Эволюция: как я переходил от аналогового видеонаблюдения к цифровому

Добрый день, уважаемые читатели IXBT.

Хочу поделиться своим опытом и наблюдениями по результатам эксплуатации двух систем видеонаблюдения: аналогового и цифрового. Я давно сделал выбор в пользу большого и теплого дома, поэтому постарался оснастить его всеми удобными функциями, доступными на рынке за адекватные деньги. Я расскажу о системе видеонаблюдения, которая одинаково хорошо будет работать как в доме, так и в квартире. Кто-то наверняка дополнит в комментариях, а кому-то мой материал позволит избежать ошибок. Поэтому начну с теории и подготовительной работы.

С приближением весны появляется масса рекламы страховых компаний, которые агитируют застраховать свое недвижимое имущество от взлома, так как дачный сезон совпадает с увеличением количества краж в квартирах, а окончание дачного сезона — это рост количества «обнесенных» домиков. Руководствуясь правилом о «спасении утопающих» я решил сначала заняться самостоятельным обеспечением безопасности, а уже после заниматься страхованием.
Начинать, как и везде, надо с планирования. Начитавшись форумов и теории, я понял, что первый этап — это чертежи и расчеты.

Рисуем и планируем

Первым делом определяем границы необходимого наблюдения, расстояния и геометрию объектов. От этого будет зависеть количество камер, их тип и стоимость. Совсем необязательно ставить одинаковые камеры вдоль забора на улице и в теплой прихожей дома. Я определил для себя, что хочу видеть периметр дома снаружи и мне не требуется видеонаблюдение внутри. Поэтому вооружаемся любым инструментом для черчения и набрасываем схему, желательно с соблюдением размеров. Я воспользовался Visio и получил следующую картинку.

На схеме отлично прослеживаются все габариты, направление обзора камер и номера. На этом остановлюсь подробнее. Я сразу закладывал три кабеля в каждую точку: коаксиал с питанием (КВК-2-В 2Х0.75 CU (моножила))

Питание 220В для подключения осветительной техники прокладывал кабелем ВВГнГ 3х1.5 мм.

И третий кабель- это витая пара Cat5e. Кабели прокладывались в самозатухающей гофрированной трубе, поэтому я не брал провода уличного исполнения.

Кабели стоит проложить под сайдингом, а после вывести в коммутационную коробку — тогда не придется ломать голову, как прятать провода. Все это желательно просчитать на этапе проектирования дома.

Закладка сразу нескольких типов кабеля избавит в дальнейшем от необходимости придерживаться только одного типа камер: аналоговых\цифровых и решит вопрос с дополнительным питанием. Если вдруг потребуется добавить прожектор, то это достаточно просто сделать. Думаю, что напоминание не будет лишним: все провода необходимо сразу нумеровать на концах и желательно на всей протяженности.
Также на схеме наглядно видно какой сектор охватывает камера и как далеко она сможет снимать. Если камера стоит стационарно, и вы хотите видеть лицо человека не пользуясь трансфокатором, стоит рассчитывать расположение камер не далее 5-7 метров от возможного появления объекта съемки. Конечно же, надо планировать расположение камер таким образом, чтобы не оставалось слепых зон — в идеале, каждая последующая камера должна попадать в зону видимости предыдущей. Но в погоне за совершенством, можно превысить все разумные финансовые границы, поэтому стоит поубавить азарт и реально прикинуть необходимость и свои финансовые возможности.

Выбор оборудования

Тут мы подходим к выбору типа оборудования: аналоговые или IP камеры. Я начал с аналога просто потому, что было доступное б\у оборудование. Кабели были заложены, осталось обжать все концы, завести на видеорегистратор и настроить сам регистратор. Но расскажу про возможности современных аналоговых камер. Есть модели, которые выдают картинку ничуть не хуже, чем IP камеры. 

Например, камера Hikvision DS-2CE16D7T-AIT3Z оснащена матрицей в 2 Мпикс, варифокальным объективом, ИК подсветкой и выдает картинку 1920х1080@25к/с. 

А вот камера с похожими характеристиками, но уже сетевая: Hikvision DS-2CD2T22WD-I3. Разница в цене около 30%, но функциональность сетевой камеры заметно выше хотя бы потому, что функция аналоговой камеры — передать картинку, а IP-камера сама обрабатывает картинку, создает события, может записывать на собственный или сетевой накопитель, ну и так далее.
К плюсам аналоговых камер можно также отнести большую дистанцию передачи сигнала (до 500 метров), в то время как по Ethernet без свитча предусмотрена передача на дистанции до 100 метров. Но такого расстояния в рамках обычного дома более чем достаточно.
К плюсам IP-камер стоит отнести высокую функциональность, отсутствие помех в цифровом сигнале, возможность передачи данных и питания по одному кабелю.
В общем, если до момента внешней отделки дома еще не определились с камерами, то закладывайте три кабеля — разница в стоимости дополнительных кабелей несущественна на фоне всей системы.

Резервируем питание

Все это работает хорошо до той поры, пока есть питание. Как только исчезает сетевое электричество, система видеонаблюдения превращается в «тыкву». То есть мало собрать систему, надо обеспечить ее резервным питанием на расчетный срок. Я всегда исходил из того, что электричество может отсутствовать на срок до 1 суток, а после либо внешнюю сеть подключат, либо я задействую резервный источник питания.
Большинство аналоговых камер питаются напряжением 12В постоянного тока или 24В переменного. Первый вариант самый доступный, потому что все автомобильные свинцово-кислотные и гелевые аккумуляторы формируются исходя из напряжения 12В. Поэтому мой выбор пал на резервирование питания 12 В для камер. Тут ест два варианта: готовый или самосборный. Готовые блоки бесперебойного питания для охранных систем выглядят так.

Они представляют собой зарядной устройство, металлический короб и небольшой емкости аккумулятор. На картинке представлен блок с гелевой батареей в 17 Ач. Ток потребления одной камеры варьируется от 0.5 до 1 А, а это значит, что такого аккумулятора хватит максимум на 17 часов для одной камеры – этого мало. В реальности же аккумулятор не выдаст полной емкости и камера отключится раньше. Сам же блок питания способен выдать до 8А, которые уйдут и на заряд аккумулятора и питания камер. У меня установлены 8 камер, а значит- этого питания будет впритык.Поэтому я пошел иным путем: я взял блок питания Орион Вымпел-55 — он же является зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов. Но есть у него масса плюсов: программируемый ток и напряжение, выбор режима работы (адаптер питания, многостадийный заряд и пр). Да еще и производится в России, а значит, есть гарантийный сервис и поддержка отечественного производителя. Итак, в отличии от большинства западных и китайских ИБП, в которых всегда ставится повышенное напряжение, которое за 3 года почти гарантированно убивает гелевые аккумуляторы, это зарядное устройство выставляется на безопасное напряжение и постоянно питает камеры и держит заряженным гелевый аккумулятор большой емкости. 

Вторым этапом стало резервирование питания видеорегистратора, ведь мало обеспечить работу камер, надо еще и сохранить снятое. Тут на выручку пришел инвертор МАП Доминатор, который является частью системы энергетического резервирования дома и основным элементом солнечной электростанции. Тоже российского производства и отличается он тем, что выдает чистую синусоиду и напряжение 220 В, которое подойдет всей домашней электронике. А подключить к нему можно аккумуляторы любой емкости, тем самым подобрав требуемое время автономной работы. Ну а если питание отключают на несколько дней, как это случилось в декабре 2016 года, когда прошли очередные ледяные дожди и электрики оказались не готовы, то можно просто запустить резервный генератор и восполнить заряд батарей. Так я зарезервировал питание всего дома, видеорегистратора и всех камер. Поэтому переход на IP камеры для меня явился совершенно безболезненным, поскольку потребовалось заменить только камеры и видеорегистратор, но об этом я расскажу во второй части. 
Так прошла подготовительная работа к работе системы видеонаблюдения. Теперь перейдем к подбору оборудования для IP видеонаблюдения.

Формируем новый набор для видеонаблюдения.

На кадре выше представлена готовая система видеонаблюдения с IP-камерами. Но начнем по порядку. Аналоговая система включает в себя, как минимум:

1. камера
2. видеорегистратор

Как максимум:

1. Камера
2. Видеорегистратор
3. Пульт управления поворотными камерами
4. Экран для просмотра картинки

Теперь рассмотрим, чем отличается цифровая система видеонаблюдения.
Минимальный комплект:

1. IP-камера
2. Свитч (PoE или обычный)

Максимальный комплект:

1. IP-камера
2. Свитч (PoE или обычный)
3. Видеорегистратор
4. Пульт управления поворотными камерами
5. Экран для просмотра картинки

Как видим, разница заключается не только в том, что аналоговые камеры подключаются напрямую к видеорегистратору, а IP-камеры требуют наличия коммутатора. Сама по себе IP-камера может отправлять видео на любой сервер (локальный NAS или удаленный FTP) или же сохранять видео на флешку. Надо отметить, что добавление PoE коммутатора тоже заметно облегчает работу, так как при установке большого количества камер, в удаленном от регистратора месте, не требуется тянуть кабель от каждой камеры, а достаточно протянуть одну линию от свитча.

Типы камер

Для решения каждой задачи есть собственный инструмент. Мы рассмотрим основные типы и области их применения. Надо сразу сказать, что описывать мы будем уличные камеры, которые применяются для типовых задач. Существуют вариации и подвиды, но основных типов камер всего 3.

Цилиндрическая

Классическая цилиндрическая уличная камера. Корпус, как правило, из крепкого пластика или из металла с круглым или прямоугольным сечением. Внутри монтируется вся оптика и электроника. Объектив может быть варифокальным или без возможности приближения и настройки резкости. Самый простой и часто встречающийся вариант. Легок в монтаже и настройке. Масса модификаций с различными характеристиками. Один раз настроил и забыл.

Купольная

Такие камеры чаще встречаются в помещениях, потому что наиболее применимое место установки — потолок. Занимают совсем немного места. Просты в настройке. Вся электроника, объектив и матрица смонтированы в одном блоке. Единожды настроил и забыл. Встречаются модификации со встроенным микрофоном и выносным динамиком, для общения с наблюдаемым объектом.

Поворотная или купольная поворотная

Главным преимуществом этих камер является возможность панорамирования и приближения картинки. Одна такая камера позволяет осмотреть сразу большую площадь. Может работать по программе (приблизить объект 1, развернуться на объект 2, осмотреть всю площадь, приблизить объект 3) или по команде оператора. Стоят несколько дороже, но лишены недостатков двух предыдущих камер — для перенастройки объекта наблюдения нет необходимости физического присутствия рядом с камерой.

Поскольку объект наблюдения — это дом, то можно было применить любой тип камер. Для того, чтобы система получилась бюджетной, но при этом отвечала требованиям по качеству картинки, было решено применить два типа камер: цилиндрические — для осмотра периметра и купольную — для наблюдения за входной дверью и парковкой.

Выбор камер

Основой системы видеонаблюдения стала новинка на российском рынке — камера Ezviz C3S. Эта камера при своих компактных габаритах обладает массой положительных качеств:

• широкий диапазон рабочих температур: от -30 до +60
• Полная влаго- и пылезащищенность (IP66)
• Поддержка разрешения FullHD (1920*1080)
• Поддержка передачи по Wi-Fi или Ethernet
• Поддержка питания по PoE (только в модификациях без Wi-Fi)
• Поддержка кодека H.264
• Возможность записи на microSD
• Возможность работы через облако, либо с локальным видеорегистратором

Чтобы оценить габариты камеры (176 x 84 x 70 мм), я поместил рядом с ней батарейку формата АА. Если интересен детальный обзор этой камеры или сравнение с младшей моделью C3C — напишите в комментариях и я это вынесу в отдельный материал.

Для сравнения с аналоговой камерой, которая была установлена до этого, были сделаны несколько кадров.

Стоит отметить, что камера оснащена ИК-светодиодами и технологией компенсацией засветки, поэтому может работать в полной темноте или при боковой засветке от яркой луны, снега, прожектора. Как показала практика, объект различим на дистанции до 20-25 метров в полной темноте и хорошо виден начиная с расстояния в 10 метров. Камера поддерживает функцию расширенного цифрового диапазона (HDR) с показателем в 120 дБ. Добавим к этому, что камера может работать полностью автономно, без видеорегистратора, записывая все видео на флешку, а доступ к камере возможен через приложение на смартфоне. И для этого даже не потребуется белый IP — достаточно обеспечить доступ камере к сети Интернет.

Для наблюдения за входом и парковкой перед домом была выбрана купольная камера Milesight MS-C2973-PB. Она обладает меньшей дистанцией эффективного обзора в темноте, но при этом поддерживает разрешение до FullHD и отлично разместилась на фасаде здания, не сильно привлекая внимание. Плюс камеры в том, что она наделена микрофоном и позволяет записывать видео со звуком, что особенно важно для записи диалогов, когда кто-то стучится в дверь. Камера питается исключительно по PoE, может вести запись на установленную карту microSD и наделена web-интерфейсом, через который можно следить за происходящим. Еще одна интересная особенность — SIP-клиент. Можно подключить камеру к провайдеру телефонии или собственному VoIP серверу и при заданном событии (звук\движение в кадре) камера наберет требуемого абонента и начнет трансляцию звука и изображения.

• Диапазон рабочих температур: от -40 до +60
• Полная влаго и пылезащищенность (IP67)
• Поддержка разрешения FullHD (1920*1080)
• Поддержка передачи по Ethernet
• Поддержка питания по PoE
• Поддержка кодека H.264 и H.265
• Возможность записи на microSD
• Наличие встроенного микрофона
• Встроенный web-сервер
• Встроенный SIP-клиент

Еще одна камера была установлена под козырек, чтобы обозревать всю площадку с подъездной дорогой. В этом случае были особо высокие требования к качеству картинки, поэтому была выбрана камера Milesight MS-C2963-FPB. Она способна отдавать 3 потока с качеством картинки FullHD и умеет звонить по SIP, при появлении движения в заданной зоне. Питается по PoE и отлично работает с бликами и боковым освещением.

• Диапазон рабочих температур: от -40 до +60
• Полная влаго и пылезащищенность (IP67)
• Поддержка разрешения FullHD (1920*1080)
• Поддержка передачи по Ethernet
• Поддержка питания по PoE и 12В DC
• Поддержка кодека H.264 и H.265
• Возможность записи на microSD
• Изменяемое фокусное расстояние
• Встроенный web-сервер
• Встроенный SIP-клиент

Готовим сеть

Итак, с камерами определились и теперь нужно собрать все воедино и сохранить видео. Так как домашняя сеть не очень большая, было решено не разделять физически сеть видеонаблюдения и домашнюю, а объединить воедино. Так как объемы информации растут с каждым годом, а видео на домашнем сервере все чаще хранится в FullHD разрешении, ставка была сделана на построение гигабитной сети. Для корректной работы понадобился хороший свитч с поддержкой PoE. Основные требования были просты: высокая надежность, стабильное питание, поддержка PoE и Gigabit Ethernet. Решение было найдено быстро и для создания домашней сети был выбран smart switch TG-NET P3026M-24PoE-450W-V3. 

Он выполнен в стандартном формате, занимает 1 юнит в 19" стойке и способен выдать на питание PoE устройств до 450 Вт — это колоссальная мощность с учетом того, что выбранные камеры, даже при включении ИК подсветки, потребляют не более 10 Вт. Всего у устройства 24 порта, можно настроить расписание питания для каждого порта, скорость и все, что умеют умные коммутаторы. Для упрощения настройки на фронтальной поверхности есть переключатель, который позволяет выбирать режимы отображения активности\питания портов. Сверху-активность портов, внизу — порты, которые имеют питание по PoE. В случае проблем с настройкой это позволяет сразу определить, получила ли камера питание или проблемы с настройкой. В общем-то, устройство из разряда «поставил и забыл».

Видеорегистратор

Для того, чтобы система видеонаблюдения была полной и можно было посмотреть старые записи, нужен сервер или NVR. Отличительной особенностью Network Video Recorder является то, что они работают только с IP-видеокамерами. Требования были простыми: поддержка всех камер, хранение информации не менее двух недель, простота настройки и надежность работы. Так как я уже имел опыт работы с сетевыми накопителями компании QNAP, я решил использовать в своей системе NVR этой компании. Для моей задачи подходила одна из младших моделей с поддержкой 8 камер. Итак, в качестве системы хранения и воспроизведения был выбран регистратор QNAP VS-2108L. Поддержка двух жестких дисков суммарной емкостью 8 Тб, гигабитный сетевой порт и привычный web-интерфейс склонили чашу весов в пользу этого NVR. 

Сам регистратор поддерживает запись видеопотока по стандартам H.264, MPEG-4 и M-JPEG от подключенных к ней камер. Все выбранные камеры поддерживают кодек H.264. Надо отметить, что данный кодек позволяет значительно снизить битрейт видео без потери качества картинки, но это требует серьезных вычислительных ресурсов. В данном кодеке заложено множество функций, в том числе по адаптации цикличных действий. Например, качающаяся ветка дерева не будет отбирать столько же битрейта, как при использовании кодека M-JPEG. 

Внимательные читатели заметят сходство с сетевым накопителем этой компании QNAP TS-212P. Надо отметить, что начинка у моделей схожая, разнится лишь количество каналов для подключения видеокамер (8 у NVR против 2 у NAS) и поддержка дисков у NAS емкостью по 10 Тб каждый (против 4 Тб каждый у NVR). Интерфейс настроек привычен и знаком всем, кто имел дело с этой техникой.

А просмотр всех камер и записанного видео осуществляется через фирменный софт. В целом, модель простая и функциональная. 

Сравнение камер

А теперь я предлагаю сравнить картинку с одной лишь камеры. Будет достаточно показательно. Первый снимок — работа аналоговой камеры ночью со включенным сбоку прожектором. Оригинальное разрешение.

Второй снимок — работа аналоговой камеры ночью с выключенным прожектором. Освещение ИК подсветкой камеры. Оригинальное разрешение.

Третий снимок — работа IP камеры ночью с выключенным прожектором. Освещение ИК подсветкой камеры. Оригинальное разрешение.

Помимо возросшего разрешения (1920*1080 против 704*576) мы наблюдаем заметно более четкую картинку, потому что обработка кадра ведется самой камерой и на сервер видеонаблюдения отправляется уже готовая картинка без помех, которые могут появиться у аналогового видеосигнала по пути к регистратору. На самом кадре даже видно подсветку других камер видеонаблюдения. 

Минута отдыха для глаз

Буквально 5 минут из записи камеры Ezviz C3S, установленной рядом с кормушкой.

Заключение

Как говорилось в начале, система видеонаблюдения на основе IP видеокамер ненамного дороже схожего по функциям аналогового комплекта. Вот только с цифровой техникой функциональность может расти с появлением новых прошивок, а аналоговая система почти всегда меняется целиком, если требуется новый функционал(иногда вопрос решается заменой сердца системы — видеорегистратором). На примере этого проекта стало понятно, что создание системы видеонаблюдения — это довольно простая процедура, если действовать по плану: поставить задачу, сделать схему, определить требуемые параметры, подобрать оборудование, смонтировать и настроить.

И помните: видеонаблюдение не является защитой вашего дома. Это всего лишь один из элементов, который поможет предотвратить взлом или найти нежданных гостей. Старайтесь располагать камеры так, чтобы можно было увидеть лица входящих. Кроме того, сервер видеонаблюдения должен быть хорошо спрятан или все записи должны дублироваться в удаленное хранилище. И пусть ваш дом всегда будет оставаться вашей крепостью!