Принцип роботи

Історія створення

Все почалося в одній з комп'ютерних лабораторій Кембриджу ще на початку 90-х років минулого століття, коли Глобальна павутина тільки-тільки починала свою переможну ходу по планеті. Група вчених, чоловік 15-20, працювала над проектом у галузі мережевих технологій. Умови роботи були "спартанськими" — на всю команду припадала всього одна кавоварка, яка не могла задовольнити потреби всього колективу. Основна робота велася в лабораторії, персонал жив у цьому ж будинку, але в іншій його частині. Щоб покращити розумовий процес чашечкою напою, що бадьорить, учасники наукового проекту були змушені часто відвідувати коридор, який перебував поверхом вище, де і розташовувалася кавоварка. Найчастіше такі походи були неуспішними, так як деякі колеги вже встигали спорожнити жадану ємність.

Ситуація вимагала нестандартного рішення, і воно було знайдене. Один з комп'ютерів в лабораторії мав пристрій відеоспостереження (frame grabber). До нього підключили камеру, яка була спрямована на об'єкт спостереження. Цей же комп'ютер відігравав роль web-сервера за рахунок спеціально написаного програмного забезпечення. Бажаючі знати, чи є кава, повинні були запустити на своєму комп'ютері клієнтське ПЗ, що з'єднуються з сервером. В результаті на віддаленому комп'ютері в маленькому віконці виводилося чорно-біле зображення, котре оновлювалося три рази в хвилину. Замітка про цю цікавинку була опублікована в журналі Comm-Week 27 січня 1992.

Плата із змонтованою оптичною системою (зверху) та сенсор камери (знизу)

Веб-камера складається з об'єктиву, оптичного фільтру, ПЗЗ (пристрій з зарядовим зв’язком) матриці, блока оцифрування, блока компресії (стиснення) відеозображення, центрального процесора і вбудованого веб-сервера, ОЗУ, флеш-пам'яті, мережевого інтерфейсу або послідовного порту, тривожного входу/виходу.

Зображення об'єкта скрізь лінзову систему (об'єктив) та оптичний фільтр потрапляє (проектується) на світлочутливий елемент відеокамери — ПЗЗ матрицю, яка складається з великої кількості світлочутливих осередків. Під дією світла в ПЗЗ матриці народжується носії заряду які у блоку оцифрування перетворюються у цифровий код.

Процес перетворення сигналу складається з трьох етапів:

Дискретизація — зчитування амплітуди електричного сигналу через рівні проміжки часу (періоди). Цей етап перетворення сигналу характеризується частотою дискретизації.

Квантування — це процес подання результатів дискретизації в цифровій формі. Зміна рівня електричного сигналу за період дискретизації представляється у вигляді кодового слова з 8, 10 або 12 біт, які дають відповідно 256, 1024 і 4096 рівнів квантування. Від числа рівнів квантування залежить точність представлення сигналу в цифровій формі.

Кодування — крім інформації про зміну рівня сигналу, отриманої на попередньому етапі, в процесі кодування формуються біти, що інформують про кінець синхроімпульса і початку нового кадру, а також додаткові біти захисту від помилок.

Надалі цифровий код потрапляє у блок компресії відео зображення, який виконує стиснення оцифрованого відеосигналу в один з форматів стиснення. Завдяки стисненню, скорочується розмір відеокадру. Це необхідно для збереження і передачі відеозображення по мережі. Відомі на сьогоднішній день формати стиснення дозволяють отримати оцифрований потік з пропускною здатністю 64 Кб - 2 Мб.

Стиснення відеозображення у веб-камері може бути представлено як апаратно, так і програмно. Програмна реалізація компресії дешевше, проте через високу обчислювальну ємності алгоритмів стиснення вона малоефективна, особливо коли потрібно переглядати відеозображення з веб-камери в online режимі. Тому більшість провідних виробників випускають веб-камери з апаратною реалізацією стиснення. Надалі центральний процесор здійснює операції з виведення та збереження оцифрованого і стислого відео зображення.

Дата добавления: 2015-07-13