Чтобы понять, где возникают ограничения в IP-видеокамерах, рассмотрим устройство типичной IP-видеокамеры.

Устройство IP-камеры
Видеокамера состоит, образно говоря, из 2 основных частей: "глаза" и "мозга".

"Глаз" - это видеосенсор и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Бывают видеосенсоры с встроенным АЦП, а бывают с внешним. Видеосенсор характеризуется числом пикселов (разрешением кадра) и кадровой частотой. Т.е. производительность видеосенсора измеряется в мегапиксел/сек. Кроме этого, важной характеристикой камеры является динамический диапазон изображений, которые камера генерирует. Этот параметр определяется характеристикой видеосенсора - отношением сигнал/шум, и измеряется в децибелах. Современные видеосенсоры приближаются по этому параметру к 70 дБ. Таким образом, для представления изображения в виде матрицы чисел необходимо, чтобы разрядность чисел, которые представляют эти пикселы, превышала этот параметр. Для 70 дБ - это 12 двоичных разрядов, т.е. 12 бит/пиксел.

"Мозг" - это вычислитель, которые выполняет следующие функции:

1. Управление параметрами "глаза": временем экспонирования, смещением нуля АЦП (управление уровнем черного), управление встроенным усилителем (если он есть).
2. Получение от "глаза" полного видеопотока и его потоковая обработка:

• эквалайзер гистограммы (или попроще - гамма-коррекция );
• нелинейное шумоподавление;
• преобразование цветового пространства (большинство цветных видеосенсоров имеет байеровскую структуру цветных пикселов);
• баланс белого;
• преобразование разрядности.

3. Кодирование: т.е. компрессия видеоизображений по одному из стандартов. Практически все стандартные современные алгоритмы кодирования используют 8-битное преставление видеоданных. Т.е. если "глаз" выдаёт 12 бит/пиксел, то для кодирования по стандарту JPEG необходимо "обрезать" динамический диапазон до 8 бит. Таким образом, в этом в кодере происходит потеря информации двумя способами: обрезанием динамического диапазона и отрезанием высокочастотной компоненты спектра данных: то, что по-простому называется размытием резких контрастных границ или потерей мелких деталей изображения.
4. Трансляция видеоинформации. В этом узле ограничения возникают по 2 причинам:

• вызванные производительностью встроенного стека сетевых протоколов,
• из-за ограничения физического сетевого интерфейса, который определяется стандартом.

Составляющие общего ограничения
В видеокамере есть несколько узлов, которые накладывают ограничения на ее параметры. Представим их в виде схемы, где стрелочками показано направление "продвижения" видеоданных от их получения до передачи в сеть:

Итак, есть 5 параметров (или "фич"), которыми можно мериться при сравнении IP-видеокамер:

1. производительность видеосенсора: (разрешение видеосенсора) х (максимальная частота кадров при заданном разрешении). Измеряем в пикселах/сек.
2. динамический диапазон видеосенсора - разрядность АЦП. Измеряем в дБ.
3. есть ли встроенный алгоритм нелинейного расширения динамического диапазона (выравнивания яркости ), когда информация при обрезании разрядности не теряется. Измеряем двумя способами. Простой способ: есть/нет. Сложный способ: сравнительное тестирование видеокамер на одних и тех же изображениях и сравнение статистических параметров полученных изображений.
4. производительность кодека. Измеряем в пиксел/сек.
5. производительность трансляции - максимальна пропускная способность сетевого интерфейса и стека сетевых протоколов камеры. Измеряем в бит/сек.

Выводы:

1. Если есть ограничение кодека по пиксел/сек, то оно может вылиться в обрезание параметров потока, которые дает видеосенсор. Например, видеосенсор в камере Arecont AV5100 дает 14 кадров/сек при максимальном разрешении (2592 x 1944), но из-за ограничений производительности встроенного MJPEG-кодера (~45МПикс/сек), камера может кодировать 9 кадров в секунду.
2. Если есть ограничение на производительность сетевого интерфейса, то камера не может передавать изображения с высоким качеством, потому что приходится сжимать данные сильнее, чтобы втиснуть кодированный видеопоток в узкий канал трансляции данных. Рассмотрим ту же камеру Arecont AV5100. При максимальном разрешении 2592 x 1944 @ 9 кадр/сек, которое заглатывает встроенный JPEG-кодер, видеопоток равен 45 Мпикс/сек, а поток данных ~360 Мбит/сек. Если вы потребуете максимальное качество кодирования JPEG_QUALITY=100, при котором коэффициент компрессии ~2.5, то у вас сжатый видеопоток будет 144 Мбит/сек. Но такой поток данных невозможно передать в сеть, потому что "полезная" пропускная способность сетевого интерфейса камеры Arecont AV5100 ограничена 80 Мбит/сек (стандартное ограничение Fast Ethernet 100BASE-TX ). Поэтому, вы должны уменьшить JPEG_QUALITY, что приведет к увеличению искажений изображений (артефактов), и, следовательно, к уменьшению чёткости изображения, т.е. пространственного разрешения.

Чтобы корректно мериться IP-видеокамерами, нужно рассматривать как минимум все 5 вышеперечисленных параметров.