Аналоговые видеокамеры
Аналоговые видеокамеры: архитектура, стандарты, компоненты и применение в системах видеонаблюдения
Аналоговые видеокамеры представляют собой класс телевизионных камер, формирующих и передающих видеосигнал в непрерывной (аналоговой) форме по коаксиальному кабелю или витой паре. Несмотря на активное развитие IP-видеонаблюдения, аналоговые системы, особенно в их современных высокоразрешающих модификациях, сохраняют значительную долю рынка благодаря своей надежности, простоте развертывания, низкой задержке и экономической эффективности для проектов с большим количеством камер.
Принцип действия и архитектура аналоговой видеокамеры
Основная функция аналоговой видеокамеры — преобразование оптического изображения, проецируемого через объектив на светочувствительную матрицу, в электрический сигнал стандартизированного формата. Ключевые компоненты включают:
- Объектив: Фокусирует свет на матрицу. Параметры: фокусное расстояние (фиксированное/вариофокальное), светосила (F-число), формат (например, 1/3″).
- ПЗС (CCD) или КМОП (CMOS) матрица: Преобразует свет в электрические заряды. Исторически доминировали ПЗС-матрицы, но современные аналоговые камеры преимущественно используют КМОП-сенсоры из-за меньшей стоимости, энергопотребления и интеграции обработки сигнала на кристалле.
- Процессор обработки видеосигнала (DSP или SoC): Выполняет ключевые функции: коррекцию гаммы, автоматическую регулировку усиления (AGC), компенсацию заднего света (BLC), электронный затвор (AES), баланс белого (AWB).
- Схема синхронизации: Генерирует строчные и кадровые синхроимпульсы, обеспечивая согласованность развертки между камерой и устройством отображения/записи.
- Выходной каскад: Формирует полный телевизионный сигнал (композитный видеосигнал, CVBS) с заданным импедансом (обычно 75 Ом) для передачи по коаксиальному кабелю.
- Корпус и вспомогательные системы: Защитный кожух, кронштейн, блок питания (чаще 12 В постоянного тока или 24 В переменного), ИК-подсветка для ночной съемки, нагреватель/вентилятор для всепогодного исполнения.
- Коаксиальный кабель: Основной носитель для CVBS и HD-аналога (AHD, TVI, CVI). Используется волновое сопротивление 75 Ом.
- Типы: RG-59 (диаметр центральной жилы 0.5-0.58 мм, для средних дистанций до 200-250 м), RG-6 (0.75-1.0 мм, для больших расстояний, до 500 м и более для HD-стандартов), RG-11 (1.63 мм, для магистральных линий до 600-800 м).
- Конструкция: Центральный медный проводник, диэлектрик из вспененного полиэтилена, экран (фольга, оплетка или их комбинация), внешняя оболочка (PVC для помещений, PE для улицы).
- Витая пара (UTP/FTP): Применяется с использованием пассивных или активных передатчиков/приемников (балунов).
- Позволяет передавать видео, питание (PoC — Power over Coax аналог) и данные по одному кабелю.
- Требует применения балансных линий и подавления синфазных помех.
- Максимальная дистанция при использовании активных приемопередатчиков может достигать 1.5-2 км.
- Комбинированный кабель (КВК): Объединяет в одной оболочке коаксиальный кабель (для видео) и силовые провода (для питания камеры, обычно 2 х 0.5/0.75 мм²). Снижает затраты на прокладку, повышает эстетику монтажа.
- Локальный источник питания (БП): Отдельный блок питания на каждую или группу камер. Требует прокладки силовых линий 220 В к местам установки БП.
- Централизованная система питания: Монтаж одного мощного источника питания с защитой от КЗ и стабилизацией, с последующей разводкой постоянного напряжения 12 В к камерам по отдельным линиям. Важен расчет падения напряжения.
- Питание по коаксиальному кабелю (PoC): Технология, при которой постоянное напряжение подается на центральную жилу коаксиального кабеля одновременно с высокочастотным видеосигналом. Для разделения используются PoC-инжекторы и сплиттеры. Упрощает кабельную структуру.
- Питание по витой паре (PoE-адаптеры): Использование PoC-адаптеров, позволяющих задействовать стандартные PoE-коммутаторы или инжекторы для питания камер через витую пару.
- Видеорегистраторы (DVR, Hybrid DVR, XVR):
- DVR (Digital Video Recorder): Предназначен исключительно для аналоговых камер (CVBS).
- Hybrid DVR / XVR (eXtended Video Recorder): Универсальные устройства, поддерживающие подключение как традиционных аналоговых (CVBS), так и современных HD-аналоговых (AHD, TVI, CVI) камер, а часто и IP-камер. Имеют соответствующие видеовходы (BNC) и программную поддержку различных стандартов.
- Мониторы: Для прямого вывода изображения с камер используются специализированные мониторы для видеонаблюдения с BNC-входами, обладающие повышенной надежностью и временем наработки на отказ.
- Квадраторы и матричные коммутаторы: Устаревшее, но встречающееся в некоторых системах оборудование для аналогового переключения и мультиплексирования видеосигналов.
- Низкая задержка (латентность): Практически нулевая задержка вывода изображения, что критично для систем реального времени и PTZ-управления.
- Стабильность и предсказуемость: Видеопоток не зависит от загрузки сети, нет риска потери пакетов.
- Простота развертывания и диагностики: Для инсталляции не требуются глубокие знания сетевых технологий. Неисправность часто локализуется простой проверкой кабеля и наличия сигнала осциллографом или монитором.
- Совместимость и преемственность: Возможность модернизации старых CVBS-систем до HD-аналога с использованием существующей коаксиальной кабельной инфраструктуры.
- Ценовая эффективность: Стоимость камер и регистраторов, как правило, ниже, чем у сопоставимых IP-решений, особенно в сегменте среднего и высокого разрешения.
- Ограниченное разрешение: Даже современные HD-аналоговые стандарты (8Mp) уступают топовым IP-камерам (12Mp, 30Mp и более).
- Ограниченная функциональность: Интеллектуальная видеоаналитика (распознавание лиц, детекция оставленных предметов) реализуется на стороне регистратора и менее развита, чем в современных IP-камерах со встроенными AI-чипами.
- Проблема масштабирования: Каждой камере требуется отдельный физический вход на регистраторе и отдельный коаксиальный кабель. Невозможность гибкого маршрутизации по сети.
- Зависимость от длины и качества кабеля: С увеличением дистанции возможно ухудшение качества изображения, требующее применения усилителей или переходов на витую пару.
- AHD: Открытый стандарт, хорошее соотношение цена/качество, широкий выбор производителей.
- HD-TVI: Открытый стандарт с широкой поддержкой, часто предлагает более высокие разрешения (5Мп, 8Мп) и развитые функции по одному кабелю.
- HD-CVI: Проприетарная технология Dahua, известная максимальной дальностью передачи по коаксиальному кабелю и устойчивостью к помехам.
Эволюция стандартов и разрешений
Развитие аналоговых камер прошло несколько этапов, характеризующихся увеличением разрешения и улучшением качества изображения.
| Стандарт | Разрешение (H x V), пикселей | Соотношение сторон | Технология передачи | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| CVBS (стандартная аналоговая) | ~720 x 576 (PAL), ~720 x 480 (NTSC) | 4:3 | Композитный сигнал по коаксиальному кабелю | Базовый стандарт. Эффективное разрешение по горизонтали ограничено ~400 ТВЛ. |
| AHD (Analog High Definition) | 1280 x 720 (720p), 1920 x 1080 (1080p) | 16:9 | По коаксиальному кабелю на частотах до 1 ГГц | Открытый стандарт, популярен. Совместимость по кабелю с CVBS. |
| HD-TVI (High Definition Transport Video Interface) | 1280 x 720 (720p), 1920 x 1080 (1080p), 2560 x 1440 (3Mp), 4Mp, 5Mp, 8Mp | 16:9 / 4:3 | По коаксиальному кабелю или витой паре | Стандарт, предложенный Techpoint. Поддержка высоких разрешений и PTZ-управления по одному кабелю. |
| HD-CVI (High Definition Composite Video Interface) | 1280 x 720 (720p), 1920 x 1080 (1080p), 2560 x 1440 (3Mp), 4Mp, 5Mp, 8Mp | 16:9 / 4:3 | По коаксиальному кабелю на большие расстояния (до 500-700 м) | Проприетарный стандарт Dahua. Хорошая устойчивость к помехам и длине кабеля. |
| SDI (Serial Digital Interface) | 1920 x 1080 (1080p) и выше | 16:9 | По коаксиальному кабелю с импедансом 75 Ом | Цифровая передача без сжатия. Минимальная задержка, но высокая стоимость и требовательность к качеству кабеля. |
Кабельная инфраструктура для аналоговых систем
Выбор кабеля и его правильный монтаж критически важны для стабильности работы аналоговой системы видеонаблюдения.
Питание аналоговых видеокамер
Большинство аналоговых камер требуют подачи постоянного напряжения 12 В (реже 24 В переменного тока). Существует несколько схем организации питания:
Интеграция с системами записи и управления
Аналоговые камеры не являются автономными сетевыми устройствами. Они работают в связке с:
Преимущества и недостатки аналоговых систем видеонаблюдения
Преимущества:
Недостатки:
Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)
Можно ли подключить аналоговую камеру стандарта HD-TVI к старому DVR для CVBS?
Нет, напрямую нельзя. DVR для CVBS не декодирует сигнал формата HD-TVI. Однако многие камеры HD-TVI имеют режим совместимости (CVBS-выход), но в этом случае изображение будет выводиться в стандартном разрешении (около 0.4 Мп). Для работы в высоком разрешении необходим гибридный DVR (XVR) с поддержкой стандарта HD-TVI.
Какое максимальное расстояние передачи сигнала для камеры AHD 1080p по кабелю RG-6?
Для качественной передачи сигнала AHD 1080p (2 Мп) по стандартному коаксиальному кабелю RG-6 с медной центральной жилой и двойным экраном максимальная рекомендуемая дистанция составляет примерно 500 метров. На большие расстояния потребуется применение усилителей сигнала или переход на средство передачи по витой паре с активными передатчиками.
Что такое гибридный видеорегистратор (XVR) и в чем его отличие от DVR и NVR?
Гибридный XVR — это регистратор, способный принимать и обрабатывать видеосигналы от камер различных технологий: аналоговых (CVBS), HD-аналоговых (AHD, TVI, CVI) и сетевых (IP). В отличие от классического DVR (только аналог) и NVR (только IP), XVR предоставляет гибкость при модернизации или построении комбинированных систем.
Как организовать питание для уличной аналоговой камеры, установленной на расстоянии 300 м от здания?
Наиболее надежным решением будет подача питания 220 В по отдельному кабелю к точке установки камеры с последующим размещением там герметичного бокса с локальным блоком питания 12 В. Альтернатива — использование комбинированного кабеля (КВК) с увеличенным сечением жил питания (например, 2х1.0 мм²) и централизованного источника питания с повышенным выходным напряжением (13-14 В) для компенсации падения, либо применение технологии PoC с активными инжекторами, рассчитанными на такие дистанции.
В чем основное различие между стандартами AHD, TVI и CVI? Какой выбрать?
Все три стандарта обеспечивают сравнимые разрешения. Ключевые отличия:
Выбор чаще всего определяется уже используемым в системе брендом оборудования (регистратором) или специфическими требованиями к дальности передачи.
Можно ли использовать существующий коаксиальный кабель от системы CVBS для модернизации до 5Мп TVI?
Да, это одно из ключевых преимуществ технологий HD-аналога. Физически тот же кабель RG-59 или RG-6 может быть использован. Однако необходимо проверить его состояние (отсутствие сильных изгибов, окисления, повреждения экрана). Старый или некачественный кабель может не обеспечить стабильную передачу высокочастотного сигнала 5Мп TVI на ту же дистанцию, что и CVBS, возможно, потребуется замена участков или установка усилителей.