спать и есть и способны круглосуточно без отдыха выполнять свою работу. Если продолжать сравнивать с человеком, «глазами и ушами» такой системы являются видеокамеры и микрофоны, что вместе с остальными органами чувств, а в машинном исполнении — датчиками, позволяет системе «понимать», что происходит вокруг, и должным образом реагировать на события.

Рассмотрим подробнее часть, отвечающую за машинное зрение. Видеокамеры на городских улицах давно стали их неотъемлемой частью, и если раньше это была экзотика для банкиров и военных, то сегодня редкий офис или магазин обходится без систем видеонаблюдения. Такие словосочетания, как «угроза терроризма» и «национальная безопасность», возвели охранное телевидение в ранг национальных программ, а небольшая стоимость систем начального уровня открыла дорогу для частных потребителей, положив начало для действительно массового спроса на системы охранного видеонаблюдения.

Для работы систем видеонаблюдения раньше достаточно было аналоговой видеокамеры, монитора и аналогового видеомагнитофона. Современные требования к охранным видеосистемам, главным образом обязательная поддержка работы по локальной сети и Интернет, ускорили развитие цифровых систем. Наиболее массовыми сейчас являются гибридные видеосистемы, объединяющие в себе аналоговые видеокамеры с цифровыми видеорегистраторами (DVR — Digital Video Recorder).

Комплект разработчика TR104

Цифровые видеорегистраторы можно разделить на два класса по принципу обработки видеосигнала от камеры при помощи процессора ПК. Например, обычная видеокарта с видеовходом и специализированным ПО, установленным на ПК, превращают компьютер в простейший регистратор (PC DVR). Как правило, такая плата отвечает за оцифровку и, иногда, за аппаратное кодирование и декодирование входного сигнала. Второй тип регистратора независим от ресурсов ПК, обрабатывает видео за счет собственного процессора и представляет собой автономное устройство, внешний вид которого напоминает обычный видеомагнитофон (alone DVR). Именно ко второму типу относится TR104.

Комплект разработчика TR104 (рис. 1) — это готовый автономный DVR, оснащенный жестким диском и собственной клавиатурой (16 клавиш управления на лицевой панели устройства). Несмотря на свое название — «комплект разработчика» — TR104 представляет собой полностью функционально законченный сетевой видеорегистратор для охранного видеонаблюдения. В комплект поставки входит ПО от производителя, в том числе с открытым кодом.

Рис. 1. Внешний вид TR104:
1 — центральная плата с видеоконтроллером TW2700;
2 — жесткий диск;
3 — лицевая панель управления;
4 — USB(порт для резервного копирования или обновления встроенного ПО;
5 — манипулятор типа «мышь»;
6 — блок питания

Подключение прибора довольно простое: подаем питание 9 В, подключаем видеокамеры, монитор (для теста мы использовали подключение через S-Video выход), мышь и сетевой кабель, и устройство готово к работе. При загрузке система автоматически проверяет жесткий диск и переходит в рабочий режим. Начальная настройка системы сводится к выставлению параметров жесткого диска и установке даты и времени. Есть возможность настройки изображения для каждой из подключенных камер — яркость, цветность и резкость изображения, можно выставить нужное разрешение, степень сжатия и количество кадров в секунду.

Запись видео может производиться постоянно, по расписанию или по событию. Под событием понимается срабатывание детектора движения или тревожного датчика. Стоит заметить, что основное назначение системы — это работа по сети, а непосредственная работа с TR104 посредством клавиатуры предназначена в основном для первоначальной настройки системы.

Работа по сети начинается с настройки параметров DVR с панели управления устройства: необходимо прописать параметры, необходимые для работы устройства в сети. Программа требует минимальной настройки: после указания IP-адреса и номера используемого порта можно приступать к работе (рис. 2).

Рис. 2. Интерфейс программы сетевого клиента TR104

При работе с DVR по локальной сети через программу «клиент удаленного доступа» на ПК становятся доступны: дистанционная настройка DVR по сети, просмотр живого видео и доступ к видеоархиву сервера.

При работе по сети доступность функций ограничена двумя возможными конфигурациями — «Администратор» и «Пользователь». По функциональности работа через сеть отличается от непосредственной работы с устройством отсутствием ряда настроек, доступных для конфигурации «Администратор». Это настройка параметров (сеть и права пользователей) и управление жесткими дисками.

В дополнение можно отметить, что DVR также предоставляет возможность работы с PTZ-камерами — дистанционно управляемыми поворотными камерами. Кроме того, плата содержит возможность обновления ПО микроконтроллера через внешний JTAG-адаптер.

Компонентная база TR104

Ядром системы является видеоконтроллер TW2700 от Techwell Inc. (рис. 3), фирмы пока еще мало известной в России, но являющейся лидером рынка Америки и Европы в области специализированных полупроводниковых решений для охранного телевидения, разделяющей свое первенство разве что с TI. По сведениям электронного издания [3], среди клиентов, использующих решения компании Techwell Inc., находятся такие лидеры отрасли производства систем безопасности, как Panasonic, Mitsubishi, Hitachi, Samsung и LG. Известность компании принесли АЦП TW28xx, позволившие объединить в одном корпусе 4 стандартных полнофункциональных АЦП. В настоящее время компания приступила к производству 4-го поколения линейки АЦП, в которых помимо звука, добавленного в устройства 3-го поколения, была увеличена вдвое частота оцифровки, что существенно повысило производительность микросхемы. Для управления видеоконтроллером использован ARM9 микропроцессор фирмы STM серии STR912F со встроенными интерфейсами USB, I2C, Ethernet и флэш-памятью 64/256 кбайт.

Рис. 3. Принципиальная схема TR104

Память SDRAM 256 Мбайт для MJPEG-контроллера и SDRAM 128 Мбайт для вывода изображения на экран. Оцифровка входного видеосигнала выполнена на 4-канальном АЦП фирмы Techwell TW2815. Аппаратная часть Ethernet сделана на микросхемах W3150A+фирмы Wiznet и RTL8201C фирмы Realtek.

Интерфейс USB выполнен на микросхеме UBI9022 фирмы UBISYS — это полноскоростной (Full Speed) USB хост-контроллер. В системе есть один жесткий диск, можно дополнительно подключить еще один, что вкупе с использованием современных моделей накопителей делает возможным увеличение размера памяти для видеоархива до 1 Тбайта.

Лицевая панель содержит: 16 кнопок управления устройством; индикаторы состояния питания, работы по сети, записи на жесткий диск и «событие».

На плате есть ИК-приемник для дистанционного управления, но пульт в комплект не входил, проверить работу не удалось. Задняя панель устройства содержит 8 высокочастотных разъемов, из них 4 для входного сигнала и 4 — для дальнейшей трансляции видеосигнала без обработки системой (функция Loop Through). Имеется 2 видеовыхода — CVBS и S-Video — для просмотра изображения на мониторе. Дополнительно производитель заявил о возможности установки VGA-выхода, но в данной плате эта опция не реализована. А также есть аудиовыход и аудиовход, разъем сети и PS/2 для подключения мыши, выходы для подключения охранных датчиков, тревожный выход и вход RS485 для управления поворотными видеокамерами (полное описание технических параметров TR104 приведено в таблице).

Видеоконтроллер TW2700

В описании на сайте производителя сказано: TW2700 — 4-канальный видеоконтроллер с аппаратным сжатием в реальном времени. Он умеет запаковывать и распаковывать 4 полноразмерных видеоканала одновременно, содержит внутренний RISC-процессор, используемый для обработки звука.

Микросхема содержит:

• 4 независимых детектора движения для каждого из входных каналов. При работе каждый кадр разбивается на ячейки, образуя таблицу из 192 ячеек, 16 — в ширину и 12 ячеек в высоту. В зависимости от используемых видеокамер, можно выбрать один из двух возможных алгоритмов обнаружения. Дополнительные настройки детектора включают в себя выбор маски обнаружения (набор ячеек из таблицы, где будет производиться определение движения), установка порога срабатывания и настройка частоты сканирования (каждый кадр или через три).
• MJPEG-компрессор (кодер/энкодер) для каждого из 4 входов. TW2700 поддерживает формат сжатия JPEG. Поэтому пользователь может открыть данные, сжатые видеоконтроллером, при помощи стандартных программ для ПК, таких как ACDSee или PhotoShop, или любых других программ, поддерживающих просмотр JPEG-файлов.
• NTSC/PAL-декодер для воспроизведения видео с поддержкой CVBS или S-video построен на встроенном 10-битном ЦАП.
• Программируемый IDE-интерфейс для жестких дисков или других накопительных устройств.
• Встроенное экранное меню, 16-цветные иконки для меню, функция картинка в картинке.
• PS/2-порт для подключения мыши или клавиатуры.

Для управления видеоконтроллером TW2700 необходим внешний процессор, интерфейс управления реализован в двух режимах — 8- и 16-битном. Для работы TW2700 нужны две внешних микросхемы SDRAM-памяти: одна для вывода видео на экран и вторая — для MJPEG-компрессии.

Заключение

Оценка возможностей комплекта TR104 производства фирмы Techwell Inc. показала, что видеоконтроллер TW2700 может успешно справляться с задачами охранного видеонаблюдения. Реализованная в видеоконтроллере 4-канальная система обработки видео с MJPEG-сжатием предоставляет мощный инструмент для обработки видеоданных. Используя всего две специализированные микросхемы — видеоконтроллер TW2700 и 4-канальный видео АЦП TW2815 — на одной печатной плате, разработчик получает возможность построения 4-канальных сетевых DVR-систем c аппаратным сжатием видеосигнала.

Большинство выпускаемых отдельно стоящих DVR работают по аналогии с ПК — с помощью встроенной операционной системы, как правило, на базе бесплатно распространяемой ОС Linux. В результате основные задачи видеонаблюдения решаются программными средствами, что требует значительных временных и денежных вложений на этапе разработки и отладки прибора. Используя в разработке процессор Techwell Inc. TW2700, можно реализовать решение задач видеонаблюдения путем настройки специализированного видеоконтроллера, значительно сократив время и стоимость разработки системы.