Độ phân giải - độ nét của camera

Đăng lúc: Chủ nhật - 22/06/2014 20:55 - Người đăng bài viết: admin
  •  
Trong hệ thống video an ninh khép kín CCTV sự khác biệt chủ-yếu về độ phân giải của hệ CCTV là hình-ảnh chụp được, để hiển thị lên màn hình và độ phân giải hình ảnh khi lưu trữ.
Độ phân giải của hình ảnh trên camera analog

Khi xét đến đặc điểm kỹ thuật của camera quan sát an ninh, bạn sẽ thấy hai thông số quan trọng đánh giá các cảm biến của camera. Một thông số thể hiện số lượng điểm ảnh (768 H X 494 V) của vi-mạch cảm biến hình và một thông số là tỷ lệ độ phân giải ngang (TVL) của một camera.

  • Số lượng Điểm ảnh hiệu quả = 768 (ngang) X 494 (dọc)
  • Độ phân giải ngang = 540 dòng TV

Sự khác biệt giữa hai thông số này là tỉ lệ khía cạnh điểm ảnh (pixel aspect ratio) và tỷ lệ khía cạnh hình ảnh ( picture aspect ratio). Tỷ lệ khía cạnh điểm ảnh được qui ra từ số lượng điểm ảnh thực tế mà vi-mạch cảm biến hình có thể nắm bắt.Còn tỷ lệ khía cạnh hình ảnh thì dựa trên các tiêu chuẩn NTSC cho các tín hiệu tương tự (analog) tín hiệu hình ảnh tổng hợp  (composite video) đã được thiết kế để xử lý. Các kết quả số khác nhau  chỉ đơn giản dùng toán học  để có kết quả này và không đề cập đến toán học trong bài này.

Kể từ khi tiêu chuẩn camera an ninh loại tương-tự (analog) được định nghĩa là không có điểm ảnh vuông ,và áp dụng  căn cứ vào hai loại tỉ lệ cho hình ảnh, là tỷ lệ khía cạnh lưu trữ  (storage aspect ratio ) và tỷ lệ khía cạnh hiển thị trên màn hình (display aspect ratio).
Tỉ lệ khía cạnh lưu trữ ( Storage Aspect Ratio )
Các tỉ lệ lưu trữ này là kích thước của hình ảnh kỹ thuật số như đã được lưu trữ trên các phương tiện truyền thông kỹ thuật số. Ví dụ tỷ lệ lưu trữ có độ phân giải cao nhất bằng cách sử dụng tín hiệu hình ảnh tổng hợp (video composite) là những gì xuất phát từ một camera analog  là 720 x 480 cũng gần giống như độ nét tiêu chuẩn của DVD phim ảnh.
Khi lưu trữ video trên một đầu ghi analog DVR chuyên ngành an ninh ( security ) , bạn có các tùy chọn nhiều độ phân giải , các thiết lập điển hình cho việc lưu trữ đã biết là CIF, 2CIF và 4CIF.

Tỷ lệ khía cạnh hiển thị trên màn hình (Display Aspect Ratio)
Tỷ lệ khía cạnh hiển thị trên màn hình chỉ có thể được hiển thị theo tỉ lệ 4:3 là đúng theo tên gọi và  là tiêu chuẩn NTSC. Điều này sẽ làm giới hạn số lượng các dòng ngang dữ liệu thực sự có thể được hiển thị thấy. Đồng thời cũng giải thích lý do tại sao với bộ vi-mạch cảm biến hình có  768 dòng ngang  khi hiển thị trên một màn hình tỷ lệ 4:3 sẽ cho ra kết quả độ phân giải chỉ có 540 dòng TV .(Lưu ý: một bộ phim độ nét tiêu chuẩn DVD có thể được định dạng màn hình tỷ lệ  4:3 hay 16:9 nhưng kích thước điểm ảnh sẽ vẫn là 720 x 480 khi dùng cho các mục đích lưu trữ.)
Các tiêu chuẩn mới hơn cho việc truyền hình đã giới thiệu hệ TV độ nét cao (HDTV) với một tỷ lệ khía cạnh cho sẵn là 16:9, có độ phân giải được hiển thị cao hơn vì cho phép một số lượng dòng đi qua lớn hơn .  Công nghệ mới hơn của camera hiện nay cũng có thể chụp với độ phân giải cao hơn , như vậy sẽ cho phép để lưu trữ và hiển thị các hình ảnh độ phân giải cao hơn rất nhiều.

Hình ảnh mẫu với các độ phân giải :
Dưới đây là 3 hình ảnh khác nhau lấy từ một DVR GE Digia II. Những hình ảnh nhỏ hơn là từ một phương thức ghi CIF (360 × 240) và hình ảnh lớn hơn là từ một phương thức  ghi 4CIF (704 × 480) và Full  (720 x 480) .Sự khác biệt giữa các hình ảnh là kích thước của hình ảnh được lưu trữ trên ổ đĩa cứng.
Như bạn có thể thấy, hình ảnh 4CIF lớn hơn nhiều so với CIF. Với 4CIF bạn sẽ thấy dễ dàng hơn nhiều để nắm bắt thông tin chi tiết từ hình ảnh có độ phân giải 4CIF, hơn là từ hình ảnh có độ phân giải CIF. Trừ khi bạn may mắn được làm việc với một đầu ghi DVR 4CIF hoặc D1 trong thời gian thực (30fps) trên tất cả các kênh cùng một lúc ( full D1 realtime rec ), bạn cần phải quyết định chọn cho mỗi camera theo ứng dụng để có độ phân giải được cho là tốt nhất .
DVR và độ phân giải.
Các chuẩn mực về độ phân giải hình ảnh cho DVR
Độ phân giải của thiết bị ghi hình DVR là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn hệ thống thích hợp và cần được xem xét cẩn thận. Độ phân giải càng cao,dữ liệu càng nhiều, thông tin ghi nhận nhiều hơn và chi tiết hình ảnh được tổ chức để lưu và hiển thị chặt chẽ hơn.
Độ phân giải của DVR cũng dựa trên các điểm ảnh (pixels), hoặc các yếu tố hình ảnh (picture elements). Một điểm ảnh (pixel) là một mẫu hoàn thành nhỏ nhất của hình ảnh. Trái ngược với cách suy nghĩ thông thường, điểm ảnh không nhất thiết phải là hình vuông hoặc một dấu chấm, mà là một mẫu trừu tượng của toàn bộ một hình-ảnh. Trong một mẫu hình ảnh càng có nhiều điểm ảnh hơn, thì hình ảnh sẽ càng giống với nguồn thực tế hơn.
Nói chung, độ phân giải được xác định bởi hai tham số, cho thấy theo chiều rộng và theo chiều cao của hình ảnh. Lưu ý rằng các giá trị số dùng để xác định độ phân giải sẽ cho thấy tỷ lệ điểm ảnh (pixel ratio) tối-đa cho độ phân giải đó. Vì vậy, một hình-ảnh hiển thị có thể sử dụng cho một tỷ lệ điểm-ảnh (pixel) nhỏ hơn thay vì dùng cho mức tối đa ( khi ghi lưu ) .

Bốn chuẩn cơ bản của độ phân giải DVR.

Có bốn chuẩn về mức độ phân giải ghi hình ảnh âm thanh cơ bản liên kết với DVR. Được liệt kê  là CIF, 4CIF, Half D1 và D1.

  • CIF , hoặc thường gặp dạng trung gian, là mức thấp nhất trong ba độ chuẩn phân giải tại 352 x 240 điểm ảnh trong NTSC (tiêu chuẩn video được sử dụng ở Bắc Mỹ). CIF là một phần của độ phân giải đầy đủ , được biết đến như là 4CIF. CIF là chuẩn dùng tốt cho các sự kiện xảy ra gần với camera nhưng với sự kiện ở xa sẽ rất khó khăn để làm cho lớn hình ảnh ra theo khổ lớn.
  • 4CIF được định nghĩa là 704 x 480 pixel. Trong khi về kỹ thuật thì nói một hình ảnh 4CIF có thể cho ra một hình ảnh tốt hơn so với CIF, điều này không nhất thiết phải đúng cho mọi trường hợp vì điểm ảnh còn theo là cho sản phẩm nào. Một hình ảnh CIF tại 352 có nghĩa là 240 x 352 điểm ảnh đó sẽ được lấp đầy với 240 dòng dữ liệu qua. Một hình ảnh 4CIF tại 704 x 480 điểm ảnh có nghĩa là 704 điểm ảnh sẽ được lấp đầy với 480 dòng dữ liệu qua. Nhưng cả hai hình ảnh không xác định chất lượng và / hoặc số lượng dữ liệu sẽ được sử dụng. Điểm ảnh được làm đầy với các dữ liệu đó được gọi là bit. điểm ảnh rỗng không chứa bit. Một hình ảnh CIF với số bit nhiều hơn một hình ảnh 4CIF , vẫn sẽ cho ra một hình ảnh tốt hơn. Nhưng thật ra Bitrate mới quyết định về giá trị đẹp xấu của hình ảnh.Bitrate đó là số lượng các bit được sử dụng trên một số lượng thời gian cụ thể. Vì vậy, bitrate xác định chi tiết trong hình ảnh.
  • D1  là chất lượng cao nhất của tất cả các chuẩn phân giải, đã được tạo ra bởi Sony. Lên tới 720 x 480 điểm ảnh (NTSC), D1 cung cấp hình ảnh video chất lượng tương đương với DVD. Trong thực tế, các hệ thống VCR D1 và DVD sử dụng cùng một tỷ lệ lấy mẫu và được dựa trên cùng một tiêu chuẩn. Như vậy, ngay cả các hình mà đối tượng ở xa sẽ xuất hiện rõ ràng ở độ phân giải này. Half D1 là chính xác như tên gọi có ngụ ý, đó là một nửa của D1, hoặc 360 x 480Half D1 phù hợp cho việc sử dụng quan sát cho nhu cầu kinh doanh, quan sát của tư nhân, cty hay nhà ở nhỏ nhưngkhông phải là chất lượng chuyên nghiệp.
  • Những từ viết tắt dịch như sau:

    • QCIF: 176 x 120 pixels
    • CIF:     352 x 240 pixels
    • 2CIF: 720 x 240 pixels
    • 4CIF: 704 x 480 pixels
    • D1:       720 x 480 pixels

    Tại sao điều này lại quan trọng như vậy?
    Hầu hết các hệ thống DVR khi phát lại video ở độ phân giải D1 đầy đủ. (Những gì bạn thấy là chiếm trọn một màn hình đầy đủ) Vì vậy, nếu kênh video ghi nhận ban đầu của bạn đã được thực hiện trong mức độ phân giải  QCIF hoặc 176 x 120 pixels, vậy làm thế nào để bạn phát lại video ở độ phân giải đầy đủ?
    Các nhà sản xuất sử dụng phần mềm kỹ thuật số phóng to một hình ảnh đã ghi hình lại để tiết kiệm tiền (rất nhiều tiền). Trong trước mắt, họ yêu cầu phần cứng thấp hơn,yêu cầu sức mạnh bộ xử lý ít hơn, và sử dụng một bản vá phần mềm loại miễn phí giống như Paint Shop hay bất cứ phần mềm nào khác , chỉ đơn giản là cho nhân cao hình ảnh như của một hình có yếu tố phóng to của 4X. Nhưng như vậy , sẽ có các ảnh hưởng bất lợi đối với chất lượng của hình ảnh , và quan trọng hơn, ảnh hưởng đến sự toàn vẹn của dữ liệu giám sát .

    Thiết bị DVR với công nghệ nén phần mềm so với kỹ thuật nén phần cứng ,đâu là giải pháp tối ưu? .( xem bài sau )

    Vậy tại sao Full D1 đắt tiền hơn CIF?
    Hầu hết các điểm ảnh (các yếu tố hình ảnh) được hiển thị trên các hệ thống hiện nay là loại  8 bit dữ liệu trên mỗi điểm ảnh. Tính toán bao nhiêu bit dữ liệu bạn cần để xử lý cho bất kỳ thiết bị DVR thực sự là đơn giản.
    Tính toán một DVR CIF đầy đủ :
    Hãy bắt đầu với CIF, rất phổ biến và thông dụng nhất, đầy đủ cho hầu hết các giải pháp kinh doanh nhỏ.

    • CIF có độ phân giải chuẩn là một hình ảnh bao gồm 352 x 240 pixels.

    Phương trình tính toán rất đơn giản:

    •  ( 352 x 240 x 8 x 30 ) = 20.275.200 bit

    Trong đó:
    352 x 240 là kích thước hình ảnh  / 8 bit  cho một điểm ảnh / 30 khung hình mỗi giây
    Kết quả cho ra đối với mỗi kênh, một 30fps 1CIF DVR cần phải xử lý 20.275.200 bit dữ liệu.
    Tính toán một DVR  4CIF :

    •  4CIF có độ phân giải chuẩn là một hình ảnh bao gồm 704 x 480 pixels.
    • vậy  ( 704 x 480 x 8 x 30) = 81.100.800 bit

    Ở độ phân giải 4CIF đầy đủ, sẽ cần phải xử lý 81.100.800 bit dữ liệu cho mỗi kênh/camera

    Vì vậy, khi cài đặt sử dụng cho một DVR 16 kênh tại  Full D1@30FPS cho mỗi kênh video, bạn sẽ thấy ngay là cần đến một sức mạnh xử lý với số lượng bit rất lớn , mức độ rất nghiêm trọng .Nói cách khác ,là phải tiêu tốn nhiều tiền cho một hệ thống riêng để xử lý được các giá trị trên .
    CHUẨN D1
    D1 là một tiêu chuẩn SMPTE quay video kỹ thuật số , được giới thiệu trong năm 1986 thông qua các nỗ lực bởi các ủy ban kỹ thuật SMPTE. Được bắt đầu và phát triển bởi hãng Sony và Bosch -Sản phẩm BTS và là đơn vị đầu tiên định dạng video kỹ thuật số chuyên nghiệp.
    D1 lưu trữ  thành phần video số hóa không nén , mã hóa ở  Y’CbCr 4:2:2   bằng cách sử dụng định dạng CCIR 601, cùng với PCM các rãnh âm thanh cũng được mã hóa thời gian trên loại băng videocassette 3/4 inch (19 mm) . Thành phần video không nén được sử dụng băng thông rất lớn cho thời gian dùng . Thời gian ghi-lưu tối đa trên một băng D-1 là 94 phút.( hệ VHS – VCR )
    D-1 với độ phân giải là 720 × 480 cho hệ NTSC và 720 × 576 cho hệ PAL,  được sử dụng cho Video-DVD và truyền hình tiêu chuẩn độ nét cao sau này HDcamara 

    Trong camera IP
    Những năm gần đây, khi hệ thống giám sát hình ảnh IP được phổ biến rộng rãi trong thị trường giám sát an ninh, người dùng được trải nghiệm hình ảnh chất lượng vượt trội nhờ khả năng ghi hình tốt của các camera có độ phân giải megapixel. Một xu hướng mới nổi hiện nay trong lĩnh vực giám sát IP là sử dụng các camera cung cấp hình ảnh độ nét cao chuẩn HDTV, đã được giới thiệu tới người dùng trong năm 2013 và sẽ tiếp tục phát triển trong các năm tiếp theo. Các thế hệ camera mới này được gọi chung là camera độ nét cao (HD) hoặc camera megapixel. Cả hai loại camera HD và megapixel đều mang đến chất lượng hình ảnh tốt hơn nhiều so với camera analog truyền thống. Tuy nhiên, chúng thường bị đánh đồng là tương đương nhau. Thực tế, có sự khác biệt giữa hai thuật ngữ này.

    So sánh Megapixel với HD

    Một điều cần lưu ý, HD chính là một tập con của megapixel. Bất kỳ camera nào có độ phân giải hơn một triệu điểm ảnh đều được định nghĩa là camera megapixel. Theo đó, độ phân giải megapixel thấp nhất trong thị trường an ninh hiện nay là 1 megapixel, cung cấp hình ảnh với 1280 x 800 pixel (tương đương hơn 1 triệu điểm ảnh), và độ phân giải cao nhất là 10 megapixel (3648 x 2752 pixel). Độ phân giải của camera megapixel đang tiếp tục tăng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

    Chuẩn HD được xác định với độ phân giải, tốc độ khung hình và tỷ lệ khung hình nhất định, được đề cập ở các camera có độ phân giải tiêu chuẩn 720p hoặc 1080p. Các con số 720 và 1080 thể hiện độ phân giải ngang trong khung hình quan sát. Vì thế, hình ảnh do camera HD 720p cung cấp có độ phân giải 1280 x 720 pixel (921.600 pixel–không phải megapixel), và hình ảnh do camera HD 1080p cung cấp có độ phân giải 1920 x 1080 pixel (gần 2,1 megapixel). Các định dạng hình ảnh HD cũng sử dụng một tỷ lệ khung hình 16:9 (không phải 5:4 hoặc 4:3), với tốc độ khung hình được chuẩn hóa tại 60, 50, 30 hoặc 25 khung hình mỗi giây (fps) tùy thuộc vào TV của người dùng.

    Trên thực tế, do camera HD hỗ trợ độ phân giải hình ảnh thấp hơn độ phân giải megapixel khi quan sát, nên camera độ phân giải HD thường không được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống giám sát an ninh.

    Sự phát triển của hệ thống giám sát hình ảnh IP

    Theo báo cáo nghiên cứu của TechNavio Insights, lĩnh vực giám sát IP đang có tăng trưởng rất đáng kể, đáp ứng được hầu hết nhu cầu khách hàng đầu cuối và các tổ chức lớn. Những tiện ích từ các tính năng trong phần mềm điều khiển và giám sát, khả năng mở rộng hệ thống linh hoạt cũng như độ khả dụng cao của hình ảnh được xem là những yếu tố góp phần vào sự tăng trưởng này. Trong đó, khả năng cung cấp hình ảnh với nhiều lựa chọn về độ phân giải cao là ưu điểm mạnh nhất của camera giám sát IP hiện nay. Ở những camera IP megapixel được hỗ trợ chuẩn nén H.264 HP mới nhất, độ phân giải và luồng dữ liệu đã được lập trình cho việc tối ưu băng thông và dung lượng lưu trữ. Với độ phân giải hình ảnh có thể lên đến 10 megapixel (3648 x 2752 pixel–gần gấp năm lần so với độ phân giải của camera 1080p), giờ đây, việc quan sát và ghi lại hình ảnh chi tiết tại bất kỳ khu vực quan trọng nào đều trở nên dễ dàng, đáp ứng mọi nhu cầu của người dùng.

    Hiện nay, có thể lắp đặt camera megapixel tại các địa điểm giám sát với nhiều độ phân giải khác nhau, và có thể kết hợp giám sát trên cùng một hệ thống mạng. Hình ảnh ở những khu vực quan trọng được giám sát và ghi lại ở độ phân giải cao, còn hình ảnh ở các khu vực không quan trọng sẽ có độ phân giải thấp hơn, với tốc độ khung hình chậm hơn. Cũng có thể áp dụng các tính năng phân tích hình ảnh để kích hoạt luồng hình ảnh megapixel, chẳng hạn tự động kích hoạt megapixel khi có chuyển động xảy ra. Cách tiếp cận này giúp tiết kiệm băng thông nhằm tối ưu hóa đường truyền mạng hiện có và không gian lưu trữ.

    Nhờ cung cấp độ phân giải cao hơn, các nhà thiết kế có thể sử dụng ít camera megapixel hơn để bao phủ các khu vực rộng lớn mà không lo hình ảnh bị mất chi tiết, giúp giảm chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng và hệ thống cáp. Ngoài giảm chi phí lắp đặt ban đầu của hệ thống, camera megapixel còn mang lại những lợi ích trực tiếp lớn hơn, như giảm chi phí vận hành đồng thời vẫn đảm bảo lợi tức đầu tư (ROI).

    Ngoài lợi thế cung cấp hình ảnh có độ phân giải linh hoạt, khả năng dễ dàng kết nối vào hệ thống mạng cũng là yếu tố quan trọng thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng của camera IP megapixel. Trước đây, mỗi camera analog cần có một sợi cáp đồng trục kết nối để ghi hình, kèm theo là cáp điều khiển và nguồn điện, khiến chi phí cáp tăng theo cấp số nhân. Camera IP cho phép cơ sở hạ tầng mạng kết nối nhiều camera hơn với lượng cáp ít hơn, đồng thời, tính năng PoE giúp cung cấp nguồn điện trực tiếp tới camera trong cùng một sợi cáp mạng, hỗ trợ truyền tải đầy đủ hình ảnh và tín hiệu điều khiển. Đây là một giải pháp lắp đặt rất hiệu quả và đơn giản.

    Ngoài ra, hình ảnh với độ phân giải cao do camera megapixel cung cấp sẽ có nhiều chi tiết hơn. Người dùng có thể sử dụng tính năng PTZ kỹ thuật số có trong phần mềm để xem hình ảnh trực tiếp hoặc ghi lại. Do đó, camera megapixel gần như loại bỏ nhu cầu sử dụng camera PTZ cơ, thường có chi phí cao và bộ phận cơ dễ bị hỏng.

    Nhiều nhà tích hợp (và người dùng) vẫn có suy nghĩ sai lầm khi cho rằng việc triển khai một hệ thống camera IP megapixel là quá phức tạp. Mặc dù các hệ thống này không đơn giản chỉ cần cắm-và-chạy như quan niệm trước đây, nhưng các nhà cung cấp camera và các đối tác sản xuất đầu ghi hình qua mạng (NVR) cũng như VMS đang nỗ lực mở đường cho việc tích hợp đơn giản hệ thống. Các hiệp hội tiêu chuẩn trong ngành an ninh vật lý như PSIA và ONVIF cũng cố gắng đáp ứng phần nào định nghĩa cắm-và-chạy trên mạng IP theo cách đơn giản nhất có thể. Hơn nữa, các camera megapixel hiện nay đều có nhiều độ phân giải và tốc độ khung hình khác nhau để lựa chọn, rất lý tưởng cho các ứng dụng giám sát chung. Những tùy chọn này cho phép các nhà thiết kế hệ thống linh hoạt hơn trong việc lựa chọn thiết bị và tự tin hơn khi thiết kế.

    Xu hướng Megapixel

    Khi công nghệ phát triển ngày càng nhanh, việc ứng dụng chuẩn nén H.264 mới nhất vào các camera IP megapixel đã giúp tối ưu vấn đề băng thông và dung lượng lưu trữ, cho phép chuẩn megapixel sử dụng mức băng thông và dung lượng gần như tương đương với độ phân giải chuẩn (SD). Sự chênh lệch về chi phí cũng không đáng kể giữa camera độ phân giải megapixel với camera độ phân giải tiêu chuẩn. Nếu xét ưu thế cần ít camera hơn để bao phủ khu vực rộng hơn, đáp ứng chất lượng hình ảnh tốt hơn, rõ ràng việc sử dụng camera IP megapixel giúp tiết kiệm một khoản đáng kể về cơ sở hạ tầng và chi phí nhân công so với camera analog. Đây là lý do vì sao tổ chức nghiên cứu thị trường IMS Research đã dự đoán việc lắp đặt hệ thống giám sát hình ảnh IP sẽ tăng đáng kể, và hơn một nửa số camera IP được tung ra thị trường năm 2014 sẽ là camera độ nét cao HD hoặc độ phân giải megapixel.

    Không thể phủ nhận sự phát triển mạnh mẽ của camera IP megapixel và HD đã giúp người dùng có nhiều lựa chọn hơn về chất lượng hình ảnh. Với camera độ phân giải cao, các hệ thống camera IP hiện nay sẽ mang đến những công nghệ hình ảnh mạnh mẽ, khả năng quan sát trực tiếp rõ ràng và sắc nét, phục vụ tối đa nhu cầu của ngành công nghiệp giám sát an ninh.

Đánh giá bài viết
Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết
 
Camera không dây chỉ 990k [X]