PTZ-камеры

PTZ-камера как оптимальное решение для ВКС

Качественное изображение — решающий фактор в работе современной системы видеоконференцсвязи. Широкие каналы передачи данных, инновационные алгоритмы сжатия видео, мощные серверы — эффективность всех этих дорогостоящих подсистем может быть сведена на нет по причине неправильно подобранной камеры ВКС. Ее стоимость в контексте всего решения, в общем-то, несущественна и это как раз тот случай, когда небольшая экономия может обернуться полным разочарованием от системы в целом. Благо, сегодня рынок предлагает множество моделей — выбрать есть из чего. Но, какой тип решения предпочесть? Как показывает практика и анализ многих проектов построения систем видеоконференцсвязи, оптимальным подходом является использование цифровой PTZ-камеры.

PTZ и альтернативы

Описание основных преимуществ PTZ-камеры содержится уже в самой расшифровке ее названия — Pan-Tilt-Zoom можно перевести как дистанционное управление горизонтальным и вертикальным позиционированием, а также приближением (поэтому PTZ-устройство часто еще называют «поворотная камера»). Такой подход необходим для эффективного отображения участников видеоконференции в переговорных комнатах и конференц-залах, поскольку надо иметь возможность не только показывать общий план или крупно лицо говорящего, но и автоматически корректировать фокусировку при перемещении докладчика по залу. Ведь главное преимущество качественной системы ВКС и состоит в том, чтобы дать возможность людям чувствовать себя так же естественно, как и в условиях обычного общения.

Конечно PTZ является не единственным вариантом решения подобной задачи есть и другие, но все они имеют те или иные недостатки, которые не позволяют рекомендовать их в качестве оптимальных именно для условий ВКС. Разберем подробнее.

Самым грубым подходом является использование системы из нескольких камер (часто фиксированных или с ручным позиционированием), установленных в разных точках зала — для каждого человека или группы. Этот метод представляется весьма проблематичным с точки зрения технической реализации, ведь каждую камеру нужно подключать к ПК или терминалу, что потребует дополнительных портов с картами захвата или внешних мультиплексоров. Соответственно, бюджет проекта увеличится пропорционально числу камер, но результат все равно будет не таким же эффектным как в случае использования поворотных моделей.

Еще один известный вариант — использование стационарной круговой камеры. В этом случае устройство устанавливается в центр стола, а изображение, с помощью специальных технологий сшивается в круговую панораму. Недостатки здесь также очевидны — значительные оптические аберрации, требующие специальных инструментов для компенсации, а также отсутствие контакта глаз между собеседниками (ведь люди смотрят обычно на экран, а не в камеру). Эти проблемы решаемы, но требуют дополнительных усилий или вложений. К примеру у компании Polycom есть решение Centro, оно устанавливается вместо стола переговоров и участники конференции усаживаются вокруг него. Идея интересная, но стоимость системы начинается от $50 тыс.

В числе новейших решений, которые позиционируются как альтернатива традиционным PTZ-моделям имеются камеры ультравысокого разрешения, оснащенные сенсорами  4K. Такие модели только начали выходить на рынок (их предлагают, например Cisco, Logitech) и они довольно сносно справляются с одной из главных задач камеры ВКС, которая заключается в обеспечении крупного плана лица докладчика. Достигается это путем выделения фрагмента изображения на сенсоре. Такой подход называется ePTZ (электронный PTZ). В числе главных недостатков — ограниченное поле действия (камера все же фиксированная), низкая светочувствительность по сравнению с оптикой PTZ-камер и достаточно высокая стоимость.

В итоге, самым эффективным и поэтому популярным решением остается использование традиционной PTZ-камеры с физическим приводом по осям для изменения поворота, наклона и приближения. Такая камера способна показывать как весь зал целиком, так и лица отдельных докладчиков к тому же обычно она устанавливается таким образом, что для говорящего естественно смотреть в сторону объектива.

Поворотные камеры для ВКС — технические нюансы

Отметим, что поворотные камеры применяются не только в ВКС. Похожая технология активно используется и в системах охранного видеонаблюдения (СВН), где PTZ IP-камеры очень популярны. Но не стоит ставить знак равенства между такими устройствами. Несмотря на схожесть подхода, технологии, используемые в камерах для видеоконференцсвязи и СВН, существенно отличаются, что связано с различиями в спектре решаемых задач.

Скорость передачи и качество видео. В случае IP-камеры для видеонаблюдения вполне допустима относительно низкая скорость кодирования видеосигнала — зачастую задержка, скажем, в пять секунд не является проблемой. В то же время для видеосвязи существенна и критична даже задержка в полсекунды. Поэтому модели для СВН могут позволить себе использование относительно медленных аналоговых или Ethernet-интерфейсов для передачи данных, а ВКС-камеры подключаются по гораздо более скоростным каналам USB 3.0 или HDMI (кстати, некоторые производители снабжают модели HDMI-разъемами собственной разработки, куда добавляют также и питание, чтобы к камере подсоединялся всего один кабель).

Различие также наблюдается и в таком параметре как количество кадров в секунду (FPS). У ВКС PTZ-камеры этот показатель обязательно должен поддерживаться на уровне 30-60 fps, чтобы изображение на экране выглядело натуральным и «живым». В то время как охранной IP-камере для выполнения большинства задач вполне достаточно и 5 fps. Обратите внимание — не важно, идет ли речь о PTZ HD-камере или же UltraHD-системе — если кадры обновляются реже, чем за 1/30 секунды, качество сеанса видеосвязи будет восприниматься как низкое, даже при высоком графическом разрешении.

Кроме того, любая PTZ-камера, оснащенная интерфейсом USB 3.0, снабжается встроенным аппаратным кодировщиком, что позволяет ей самостоятельно сжимать видеопоток, который транслируется в сеть. Такая функция значительно снижает нагрузку на терминал ВКС. Есть и более совершенные решения, например, камеры компании Logitech поддерживают возможность компрессии видео вообще без использования ЦП компьютера. Конечно, для того, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами новых технологий, они должны поддерживаться также на уровне ПО, используемого для организации ВКС. Хорошим выбором в данном случае будет TrueConf Terminal — к неоспоримым преимуществам данного программного продукта относится, не только широкая совместимость с новейшими моделями PTZ-камер, но и то, что он распространяется бесплатно.

Требования к освещенности. Работа в условиях низкой освещенности — еще один важный фактор. Камера для переговорной комнаты или конференц-зала должна четко передавать, различные мелочи: оттенок и тон кожи (люди ведь должны выглядеть на экране естественно, «как в жизни») при различных типах освещения. Требования для охранной камеры здесь гораздо мягче, ей достаточно передать четкое изображение объекта или обстановки без учета цветовых нюансов.

Особенности оптики. ВКС-камеры обычно снабжаются объективом с широким углом обзора для охвата как можно большего числа участников переговоров, а также для того, чтобы люди располагающиеся близко к камере попадали в поле зрения объектива, без необходимости приближения. Следствием этого фактора также является и специфика фокусного расстояния объектива — у камер для СВН фокус, обычно направлен «в бесконечность». В поворотных моделях для ВКС обычно подбирается такое фокусное расстояние, чтобы была возможность охватить диапазон в пределах от 1 до 10 метров. Этого вполне достаточно для отображения как впереди сидящих участников, так и тех, кто находится, скажем, в конце стола переговоров или на дальних рядах.

Время работы и возможности управления. Важной особенностью PTZ-камер для ВКС является наличие механизмов защиты от перегрева и выгорания, что позволяет им сохранять работоспособность на протяжении долгого срока, без риска выходя из строя. Ведь нередко переговорные комнаты бывают задействованы каждый день в течение всего рабочего времени.

Удаленное управление. Обычно PTZ  IP-камеры управляются и настраиваются посредством веб-интерфейса, модели, предназначенные для ВКС должны контролироваться при помощи пульта управления. Соответственно, здесь необходима поддержка специальных протоколов UVC или VISCA/PELCO, работающих по интерфейсам RS 232/485. Это важно, в частности для решения задачи автонаведения и автотрекинга.

Скорость и надежность привода камеры. Этот параметр крайне важен, ведь PTZ-камера для ВКС должна наводиться быстро и точно, причем смена позиций может происходить много раз в течение короткого времени. Соответственно, привод, отвечающий за позиционирование устройства должен быть надежным, долговечным, быстрым и прецизионным (данные характеристики ощутимо превосходят те, которые допускаются в случае PTZ-камер для видеонаблюдения). Особенно важна высокая точность наведения при использовании приближения, поскольку в этом случае даже минимальное смещение камеры ощутимо повлияет на позиционирование человека в кадре. 

Чтобы добиться требуемых параметров используется несколько основных технологий позиционирования:

• Механическая система (сервоприводы вращают шестеренки в основе камеры). Классический, наиболее распространенный подход, недостатком которого является ощутимый звук при поворотах и часто недостаточно высокая точность;
• Гибридная система. В этом случае камеры оснащаются механическим приводом и цифровым увеличением. Недостатки те же, что и в предыдущем случае;
• Электронный PTZ (ePTZ) — это, по сути, симуляция физического процесса наведения камеры с очень высокой точностью позиционирования;
• Магнитная технология. На сегодняшний день является и наиболее прогрессивной с технической точки зрения. В этом случае специальный магнитный привод позволяет направлять камеру бесшумно и с очень высокой точностью. К недостаткам можно отнести высокую стоимость, поэтому PTZ-камеры с магнитным приводом используются только в самых дорогих ВКС-системах.

На практике, в большинстве случаев, оптимальным решением по соотношению цены и качества являются все же модели камер с механическим приводом. 

Тип крепления. Этот параметр также важен. Современная камера для ВКС должна иметь возможность установки над любым типом экрана — будь то ЖК-телевизор или специальная видеопанель. 

Если необходимо организовать систему видеоконференцсвязи для переговорной комнаты или большого зала, то оптимальным решением, несмотря на наличие альтернатив, здесь будет использование одной или нескольких PTZ-камер. К техническим особенностям таких устройств, делающих их незаменимыми в своем роде, относятся такие качества как:

• Высокая скорость обработки и передачи видеосигнала — без искажений и задержек;
• Разрешение FullHD (UltraHD в ближайшем будущем);
• Наличие функции автонаведения, автотрекинга, сенсора глубины (чтобы отделять говорящего от фона) и т.д.;
• Наличие высокоскоростных интерфейсов подключения (USB 3.0, HDMI);
• Идеальная цветопередача даже в условиях низкой или меняющейся освещенности, а также качественное «живое» отображение картинки;
• Специальные объективы, оптимизированные для работы в условиях; ограниченного пространства переговорных комнат и конференц-залов;
• Особый высокоскоростной прецизионный привод позиционирования камеры;;
• Длительное время непрерывной работы;
• Специальный тип крепления;
• Совместимость с современными (в т.ч. бесплатными) версиями ПО для ВКС.

Вместе с тем, как показывает практика, для получения идеальных характеристик видео лучшим вариантом будет использование не одной, а двух PTZ-камер одновременно, особенно, если речь идет о достаточно большом зале или значительном количестве участников.

Как не сломать PTZ-камеру.

PTZ-камера для видеоконференцсвязи — сложный и достаточно хрупкий механизм сломать который очень просто. При этом повреждение камеры вследствие неправильной эксплуатации не является гарантийным случаем у любого производителя! Но, если соблюдать все меры предосторожности, то устройство прослужит долгие годы и сохранит все ключевые характеристики. Итак, чего же не стоит делать с камерой, чтобы случайно ее не сломать механизм позиционирования и не вывести из ее строя:

• Не берите камеру за объектив, если ее надо перенести;
• Не стоит наклонять объектив руками — вверх более чем на 90° и вниз свыше 30°;
• Во время работы или транспортировки камеры рекомендовано удерживать руками основание.

И, конечно же, перед началом эксплуатации стоит внимательно изучить инструкцию к устройству. Как ни странно, следование именно этому, вполне очевидному совету, спасает от большинства неприятностей в процессе пользования любым устройством — и PTZ-камеры не исключение.