CVBS — уже история видеонаблюдения

Что такое CVBS

CVBS это аббревиатура образованная первыми буквами слов — Color, Video, Blank, Sync. Что означает — аналоговый или композитный видеосигнал, который передает информацию яркости, цветности, гашения и синхросигнал по одножильному коаксиальному проводу в аналоговых системах видеонаблюдения.

На сегодняшний день аналоговое видеонаблюдение полностью мертво, его не производят и продают. Если очень озаботится можно найти какие нибудь остатки у компаний которые раньше занимались таким оборудованием, ну или у частников на Авито. Но толку в таких поисках совсем нет. Так как последний гвоздь в гроб аналоговых систем заколотили новые аналоговые стандарты высокой четкости — HD-TVI, HD-CVI, AHD. Эти стандарты позволяют использовать старые кабельные трассы от аналоговых систем, но получать по ним царский Full HD и даже больше при необходимости.

Для истории, как это работает CVBS

Несколько общих слов о том, как работает передача аналогового сигнала по коаксиальной линии.
Видеосигнал передается горизонтальными линиями сканирования, или строками. Каждая строка состоит из активной части видео и части горизонтального гашения. Активная часть видео содержит информацию о яркости и цвете (цветности) изображения. 

Информация о яркости - это мгновенная амплитуда в любой момент времени. Информация о цвете добавляется в верхней части сигнала яркости и представляет собой синусоидальную волну с цветовым набором, который определяется различием конкретных фаз между сигналом и опорной фазой. 

Амплитуда модуляции пропорциональна количеству цвета (насыщенности), а информация о фазе обозначает оттенок цвета. Часть горизонтального гашения содержит горизонтальный синхроимпульс. Горизонтальная часть гашения сигнала расположена во времени так, что она не видна на экране системы отображения (мониторе).

Не смотря на то, что первые аналоговые системы использовались для видеонаблюдения, технология передачи аналогового сигнала очень быстро стала использоваться в телевидении. Хотя, сначала не было большой разницы, до того, как были разработаны устройства, позволяющие вести запись видеосигнала, изображение от видеокамеры попадало сразу на монитор. 

Позже, с появлением видеомагнитофонов, видеонаблюдение отпочковалось от телевидения и появился термин CCTV или Closed-Circuit Television (телевизионная система замкнутого контура или просто система видеонаблюдения). Видеонаблюдение стало отдельной отраслью и развивалось по своим законам.

Форматы изображения

Существует несколько форматов изображения, которые использовались и в телевидении, и в аналоговых системах видеонаблюдения:  NTSC, PAL, SECAM. В первую очередь различие между ними в количестве строк развертки на кадр, в частоте сканирования и в методах цветовой модуляции.

В видеокамерах для систем видеонаблюдения использовались два формата PAL / NTSC и не использовался формат SECAM.

Почему вертикальный формат в строках, а горизонтальный в пикселях? 

Горизонтальный формат связан с непосредственным разрешением ПЗС-матрицы видеокамеры, а вертикальный формат (количество строк) - неизменный и определяется стандартом развертки аналогового сигнала (576i для PAL, 480i для NTSC). 

Для аналогового сигнала разрешение кадра определяется чересстрочной разверткой (на схемах имеет индекс i ) и измеряется в ТВЛ (телевизионных линиях). Тогда как разрешение кадра в цифровом сигнале определяется прогрессивной разверткой и измеряется в строках пикселей по вертикали (индекс p).

Количественная оценка разрешения кадра в ТВЛ получается из количества эффективных пикселей матрицы видеокамеры к соотношению сторон кадра (например, 4/3 для SD-разрешения), но также зависит от полосы пропускания канала и качества оптики, поэтому зависимость эта нелинейная. Если перевести в пиксели, это делает аналоговое разрешение видеокамеры более понятным, то получится примерно такое соотношение:

Достоинства CVBS

Совместимость
И самый большой плюс старого аналога, то, чего пока не может добиться HD-аналог (HD-TVI, HD-CVI, AHD), это полная совместимость с различными системами отображения (мониторы, регистраторы, платы видеозахвата, матричные коммутаторы и прочее), не нужно постоянно держать в голове, а будет ли мое оборудование от разных производителей совместимо, а смогу ли я застримить видеокамеру прямо на монитор.

Простой монтаж и дешевое обслуживание
Системы CVBS работали «из коробки», не требовали сложной настройки и высокой квалификации обслуживающего персонала.

Недостатки CVBS

Низкое разрешение 
С тех пор, как разрешение матриц в видеокамерах перешагнуло мегапиксельную отметку, аналог перестал быть в топе.

Помехи
Композитный сигнал подвержен влиянию помех. Дальность передачи CVBS сигнала всего около 300 метров по сравнению с 1200 метрами от HDCCTV это копейки.

История видеонаблюдения

Первая аналоговая телевизионная система была разработана Львом Сергеевичем Терменом (да, это тот же человек, который изобрел Терменвокс) в 1925-1926 годах и называлась «Дальновидение». Работать над «Дальновидением» Термену предложил академик А.Ф.Йоффе, поскольку с 1921 года возможность передачи и приема изображения на расстояние уже изучалась и исследовалась. 

В результате Термен разработал 4 варианта телевизионной системы, которая включала передатчики и приемники изображения. Конечный вариант «Дальновидения», стоял в кабинете К.Е. Ворошилова и через него можно было наблюдать кремлевский двор, в этом варианте системы использовалась чересстрочная развертка на 100 строк.

Другая ранняя система видеонаблюдения была установлена немецкой компанией Siemens AG на испытательном ракетном комплексе в Пенемюнде, Германия, в 1942 году, эта система позволяла вести наблюдение за запуском ракет V-2.

В США первая коммерческая система замкнутого телевидения появилась в 1949 году под названием Vericon. О Vericon известно очень мало, например, его рекламировали как систему, на установку которой не требовалось правительственного разрешения.

Самые ранние системы видеонаблюдения не имели возможности записывать и хранить информацию, т.е. в целом это была просто система мониторинга. Разработка катушечных носителей позволила записывать передаваемое изображение. Но в этом случае требовалась замена магнитных лент вручную, что было трудоемким, дорогостоящим и ненадежным процессом, при этом оператору приходилось вручную наматывать ленту с катушки через магнитофон на пустую бобину. 
Из-за этих недостатков видеонаблюдение не было широко распространено. 

В 1960 годах японцы выпустили коммерческие видеомагнитофоны ( VCR), что впоследствии гораздо упростило запись и стирание информации в системах видеонаблюдения, и позволило этой области развиваться.

Позже было разработано цифровое мультиплексирование, эта технология дала видеонаблюдению такие ништяки, как одновременную запись нескольких камер, запись по времени, запись по детектору движения. В общем, популярность CVBS систем видеонаблюдения росла.

В системах CVBS использовался сигнал SD-разрешения (Standart Definition) или телевизионный сигнал стандартной четкости, основанный на стандартах разложения 625/50 или 576i (PAL, SECAM) и 525/60 или 480i ( NTSC). Вообще, стандартной четкости может быть и аналоговый и цифровой сигнал. Для SD характерно соотношение сторон кадра 4:3. 
В 1996 году компанией Axis Communications была разработана первая в мире IP-камера. Долгих 10 лет понадобится чтобы IP-видеонаблюдение начало завоевывать в рынок.

В конце 2000-х появляется HDTV (HD или High Definition - это телевизионный сигнал высокой четкости), первой стала Япония, которая разработала и начала выпускать продукты, поддерживающие разрешение в 1125 ТВЛ (и видеокамеры и телевизоры), государственная японская телевизионная компания NHK начала HD-вещание с 1985 года. 

По сравнению с SD в форматах разрешения HD используется соотношение сторон кадра 16:9 и, конечно, увеличено количество горизонтальных строк пикселей на кадр (1280х720, 1440х1080 или 1920х1080) для цифрового сигнала. Цифровые стандарты передачи сигнала высокой четкости были утверждены SMPTE (обществом инженеров кино и телевидения) с 1993 года.

 В видеонаблюдение HD разрешение пришло вместе с IP-технологиями в начале 2000-х годов, а позже, в 2010, вернулось с аналоговым форматом HD-SDI.

В 2000-х годах произошло две вещи, одна из них привела CBVS к расцвету, другая поспособствует упадку. 
Во-первых, появились первые цифровые видеорегистраторы (DVR), ключевой их особенностью было хранение видеоархива в цифровом виде. И в современных видеорегистраторах это принцип остается неизменным. 

Благодаря цифровой записи видеорегистраторы вытеснили видеомагнитофоны (все-таки их обслуживание и постоянная потребность в кассетах для записи было неудобным и дорогим). 

А во-вторых, началось развитие технологий мониторинга систем видеонаблюдения через IP-сети. Это дало возможность передавать изображение по локальным сетям и по сети интернет.

Первое десятилетие 2000-х можно назвать расцветом аналоговых систем видеонаблюдения. IP-видеокамеры, все еще были дорогими, как и хранение видеоархива. Основными игроками на рынке аналоговых систем видеонаблюдения были, крупные западные и японские производители, практически отсутствовали китайцы, да и известные сейчас компании такие, как Axis или Milestone были в то время «стартапами».

Примерно с 2008 года в IP-системах видеонаблюдения стал использоваться кодек H.264, что позволило снизить расходы на хранение видеоинформации и обеспечить IP системам решающее преимущество над аналоговыми.

Нельзя сказать, что в мире аналоговых систем видеонаблюдения ничего не происходило. Примерно в 2009 году корпорация Sony выпустила процессоры и ПЗС матрицы, которые назывались Sony Effio Processor. Effio (Enhanced Features and Fine Image) Processor переводится как «Процессор с Расширенными Возможностями и Прекрасным Изображением». 

Действительно прекрасным оказалось то, что Sony в  этой новой технологии смогли увеличить разрешение матрицы сенсора до 700 ТВЛ для сенсора 960Н (960 - количество эффективных пикселей матрицы по горизонтали). У Effio было несколько поколений процессоров: Effio-E, Effio-S, Effio-P, для каждого выпускались матрицы разрешением 960Н и 760Н. Это позволило аналоговым видеокамерам приблизиться к мегапиксельной отметке. 

Еще с 2009 года начали развиваться облачные технологии хранения видеоархива. Однако большой популярности им достичь не удалось. Причиной были ограничения пропускной способности и слабые возможности облачных VMS.

С 2011 года вендоры IP-систем видеонаблюдения поняли, что надо бы развивать видеоаналитику и вообще возможности VMS. 

В 2010 году аналог сделал попытку вернуться на рынок систем видеонаблюдения с форматом высокой четкости HD-SDI. Который, впрочем, не стал популярным. 

С 2012 года IP-видеокамеры становятся не только устройством передачи изображения, но и получают возможность хранения видеоархива на SD-карте, слотом под которые обзавелись большинство IP-камер. Но особого развития это не получило, в силу проблем с надежностью SD-карт памяти.
В этом же году появляются другие HD-аналоговые форматы передачи изображения (HD-CVI, HD-TVI и AHD), а с 2014 начинается их развитие корейскими и китайскими вендорами. Все это привело к тому, что по статистике интеграторов с 2014 по 2018 расходы на внедрение аналоговых систем CVBS сократились до 0%.

В 2015 году появляются умные кодеки например Zipstream или H.264+ , которые позволяют снизить объем данных, оптимизировать передачу видеопотока и его хранение. И в целом, в этот период производители переключились на развитие IP, в том числе и на увеличение мегапикселей в матрицах видеокамер.

В 2018 году на рынке появляется оборудование с поддержкой нового кодека H.265, IP-камеры с его поддержкой выпускаю все крупные производители. 

В 2019 году в мире появилось большое количество стартапов в области видеонаблюдения. Развитие отрасли идет по нескольким направлениям сразу, это не только наращивание мощностей видеокамер, видеорегистраторов или серверных технологий, но и повышение безопасности сетей, кибербезопасности и защита данных, развитие видеоаналитики и AI, переход видеоаналитики на камеры, новые формфакторы видеокамер для робототехники и наблюдения с дронов, PSIM-системы. 

А в 2020 году, в связи с пандемией нового коронавируса, в мире появился еще один тренд, это тепловизионные камеры высокой чувствительности способные распознать изменения температуры в доли градуса для массового скрининга населения в местах большого скопления людей и выявления потенциально зараженных.

На сегодняшний день по всему миру развернуто огромное количество систем видеонаблюдения на базе CVBS, которые еще используются. Средний срок службы системы видеонаблюдения 10-15 лет, эти системы были введены в эксплуатацию в период с 2010 по 2018 год  и сейчас доживают свое. Сложно спрогнозировать точно (возможно, кто-то будет держать такого динозавра на своей даче), но вполне вероятно, что к 2040 году в мире не останется ни одного устройства CVBS.

Вывод

Не смотря на некоторое количество достоинств, сама технология передачи композитного сигнала по коаксиальному кабелю себя изжила. У нее слишком много недостатков, особенно на фоне безудержного развития систем на базе цифровых сигналов. Матрицы 960Н - это потолок, который аналогу не преодолеть. Небольшое расстояние передачи видео, подверженность сигнала помехам, который привел этот формат к закату.

Ну, и самое важное — ваше мнение

Ничто так сильно не мотивирует меня писать новые статьи как ваша оценка, если оценка хорошая я пилю статьи дальше, если отрицательная думаю, как улучшить эту статью. Но, без вашей оценки, у меня нет самого ценного для меня - обратной связи от вас. Не сочтите за труд, выберете от 1 до 5 звезд, я старался.