Web-камеры

• Web-камеры
• Подключение и установка web-камеры
• Устройство и принцип работы web-камеры
• Дополнительные возможности и функции web-камеры
• Подключение web-камеры к сети
• Программы для web-камер
• Практическое задание 1.
• Программа на языке программирования BASIC
• Практическое задание 2
• Практическое задание 3
• Список литературы

Web-камеры

Web-камера — это цифровое устройство, которое состоит из видеокамеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного web-сервера. Web-камера предназначена для организации видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы web-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям [1, c.98].

Подключение и установка web-камеры

Web-камеры подключаются к сети Internet через порт 10BaseT/100BaseTX/1000BaseTX Ethernet или при помощи модема через последовательный порт. После физического подключения к сети web-камере присваивается IP-адрес. Чаще всего IP-адреса по умолчанию у web-камеры нет; он устанавливается либо с помощью соответствующей функции стандартного web-браузера, либо командой DOS, которая использует для идентификации серийный номер web-камеры. Кроме того, фирмы-производители разрабатывают специальные программы для web-камер, значительно упрощающие процедуру присвоения web-камере IP-адреса (например, IP Installer компании AXIS Communications). Благодаря встроенному программному обеспечению для web-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента, e-mail клиента и др., web-камера подключается непосредственно к LAN/WAN/Internet сети и работает в ней как самостоятельное сетевое устройство. Это отличает web-камеры от обычных компьютерных камер, которые требуют обязательного подключения к персональному компьютеру через USB или LPT порт. Кроме того, web-камеры могут поддерживать работу с пользовательскими скриптами и JAVA-апплетами [5, c.65].

Для установки web-камеры на улице или в помещении многие производители предусматривают в конструкции корпуса камеры специальный крепеж, предназначенный для установки ее на стены, потолки, кронштейны и поворотные устройства. Некоторые интернет-камеры имеют встроенные поворотные устройства, предназначенные для монтажа на горизонтальной или вертикальной поверхности.

Устройство и принцип работы web-камеры

Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:

ПЗС-матрица,

объектив,

оптический фильтр,

плата видеозахвата,

блок компрессии (сжатия) видеоизображения,

центральный процессор и встроенный web-сервер,

ОЗУ,

флэш-память,

сетевой интерфейс,

последовательные порты,

тревожные входы/выходы.

В качестве фотоприемника в большинстве web-камер применяется ПЗС-матрица (ПЗС, CCD — прибор с зарядовой связью) — прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3: 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.

Объектив — это линзовая система, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент web-камеры. Объектив является неотъемлемой частью web-камеры, и от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого web-камерой. Часто объектив входит в комплект поставки web-камеры. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат [3, c.34].

Оптические инфракрасные отсекающие фильтры, которые устанавливают в web-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая тем самым правильную цветопередачу web-камеры. Однако во многих черно-белых web-камерах такие фильтры не используются, благодаря чему достигается более высокая чувствительность web-камеры.

Плата видеозахвата (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат. Процесс преобразования сигнала состоит из трех этапов:

Дискретизация,

Квантование,

Кодирование.

Дискретизация — считывание амплитуды электрического сигнала через равные промежутки времени (период). Этот этап преобразования сигнала характеризуется частотой дискретизации.

Квантование — это процесс представления результатов дискретизации в цифровой форме. Изменение уровня электрического сигнала за период дискретизации представляется в виде кодового слова из 8, 10 или 12 бит, которые дают соответственно 256, 1024 и 4096 уровней квантования. От числа уровней квантования зависит точность представления сигнала в цифровой форме [2, c.54].

Кодирование. Помимо информации об изменении уровня сигнала, полученной на предыдущем этапе, в процессе кодирования формируются биты, сообщающие о конце синхроимпульса и начале нового кадра, а также дополнительные биты защиты от ошибок.

Блок компрессии выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-½/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети. Если локальная сеть, к которой подсоединена web-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия обеспечивает разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 64 Кб — 2 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).

Сжатие видеоизображения в web-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. Программная реализация компрессии дешевле, однако из-за высокой вычислительной емкости алгоритмов сжатия она малоэффективна, особенно когда требуется просматривать видеоизображение с web-камеры в online режиме. Поэтому большинство ведущих производителей выпускают web-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Например, каждая сетевая камера компании AXIS Communications оснащена процессором компрессии ARTPEC, осуществляющим высокоскоростное сжатие видеоизображения в формат JPEG/MJPEG.

Центральный процессор является вычислительным ядром web-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного web-сервера и управляющей программы для web-камер.

Интерфейс для Ethernet служит для подключения web-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.

Также web-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к web-камере периферийное оборудование.

Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы для web-камер и хранить пользовательские HTML-страницы.

ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ, и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых web-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т. е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если web-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к web-камере охранных датчиков.

Тревожные входы/выходы служат для подключения датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP [5, c.87].

Дополнительные возможности и функции web-камеры

Детектор движения — это программный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения веб-камеры объектов. Детектор движения не только обнаруживает перемещение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения настраивают на обнаружение перемещения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).

Передача аудиосигнала по сети в большинстве случаев осуществляется за счет подключения к web-камере дополнительного аудио модуля. Например, компания AXIS Communications для расширения функциональных возможностей web-камер выпускает специальный аудио модуль AXIS 2191, совместимый с большинством web-камер AXIS.

Защита паролем служит для ограничения прав доступа к web-камере. По умолчанию видеоизображение с веб-камеры можно просматривать с любого сетевого компьютера, на котором установлен стандартный web-браузер, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако можно ограничить число лиц с правами доступа к web-камере, введя пароль на уровне пользователя. Многие web-камеры поддерживают многоуровневую защиту паролем для разграничения прав доступа и администрирования.

Подключение web-камеры к сети

В настоящее время web-камера может подключаться к сети несколькими способами, которые базируются на различных стандартах передачи данных.

10/100 MbitEthernet

Это наиболее популярный способ передачи данных. Существует два стандарта сетей 10 Mbit Ethernet: 10Base2 (с использованием коаксиального кабеля) и 10BaseT (с использованием витой пары).10Base2 применяется крайне редко из-за чувствительности коаксиального кабеля к внешним помехам. Стандарт 100BaseTX использует витую пару и обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбит/с.

1000 Mbit Ethrnet, Gigabit Ethernet

Использующийся здесь стандарт 1000BaseTX — это усовершенствованная версия 100BaseTX. Этот стандарт применяется в основном для построения магистралей локальных сетей.

Стандартные телефонные модемы

Это дешевый и довольно распространенный способ подключения web-камеры к глобальной сети. Основной недостаток такого способа подключения — низкая скорость передачи данных (максимальная скорость загрузки данных — 56 кбит/с, максимальная скорость подкачки — 33,6 кбит/с). Подключение web-камеры к модему осуществляется через последовательный порт.

ISDN модемы

Стандарт ISDN (Integrated services Digital Network) используется для передачи оцифрованной графики, аудио и видеоинформации и других цифровых данных по частным или общим цифровым телефонным сетям. Стандарт ISDN обеспечивает передачу данных на скорости до 128 кбит/с по двум каналам [2, c.76].

xDSL модемы

DSL (Digital Subscriber Line) — технология, обеспечивающая широкую полосу пропускания по простым медным телефонным проводам. Скорость передачи данных может изменяться в зависимости от компании, предоставляющей данную услугу. В среднем она составляет 1 Мбит/с для загрузки данных и 250 кбит/с для подкачки.

Кабельные модемы

Кабельный модем — это модем, который обеспечивает доступ к Internet по сетям кабельного телевидения. Кабельные модемы используют асимметричную технологию, которая наиболее оптимально подходит для пользовательского доступа к Internet. При этом максимально возможная скорость приема данных таким модемом может достигать порядка 40 Мбит/с (хотя обычно она не превышает 1 Мбит/с), а скорость передачи данных составляет порядка 10 Мбит/с.

Сотовые модемы

С помощью сотового модема можно подключить web-камеру к Internet, используя сотовые линии связи. Скорость передачи данных обычно составляет от 5 до 20 кбит/с.

Программы для web-камер

Как правило, изображение с web-камеры можно просматривать с помощью стандартного web-браузера, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако многие фирмы-производители разрабатывают эксклюзивные программы для web-камер. Они сочетают в себе функции web-браузера и управляющего программного обеспечения и служат для управления, настройки и просмотра изображений с web-камеры (например, AXIS Camera Explorer или управляющая программа компании JVC Professional для администрирования сетевых устройств линии V. networks). Существует также программное обеспечение для распределенных сетевых систем видеонаблюдения, поддерживающее оборудование различных производителей, например, Sphinx-DV компании Digicore Systems [3, c.98].

Практическое задание 1

3 вариант. Блок-схема:

Программа на языке программирования BASIC

10 INPUT «Введите значение переменной Х»; Х

20 FOR Х=5 TO 15

30 IF X>=10 THEN Y=COS (X- (B*X-2) /3) ELSE Y=SIN (A+ (X-1) /2)

40 PRINT «Y=»; Y

50 NEXT Х

60 END

Практическое задание 2

Описание процесса составления таблицы:

В ячейки A3: A12 введены № п/п, начиная с 1 до 10.

В ячейки В3: В12 введены фамилии сотрудников.

В ячейки С3: С12 введены оклады сотрудников в рублях.

В ячейку D3 введена формула для вычисления уральского коэффициента (15%): =C3*15/100.

Далее эта формула скопирована в ячейки D4: D12.

В ячейку Е3 введена формула для вычисления премии (20%): =C3*20/100.

Далее эта формула скопирована в ячейки Е4: Е12.

В ячейку F3 введена формула для вычисления «Итого начислено»: =C3+D3+E3.

Далее эта формула скопирована в ячейки F4: F12.

В ячейку G3 введена формула для вычисления подоходного налога (13%): =C3*13/100.

Далее эта формула скопирована в ячейки G4: G12.

В ячейку H3 введена формула для вычисления пенсионного налога (1%): =C3*1/100.

Далее эта формула скопирована в ячейки H4: H12.

В ячейку I3 введена формула для вычисления профсоюзного налога (1%): =C3*1/100.

Далее эта формула скопирована в ячейки I4: I12.

В ячейку J3 введена формула для вычисления «Итого удержано»: =G3+H3+I3.

Далее эта формула скопирована в ячейки J4: J12.

В ячейку K3 введена формула для вычисления «Итого»: =F3-J3.

Далее эта формула скопирована в ячейки К4: К12.

В ячейки С13, D13, E13, F13, G13, H13, I13, J13, K13 введены формулы для нахождения суммы по соответствующим столбцам, используя функцию СУММ: =СУММ (C3: C12), СУММ (D3: D12), СУММ (E3: E12), СУММ (F3: F12), СУММ (G3: G12), СУММ (H3: H12), СУММ (I3: I12), СУММ (J3: J12), СУММ (K3: K12).

По данным последней колонки «Итого» построена диаграмма:

Практическое задание 3

1. Информатика: Учебник для вузов / Под ред. проф. Н. В. Макаровой. — 3-е изд. перераб. — М.: Ф и С, 2004.

2. Колесниченко С., Шишигин И. Аппаратные средства PC. BHV 1999.

3. Острейковский В. А. Информатика: Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 1999. MS Excel 97 (2000). Шаг за шагом. Ecom 1999 (2000).

4. Светозарова Г. И., Мельников А. А. Практикум по программированию на языке BASIC. — М. — Наука, 1986.

5. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: Финансы и статистика. 1997.