Możliwości wykorzystania sieci IP w systemach bezpieczeństwa

W niniejszym artykule autor – europejski przedstawiciel handlowy firmy Samsung Techwin Europe – zwraca uwagę na pewne zagadnienia, które powinny być rozpatrzone na samym początku procesu tworzenia systemów dozorowych obsługiwanych za pośrednictwem sieci. Autor analizuje także pewne najnowsze opracowania, dotyczące produktów przeznaczonych do pracy w sieciowych systemach dozorowych, stymulujące rozwój gałęzi przemysłu elektronicznego związanej z systemami bezpieczeństwa.

Ta gałąź przemysłu przez długi czas była utożsamiana z telewizją dozorową, czyli CCTV – w dosłownym tłumaczeniu: telewizją w obwodzie zamkniętym – i w istocie przez wiele lat była „obwodem zamkniętym”. Systemy analogowe, w których do transmisji sygnałów wizyjnych wykorzystywane były kable koncentryczne lub kable z parami skrętnymi, już dawno zyskały możliwość podłączenia do sieci za pośrednictwem odpowiednich urządzeń sterujących. Nawet w przypadku zastosowania najtańszych rozwiązań sprzętowych istnieje możliwość obserwacji obrazów, sterowania kamerami i administrowania systemem za pośrednictwem komputera PC podłączonego do Internetu. Jednak obecnie tendencją wiodącą w telewizyjnych systemach dozorowych jest podłączanie kamer przemysłowych bezpośrednio do sieci. Dzięki temu produkty przeznaczone do budowy sieciowych systemów bezpieczeństwa mają największy wpływ na rozwój rynku zabezpieczeń elektronicznych, gdyż w nowo powstających instalacjach zalety pracy w sieci IP są w pełni wykorzystywane. Poza niskim kosztem instalacji – użytkownicy mogą zaoszczędzić na infrastrukturze kablowej – urządzenia sieciowe oferują wiele trudnych do zignorowania korzyści, dzięki którym systemy sieciowe uzyskują przewagę nad tradycyjnymi systemami analogowymi.

Nikt nie ma ochoty inwestować dużych sum w systemy dozorowe i wielokrotnie powtarzać takich inwestycji. Każdy natomiast klient chciałby kupić rozwiązanie, które nie tylko spełni obecne wymagania, lecz także pozwoli na rozbudowę systemu w przyszłości. Równie ważna jest możliwość jak najlepszego wykorzystania wszystkich istniejących systemów – takich, jak systemy kontroli dostępu, domofonowe, sygnalizacji włamania i napadu, ochrony obwodowej i sygnalizacji pożarowej oraz BMS – przez ich wzajemne połączenie i zmuszenie do współpracy. Oczywiste korzyści użytkowe wynikają z możliwości przekazywania sygnałów wizyjnych, danych sterujących oraz informacji o alarmach pomiędzy poszczególnymi systemami, z których każdy może być zlokalizowany w dowolnym miejscu sieci.

Fot. 1. SNB-5000

Podstawowe zalety systemów dozorowych, których działanie bazuje na sieci IP:

1. Pozwalają na znaczne obniżenie kosztów okablowania dzięki wykorzystaniu istniejącej sieci, bez konieczności instalacji nowych tras kablowych. Pojedynczy kabel sieciowy może być zastosowany do jednoczesnej transmisji sygnału wizji, fonii oraz danych sterujących i telemetrycznych, a także do zasilania urządzeń metodą PoE (Power over Ethernet).
2. Umożliwiają przeglądanie obrazów i sterowanie systemem z dowolnego punktu w sieci, a także połączenie się z systemem z dowolnego miejsca na obszarze całego świata.
3. Wykazują dużą elastyczność: rejestracja obrazów o strategicznym znaczeniu może się odbywać w dowolnym punkcie sieci, a ich odtwarzanie jest możliwe z wykorzystaniem dowolnego komputera PC i może być dokonane przez użytkownika dysponującego odpowiednimi uprawnieniami.
4. Stwarzają użytkownikom możliwość skorzystania z kamer najnowszej generacji, odznaczających się wysoką rozdzielczością, znacznie przekraczającą możliwości, jakimi dysponują klasyczne, analogowe kamery CCTV, które typowo wytwarzają obrazy o rozdzielczości 0,4 megapiksela. Na przykład kamera o rozdzielczości 1,3 megapiksela z odpowiednio dobranym polem widzenia może pełnić rolę kilku kamer analogowych, gdyż pozwala na obserwację dużego obszaru, a w razie potrzeby umożliwia powiększenie fragmentu obrazu (w celu dokładniejszego przyjrzenia się szczegółom odległych obiektów) bez jego widocznej „pikselizacji”.
5. Zastosowanie oprogramowania zarządzającego systemem, zainstalowanego na komputerze PC, pozwala na współpracę kamer oraz urządzeń rejestrujących pochodzących od różnych producentów. Jednakże w celu zapewnienia kompatybilności wszystkich składników systemu należy rozważyć zakup urządzeń zgodnych z globalnym standardem ONVIF. Standard ONVIF został opracowany w ramach otwartego forum producentów i stanowi rodzaj interfejsu pozwalającego na łączenie różnych urządzeń.

Kamery wykorzystywane w systemach bezpieczeństwa nie są kamerami internetowymi

Należy podkreślić, że kamery IP przeznaczone do ­pracy w systemach bezpieczeństwa mają niewiele wspólnego z ­kamerami internetowymi. Jedyne podobieństwo polega na zastosowaniu tych samych protokołów komunikacyjnych i transmisyjnych. Większość właściwości i funkcji użytkowych kamer sieciowych najnowszej generacji jest dostosowana do oczekiwań użytkowników tradycyjnych, analogowych kamer CCTV. Dotyczy to takich funkcji, jak poszerzanie zakresu dynamiki (WDR), kompensacja przeciwoświetlenia (BLC) oraz redukcja szumów (NR). Ich celem jest zapewnienie możliwie najwyższej jakości obrazu zarówno w dziennych, jak i w nocnych warunkach oświetleniowych, a także sprostanie innym wyzwaniom, takim jak praca przy kontrastowym oświetleniu słonecznym czy oślepiającym świetle reflektorów samochodowych. Szczególnie istotny jest dobór właściwego typu kamery do pracy w określonych warunkach eksploatacyjnych. Możliwości są w tym zakresie zdumiewająco duże, co pozwala na znalezienie rozwiązania dokładnie spełniającego wymagania specyficzne dla konkretnej lokalizacji kamery. Firmy takie jak Samsung oferują darmowe usługi projektowe, ułatwiając użytkownikom dobór urządzeń najlepiej odpowiadających ich oczekiwaniom.

Fot. 2. SND-5080

Kamery megapikselowe – najnowsze osiągnięcie w dziedzinie kamer sieciowych

Standard High Definition (HD) stał się powszechnie znany zarówno w naszych domach, jak i w miejscach pracy. Rewolucja cyfrowa stworzyła inżynierom możliwość zaprojektowania kamer sieciowych zdolnych do wytwarzania obrazów o rozdzielczościach, których poziom był niewyobrażalny jeszcze kilka lat temu. Dla użytkowników systemów wynika z tego niebezpieczeństwo mylnej interpretacji żargonowych określeń występujących na stronach internetowych producentów oraz w kartach katalogowych.

Zwyczajowo określa się jako megapikselowe te kamery, które są zdolne do wytwarzania obrazów o rozdzielczościach przekraczających milion pikseli. Na współczesnym rynku dużą popularność zyskały kamery o rozdzielczości 1,3 megapiksela, co jest równoznaczne z wytwarzaniem obrazów mieszczących się w rastrze 1280×1024 piksele.

Jednakże nie wszystkie kamery, które mają zdolność wytwarzania obrazów zawierających co najmniej milion pikseli, mogą być określane jako kamery HD, gdyż pojęcie to dotyczy ogólnie akceptowanego standardu HD, z którego wynikają dodatkowe wymagania. Kamery HD muszą być przystosowane do wytwarzania obrazów o rozdzielczościach 1920×1280 pikseli lub 1280×720 pikseli o proporcjach 16:9 (szeroki ekran). Ponadto kamery HD muszą mieć możliwość pracy w czasie rzeczywistym, to znaczy muszą wytwarzać minimum 25 obrazów na sekundę. Niektóre z tych właściwości nie dotyczą megapikselowych kamer przemysłowych. Podsumujmy: wszystkie kamery HD są kamerami megapikselowymi, ale nie wszystkie kamery megapikselowe są kamerami HD.

Fot. 3. SPE-100 FS2

Zalety kamer HD

Kamery megapikselowe pozwalają na uzyskanie obrazów o bardzo dobrym odwzorowaniu szczegółów, ale mają również możliwość równoczesnego wytwarzania i transmisji obrazów o niskich rozdzielczościach, włącznie z formatami QVGA (320×240), VGA (640×480) i SVGA (800×600). Pozwala to na transmisję strumieni danych o właściwościach możliwie najlepiej dostosowanych do parametrów urządzeń wyświetlających obrazy. Przykładowo, obrazy mogą być rejestrowane w pełnej rozdzielczości (czyli 1,3 megapiksela) w urządzeniach zainstalowanych w pomieszczeniu technicznym, a jednocześnie przeglądane w rozdzielczości QVGA za pomocą telefonu komórkowego.

Kamery megapikselowe oferują znacznie więcej korzyści, niżby to wynikało z wytwarzania obrazów o znakomitej, „dowodowej” jakości oraz o właściwych proporcjach. Dysponują one wieloma innymi funkcjami użytecznymi dla operatorów systemów dozorowych, pozwalającymi na znacznie skuteczniejsze reagowanie w wymagających tego sytuacjach. Większość tych dodatkowych możliwości jest związana z działaniem układów DSP wbudowanych w kamery. Jednym z nich jest układ WiseNet1 DSP, stworzony przez firmę Samsung w celu maksymalnego wykorzystania zalet wynikających z technologii megapikselowej.

Kolejną zaletą jest możliwość przypisania różnym użytkownikom – o określonych poziomach uprawnień – dowolnie dobranych metod kompresji oraz ustalonych wartości rozdzielczości obrazów. Umożliwia to jednoczesną obserwację obrazów w jednej z lokalizacji, rejestrację materiałów dowodowych w innej lokalizacji, a także przeglądanie bieżących lub archiwalnych obrazów na urządzeniach przenośnych, takich jak telefony komórkowe.

Kamery sieciowe umożliwiają wysłanie zgłoszenia incydentu za pośrednictwem poczty elektronicznej z dołączonymi zdjęciami (skompresowanymi metodą JPEG) oraz jednoczesną dokumentację tego incydentu w postaci ruchomych obrazów zarejestrowanych w trybie prealarmowym i postalarmowym na karcie pamięci SD zainstalowanej wewnątrz kamery.

Inteligentna analiza treści obrazów

Inną istotną zaletą większości kamer megapikselowych jest możliwość inteligentnej analizy treści wytwarzanych przez nie obrazów. Opracowany przez firmę Samsung układ WiseNet1 DSP ma wbudowaną bezpłatną opcję IVA, która poza ­klasyczną detekcją ruchu pozwala na wykrywanie wtargnięć w obszary ograniczone niewidzialnymi liniami, wykrywanie obiektów poruszających się w określonym kierunku, wykrywanie faktu pojawiania się obiektów w określonym obszarze lub ich znikania z niego. Opcja IVA zawiera także funkcję antysabotażową, pozwalającą na wysłanie sygnału ostrzegawczego w przypadku wykrycia zmiany w obserwowanej przez kamerę scenie, na przykład na skutek zamalowania obiektywu farbą w sprayu lub zmiany pola widzenia kamery w wyniku jej nieautoryzowanego przemieszczenia.

Inne istotne zalety kamer HD firmy Samsung:

1. Dzięki jednoczesnemu wykorzystaniu połączeń przez sieć Ethernet i przez złącze BNC sygnał wizyjny może być transmitowany zarówno przez sieć, jak i przez kabel koncentryczny. Umożliwia to pracę w systemach hybrydowych oraz ułatwia instalację kamer i głowic szybkoobrotowych, gdyż podczas regulacji kamer można posługiwać się standardowymi monitorami telewizyjnymi.
2. Dwukierunkowa, dupleksowa transmisja sygnałów fonicznych pozwala na stworzenie systemu komunikacji głosowej pomiędzy miejscem, w którym zainstalowana jest kamera, a pomieszczeniem kontrolnym. Przykładowo, może zaistnieć potrzeba weryfikacji tożsamości osób próbujących wjechać samochodem na określony teren. Dzięki dwukierunkowej komunikacji głosowej i możliwości jednoczesnej obserwacji obrazów o wysokiej rozdzielczości przedstawiających kierowcę pojazdu zastosowanie kamery HD pozwala na uniknięcie konieczności zatrudniania dodatkowych strażników. Ponadto, dzięki temu, że kamery HD dostarczają obrazy o jakości dowodowej oraz zapewniają możliwość dwukierunkowej komunikacji głosowej, mogą być stosowane do odstraszania nieproszonych gości.
3. Możliwe jest zamaskowanie pewnych fragmentów obrazu jednobarwnymi polami w kształcie wieloboku, co pozwala prowadzić monitoring określonych obszarów bez naruszania prywatności obiektów znajdujących się w sąsiedztwie.
4. Wykorzystanie pamięci SD umieszczonej w złączu znajdującym się wewnątrz kamery pozwala na łatwe tworzenie zapasowych kopii nagrań z wydarzeń o charakterze alarmowym.
5. Kamery mogą być zasilane metodą PoE (Power over Ethernet), czyli pobierać energię z istniejącej sieci IP, co obniża koszty okablowania obiektu.
6. Kamery HD są w pełni kompatybilne z niewymagającym licencji oprogramowaniem NET-i Viewer Centralised Management Software (CMS), co stwarza możliwość podłączenia wszystkich produktów firmy Samsung do sieci IP zaraz po wyjęciu z opakowania.

Rejestracja obrazów

Użytkownicy pragnący rejestrować obrazy pochodzące z dowolnej z kamer sieciowych będą musieli dokładnie zastanowić się nad tym, gdzie i w jaki sposób chcą przechowywać zgromadzony materiał. Dostępne są zarówno rozwiązania oparte na oprogramowaniu uruchomionym na komputerze PC, jak i rozwiązania sprzętowe w postaci niezależnych jednostek ­Network Video Recorder (NVR).

Metody kompresji wbudowane w kamery o wysokiej rozdzielczości pozwalają na skuteczny zapis i przechowywanie nagrań. Przykładowo, metody H.264, MPEG4, MJPEG i JPEG wprowadzone do układu WiseNet1 DSP stwarzają użytkownikom możliwość jednoczesnej transmisji i rejestracji obrazów z wielu lokalizacji, z różnymi prędkościami, różnymi metodami kompresji oraz w różnych rozdzielczościach.

Technologia redukcji szumów SSNRIII, określana przez firmę Samsung jako Super Noise Reduction, ma także swój udział w zmniejszeniu wymagań stawianych urządzeniom rejestrującym oraz przyczynia się do lepszego wykorzystania pasma sieciowego podczas przeglądania obrazów za pośrednictwem sieci IP.

Najprostszym rozwiązaniem problemu zapisu obrazów może być zastosowanie rejestratorów NVR (Network Video Recorder), które w sposób oczywisty mogą być umieszczone w dowolnych punktach w sieci. Jeśli jednak w systemie wykorzystana jest znaczna liczba kamer o wysokiej rozdzielczości, najbardziej opłacalnym rozwiązaniem będzie wykorzystanie serwerów rejestrujących obrazy.

Możliwa jest lokalna rejestracja pewnych wybranych obrazów w układach znajdujących się wewnątrz kamer. Znajduje to na przykład zastosowanie w sytuacjach, w których do operatorów systemu w sposób ciągły wysyłane są jedynie obrazy o niskiej rozdzielczości. Oznacza to, że zarejestrowane w kamerach nagrania o wysokiej rozdzielczości, dokumentujące wykryte incydenty, mogą być w odpowiednim czasie przekazane przez sieć i obejrzane, bez konieczności stosowania transmisji szerokopasmowej.

Szkolenia

Projektanci, instalatorzy i integratorzy systemów, którzy na co dzień nie uczestniczą w projektowaniu technicznych systemów bezpieczeństwa, mogą uznać taką mnogość opcji za przytłaczającą lub mylącą. Z tego powodu producenci, tacy jak Samsung, prowadzą darmowe szkolenia, podczas których w kompleksowy sposób omawiane są wszystkie aspekty analogowych (CCTV) i sieciowych (IP) systemów bezpieczeństwa.

James Smith
Samsung Techwin Europe

Tłumaczenie: Redakcja

Zabezpieczenia 1/2011