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¿COMO DISEÑAR UN SISTEMA DE CCTV? 3º PARTE

En nuestra primera nota, hemos descripto los conceptos básicos necesarios para realizar la elección más conveniente del Sistema de CCTV de acuerdo a la prestación. Además resumimos las características principales de cámaras y lentes.
En la segunda entrega nos hemos referido a monitores y secuenciadores.
En esta oportunidad describiremos los divisores de pantalla QUAD y MULTIPLEXORES.

¿COMO REALIZAR LA ELECCION DEL DIVISOR DE PANTALLA Y QUE CRITERIO UTILIZAR?

Como vimos anteriormente, el problema que presentaban los secuenciadores era que un tiempo de secuencia demasiado corto, era poco práctico y molesto para el ojo del operador, mientras que un tiempo mayor traía como resultado pérdida de información de las cámaras no expuestas.

Esta situación indujo a los diseñadores de CCTV a crear sistemas compresores de video digitales, que permitan ver en una sola pantalla múltiples imágenes en forma simultánea.

En la actualidad hay varios sistemas que se pueden utilizar, de acuerdo a la cantidad de cámaras conectadas y las necesidades de grabación:

QUAD
DUO QUAD
MULTIPLEXORES

 

QUAD

Como el nombre lo sugiere, los compresores QUAD, ponen en una misma pantalla hasta 4 cámaras dividiendo la pantalla en 4 cuadrantes ( de ahí el nombre Quad).Para lograrlo, primero se digitaliza la señal de video y luego se comprime en los cuadrantes que le corresponden. La electrónica del equipo hace la corrección del tiempo, lo que significa que sincroniza todas las señales, de manera tal que cuando se produce la señal de video resultante, los 4 cuadrantes están en realidad residiendo en una sola señal y no hay necesidad de una sincronización externa.

Como con cualquier sistema digital de procesamiento de imagen, hay dos factores que definen la calidad del sistema: la resolución del almacenamiento del cuadro expresado en números de píxeles (horizontal x vertical) y la velocidad de procesamiento de la imagen.

La capacidad normal de almacenamiento del cuadro de los QUAD disponibles en el mercado, es de 1024 x 512 píxeles. Esta magnitud es suficiente comparada con la resolución de las cámaras, pero no debemos olvidar que dividimos la imagen en cuatro y cada cuadro tendrá 512 x 256 píxeles. Por este motivo, si debemos elegir QUAD, se debe optar por los de mayor resolución.

Además de este detalle, cada píxel almacena la información del nivel de gris (QUAD B/N) o la información color (QUAD color). Un buen QUAD B/N típico tendrá 256 niveles de gris, aunque 64 niveles son suficientes para algunos. Sin embargo a menor resolución, la imagen aparece demasiado digitalizada. Los QUAD color de mejor calidad tienen más de 16 millones de colores, que corresponde a 256 niveles de cada uno de los tres colores primarios; esto es 256³.

El segundo factor importante a tener en cuenta para la elección del QUAD es el tiempo de procesamiento de imagen.

Al principio la electrónica digital no era rápida, así que a menudo se notaban sacudidas, ya que sólo se podían procesar unas pocas imágenes por segundo.

Para ver movimientos suaves y continuos, se necesita que todas las imágenes se procesen a la frecuencia vertical de un sistema de TV (1/50s). Entonces, no hay demoras de movimiento en la imagen y el efecto digitalizado será menos perceptible. Estos equipos se llaman QUAD de Ti empo Real .

Los Quad de tiempo real y alta resolución son más costosos y los QUAD color son mas caros que los B/N ya que se necesitan tres almacenamientos de cuadro para cada canal (los tres colores primarios).

Existen actualmente en el mercado diferentes opciones para el diseño de un Sistema de CCTV con QUAD.

El más económico es el Sistema de observación con QUAD de tiempo real incorporado dentro del monitor. Hay versiones con pantallas de 10”, 12”, 14” y 17” en B/N y color.

Al estar todo el equipo integrado y presentado en forma de kit, que incluye cámaras y cables de interconexión, se logra un precio ventajoso.

Los QUAD más completos para Sistemas profesionales incluyen actualmente las siguientes funciones:

•  Entradas de alarma que posibilitan la grabación de eventos a pantalla completa en caso de intrusión. No importa lo bien que pueda verse en el monitor la imagen del QUAD. Cuando grabamos en VHS, la resolución se reduce a los limites de la VCR. Estos límites son de 240 líneas de TV para una señal color y de alrededor de 320 para B/N. Cuando una imagen cuadrangular se reproduce desde la VCR, la definición es menor que lo visto originalmente en vivo. Por esta razón se puede diseñar un sistema para que se active la alarma y cambie la imagen de QUAD a pantalla completa. Los detalles de la actividad grabada podrán ser entonces mejor examinados. Permiten además definir el tiempo en que esta imagen queda presentada en el monitor. Generalmente se utilizan sensores infrarrojos pasivos, interruptores magnéticos, etc. para generar la señal de alarma.

•  Buzzer de alarma por pérdida de señal de video.

•  Generadores de caracteres de identificación de cámaras, fecha y hora.

•  Freez o congelamiento de imágenes,

•  Función secuenciador.

•  Zoom electrónico.

•  Programación en pantalla.

•  Control de ganancia de video individual por cámara y salidas para monitor y VCR.

Las funciones mencionadas anteriormente, permiten al operador una mejor visualización de imágenes en caso de ocurrir un evento.

Recientemente ha ingresado al mercado, una nueva generación de VCR digitales más económicas con QUAD incorporado. Cumple las dos funciones a un precio sumamente razonable, con resolución de 720 x 576 píxeles en modo video y 640 x 272 píxeles en modo grabación. Las funciones son similares a las de un QUAD profesional con el agregado de la VCR con una capacidad de hasta 2 discos rígidos.

 

DUO QUAD

Si se deben instalar más de cuatro cámaras en el sistema, la solución puede ser el DUO QUAD. Este equipo presenta una secuencia de dos imágenes en QUAD que se alternan con un tiempo regulable.

Las funciones de estos equipos son similares a las anteriores.

Es una solución de compromiso que permite visualizar hasta 8 cámaras a un precio económico.

 

MULTIPLEXORES

Cuando se deben visualizar y grabar en forma simultánea de 8 a 16 cámaras, la mejor elección es un MULTIPLEXOR. Este fue la evolución natural de los equipos procesadores de imágenes digitales.

Los multiplexores son dispositivos que realizan la división del tiempo haciendo múltiplexación de las señales de entrada de video y producen dos clases de salidas de video: una para visualizar y otra para grabar.

La salida para visualizar muestra todas las cámaras a la vez en una misma pantalla. Esto significa, que si tenemos un multiplexor para de 9 cámaras, todas podrán verse en un mosaico de 3 x 3. El mismo concepto se aplica a los multiplexores de 4 y de 16 cámaras.

Generalmente en la mayoría de los multiplexores, se puede seleccionar cámaras en pantalla completa. Mientras la salida de video muestra esta imagen, la salida de VCR envía las imágenes multiplexadas de todas las cámaras seleccionadas para grabar.

El multiplexor divisor de tiempo tiene la apariencia de un conmutador secuencial muy rápido, con la diferencia de que todas están sincronizadas para ser grabadas en VCR de manera secuencial.

Para comprender el funcionamiento, debemos mencionar unas pocas cosas sobre el concepto de grabación en una Videograbadora o VCR (abreviatura de Video Cassette Recorder).

Los cabezales de grabación de video (generalmente son dos) están ubicados en un tambor rotativo de 62 mm, que realiza un escaneo helicoidal de la cinta de video que pasa alrededor del tambor. La velocidad de rotación depende del sistema de TV: para PAL es de 25 revoluciones por segundo y para NTSC es de 30. Usando los dos cabezales, ubicados a 180º opuestos uno al otro en el tambor de video, el copiado helicoidal puede leer o escribir 50 campos cada segundo para PAL y 60 para NTSC. Esto significa que cada campo de TV (312.5 líneas para PAL y 262.5 para NTSC) se graba en pistas oblicuas en la cinta en forma apretada una al lado de la otra. Cuando el VCR vuelve a transmitir la información grabada, lo hace con la misma velocidad que el estándar de TV requiere de manera que otra vez reproducimos imágenes de movimiento.

Sin embargo, ya que los cabezales de las VCR son mecanismos electromecánicos, la precisión de la velocidad de rotación es critica. Debido a la inercia electromecánica, las VCR tienen un tiempo de respuesta de bloqueovertical mas largo que los monitores.

Por esta razón se producen saltos de imagen cuando se graban cámaras no sincronizadas a través de un conmutador secuencial.

Con grabaciones y reproducciones normales, los cabezales de video están constantemente grabando o leyendo campo tras campo. Hay 50 para PAL y 60 para NTSC por segundo.

En vez de grabar una cámara unos segundos y luego otra unos segundos y así sucesivamente que es lo que realiza un conmutador secuencial, el multiplexor procesa las señales de video de manera tal que cada campo de TV enviado a la VCR es otra cámara (generalmente la siguiente en orden de entradas).

De esta manera, tenemos una señal muy rápida que proviene del multiplexor y conmuta con la misma velocidad con que graban los cabezales de grabación. Esta velocidad depende de la clase de VCR y del modo de grabación. Esta es la razón por la que es muy importante ajustar el multiplexor a una relación de salida apropiada para cada VCR particular. Esta selección esta disponible en todos los multiplexores en su menú de ajuste.

Además de la sincronización de salida, multiplexor - VCR, teóricamente también esta la necesidad de una sincronización de entrada, cámaras – multiplexor, pero al ser estos procesadores de imágenes digitales, esta sincronización ocurre dentro del multiplexor. Esto significa, que diferentes cámaras pueden mezclarse en un multiplexor y no tienen necesidad de ser sincronizadas entre sí.

Hay en el mercado, sin embargo, modelos de multiplexores diseñados para sincronizar las cámaras enviando pulsos de sincronización por vía del mismo cable coaxil que trae la señal de video de regreso y luego multiplexa las cámaras sincronizadas. Estos multiplexores son más rápidos.

Cuando se necesita reproducir la imagen, la salida de video de la VCR ingresa primero al multiplexor y luego de este solamente se extrae la señal de la cámara seleccionada y se la envía al monitor. El multiplexor puede exhibir cualquier cámara en pantalla competa o reproducir todas las cámaras grabadas en el modo mosaico.

Debe entenderse que el número de imágenes tomadas por cada cámara durante la grabación depende del numero total de cámaras conectadas al multiplexor y el modo en que esté programada la VCR Time Lapse (VCR TL). Esto significa, que no es posible grabar imágenes en tiempo real desde todas las cámaras a la vez , porque como el nombre lo sugiere, esta es una multiplexación de la división del tiempo.

Sin embargo, hay maneras de mejorar el desempeño usando sensores de alarma externos en el multiplexor, que posicionan la cámara en alarma.

El mejor método es grabar en un modo de lapso de tiempo tan corto como sea posible y también mantener la menor cantidad de cámaras que sea posible. En otras palabras, conviene grabar en modo 24hs y cambiar la cinta una vez por día.. Si el sistema no será atendido durante los fines de semana, entonces se deberá seleccionar un modo de lapso de tiempo de 72 hs.

Se puede calcular los intervalos de tiempo entre las tomas subsiguientes de cada cámara. Supongamos que tenemos una VCR TL que graba en modo lapso de tiempo 24hs. Anteriormente hemos dicho que la VCR de tiempo real normal hace 50 tomas por segundo en PAL y 60 en NTSC. Cuando la VCR esta en el modo 24hs hace una toma cada 0.16seg. Esto es fácil de calcular: cuando una VCR PAL graba en tiempo real hace una grabación de campo cada 1/50=0.02seg. Si la TL VCR esta en el modo 24hs (cuando 3hs es su posibilidad de grabar en tiempo real) significa que es 24/3=8 veces más lenta la frecuencia de grabación. Si multiplicamos 0.02 x 8 = 0.16seg. El mismo ejercicio para VCR NTSC nos dará una grabación de campo cada 1/60 = 0.0167seg. Para un modo de 24hs, cuando se usa una cinta T120, eso es 24/2=12. Esto significa que en el modo de 24hs en formato NTSC, la TL VCR se mueve doce veces mas lenta para llenar las 24 en una cinta de 2hs. Por lo tanto, el índice de actualización de cada campo grabado en un modo de 24hs es de 12 x 0.0167= 0.2seg.

Por lo tanto, si el multiplexor tiene una sola cámara, hará una toma cada 0.16 seg. en PAL y cada 0.2 seg. en NTSC . Si hay mas cámaras en el sistema, para calcular el índice de restauración de cada cámara, necesitamos multiplicarlo por el numero de cámaras y añadirle una fracción de tiempo que es la que el multiplexor utiliza para la sincronización de las cámaras. Por lo tanto, si tenemos 8 cámaras para grabar, 8 x 0.16 = 1.28seg (PAL) y 8 x 0.2= 1.6seg (NTSC). Agregándole el tiempo que lleva corregir la sincronización y los intervalos de tiempo real entre las tomas subsiguientes de cada cámara, debería dar aproximadamente 1.5 a 2 seg. Este no es un mal numero cuando consideramos que las 8 cámaras son grabadas en una sola cinta . Si debemos identificar un hecho importante ocurrido a una hora determinada, podemos o bien ver todas las cámaras en modo de mosaico para saber cuales tienen una actividad importante, o seleccionar cada una de ellas de manera individual en pantalla completa.

 

Muliplexores SIMPLEX, DUPLEX o TRIPLEX?

La mayoría de los multiplexores permiten ver las imágenes de cualquier cámara seleccionada en un modo mosaico mientras se están codificando. Cuando se necesita ver una cinta grabada, la salida de la VCR no va directo al monitor, sino que debe ir nuevamente a través del multiplexor para que las imágenes sean codificadas. Mientras realiza este proceso, el multiplexor no puede ser usado para grabar. Por lo tanto, si es muy importante grabar y se necesita reproducir al mismo tiempo, se necesita otro multiplexor y otra VCR. Estos multiplexores que solo pueden hacer una sola cosa por vez se llaman multiplexores simplex.

Los multiplexores dúplex, en realidad son dos multiplexores en una unidad, una para grabar y otra para reproducir. Por lo tanto se debe contar con 2 VCR si se necesita grabar y reproducir simultáneamente.

Los llamados triplex tienen la misma funcionalidad que los dúplex, con el agregado de que pueden exhibir una mezcla de imágenes en vivo y grabadas simultáneamente en un monitor.

La elección final siempre dependerá de las necesidades del usuario, la disponibilidad de personal de vigilancia y el presupuesto disponible para realizar el equipamiento.