Tổng quan về độ phân giải của hệ thống camera quan sát khép kín CCTV.
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 D1 (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 480. Half D1 phù hợp cho việc sử dụng quan sát cho nhu cầu kinh doanh, quan sát của tư nhân, cty hay nhà ở nhỏ nhưng không phải là chất lượng chuyên nghiệp.
Độ phân giải ghi-hình DVR được định nghĩa là QCIF, CIF, 2CIF, và Full D1.
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 HDTV.
