Классификация форматов разрешения кадра, используемая в системах видеонаблюдения

1. Введение.

В связи с увеличением объемов поставок IP-оборудования и увеличением рабочих форматов классических (аналоговых) систем видеонаблюдения всё чаще возникают вопросы, связанные с правильным определением формата изображения. Применяют различные обозначения качества изображения, такие как CIF-форматы, VGA-форматы, обозначение количества мегапикселей, количество ТВЛ, обозначение формата как количество точек по вертикали, перемноженное на количество точек по горизонтали. Все это многообразие обозначений указывается различными производителями для определения качества изображения камеры, причем каждый производитель использует их без каких-либо единых правил. Например, на одни камеры указаны только количество ТВЛ, на другие только формат HDTV, на третьи только количество Megapixel.

В данной статье произведена попытка объединить данные из различных источников о форматах, разрешениях, пикселях изображения и свести эти данные в единую таблицу соответствия, дополнив собственными комментариями.

2. Описание обозначений.

Разрешение.

Разрешение отражает насколько детальным является данное изображение. Термин "разрешение" используют для изображений в цифровом виде. Более высокое разрешение означает более высокий уровень детализации изображения.

Разрешение также показывает количество пикселей (точек) изображения по горизонтали и вертикали. Например, разрешение 800х600 указывает на 800 горизонтальных точек и 600 вертикальных, а суммарно на 480000 точек в данном изображении.

Формат.

Формат в видеонаблюдении – стандартизированное обозначение вертикального и горизонтального разрешения в пикселях в YCbCr-последовательностях в видеосигнале.

В характеристиках камер используются различные обозначения форматов, такие как CIF , VGA , HD.

ТВЛ.

ТВЛ – разрешающая способность по вертикали, максимальное количество телевизионных линий, которые способна передать телекамера. Это число ограничено стандартом CIR/PAL до 625 горизонтальных строк и 470 строк в EIA/NTSC. Если принимать во внимание кадровые синхроимпульсы, уравнивающие строки и пр., то максимальная разрешающая способность по вертикали оказывается равной 575 строк в CCIR/PAL и 470 строк в EIA/NTSC.

При этом значение ТВЛ не зависит линейно от разрешения и формата изображения. Данное обозначение использовалось для определения качества изображения  аналоговых камер, но продолжает  использоваться некоторыми производителями современных  IP-камер.

3. Различие форматов.

3.1 Форматы CIF

Изначально CIF был спроектирован для простого конвертирования между стандартами PAL и NTSC с заявленным разрешением 352 x 288.

т.е.     

NTSC = 352 x 240, 30 Гц

соответствует

CIF = 352 x 288, 30 Гц

соответствует

PAL = 352 x 288, 25 Гц

Со временем формат CIF перестал удовлетворять возрастающие требования к качеству изображения и, с созданием новых CMOS\CCD матриц камер и новых чипов видеозахвата появились новые форматы на основе CIF.

В данной таблице описаны стандартные виды  формата CIF.

В современных системах видеонаблюдения наибольшую популярность приобрёл формат 4CIF, который долгое время считался эталоном при определении качества изображения, т.к. при оцифровке аналогового видеосигнала максимальное количество телевизионных линий ограничено разрешением матрицы камеры (чипа видеозахвата).

Формат 4CIF предполагает разрешения 704х576, 720х576, 768x576. Данный разброс разрешений зависит от типа используемого оборудования.

На данном рисунке показаны отличия в размерах между видами формата CIF.

3.2 Форматы VGA

Формат VGA разрабатывался для графического дисплея компьютера в разрешении 640х480 при частоте обновления экрана 60Гц и 256 различных цветов. В дальнейшем формат VGA получил повсеместное развитие по разрешению (до 1600х1200 и выше) и цветовой битности (до 16-, 24- и 32-битной) глубины цвета.

В таблице представлены стандартные виды формата VGA.

3.3 Форматы Мегапиксельные

С созданием новых сетевых камер, обеспечивающих мегапиксельное разрешение для получения изображения, появились дополнительные требования к форматам изображения систем видеонаблюдения, принципиально отличные от формата CIF.

На данный момент основное отличие форматов изображения IP-камер определяется максимальным рабочим разрешением.  Увеличение количества пикселей на CMOS\CCD матрице, т.е. большее разрешение и чувствительность сенсора, предоставляет новые возможности для извлечения деталей в конкретной области изображения и для получения более качественного видеоизображения. Это является большим преимуществом, особенно при использовании в видеонаблюдении для идентификации людей и объектов или для просмотра большой области изображения.

По информативности новая 5Mpixel IP-камера способна заменить 12 аналоговых камер, нацеленных на одинаковую территорию.

На фото ниже показаны отличия в реальном изображении активно вошедшего в современные проекты видеонаблюдения формата 4CIF и нового формата Мегапиксельной IP-камеры.

3.4 Форматы HD

В 2010 году новые линейки IP-камер различных производителей начали поддерживать форматы HDTV 720p и HDTV 1080p.

Организацией SMPE для HD видеопотоков разработаны следующие стандарты:

• SMPTE 296M (HDTV 720P) - разрешение 1280×720 с соотношением сторон 16:9, прогрессивная развертка, 25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек, и 50/60 Гц т.е. 50/60 кадр/сек.
• SMPTE 274M (HDTV 1080p) - разрешение в 1920×1080 с соотношением сторон 16:9, чересстрочная прогрессивная развертка,  25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек, и 50/60 Гц т.е. 50/60 кадр/сек.

В современных линейках камер также часто встречается:

• (HDTV 720P) – разрешение 1280х800 с соотношением сторон 16:10, прогрессивная развертка, 25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек.

Камеры, соответствующие стандартам SMPTE, обеспечивают качество HDTV и предоставляют все преимущества HDTV: высокое разрешение, четкость передачи цвета и высокую частоту кадров.

4. Сводная таблица.

В данной таблице сопоставлены Формат изображения с соответствующим этому формату Разрешением при соответствующей CMOS\CCD матрице видеокамеры. Также произведена попытка дополнить таблицу обозначением количества ТВЛ.

• SQCIF           128×96                      0,012 Mpixel,            до 100 ТВЛ
• QCIF              176x144                    0,025 Mpixel,            до 150 ТВЛ
• QVGA            320×240                    0,076 Mpixel,            до 200 ТВЛ
• CIF                 352x288                    0,101 Mpixel             до 250 ТВЛ
• WQVGA       400×240                    0,096 Mpixel,            до 250 ТВЛ
• HVGA           640×240                    0,153 Mpixel,            до 300 ТВЛ
• 2CIF                704x288                    0,207 Mpixel,            до 330 ТВЛ
• nHD                640×360                    0,230 Mpixel,            до 380 ТВЛ
• VGA               640×480                    0,307 Mpixel,            до 450 ТВЛ
• WVGA           800×480                    0,384 Mpixel,            до 480 ТВЛ
• 4CIF (D1)      704x576                    0,405 Mpixel,            до 576 ТВЛ
• SVGA            800×600                    0,480 Mpixel,
• WSVGA        1024×600                  0,614 Mpixel,
• XGA              1024×768                  0,786 Mpixel,
• XGA+            1152×864                  0,995 Mpixel,
• WXGA          1280×768                  0,983 Mpixel,
• HDTV 720p   1280x720                  1 Mpixel,
• HDTV 720p   1280x800                  1 Mpixel,      
• SXGA            1280×1024                1,31 Mpixel,
• WXGA+        1440×900                  1,29 Mpixel,
• WXGA++      1600×900                  1,44 Mpixel,
• SXGA+          1400×1050                1,47 Mpixel,
• 16CIF             1408x1152                1,62 Mpixel,
• XJXGA         1540×940                  1,54 Mpixel,
• WSXGA        1600×1024                1,64 Mpixel,
• WSXGA+      1680×1050                1,68 Mpixel,
• UXGA            1600×1200                1,92 Mpixel,
• HDTV 1080p 1920×1080                2 Mpixel,
• WUXGA        1920×1200                2,3 Mpixel,
• QXGA           2048×1536                3,1 Mpixel,
• QWXGA       2048×1152                2,4 Mpixel,
• WQXGA       2560×1440                3,7 Mpixel,
• WQXGA       2560×1600                4,1 Mpixel,
• QSXGA         2560×2048                5,2 Mpixel,
• WQSXGA     3200×2048                6,6 Mpixel,
• QUXGA        3200×2400                7,7 Mpixel,
• WQUXGA    3840×2400                9,2 Mpixel,
• HSXGA         5120×4096                21 Mpixel,
• WHSXGA     6400×4096                26 Mpixel,
• HUXGA        6400×4800                31 Mpixel,
• WHUXGA    7680×4800                37 Mpixel.

Инженер по цифровым системам  ОНИКС: 

Минасян Александр Вовикович

Источники информации:

 http://www.vocord.ru

 http://ru.wikipedia.org 

В.Дамьяновски "CCTV Библия охранного телевидения"