Sicherheit von IP-basierter Videoüberwachung

Dirk Klages / März 1, 2012Oktober 6, 2017 / Grundlagen IP-Video

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2010, S. 52 bis 54

Rififi mit dem Netzwerkauge

IP-Kameras liegen voll im Trend, Anwender sollten jedoch mögliche Sicherheitsrisiken kennen. Der Beitrag geht auf wichtige Bedrohungen ein und zeigt, worauf Errichter und Anwender bei der Installation einer netzwerkbasierten Videoüberwachung besonders achten müssen.

(Bild: Fotolia/Goss Vitalij; Flo)

Moderne Netzwerkkameras liegen voll im Trend. Sie fügen sich problemlos in das in jedem modernen Unternehmen sowieso schon vorhandene TCP/IP-Netzwerk ein, die entsprechenden Anlagen sind ohne großen Aufwand erweiterbar und erfordern keine gesonderte Verkabelung, da die Kameras aufgrund der geringen Leistungsaufnahme über das LAN mit Spannung versorgt werden können. Banken, Botschaften, Flughäfen, Bahnhöfe, Häfen, Tankstellen, Hotels und Tiefgaragen sind nur einige der Anwendungsgebiete. Doch Experten weisen auf die möglichen Risiken hin. Schließlich stellt jede Kamera einen interaktiven Knoten in einem Netzwerk dar. Von ihrem Anschluss können nicht nur Bilder gesendet werden, sondern alle Arten von Daten in beide Richtungen fließen. In diesem Punkt unterscheidet sich eine TCP/IP-Kamera grundlegend von der klassischen BNC-Technologie.

Elektronischer Zugang

Ausgehend von der individuellen Bedrohungslage sollten die Anwender auf die Risiken der neuen Technik achten. Ohne Vorsichtsmaßnahmen kann eine Netzwerkkamera mehr schaden als nutzen, vor allem, wenn sie im Außenbereich angebracht wird. Die Netzwerkverbindung ist ein elektronischer Zugang in den sensiblen Innenbereich des Unternehmens. Auch wenn IP-Kameras meist an einem separaten Netzwerkstrang betrieben werden, ist ein Eindringversuch denkbar. Schließlich sind für TCP/IP-Netzwerke Dutzende von Manipulations- und Angriffswerkzeugen im Internet frei verfügbar. Ein relativ großer Personenkreis verfügt zudem aufgrund beruflicher Tätigkeiten im Netzwerkumfeld über profundes Wissen, diese zielgerichtet anzuwenden.

Größere Schadensfälle mit drahtgebundenen Netzwerkkameras sind bislang nicht publiziert worden. Das heißt natürlich nicht, das es sie nicht gegeben hat. Ganz anders verhält es sich mit WLAN-Kameras. Immer wieder haben Hacker auf das kinderleichte Abschöpfen von WLAN-Kameras hingewiesen und dies sogar in Fernsehbeiträgen dokumentiert, was einen nicht geringen Nachahmungseffekt auslösen dürfte. Ohne aktivierte Verschlüsselung sind solche Kameras durch handelsübliche WLAN-Router problemlos angreifbar, das nötige Wissen ist aufgrund der zahllosen WLANs in Privathaushalten weit verbreitet. Sie sollten daher keinesfalls ohne Schutzmechanismen, wie starke Verschlüsselung über WPA2 betrieben werden und haben im kommerziellen Umfeld nach Meinung von Experten nur in Ausnahmefällen etwas zu suchen.

Google Hacking

Suchbegriffe wie „google hacking kamera“ führen zudem schnell auf Listen mit im Internet einsehbaren, drahtgebundenen IP-Kameras. Ob die Betreiber dieser Kameras wirklich wollen, dass quasi jedermann zuschauen darf, was sich im eigenen Firmengelände oder dem Flur aktuell abspielt, darf zumindest für einen Teil der Fälle bezweifelt werden. Auch hier haben die Anwender meist schlicht beim Aufbau der Anlage vergessen, die Schutzmechanismen zu aktivieren. Anders als eine analoge Kamera besteht eine IP-Kamera nicht nur aus Objektiv und Video-Elektronik. In ihr ist ein kompletter Webserver eingebaut, der die Videobilder auf Anforderung durch die Steuersoftware in Form von IP-Paketen verschickt.

Wie bei jedem Webserver kann jeder Netzteilnehmer, der die IP-Adresse der Kamera kennt, diese zum Senden von Informationen auffordern. Umgekehrt kann ein anderer Server die Rolle der Kamera übernehmen, und mit ihrer IP- und MAC-Adresse im Netzwerk auftreten. Bei einem solchen Angriff würde einfach die Kamera vom Netzwerk getrennt und durch einen Laptop ersetzt, der die zuvor aus dem Netzwerkverkehr kopierten IP-Pakete mit unverdächtigen Videobildern erneut senden würde.

Netzwerksicherheit und IP-Kameras

IP-Netzwerke haben die Aufgabe, alle Teilnehmer in einen bidirektionalen Datenstrom einzubinden. Das unterscheidet sie fundamental von analogen CCTV-Systemen. Auch diese können selbstverständlich manipuliert und „angezapft“ werden. Dies geht aber nur durch auffällige mechanische Maßnahmen und erfordert immer Spezialkenntnisse, was den Kreis der Täter stark einschränkt. Durch die weite Verbreitung von Heimnetzen ist der Gebrauch von Analyse-Tools zum Aufspüren von Netzwerkknoten und Werkzeuge zum Mitschneiden von IP-Paketen einem breiten Kreis bekannt.

Experten warnen immer wieder, dass Überwachungskameras auf diese Weise auch zu einem Sicherheitsrisiko werden können, da man sensible Informationen quasi unkontrolliert jedem zur Verfügung stellt. Daher sollten alle berechtigten Teilnehmer eine PKI (Public-Key-Infrastruktur) bilden. Zusätzlich ist eine Firewall und/oder ein Watchdog Programm sinnvoll, das jeden nicht erwünschten Datenverkehr unterbindet und unzulässige Netzwerkteilnehmer sofort meldet. Bei sehr hohem Sicherheitsbedarf sind Speziallösungen geboten, die den Netzwerkverkehr von Außen nach Innen erlauben, die umgekehrte Richtung aber durch physikalische Effekte unterbinden. Die Konfiguration und die Pflege sowie Überwachung einer Firewall erfordert ein nicht geringes Maß an Kenntnissen.

Generell sollte für die IP-Kameras ein eigenes LAN aufgebaut werden. Wo man diesen Weg nicht gehen kann oder will, kommt der Firewall natürlich eine besondere Bedeutung zu. Ein weiteres Risikopotential liegt im ungeschützten Netzwerkanschluss selbst begründet. Steckverbindungen sollten gegebenenfalls mechanisch gegen Herausziehen und Austausch gesichert werden.

Auch bei der Anlage von Benutzerkonten können dem Verantwortlichen fatale Fehler unterlaufen. Längst nicht alle Personen, die Videobilder einsehen sollen, dürfen Einfluss auf die Konfiguration der Anlage bekommen. Sonst könnten sie die Verschlüsselung ausschalten, Aufzeichnungen löschen oder kopieren. Es ist daher genau zu regeln, wer welche Rechte besitzt, und wer das Passwort des Administrators erhält.

Um solche Angriffe zumindest zu erschweren, muss die Netzwerk-Kommunikation mit den Methoden geschützt werden, die aus dem Bereich des Onlinebankings bekannt sind. Dazu zählt eine gesicherte Authentifizierung der Netzwerkteilnehmer sowie eine verschlüsselte Kommunikation. Zeitstempel sollten zudem sicherstellen, dass es sich um aktuelle Kamerabilder handelt.

SSL-Protokoll

Wichtigster Bestandteil einer sicheren Infrastruktur ist das SSL-Protokoll. Es dient zur Verschlüsselung und zur Authentifizierung der Kommunikation zwischen Webservern und dem Browser.

(Bild: Fotolia/Pawel Nawrot)

Wie bei allen Verschlüsselungs-Systemen bietet auch https keine hundertprozentige Sicherheit, vor allem nicht gegen gut ausgerüstete Privatdetektive oder staatliche Dienste, die über entsprechende Spezialgeräte verfügen. Die Hürden sind nach Ansicht von Experten für viele Anwendungsfälle ausreichend hoch, wenn ein Chiffrierverfahren mit ausreichender Schlüssellänge verwendet wird. Wichtigste Voraussetzung ist natürlich, dass https auch vorhanden und verwendet wird.

Bei der Installation von IP-Kameras spielen die netzwerktechnischen Fertigkeiten sowie die Kompetenz in Sachen IT-Sicherheit eine immer wichtigere Rolle. Anwender wie auch Errichter müssen die Fallstricke der Konfiguration problemlos umschiffen können.

Hersteller zuweilen nachlässig

Die Hersteller bieten nicht immer Hilfe. Der Gelsenkirchener Sicherheitsexperte Prof. Norbert Pohlmann und sein Mitarbeiter Marco Smiatek machten im Jahr 2008 eine erschreckende Entdeckung. In den Handbüchern der IP-Kameras waren nicht einmal die vorhandenen Sicherheitsfeatures ausführlich erklärt, einige Hersteller hatten auf https gleich ganz verzichtet. Die Systeme wurden zudem in der Regel mit abgeschalteter Verschlüsselung ausgeliefert und der Nutzer im Handbuch nur unzureichend über die Risiken informiert.

Ein Angreifer kann mit einfachen Hilfsmitteln die unverschlüsselte Kommunikation zwischen Kamera und Benutzer mitlesen, und so Passwörter und den Nutzernamen in Erfahrung bringen. Der Ratschlag der Experten: Im Konfigurationsmenü zunächst https aktivieren, und erst dann die – oft im Handbuch abgedruckten und damit allgemein bekannten – Standard-Passwörter gegen eigene austauschen, wobei auch hier auf eine ausreichende Länge zu achten ist.

Auf die Kritik aus Beraterkreisen haben einige Hersteller inzwischen reagiert. So erleichtert beispielsweise die für Mitte 2010 erwartete neue Bedienoberfläche von Mobotix die Errichtung eines sicheren Netzwerkes. Ein kryptographischer Check löst bei manipulierten Bildern Alarm aus.

Einer der Gründe, warum nicht alle Hersteller https als Protokoll anbieten, dürfte die nicht geringe Rechenleistung sein, welche die Verschlüsselungs-Algorithmen benötigen. Netzwerkkameras verfügen in der Regel nur über einen Chip für Videokompression und Webserver, der aus Kostengründen kaum Reserven für zusätzliche Dienste bietet. Die von manchen Sicherheitsexperten geforderte starke Bild-für-Bild-Verschlüsselung würde einen zusätzlichen, leistungsstarken Mikroprozessor erfordern.

Kritische Außenkameras

Angreifer könnten aber nicht nur gefälschte, alte Videobilder einspeisen, während sich nach Rififi-Manier längst Personen an Fassaden und Fenstern zu schaffen machen. Der bidirektionale Charakter der Datenleitung ermöglicht Angriffe auf die IT-Infrastruktur an sich. Schon bei normalen Sicherheitsanforderungen ist der ungeschützte Betrieb von IP-Außenkameras über das vorhandene interne Datennetz grob fahrlässig, erläutert Stefan Strobel, Eigentümer der Sicherheitsberatungsfirma Cirosec GmbH. Zwar wird für Überwachungskameras meist eine separate Netzwerkverkabelung installiert, dies ist aber längst nicht überall der Fall.

Auf jeden Fall sollten die elementaren Sicherheitsanforderungen innerhalb eines jeden Firmennetzwerkes eingehalten werden. Nicht benötigte Kommunikationsports sollte der Anwender daher auf jeden Fall schließen. „In besonders schwierigen Situationen, beispielsweise bei der Videoüberwachung von internen Hochsicherheitsbereichen empfehlen wir unseren Kunden Produkte, die einen Zugriff garantiert nur in eine Richtung ermöglichen“, so Stefan Strobel, „da sie physikalische Effekte ausnutzen, die man nicht durch Software manipulieren kann.“ Solche Geräte schotten zwei Netzwerkstränge total voneinander ab, sie stellen somit quasi eine „Informationsdiode“ dar. Alle Signale die aus einem potentiell unsicheren Außenbereich nach innen übermittelt werden, fließen über eine Laser-Leuchtdiode auf eine Photodiode. Ein proprietäres Netzwerkprotokoll dient zur Anbindung an die normale IP-Infrastruktur. Somit gibt es keine Möglichkeit, im Außenbereich Informationen anzufordern und dort einzusehen.

Konfiguration und Betrieb von IP-Kameras

Netzwerkkameras sind quasi abgespeckte PCs mit Objektiv – und damit den Risiken der PC-Welt ausgesetzt. Außerdem sind sie ein Teil von TCP/IP-Netzwerken und damit jenen Gefahren ausgesetzt, die aus den Schwachstellen dieses Protokolls erwachsen.

IP-Kameras senden ihre Bilder normalerweise im so genannten Real Time Streaming Protokoll (RTSP). Die so gesendeten Aufnahmen sind von jedermann, der Zugriff auf einen Knoten des Netzwerkes hat, einsehbar. Dies kann bei Kameras in sensiblen Bereichen zu erheblichen Sicherheitsproblemen führen. Noch weit unangenehmer wird es, wenn die Kamera vom Netz entfernt wird und gefälschte Bilder eingespielt werden. Unter Umständen muss sich der Angreifer dazu gar nicht an der eigentlichen Kamera zu schaffen machen, sondern den eingebauten Webserver durch ein Übermaß an Anfragen so in die Knie zwingen, dass nur seine – manipulierten – Datenpakete in der Zentrale ankommen. Ein Innentäter kann diesen Angriff vom Schreibtisch aus führen. Da sich bislang kein verschlüsseltes Streaming-Protokoll etablieren konnte, bleibt SSL der einfachste Weg, sich gegen diese Bedrohung zu schützen.

Da die Kameras in der Regel mit den niedrigsten Sicherheitseinstellungen ausgeliefert werden, ist es Sache des mit der Installation beauftragten Mitarbeiters oder des beauftragten Dienstleisters, diese zu aktivieren.

„Entscheidend ist die Videoprojektierung“, erläutert Peter Loibl, Geschäftsführer der Von zur Mühlenschen Unternehmensberatung, „sie schreibt vor, was der Auftraggeber sehen muss und was nicht. Anhand dieser Planung werden die Standorte festgelegt sowie Kameras und Objektive ausgewählt.“

Entsprechende Entscheidungen sollte der Auftraggeber nach Beratung selber treffen und nicht den ausführenden Firmen überlassen, die eventuell nach sachfremden Kriterien entscheiden und die Montage Fachfremden überlassen, die mit der sicheren Konfiguration überfordert sind.

Innerhalb des Netzwerkes sollten Firewalls und/oder ein Watchdog dafür sorgen, dass aufgezeichnetes Videomaterial nicht per Netzwerkbefehl gelöscht oder manipuliert werden kann. Dazu muss der Auftraggeber natürlich zunächst festlegen, welche Räumlichkeiten und welchen Nutzerkreis er als „sicher“ einstuft.

Bernd Schöne, freier Autor in München

Gerichtsverwertbarkeit von Videobildern

Dirk Klages / März 1, 2012Oktober 6, 2017 / Grundlagen Video Optik, Planung Videoüberwachung

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2010, S. 50

Unverfälschte Beweiskraft

Ein Einbruch ist passiert, der Ärger um den entstandenen Schaden ist groß. Zum Glück besitzt man eine Videoanlage, mit der sich der Vorfall sicher aufklären lässt. Doch oftmals folgt beim Betrachten der Bilder die große Ernüchterung: Man sieht, dass ein Diebstahl stattfindet, den Täter kann man auf dem Video allerdings nicht erkennen. Und dabei hatte man doch extra das Gerät gewählt, dessen Aufnahmen laut Beschreibung „vor Gericht zugelassen sind“. Was verbirgt sich eigentlich hinter dem Begriff „Gerichtsverwertbarkeit“ und was muss man als Anwender beachten?

Die richtige Technik richtig installiert und dazu noch der Nachweis, dass die Bilder manipulationsgeschützt sind – das sind die wichtigsten Punkte, die es beim Thema „Gerichtsverwertbarkeit von Videoaufzeichnungen“ zu beachten gilt. (Bild: Dallmeier)

„Gerichtsverwertbarkeit“ heißt, dass die Videoaufnahmen als Beweismittel vor Gericht anerkannt und zugelassen sind. Um dies zu bestätigen, gibt es ein Zertifikat, das von LGC Forensics, früher bekannt als Kalagate, ausgestellt wird. LGC Forensics prüft, ob der Recorder über einen Verschlüsselungsschutz verfügt, der vor Fremdzugriff in das „geschlossene“ System schützt und eine Manipulation von außen verhindert.

Außerdem müssen die Aufzeichnungsgeräte fälschungssicher gestaltet werden, um die Unverfälschtheit der Bilder nachzuweisen. Kurz gesagt: Es muss sichergestellt werden, dass die Bilder auf dem Weg vom Aufzeichnungsgerät bis zum Gericht nicht verändert wurden, zum Beispiel bei der Auslagerung auf CD.

Wasserzeichen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Manipulationsversuch zu verhindern. Ein Verfahren besteht darin, ein elektronisches Wasserzeichen einzubauen. Das heißt: Es werden gewisse Informationen, so genannte Wasserzeichen, beim Schreibprozess auf den Recorder mit in das Bild eingebunden. Versucht man später, das Bild in irgendeiner Weise zu bearbeiten oder zu verändern, wird das Wasserzeichen automatisch gelöscht. Um die Unverfälschtheit der Bilder nachzuweisen, genügt eine Überprüfung, ob das Wasserzeichen noch vorhanden ist.

Die Bestätigung über die „Gerichtsverwertbarkeit“ der Bilder beschäftigt sich also nur mit dem Weg vom Aufzeichnungsgerät zum Gericht – es sagt aber nichts darüber aus, welche Qualität die Bilder haben.

Wahl der richtigen Technik

Die Wahl der richtigen Technik spielt also eine wichtige Rolle. Bereits bei der Entscheidung für eine bestimmte Kamera sollte man sich Gedanken machen, was man später eigentlich mit den Bildern erreichen will. Also: Will ich wahrnehmen, detektieren, erkennen oder gar identifizieren? Wahrnehmen heißt: Man beobachtet, dass da „etwas“ ist.

Bei einer Detektion sieht man, dass es sich um einen Menschen und nicht etwa um ein Tier handelt. Noch genauer ist die Erkennung, also: Es ist eine Frau und kein Mann. Die detaillierteste Stufe schließlich ist die Identifizierung: Man erkennt, dass es sich um „Frau XY“ handelt.

Solche Überlegungen muss man vor der Installation einer Überwachungsanlage anstellen. Wenn man beispielsweise nur einen groben Überblick über einen weitläufigen Parkplatz haben will, darf man später nicht erwarten, ein einzelnes Nummernschild erkennen zu können.

Pixel bleibt Pixel

Gerade in Bezug auf die neue High-Definition-Technologie (HD) kommt es häufig zum so genannten „Pixel-“ oder „Auflösungsirrtum“. Mit einer hochwertigen HD-Kamera, die im 16:9 Bildformat aufnimmt, hat man einen größeren Bereich im Blick als mit einer herkömmlichen Standard-Definition-Kamera (SD) – bei einer Tankstelle sieht man jetzt vielleicht alle drei Tanksäulen, wo man vorher nur zwei im Bild hatte.

Eine hervorragende Tiefenschärfe und ein Auflösungsgewinn gegenüber 4CIF sind weitere Vorteile, auch der Zoom bietet entsprechende Möglichkeiten. Für eine Übersichtskamera sind das hervorragende Eigenschaften – aber kein „Allheilmittel“. Um beispielsweise ein Gesicht identifizieren zu können, muss das Gesicht im Bild mindestens eine Breite von 150 Pixel aufweisen – das gilt für Standard-Definition genauso wie für High-Definition.

Wo man früher also entsprechende Berechnungen anstellte, um das passende Objektiv auszuwählen, wird dies bei HD-Technologie oftmals vernachlässigt – „man kann ja zoomen“. Aber letztendlich gilt: Pixel bleibt Pixel, da hilft auch der beste Zoom nichts. Wenn das Ziel also „Identifizierung von Personen“ lautet, sollte sichergestellt werden, dass die tatsächliche Pixelgröße, die für die Identifizierung eines Gesichts nötig ist, auch erreicht wird.

Lichtempfindlichkeit

Ein weiterer Punkt: Je mehr Pixel eine Kamera hat, desto weniger lichtempfindlich ist sie! In der Regel wird man bei Nachtsituationen mit einer Megapixelkamera schlechtere Ergebnisse erzielen als mit einer SD-Kamera.

Oft treten bei Megapixelkameras Wischeffekte bei Bewegung auf – um dies zu vermeiden, kann man kürzere Verschlusszeiten wählen, sollte aber bedenken, dass dann wiederum ausreichend Licht nötig ist. Apropos Licht: Wenn die Kamera extremen Lichtbedingungen ausgesetzt ist, zum Beispiel starkem Gegenlicht durch große Glasfassaden, sollte man sicherstellen, dass sie solche Situationen auch meistern kann, denn oftmals ist ein hohes Dynamikverhalten wichtiger als die Anzahl der Pixel.

Man sollte auch abwägen, ob die Beobachtung aus mehreren Perspektiven besser ist als ein einziger weitwinkliger Blickwinkel mit HD oder Megapixel. Beim Errichten einer Videoanlage sollte immer die beste Technik für die jeweilige Anforderung geplant werden.

Neben der Kamera ist natürlich auch die Wahl des passendes Aufzeichnungsgerätes von Bedeutung. Kann der Recorder in genügend hoher Auflösung aufzeichnen? Arbeitet das Gerät zuverlässig und bietet eine hohe Ausfallsicherheit? Denn was nützt es, wenn die Bilder vor Gericht zugelassen sind, der Recorder im entscheidenden Moment aber gerade ausgefallen ist?

Richtige Installation

Selbst die beste Technik nutzt nichts, wenn sie falsch installiert wurde. Wenn das Gesicht des Kunden, der an der Kasse zahlt, erkannt werden soll, muss die Kamera in einem möglichst flachen Winkel zum Gesicht angebracht werden. Wird sie hingegen an der Decke montiert, kann man zwar den Hut oder Scheitel des Kunden erkennen, aber – vorausgesetzt er sieht nicht zufällig nach oben direkt in die Kamera – nicht sein Gesicht.

Ein anderer Aspekt: Je größer die Brennweite, desto höher ist der tote Winkel vor der Kamera. Im ungünstigsten Fall könnte das heißen: Man sieht auf den Aufzeichnungen, dass weiter hinten im Laden gerade etwas Verdächtiges passiert, kann die Person auf die Entfernung allerdings noch nicht identifizieren. Sobald sie sich aber der Kamera nähert, steht sie im toten Winkel und wird von der Kamera überhaupt nicht mehr erfasst.

Dies sind nur zwei Beispiele von vielen, die in der Praxis leider immer wieder vorkommen. Dabei könnten solche Fehler leicht vermieden werden, wenn man sich bereits im Vorfeld Gedanken macht, was man mit den Bildern erreichen will.

Die richtige Kombination macht’s

Gerade neue Technologien, wie etwa Megapixel- oder High-Definition-Kameras, bieten zahlreiche Möglichkeiten und Vorteile. Immer vorausgesetzt natürlich, dass sie richtig eingesetzt werden. Vor einer Kaufentscheidung sollte man sich also genau überlegen, welches Ziel man mit der Überwachung eigentlich erreichen will und die Anlage entsprechend planen.

Armin Biersack, Manager Application Engineering bei der Dallmeier Electronic GmbH & Co. KG

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

DSP Chip-Satz Technologie für CCTV-Kameras

Dirk Klages / Februar 29, 2012Oktober 6, 2017 / CCTV neue Technologien

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2010, S. 44 bis 46

Digitaler Turbolader

Insbesondere bei DSP-Chipsätzen, die das Bild digital weiterverarbeiten, ist es zu erheblichen Weiterentwicklungen gekommen. (Bild: Samsung Techwin)

Darüber hinaus kam es in diesem Bereich auch noch zu einer ganzen Reihe anderer technischer Neuentwicklungen, dank derer die Endanwender aus den Investitionen, die sie in ihre CCTV-Systeme getätigt haben, nun das Beste herausholen können.

In der Vergangenheit haben sich Betreiber von CCTV-Systemen vielleicht damit zufrieden gegeben, nur die allgemeine Beschreibung zu einem bestimmten Kameramodell zu lesen, um zu entscheiden, ob diese Kamera für ihr eigenes CCTV-Projekt geeignet war. Wenn der Beschreibung nach in der Kamera ein 1/2-Zoll- oder 1/3-Zoll-Chip von einem bekannten Hersteller integriert war, war das vielleicht schon ausreichend für die Entscheidung, diese Kamera in das eigene System zu integrieren.

In der Zwischenzeit ist es bei den Kameratechnologien jedoch zu erheblichen Weiterentwicklungen gekommen und obwohl heute Größe und Typ des Bildsensors einer Kamera weiterhin eine wichtige Rolle bei der Qualität des erzeugten Videobildes spielen, besonders bei Schwachlichtbedingungen, ist es doch der DSP-Chipsatz, der das Bild digital verarbeitet und bei dem in letzter Zeit die größten Fortschritte in Leistungsfähigkeit und Funktionalität von Kameras erzielt wurden. Im Folgenden werden nur einige der vielen neuen Einrichtungen und Funktionen von Kameras aufgeführt, die Betreibern von CCTV-Systemen nun zur Verfügung stehen.

Bildauflösung

Die neuesten DSP-Chipsätze sind so ausgelegt, dass sie zu einer größeren Bildstabilität und einer verbesserten Verarbeitung von beweglichen Bildern führen. Es werden nunmehr Farbbilder mit einer erstaunlich hohen Bildauflösung von 600 TV-Linien und Schwarz/Weiß-Bilder mit einer Auflösung von 700 TV-Linien möglich. Chipsätze der nächsten Generation werden noch bessere Auflösungen ermöglichen. Es stehen nun eine Vielzahl von Kameras zur Verfügung, die bei Aktivieren der Funktion „Sens-Up” noch bei 0,001 Lux ohne zusätzliche Ausleuchtung akzeptable Bilder produzieren können. Zum Vergleich: 0,001 Lux stellen fast vollkommene Dunkelheit dar. Mit der Entwicklung von Megapixel-DSP-Chipsätzen werden von nun an noch bessere Auflösungen und eine noch größere Funktionsvielfalt möglich werden.

Unterdrückung von Bildrauschen

Bildrauschen bei CCTV-Videobildern ist der häufigste Grund dafür, dass Videos als unzuverlässiges Beweismaterial angesehen werden. Dies ist insbesondere in Umgebungen mit schlechtem Licht der Fall. Dies gilt jedoch nicht immer, da Bildrauschen bei allen Lichtbedingungen erzeugt werden kann. Bildrauschen tritt auf, wenn die Funktion „AGC” („Automatic Gain Control” – Automatische Verstärkungsregelung) versucht, ein schwaches Videosignal auszugleichen. Normalerweise sind es jedoch die Effekte „Körnigkeit“ und „Schnee“, die ein Bild unbrauchbar machen, und erst in zweiter Linie die wirkliche Dunkelheit. Wenn dieses Bildrauschen also aus dem Bild eliminiert werden könnte, würde das Bild wieder brauchbar sein.

Steigerung der Bildqualität durch Rauschunterdrückung. (Bild: Samsung Techwin)

Dieser Gedanke lag der Entwicklung der Technologie zur Bildrauschunterdrückung zugrunde. Diese Technologie macht Kamerabilder durch Eliminierung von starkem Bildrauschen sauberer und schärfer, ohne aber gleichzeitig Geisterbilder oder verschwommene Bewegungen im Bild zu erzeugen. Unabhängig durchgeführte Tests haben nachgewiesen, dass mit Hilfe der Technologie zur Unterdrückung von Bildrauschen Farbbilder auch dann scharf und sauber bleiben, wenn Farbinformationen aufgrund von fehlendem Licht verloren gehen.

Diese Technologie zeigt beim Betrieb der Kamera im Schwarz/Weiß-Modus noch eindrucksvollere Ergebnisse. Wenn ein CCTV-System einen Bereich überwacht, wo bei unterschiedlichsten Lichtverhältnissen klare, saubere und detailreiche Bilder erforderlich sind, können Kameras, die die Technologie zur Bildrauschunterdrückung verwenden, viele Probleme lösen, bei denen herkömmliche Kameras wahrscheinlich versagen würden. Da bei der Signalverarbeitung der Rauschabstand vergrößert und sowohl zufällig erzeugte als auch vorhersagbare Rauschquellen einbezogen werden, kann auch eine durch sich bewegende Fahrzeuglichter erzeugte Streifenbildung eliminiert werden.

Bei der neuesten Technologie zur Rauschunterdrückung wird ein „Pattern Matching“ (Musterabgleich) genannter Prozess angewandt. Dieser unterdrückt gleichzeitig das Bildrauschen und erhält in statischen und Bewegtbildern die Ränder von Objekten. Nach der Unterdrückung des Rauschens wird ein Abgleichsystem mit einer sehr kleinen Matrix (drei mal drei Felder) angewendet, das sicher stellt, dass das von der Kamera erzeugte Bild dem Originalbild so nahe wie möglich kommt. Ein zusätzlicher Vorteil dieser erstaunlichen Technologie ist, dass dabei auf einem Digitalvideorecorder bis zu 70 Prozent an Speicherplatz eingespart und beim Ansehen der Videobilder über ein Netzwerk die Bandbreitennutzung maximiert werden können.

Koaxialsteuerung

Auf mehrsprachigen Bildschirmmenüs kann jetzt über Koaxialsteuerkabel entweder von einer lokal gelegenen oder bequem von einer abgesetzten Steuerkonsole aus zugegriffen werden. Bei der Koaxialsteuerung können sowohl Videodaten als auch Telemetriedaten über das Koaxialkabel gesendet werden. Damit wird ein voller Zugriff auf alle Funktionen für die Einrichtung der Kamera und alle PTZ-Funktionen der Kamera möglich. Die neue Technologie führt potentiell zu echten Kosteneinsparungen, da sich dabei der Umfang der Verkabelungsstruktur verringert und gleichzeitig genügend Flexibilität besteht, um bestehende Systeme durch schnell und leicht nachzurüsten.

Während des letzten Jahres wurde im Bereich Chipsatz-Technologie eine beträchtliche Anzahl neuer technischer Entwicklungen am Markt vorgestellt. (Bild: Samsung Techwin)

Diese hoch entwickelte Chipsatz-Technologie bietet auch fortschrittliche Einrichtungen wie Tag/Nacht-Betrieb und die „Frame-Integration“-Funktion zur Verbesserung der Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen sowie acht programmierbare „Smart“-Bewegungserkennungszonen und nicht weniger als zwölf maskierbare Privatzonen. Mit der stetig zunehmenden Zahl von Überwachungskameras in unserem täglichen Leben entsteht gleichzeitig auch ein zunehmender Bedarf für den Schutz von privaten und empfindlichen Daten.

Mit Hilfe der in den neuesten Kameras nun zur Verfügung stehenden Funktion „Privacy Masking“ (Maskierung von Privatzonen) können zum Beispiel Bildschirme von Geldautomaten oder die Fenster von Privatwohnungen im angezeigten Videobild „maskiert“ (das heißt verschleiert) werden. Da auf den Kameras die Möglichkeit besteht, zwölf voneinander unabhängige Privatzonen zu maskieren, wird ein Ausgleich zwischen der Notwendigkeit der Überwachung und den Anforderungen zum Schutz der Privatsphäre erreicht. Es muss also nicht immer ein ganzes Gebäude, sondern es können auch nur einzelne Fenster und Türen dieses Gebäudes maskiert werden.

Mehr erkennen

Mit der Funktion Super Dynamic Range (SSDR) werden dunklere Bereiche in einer Aufnahmeszene aufgehellt und gleichzeitig die Ausleuchtung von helleren Bereichen auf dem gleichen Niveau gehalten. Damit werden dunklere Bereiche nun sichtbarer gemacht und der Beobachter kann jetzt auch Objekte erkennen, die zuvor im Schatten geblieben wären.

„Highlight Compensation“ identifiziert Bereiche im Bild mit übergroßen Weißanteilen, das heißt übermäßig helle Bereiche, und neutralisiert diese, indem sie diese Bereiche in Schwarz/Grau umwandelt. Damit kann die Kamera gewissermaßen „an diesen Bereichen vorbeischauen“ und der Kamerabediener kann zuvor versteckte Details erkennen. „Digital Image Stabilisation“ wiederum gleicht die durch starken Wind oder Vibrationen auf die Kamera ausgeübten Wirkungen aus.

Die für Forschung und Entwicklung aufgewendeten erheblichen Investitionen haben sich gelohnt, da damit bemerkenswerte Verbesserungen in der Bildqualität und in der Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen erzielt und zusätzliche Funktionen integriert werden konnten. Vor nur drei Jahren herrschte allgemein die Meinung, dass innovative technische Einrichtungen, wie „Digital Image Stabilisation“ (digitale Bildstabilisierung), „Highlight Compensation“ (Spitzlichtkompensation) und „Dynamic Backlight Compensation“ (Dynamische Gegenlichtkompensation) nur in den teuersten CCTV-Kameras zur Verfügung stehen. Mittlerweile stehen diese Einrichtungen auch in gewerblich genutzten und preisgünstigen Kameras zur Verfügung.

Ralf Balzerowski, Account Manager Deutschland in der Konzerndivision professionelle Sicherheitssysteme von Samsung Techwin Europe Ltd.

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

HDTV in der IP-basierten Videoüberwachung

Dirk Klages / Februar 29, 2012Oktober 6, 2017 / IP-Video HD Mega-Pixel

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2010, S. 40 bis 43

Mehr als nur hochauflösend

HDTV ist heutzutage im Consumermarkt in aller Munde und gewinnt auch in der Welt der IP-basierenden Videoüberwachung zunehmend an Bedeutung. Erste HDTV-fähige Netzwerkkameras werden von verschiedenen Herstellern auf dem Markt angeboten, zudem gibt es auch immer mehr Videomanagement-Softwarelösungen, die HDTV-Bilder anzeigen und speichern können.

(Bild: Axis)

Doch was verbirgt sich genau hinter dem geläufigen Begriff HDTV und welche Vorteile ergeben sich durch HDTV in der IP-basierten Video- überwachung?

HDTV ist die Abkürzung für „High Definition Television“ und steht für ein hoch auflösendes Fernsehbild. Die HDTV-Nomenklatur setzt sich aus der Zeilenanzahl, dem Bildaufbauverfahren und der Bildrate zusammen. Als Zeilenanzahl kommen entweder 720 oder 1.080 Zeilen in Frage und als Bildaufbau- verfahren das Progressive Scan (p) oder Interlaced (i). HDTV bietet mögliche Bildraten von 24, 25, 30, 50 oder 60 Bildern/Sekunde. Gebräuchliche Varianten sind heute 720p, was einer Auflösung von 1.280 mal 720 Pixel entspricht oder 1080i beziehungsweise 1080p, die jeweils eine Auflösung von 1.920 mal 1.080 Pixel liefern. Alle drei Varianten werden heute in der Regel mit einer Bildrate von 25 oder 30 Bildern/Sekunde genutzt. 720p kommt im Consumermarkt für das Broadcasting von HDTV (TV @Home) zum Tragen und 1080i/p wird beispielsweise bei Blu-ray sowie Computer-Grafiken verwendet.

HDTV-Standards

Ein entscheidender Punkt in der HDTV-Technik sind die Standards der Society of Motion Picture and Television Engineers, abgekürzt SMPTE. Dieser Fachausschuss hat zwei wesentliche HDTV-Standards definiert: SMPTE 296M (entspricht der Definition von „720p”) und SMPTE 274M (für die Definition von „1080i” oder „1080p”). Diese Standards legen im Wesentlichen die Auflösung, das Seitenverhältnis, das Bildaufbau- verfahren, die Bildrate und den verwendeten Farbraum (Gamut) fest.

Wie zuvor beschrieben entspricht 720p einer Auflösung von 1.280 mal 720 Pixel und 1080i/p einer Auflösung von 1.920 mal 1.080 Pixel. Vergleicht man diese Auflösungen mit der 4CIF-Auflösung (704 mal 576 Pixel) nach dem im europäischen Raum verwendeten PAL-Verfahren, so entspricht 720p der 2,2-fachen Auflösung von 4CIF und 1080i/p der fünffachen Auflösung. Für die Videoüberwachung bietet die höhere Auflösung entweder die Möglichkeit, Bilder mit einer höheren Pixeldichte, also Detailhaltigkeit, abzurufen oder bei gleicher Pixeldichte mit einer Kamera einen größeren Bereich abzudecken.

Bildseitenverhältnis

Das Bildseitenverhältnis bei HDTV entspricht 16:9, anstelle des sonst genutzten Seitenverhältnis von 4:3. Letzteres ist historisch bedingt und wurde eingeführt, um die Produktionskosten von Bildröhren zu verringern, da man bei diesem Seitenverhältniss mit einer geringeren Materialdicke auskam. 4:3 entspricht nicht dem Sichtfeld des menschlichen Auges, was dazu führt, dass das menschliche Auge bei der Bildbetrachtung schneller ermüdet und wir dazu neigen, Details im unteren und oberen Bildbereich zu übersehen. Anders sieht es bei 16:9 aus: Dieses Seitenverhältnis entspricht mehr dem Sichtfeld des menschlichen Auges. Somit ist es für den Betrachter wesentlich angenehmer, und das Auge ermüdet weniger schnell bei der Bildbetrachtung. Gerade für Sicherheitsdienste, die oft lange Zeit vor den Überwachungsbildschirmen sitzen, ist das ein nicht zu unterschätzender Pluspunkt.

Als Bildaufbauverfahren kommt bei HDTV das Vollbildverfahren (Progressive Scan) zum Tragen oder das Zeilensprungverfahren (Interlaced). Letzteres kennt man von analogen Kameras. Es hat den Nachteil, dass bei Objekten, welche sich schnell an der Kamera vorbeibewegen, Kamm-Effekte (Interlaced-Problem) auftreten können. Diese werden durch den zeitlichen Versatz zwischen der Aufnahme der ungeraden Zeilen und der geraden Zeilen hervorgerufen. Für die Darstellung von bewegten Objekten sollte demnach bei HDTV auch vornehmlich das Vollbildverfahren zum Einsatz kommen. HDTV nutzt einen größeren Farbraum und bietet dadurch den Vorteil, dass HDTV- Aufnahmen sich durch eine bessere Farbdarstellung, beziehungsweise Farbtreue auszeichnen.

Bandbreitenbedarf

Stellt sich die Frage, wie sich die Vorteile von HDTV auf den Bandbreiten- und Speicherbedarf auswirken? 720p entspricht der 2,2-fachen Auflösung von 4CIF beziehungsweise der dreifachen Auflösung von VGA. 1080i/p entspricht der fünffachen Auflösung von 4CIF und der 6,75-fachen Auflösung von VGA. Für eine grobe Hochrechnung kann man den Faktor der Auflösungssteigerung nutzen, um den Bandbreiten- und Speicherbedarf von HDTV zu kalkulieren. Das bedeutet: Wenn man die fünffache Auflösung hat, dann benötigt man in etwa auch die fünffache Bandbreite und Speichervolumen. Messungen in der Praxis zeigen, dass eine Netzwerkkamera bei VGA-Auflösung mit 25 Bildern/Sekunde bei der Nutzung von Motion-JPEG (M-JPEG) eine durchschnittliche Bandbreite von 8,5 Megabit/Sekunde (MBit/s) benötigt, bei dem HDTV-Format 1080i 43,7 MBit/s. Arbeitet man mit MPEG-4 Part 2, so kommt man auf etwa vier MBit/s für Videos in VGA und zwölf MBit/s bei 1080i. Natürlich gehört MPEG-4 Part 2 zu den klassischen Videokompressionsverfahren, bei denen die resultierenden Bandbreiten in der Praxis immer von dem Anteil der Veränderungen im Bild abhängig sind. Diese Werte machen jedoch deutlich, dass der Durchbruch von HDTV nur in Verbindung mit effizienten Komprimierungsverfahren stehen kann.

Die Lösung des erhöhten Bandbreitenaufkommens liegt in der Verwendung von H.264 alias MPEG-4 Part 10 (auch als Advanced Video Coding, kurz AVC bezeichnet). H.264 zeichnet sich durch eine erhöhte Komprimierungseffizienz aus (siehe Tabelle 1), wodurch sich heute hochauflösende HDTV-Videos mit 25/30 Bildern/Sekunde bei Bandbreiten von durchschnittlich vier MBit/s übertragen lassen, die man bisher bei VGA- oder 4CIF-Videos unter MPEG-4 Part 2 kannte. Somit kann dank H.264 der erhöhte Bandbreitenbedarf von HDTV ausgeglichen werden.

	Motion JPEG	MPEG-4 P. 2*	H.264*
Ø Kompressions- effizienz	1 Bit/Pixel	0,5 Bit/Pixel	0,2 Bit/Pixel
VGA-Video @ 25 B/s	8,5 MBit/s (42 kByte/Bild)	4,25 MBit/s	1,7 MBit/s
720p-Video @ 25 B/s	26 MBit/s (130 kByte/Bild)	–	3,8 MBit/s
1080i-Video @ 25 B/s	43,7 MBit/s (218 kByte/Bild)	–	5,4 MBit/s

*Kompressionslevel 10 % und GOV-Länge 8 (bei H.264 und MPEG-4)
Tabelle 1: Kompressionseffizienz der verschiedenen Verfahren und Bandbreitenbedarf

Keine Kompromisse

Betrachtet man die Werte in Tabelle 1, so bietet H.264 im Vergleich zu MPEG-4 Part 2 bei einem Kompressionslevel von zehn Prozent etwa eine doppelt so hohe Kompressionseffizienz. Vergleicht man die Effizienz zu M-JPEG, macht der Unterschied bereits 80 Prozent aus. Die Werte aus der Praxis zeigen, dass man für eine VGA-Videosequenz mit 25 Bildern/Sekunde unter MPEG-4 Part 2 etwa 4,25 MBit/s benötigt und für ein HDTV-Video in 720p unter H.264 eine Bandbreite von 3,8 MBit/s (bei einem 1080i-Video mit 25 Bildern/Sekunde wären es 5,4 MBit/s). Somit bestätigt sich die Aussage, dass man dank H.264 für eine Videoübertragung in HDTV-Qualität in etwa dieselbe Bandbreite benötigt, wie bei einem VGA-Video unter MPEG-4 Part 2. Betrachtet man die Werte bei einem Kompressionslevel von 30 Prozent, so kommt man sogar für ein Video in 1080i in den Bereich der vier MBit/s. Diese Beispiele zeigen klar, dass man heute in der Lage ist, Videos in HDTV-Qualität zu übertragen und zu speichern, ohne dass man tatsächlich Kompromisse im Bandbreiten- oder Speicherbedarf eingehen muss.

Megapixel versus HDTV

Betrachtet man die HDTV-Auflösungen, so sind diese mit zwei Megapixel (1080i/p) und 0,9 Megapixel (720p) in die Liga der Megapixel-Auflösungen einzuordnen. Megapixelfähige Netzwerkkameras gibt es von verschiedenen Herstellern schon länger auf dem Markt und sind demnach nichts Neues. Betrachtet man jedoch diese Lösungen im Detail, so stellt man oft fest, dass teilweise die angebotenen Megapixel-Netzwerkkameras Videoströme mit Bildraten von gerade zwölf bis vier Bildern/Sekunde liefern können – im Vergleich zu den garantierten 25/30 Bildern/Sekunde bei HDTV-fähigen Netzwerkkameras. Der Begriff Megapixel entspricht keinem Standard und ist lediglich ein Synonym für die Anzahl der Pixel, die der Bildsensor beziehungsweise eine Netzwerkkamera liefert. Liegt die Pixelanzahl über der Schwelle von 1.000.000 Pixel, so spricht man von einer Megapixel-Auflösung.

Kamerahersteller neigen oft dazu, ihre Produkte mit dem Begriff „Megapixel“ zu schmücken, ohne auf die Kompromisse in der Bildrate hinzuweisen. Somit wird bei Megapixelkameras dem Käufer abverlangt, sich mit der tatsächlichen Performance der Kamera im Detail auseinanderzusetzen und die erzielbare Bildrate zu prüfen. Dasselbe gilt auch für das Prädikat HD, denn HD-fähige Netzwerkkameras versprechen lediglich die hochauflösende Bilddarstellung aber nicht die Bildrate von 25/30 Bildern/Sekunde. Man sollte also immer darauf achten, dass die Kameras auch die jeweiligen SMPTE-Standards unterstützen.

Vorteil HDTV

Geht man von den üblichen Kriterien für die Projektierung einer Videoüberwachungsanlage aus, die in der klassischen CCTV-Branche angewendet werden, so kann eine analoge Kamera mit einer Auflösung von 704 mal 576 Pixel lediglich eine Szene von 1,73 mal 1,41 Meter darstellen. Bei dieser Szene ergibt sich eine Pixeldichte von etwa vier Pixel pro Zentimeter, wobei dies der Anforderung für Personenidenti- fizierung entspricht, bei der eine Person mit 120 Prozent (1,4 Meter von einer 1,7 Meter großen Person) im Bild dargestellt wird. Verwendet man anstelle der analogen Kamera eine HDTV-fähige Netzwerkkamera mit 1080i/p, so kann man bei gleicher Pixeldichte einen Bereich von 4,71 mal 3,84 Metern abdecken.

HDTV bietet mehr Details durch höhere Aufl ösungen und das Seitenverhältnis von 16:9.

Erster Vorteil der ersichtlich ist, ist die Tatsache, dass die Person in der Höhe vollständig dargestellt werden kann. Des Weiteren lässt sich eine 2,7-fache Bildbreite darstellen, was zum Beispiel bei der Überwa- chung von einem Eingangsbereich eines Warenhauses vorteilhaft wäre. In diesem Fall lässt sich die Anzahl der benötigten Kameras reduzieren und ein wesentlich größerer Bereich abdecken.

Kritiker könnten natürlich fragen, warum man in einem Warenhaus die Szene mit einer Höhe von 3,84 Metern abdecken soll, wenn erwachsene Personen zwischen 1,60 und 1,95 Metern groß sind. Stellt man den Blickwinkel der HDTV-Netwzerkkamera so ein, dass dieser in der Höhe einen realistischen Bereich von 2,20 Metern abdeckt, ergibt sich bei dem Seitenverhältnis von 16:9 eine Breite von 3,91 Metern. Dies ergibt im Vergleich zur analogen Kamera mehr als die doppelte Breite und eine Pixeldichte von fünf Pixel pro Zentimeter, was einer Steigerung in der Detailhaltigkeit von mehr als 50 Prozent und in der Darstellungsbreite von 100 Prozent entspricht.

Es bietet sich natürlich auch an, die HDTV-Kameras so einzusetzen, dass die höhere Pixelanzahl ausschließlich für die Steigerung der Detailhaltigkeit genutzt wird. Dies wäre zum Beispiel in einem Spielcasino vorteilhaft, bei denen man so Manipulationsversuche besser dokumentieren kann. Hier ist zudem die garantierte Bildrate ein Vorteil, welche bei der Darstellung von Bewegungsabläufen wichtig ist. Des Weiteren ist die hohe Detailhaltigkeit bei Personenidentifizierungen entscheidend, welche auf biometrischen Softwarealgorithmen basieren.

HDTV bietet Vorteile bei Video- überwachungslösungen mit An- spruch auf hohe Detailhaltigkeit. (Bild: Axis)

PTZ-Dome-Netzwerkkameras

Immer mehr kommen PTZ-Dome-Netzwerkkameras auf den Markt, die ebenfalls Bilder in HDTV-Auflösung liefern. Diese Kameras überzeugen auf den ersten Blick schon alleine durch ihre brillante Bildqualität. Entscheidend ist hier allerdings auch der technische Vergleich zu den herkömmlichen PTZ-Dome-Kameras, welche mit der 4CIF-Auflösung arbeiten. Denn möchte man mit beiden Kameravarianten einen bestimmten Bereich aus der Ferne darstellen, so benötigt man bei der HDTV-fähigen Variante einen geringeren optischen Zoomfaktor als bei 4CIF. Das Öffnungsverhältnis (F-Zahl) eines Objektivs und die damit verbundene Lichtdurchlässigkeit ist immer von der Brennweite (Zoomfaktor) abhängig – je größer die Brennweite, desto geringer ist die Lichtdurchlässigkeit. Demnach bieten die HDTV-fähigen PTZ-Dome-Netzwerkkameras über den gesamten Zoombereich betrachtet eine bessere Lichtempfindlichkeit, was sich positiv in der Qualität der Bilddarstellung äußert.

HDTV in der Praxis

Natürlich besteht keine Notwendigkeit, einen Videostream von einer Kamera in HDTV-Auflösung abzurufen, um diesen im 5×5-Splittview mit 25 Live-Streams pro Monitor im Kleinbildformat auf den Bildschirm darzustellen. Jedoch ist es vorteilhaft, die Bildspeicherung im Hintergrund mit hochauflösenden HDTV-Bildern zu betreiben sowie im Alarmfall den vollen Bildschirm nutzen zu können und bei der Live-Bildbetrachtung auf die HDTV-Darstellung umschalten zu können. So sind für die spätere Auswertung im Bildspeicher Aufnahmen mit einer hohen Detailhaltigkeit verfügbar und ereignisabhängig auch für die Live-Bildbetrachtung. Für das Abrufen der Videostreams in unterschiedlichen Auflösungen und Bildraten bieten heutige Netzwerkkameras die so genannte Multi-Streaming-Funktionalität. Das heißt, die Videostreams können simultan in unterschiedlichen Auflösungen, Bildraten, Kompressionsraten und Komprimierungsverfah- ren von den Netzwerkkameras abgerufen werden.

Somit lassen sich Szenarien einrichten, bei denen beispielsweise die kontinuierliche Bildspeicherung von HDTV-Bildern via M-JPEG mit einem bis vier Bildern/Sekunde läuft und simultan für die Live-Bildbetrachtung im Splittview ein H.264-Video mit einer Auflösung von zum Beispiel 320 mal 180 Pixel mit 25 Bildern/Sekunde abgerufen wird. Für die Live-Bildbetrachtung wird dann unter H.264 ein HDTV-Stream abgerufen, sobald der Bediener auf eine größere Darstellung oder sogar auf den Vollbildmodus umschaltet. Das Abrufen des Videostreams in HDTV-Darstellung kann natürlich im Alarmfall auch automatisch über die Ereignissteuerung der Netzwerkkamera oder der Videomanagement-Software erfolgen. Auf diese Weise lassen sich IP-basierte Videoüberwachungseinrichtungen realisieren, die hochauflösende Videos zur Verfügung stellen und schonend in der Bandbreitenauslastung sind.

Vertretbare Bandbreiten

Betrachtet man den durchschnittlichen Bandbreitenbedarf anhand des zuvor genannten Beispiels im Detail (siehe Tabelle 2), so ergeben sich für einen Videokanal in Summe für den normalen Betriebsfall ein Bandbreitenbedarf von 3,95 MBit/s und im Alarmfall von 7,8 MBit/s. Diese Bandbreiten stellen in einer heutigen Netzwerk-Infrastruktur keine Herausforderung dar und sind für den praktischen Betrieb durchaus vertretbar. Kritiker neigen fälschlicherweise dazu, den Bandbreiten- bedarf zu hoch anzusetzen, indem sie die maximalen Bandbreiten auf die Anzahl der Videokanäle hochrechnen. Bei dem Beispiel ist jedoch zu berücksichtigen, dass man ja nicht gleichzeitig von der Live- Bildbetrachtung mehrerer Videokanäle ausgehen kann.

Tabelle 2: Beispielkalkulation für den Bandbreitenbedarf eines Videokanals mit hochauflösenden HDTV-Videos (Zum Vergrößern Lupe anklicken)

Heute gibt es bereits viele HDTV-fähige Netzwerkkameras auf dem Markt, die Videoströme in 720p, 1080i und/oder 1080p bei Bildraten von 25 oder 30 Bildern/Sekunde liefern können. Somit stehen heute im Vergleich zu einem 4CIF-Bild die 2,2-fache (720p) oder fünffache (1080i/p) Auflösung zur Verfügung, ohne dass Kompromisse in der Bildrate eingegangen werden müssen – vorausgesetzt, dass die verwendete Netzwerkkamera die jeweils relevanten SMPTE-Standards unterstützt und somit die Bildrate garantiert wird. Es ist zu erwarten, dass es zukünftig HDTV-fähige Netzwerkkameras geben wird, welche 1080p bei Bildraten von 50 oder 60 Bildern/Sekunde liefern, sodass voraussichtlich die nächste Qualitätssteigerung in der Reduzierung der Bewegungsunschärfe von sich schnell bewegenden Objekten liegen wird.

Jörg Rech, Technical Trainer & Consultant bei der Axis Communications GmbH

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Handbuch der Videoüberwachungstechnik

Dirk Klages / Februar 29, 2012Oktober 6, 2017 / Literatur Videoüberwachung

Handbuch der Videotechnik

Der Verband für Sicherheitstechnik e.V. (VfS) präsentiert auf 223 Seiten sein neues Handbuch der Videotechnik. Mehr als 20 Experten haben ihr Erfahrungswissen und ihre Kompetenz bei der Erstellung eines Sachbuches eingebracht, das den neuesten Stand der Technik wiedergibt, alle relevanten Richtlinien und Normen aufführt und übersichtlich strukturiert, gleichzeitig Nachschlagewerk und Planungshandbuch ist.

(Bild: VfS)

Der Inhalt wurde über einen langen Zeitraum sorgsam recherchiert. Ausgewogenheit und neutrale Qualität der Informationen sowie viele praktische Beispiele machen dieses Handbuch zu einem unverzichtbaren Hilfsmittel für Sicherheitsverantwortliche, planende Ingenieure, Bauherren, Errichterfirmen und große Anwender. Viele praktische Beispiele und eine klare Sprache erleichtern das Verständnis.

Eine Leseprobe finden Sie hier: Handbuch Videotechnik

Verband für Sicherheitstechnik e.V. (VfS)

Full-HD Video via Koaxialkabel per HD-SDI

Dirk Klages / Februar 27, 2012Oktober 6, 2017 / CCTV neue Technologien, CCTV-Video HD-SDI via Koax, CCTV-Video Produkt News, Hersteller News Video-Security

Fachartikel aus PROTECTOR 11/2010, S. 26 bis 27

Videoübertragung auf SDI-Basis

Koax-Comeback

In vielen Videoanlagen werden heute noch herkömmliche Koaxialkabel eingesetzt, um die Bilder der Überwachungskameras zu übertragen – in der Regel rein analog und damit störanfällig. Als einzige Alternative bot sich bisher nur der komplette Umstieg auf IP-Netze mit Ethernetverkabelung an – samt aller Vor- und Nachteile. Nun ist zusätzlich eine hochwertige, digitale Lösung verfügbar, mit der die traditionelle Verkabelung weiter genutzt werden kann.

(Bild: Aasset)

Digitales Video in Full-HD mit 1080p, in Echtzeit, unkomprimiert und von höchster Qualität, übertragen über eine Standard-Koax-Verbindung – möglich wird dies dank der aus der Fernsehtechnik kommenden Schnittstelle SDI.

Auf Basis dieses „Serial Digital Interface“, das im Zuge der Umrüstung vieler Fernsehsender auf HD populär geworden ist, wurde ein HDcctv-Standard entwickelt, der nun auch in der Sicherheitstechnik Broadcast-Qualität verspricht.

Seriell und digital

Unter der Bezeichnung SDI gibt es mehrere von den TV-Gremien ITU-R und SMPTE verabschiedete Standards für die serielle Übertragung von unkomprimiertem Digitalvideo über Koaxialkabel.

Der SDI-Standard spezifiziert verschiedene Übertragungsraten für unterschiedliche Klassen: Gebräuchlich sind SD-SDI (Standard SD-TV), ED-Auflösung (EDH) und HD-SDI (HD-Auflösung). SD-SDI arbeitet mit einem Farb-Subsampling von 4:2:2 und hat eine Datenrate von 270 Megabit pro Sekunde.

HD-SDI eignet sich für hochauflösendes Fernsehen (HDTV) – der serielle Videostream hat hier eine Datenrate von 1,485 Gigabit pro Sekunde. Im Bereich des digitalen Kinos gibt es noch das DC-SDI (D-Cinema Serial Digital Interface). Diese Schnittstelle ist für unkomprimierte HDTV-Signale ohne Farb-Subsampling (4:4:4) und einer Digitalisierung von zwölf Bit ausgelegt.

Die resultierende Datenrate beträgt 2,97 Gigabit pro Sekunde. Die Übertragung von SDI-Signalen erfolgt über RG-59-Koaxialkabel mit BNC-Steckern und einer Impedanz von 75 Ohm. Die überbrückbare Entfernung liegt bei den Datenraten bis zu 270 Megabit bei 300 Metern, bei höheren Datenraten sind es 100 Meter.

Broadcast meets Security

Nun hält diese Schnittstelle in Form der HDcctv-Variante unter der Bezeichnung GDI (Grundig Digital Image) Einzug in die Überwachungstechnik und hilft hier, grundsätzliche Probleme zu lösen. Bisher mussten Videobilder, die qualitativ über den analogen PAL-Standard hinausgingen, digital über ein Netzwerk übertragen werden – trotz aller hierbei auftretenden Schwächen.

Bei der Verarbeitung von HD-Videosignalen in einem TV-Studio wären Phänomene wie Kompressionsartefakte, Latenz oder Bildraten von weniger als 25 Bildern pro Sekunde nicht zu tolerieren gewesen, weshalb hier eine Übertragung mittels IP-Netzwerk nicht als Option in Betracht kam. Davon können nun auch Anwender in der Sicherheitsbranche profitieren, wenn sie SDI in ihre bestehenden Koax-Infrastruktur implementieren.

Full-HD in Echtzeit

Das Videosignal in einem SDI-System basiert auf Komponenten-Video, hier werden die Helligkeit des Bildes und seine zwei Farbkomponenten separat codiert und seriell übertragen. Dies geschieht bei 1080p-Auflösung mit einer hohen Datenrate von bis zu 1,5 Gigabit pro Sekunde.

Das Bild liegt dabei im 16:9 Breitbildformat vor, so dass bei der Verwendung von hochauflösenden Full-HD-Monitoren in diesem Seitenverhältnis keine schwarzen Balken entstehen und keine bildverschlechternde Skalierung notwendig sind.

Dank der hohen Bandbreite ist außerdem noch Spielraum für zusätzliche digitale Daten: So können Signale für das Auslösen von Alarmen oder zur PTZ-Steuerung problemlos in Echtzeit im gleichen Kabel übertragen werden. Dadurch wird etwa Personentracking mit einem Full-HD-PTZ-Dome ohne lästige Latenz ermöglicht.

SDI/GDI eignet sich daher am besten für Anwendungen, in denen eine Live-Überwachung der Videos mit exzellenter Bildqualität gebraucht wird. Als Beispiel seien Massenveranstaltungen genannt, bei denen die Sicherheitskräfte unmittelbar eingreifen müssen. Auch für Fußballstadien, Casinos, Bahnhöfe und Flughäfen ist das System prädestiniert, da sich dank der hohen Qualität und der Echtzeitsteuerung Personen gezielt verfolgen und identifizieren lassen.

Ohne IT-Hürden

Einer der Vorteile der Technik ist, dass die HD-Videosignale nicht in TCP/IP-Container verschachtelt werden müssen. So ergibt sich keine Notwendigkeit, auf ein Netzwerksystem umzusteigen, um die Grenzen des PAL-Standards zu überwinden.

Errichter benötigen zudem keine IT-Kenntnisse, um ein SDI-System zu installieren – denn in der komplexen IT- und Server-Technik lag für viele immer noch ein Hinderungsgrund für den Umstieg auf IP-Systeme. Vielmehr ist SDI eine Punkt-zu-Punkt-Lösung, die sich durch einfachste Installation auszeichnet.

Damit kommt es der traditionellen Arbeitsweise von Errichtern sehr nahe: Sie tauschen einfach die existierenden CCTV-Kameras und Videorecorder gegen SDI-Geräte aus. Das bringt auch einen Gewinn in Sachen Sicherheit. Die Übertragung zwischen den Geräten kann nicht manipuliert werden; es gibt keine Anfälligkeiten für „Sniffing“, wie es bei der Netzwerkübertragung häufig der Fall ist.

Dennoch lässt sich – falls benötigt – eine Anbindung an ein Netzwerk herstellen. Am einfachsten geschieht das nach dem DVR, wo die Signalkompression und Bildbearbeitung stattfindet. Dies geschieht – anders als bei IP-Modellen – bewusst nicht in der Kamera, damit die SDI-Geräte längere Zeit installiert bleiben können ohne zu veralten.

Erfreulicherweise passt jede SDI-Kamera in jegliche SDI-Infrastruktur, so dass man sich wegen Kompatibilitätsproblemen nicht den Kopf zerbrechen muss – der SMTP-Standard garantiert die Zusammenarbeit. Dies kann letztlich nicht nur Zeit sondern auch Geld sparen.

Lebendige Entwicklung

Der HDcctv-Standard auf SDI-Basis ist nun in der Version V1.0 verfügbar, wird aber künftig noch weiterentwickelt und an die speziellen Bedürfnisse der Überwachungstechnik angepasst.

Dabei kooperiert die extra gegründete HDcctv-Alliance mit dem Broadcast-Gremium SMPTE. Zu den Anpassungen zählen bidirektionale Audioübertragung und die Verwendbarkeit von Kabeln über 300 Metern Länge. Für die Zukunft sind weitere Ergänzungen geplant. Darunter auch eine integrierte Spannungsversorgung über das Koaxialkabel, die den Installationsaufwand reduziert.

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VIEW 3/2011 – Das Kundenmagazin für professionelle Videotechnik von VIDEOR

Dirk Klages / Juni 1, 2011Oktober 6, 2017 / VIEW die Zeitung für professionelle Videotechnik

Ausgabe 3/2011 – TOPTHEMEN

Herzstück: Fachartikel: Herstellerübergreifende
Videomanagement Software im Überblick.
Präszisionssport: Projektbericht: eneo Komplettsystem
im Müller Schießzentrum Ulm.
Security Shortcuts: Neuigkeiten rund um die Produkte aus
dem Security-Bereich.
Touch me!: Produkt im Fokus: TX-Serie von
AG Neovo.
Praxistipp: Durch den Dschungel der Begrifflichkeiten:
Midspan, Injektor, PoE-Netzteil & Co.

Link zur Ausgabe (pdf, 14MB):

VIEW 3/2011 – Das Kundenmagazin für professionelle Videotechnik von VIDEOR

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Praxistipp: Durch den Dschungel der Begrifflichkeiten:
Midspan, Injektor, PoE-Netzteil

Videoüberwachung mit Videoanalyse – intelligente Überwachungskameras

Dirk Klages / Mai 27, 2011Oktober 6, 2017 / CCTV neue Technologien, CCTV-Video Anwendungen, Videosensorik - Videoanalyse

Artikel aus VIEW 03.10 (Kundenmagazin der Videor E. Hartig GmbH)

Intelligente Videoanalyse für mehr Effizienz und Sicherheit in der Videoüberwachung Intelligente Videoanalyse hat sich in den letzten Jahren zu einem Schlagwort in der Videoüberwachung entwickelt. Es steht für einen Gewinn an Sicherheit und für mehr Effizienz und damit Kostenersparnis. Mit dem steigenden Einsatz wird dieser Technologie auch ein wachsendes Maß an Verantwortung für eine zuverlässige Alarmmeldung übertragen. Wie arbeiten intelligente Videoanalysesysteme? Wie lassen sich Fehlalarme reduzieren? Welche grundsätzlichen Möglichkeiten gibt es, die Systemarchitektur aufzusetzen? Algorithmen für die intelligente Videoanalyse sind dumm. Denn jeder Algorithmus wurde stets nur für eine einzige Aufgabe entwickelt: für die Erkennung einer Bewegung, die Sabotageüberwachung oder die Zählung von Personen oder Objekten. Ein Algorithmus ist ein Fachidiot, der exakt das macht, was der Programmierer von ihm will. Von einer Intelligenz in Videosystemen, die mit der menschlichen Intelligenz gleichzusetzen wäre, kann man da nicht sprechen. Dennoch hat sich „Intelligentes Video“ in den letzten Jahren zu einem Schlagwort in der Videoüberwachung entwickelt. Es bezeichnet alle Lösungen, bei denen das Videoüberwachungssystem selbst eine Analyse der Videobilder durchführt und, je nach gewählter Systemeinstellung, das Wachpersonal automatisch im Alarmfall informiert. So können auch nur wenige Mitarbeiter selbst große Überwachungsanlagen problemlos im Auge behalten. Aber wie funktionieren die Algorithmen?Funktionsweisen der Algorithmen
Bei der Objekterkennung und -verfolgung findet in der Regel ein pixelbasierter Bildvergleich statt: Der statische Bildhintergrund wird als Referenzbild gespeichert. Der Algorithmus vergleicht dieses Bild mit dem momentanen Bild und meldet Abweichungen. Je nach Funktionalität werden dabei auch objektspezifische Merkmale wie Form und Größe sowie die Geschwindigkeit und der Bewegungsablauf in den Vergleich mit einbezogen. Algorithmen zur Bewegungserkennung bestimmen ebenfalls pixelbasiert Kontraständerungen in definierten Bildbereichen. Zur Kennzeichenerkennung suchen Algorithmen nach vordefinierten Signaturen in den Bildern und führen diese anschließend der Texterkennung zu, die das aus dem Bild separierte Kennzeichen in Buchstaben und Ziffern aufschlüsselt. Diese Algorithmen können meist beliebige Texte in einem Bild suchen, der bevorzugte Einsatzbereich ist aber die Kennzeichenerkennung. Bei der Sabotageüberwachung werden die typischen Eigenschaften eines Videosignals gespeichert. Bei Änderungen am Signal, zum Beispiel durch Abdeckung des Objektivs, erfolgt ein Vergleich mit den gespeicherten Referenzwerten.Den Algorithmen die Arbeit„erleichtern“
Wie exakt ein Algorithmus auch arbeitet, die Fehlerrate der Analyse ist immer größer als Null. Wählt man eine besonders sensible Einstellung, muss mit unerwünschten Alarmen gerechnet werden. Will man hingegen Fehlalarme nahezu ausschließen und entscheidet sich für eine sehr geringe Detektionssensibilität, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass einem ein echter Alarm durch die Lappen geht. Dennoch lassen sich die Rahmenbedingungen so anpassen, dass die Detektionszuverlässigkeit erhöht und gleichzeitig unerwünschte Alarme reduziert werden. Generell lässt sich festhalten, dass sich nur anhand von Feldtests verlässliche Aussagen darüber treffen lassen, wie sich die tatsächlichen Rahmenbedingungen optimieren lassen. Dies betrifft insbesondere Situationen im Außenbereich, bei denen wechselnde Lichtverhältnisse, Reflexionen von Fensterscheiben und Bewegungen von Bäumen in der Regel höhere Anforderungen stellen als eine Überwachung im Innenbereich. In jedem Fall ist darauf zu achten, dass das von der Kamera gelieferte Bildmaterial von hoher Qualität ist, um kritische Situationen klar von einem unkritischen Ereignis unterscheiden zu können und dem Algorithmus die Arbeit quasi „zu erleichtern“. Wichtig sind ferner die korrekte Kamerapositionierung und die Wahl des Bildausschnitts. Soll beispielsweise ein Gemälde in einem Museum überwacht werden, muss die Positionierung aufgrund der Besucher, die das Bild betrachten, natürlich anders gewählt werden als bei einer Bewegungserkennung bei einem Gebäudeeingang. Aber auch bei optimalen Rahmenbedingungen muss jeder Anwender individuell für seine spezifische Situation entscheiden, in welcher Relation die Zuverlässigkeit der Detektion und die Fehlalarmrate zueinander stehen sollen.Zentrale oder Dezentrale Systemarchitekturen
Intelligente Videoanwendungen lassen sich entweder zentral oder dezentral implementieren. Bei einer zentralen Architektur werden die Videodaten von den Kameras an einen zentralen Server oder PC, der mit einer Videomanagement-Software mit entsprechenden Analysefunktionalitäten ausgestattet ist, oder einen digitalen Videorekorder übertragen. In einer dezentralen Architektur sind die Kameras selbst „intelligent“ – sie können die Videodaten verarbeiten und analysieren. Ein dezentrales System bietet sich immer dann an, wenn Beschränkungen der Netzwerkbandbreite gegeben sind. So sendet zum Beispiel eine Kamera, die über einen Bewegungsmelder verfügt, die Videodaten nur an das Wachpersonal, wenn auch wirklich eine Bewegung detektiert wird. Diese dezentrale und die zentrale, IP-basierende Systemarchitektur bieten den großen Vorteil, dass sie sehr flexibel sind und sich fast beliebig skalieren lassen. Die Anbieter von Videomanagement-Software mit Analysefunktionen bieten unterschiedliche Lizenzmodelle an, die zumeist problemlos erweiterbar sind, sollten sich die Anforderungen ändern und damit das System vergrößert werden müssen. Wird bei einer analogen Architektur hingegen ein Videorekorder zur Digitalisierung der Daten eingesetzt, ist das System später nur begrenzt skalierbar, da die Größe von der maximalen Anzahl der Videoeingänge des Rekorders abhängt.

Weitere Möglichkeiten der Videoanalyse
Die Möglichkeiten der Videoanalyse sind nicht auf Sicherheitsanwendungen begrenzt. Insbesondere im Einzelhandel bieten sich neue Möglichkeiten zur Analyse des Kundenverhaltens. Wie bewegen sich die Kunden durch das Geschäft? Gibt es zu bestimmten Stoßzeiten längere Wartezeiten im Kassenbereich? Somit lassen sich mit den entsprechenden Systemen umfassende Lösungen schaffen, die sowohl die Sicherheit erhöhen als auch wertvolle Informationen zum Beispiel zur Optimierung von Personaleinsatz und Warenpräsentation liefern.

Auswahlkritieren für Intelligente Videoanalyse

Systemsicherheit und Verfügbarkeit: Wie stabil läuft das System? Gibt es Back-up-Optionen?

Flexibilität und Skalierbarkeit: Besteht zukünftig der Bedarf das System erweitern zu können? Bietet die ausgewählte Lösung hierfür Möglichkeiten?

Analysefunktionen: Welche Analysen sollen automatisch durchgeführt werden? Sollen zum Beispiel nicht nur Bewegungen, sondern auch die Bewegungsrichtung erkannt werden? Unterstützt die gewählte Lösung alle Analyseanforderungen?

Interoperabiltität des Systems: Können Komponenten unterschiedlicher Hersteller zum Beispiel durch den offenen ONVIF-Standard eingebunden werden?

Benutzerfreundlichkeit: Kann das System auch problemlos vom Endkunden bedient werden?

Integration von Bestandstechnik: Sollen vorhandene analoge Kameras eingebunden werden? Unterstützt die ausgewählte Lösung diese Funktion?

Integration ins Gebäudemanagement: Besteht Bedarf, die Videoüberwachung mit dem Gebäudemanagementsystem zu verbinden? Gibt es hierfür zum Beispiel eine OPC-Schnittstelle?

Die intelligenten Kameras VKC-1375 und VKCD-1375 von eneo

Kameras werden immer intelligenter. Neben einer stetigen Erhöhung der Auflösung werden zahlreiche Analysefunktionen implementiert, die für eine wesentlich zuverlässigere Überwachung und eine Entlastung des Wachpersonals sorgen. Aktuelles Beispiel sind die Boxkamera VKC-1375 und der Fixdome VKCD-1375 von eneo. Eine zuverlässige Sabotageerkennung bei Abdeckung der Kamera, Defokussierung, Besprühen und Änderung der Blickrichtung ist als erstes zu nennen. Die Bewegungserkennung wurde mit verschiedenen Funktionalitäten und Einstellungsmöglichkeiten realisiert: Bei der klassischen Motion Detection, die auf die gesamte Kameraszene angewendet wird, erfolgt eine automatische Vergrößerung und Verfolgung der detektierten Bewegung mittels des digitalen PTZ. Bei der Funktion Mine Area hingegen werden zuvor die relevanten Bereiche ausgewählt, zum Beispiel ein Zaun, eine Absperrung oder ein Gelände, das von Unbefugten nicht betreten werden darf. Die Technik der eneo Kameras geht aber noch weiter: Gesichtserkennung und die Alarmierung, wenn ein Gegenstand aus einem zuvor definierten Bereich entfernt wird, gehören ebenso zum Funktionsumfang wie das Cross Object Counting und Entrance Counting. Beim Cross Object Counting wird mittels zweier vertikaler Linien ein Bereich im Bild festgelegt, der zur Zählung vorbeifahrender Objekte überwacht werden soll. Dies können zum Beispiel Autos sein, die ein Gebäude passieren. Beim Entrance Counting zählt die Kamera hingegen, wie viele Personen einen Eingangsbereich, zum Beispiel in einem Kaufhaus, betreten bzw. verlassen. Bei beiden Funktionen wird die jeweilige Anzahl direkt im Kamerabild angezeigt.EHLC-Funktionalität und 3D-DNR Rauschunterdrückung
Dass all diese Analysefunktionen nur bei einer hervorragenden Bildqualität Sinn machen, liegt auf der Hand: Die VKC-1375 und VKCD-1375 verfügen über eine horizontale Auflösung von 650 TV Linien und – neben Advanced WDR, Pixelkompensation und echter Tag-/Nachtfunktionalität – über die neue EHLC-Funktionalität (Excessive High Light Compensation). Diese Funktion dunkelt zum einen sehr helle Bereiche im Videobild ab, wie zum Beispiel Autoscheinwerfer, die frontal in die Kamera leuchten. Zum anderen werden gleichzeitig sehr dunkle Bildbereiche aufgehellt, so dass im genannten Beispiel das Nummernschild trotz der Abdunkelung klar erkennbar wird. Zur effektiven Rauschunterdrückung kommen wahlweise die Funktionen 2D und das besonders effektive 3D-DNR zum Einsatz.
Kommentar von
Uwe Höppner, Produktmanager für eneo„Die VKC-1375 und VKCD-1375 zeigen, was bei Kameras heute alles möglich ist. Gerade sensible Bereiche können mit der VKC-1375 und der VKCD-1375 sehr viel effizienter und verlässlicher überwacht werden, da das Personal sofort benachrichtigt wird, schlägt eine der Analysefunktionen Alarm. Die hohe Auflösung stellt dann sicher, dass auch Details und Gesichter genau erkennbar werden. Bei beiden Kameras kommt der neue Sensor 1/3“ Super-HADII PS 960H CCD von Sony mit mehr aktiven Pixeln zum Einsatz – damit werden echte 650 TV Linien sicher gestellt.“

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Digitale Signalprozessoren (DSP) in Überwachungskameras

Dirk Klages / Mai 27, 2011Oktober 6, 2017 / CCTV neue Technologien

Artikel aus VIEW 01.11 (Kundenmagazin der Videor E. Hartig GmbH)

Anforderungen präzisieren. Im Interview: Geschäftsführer Rainer Bernhardt Immer leistungsfähigere digitale Signalprozessoren (DSP) bieten eine Vielzahl an Funktionen und eröffnen neue Anwendungsgebiete. Wir sprachen mit Geschäftsführer Rainer Bernhardt über die aktuellen Entwicklungen und worauf man bei der Auswahl achten sollte. VIEW: Herr Bernhardt, DSPs bieten immer mehr Features, die eine optimale Bildqualität und vielfältige Zusatzoptionen versprechen. Doch auf welche Funktionen kommt es wirklich an? Rainer Bernhardt: Gute Auflösung, hohe Empfindlichkeit und Regelungen wie Automatic Gain Control, Blende oder Shutter gehören mittlerweile zu den Basisfunktionalitäten, ohne die eine Standardkamera heutzutage nicht auskommt. Bei anderen Features und Funktionen hängt es davon ab, wofür man die Kamera letztlich einsetzt. Soll sie 24-Stunden im Außenbereich laufen, also auch nachts, dann ist zum Beispiel ein steuerbarer IR-Sperrfilter für die Qualität der Bilder wichtig. Wird die Kamera im Innenbereich mit vielen Fensterflächen installiert, dann sind BLC und gute Dynamikeigenschaften gefragt. VIEW: Das klingt nach einer Checkliste, die man vor dem Kamerakauf erstellen sollte. Rainer Bernhardt: Zumindest sollte man sich vorher Gedanken machen, um das am besten geeignete Produkt für die jeweilige Applikation auszuwählen. Sehen Sie, es gibt heute eine Vielzahl von möglichen Funktionalitäten. Je eindeutiger die Raumund Umgebungssituation im Vorfeld definiert wird, je präziser die Anforderungen an gewünschte Funktionalitäten formuliert werden, desto exakter können Sie das Produkt bestimmen und die Auswahl eingrenzen. Gemäß dieser Anforderung haben wir übrigens auch die Suchfunktion unserer Website ausgerichtet. VIEW: Stichwort Analysefunktion – woran bemisst sich die Qualität intelligenter Videoanalyse? Rainer Bernhardt: An der Verlässlichkeit und Auswertesicherheit in unterschiedlichen Betrachtungssituationen. Zum Beispiel der Häufigkeit der Fehlalarme. Das ist übrigens ein wichtiger Punkt, denn eine hohe Fehlalarmquote verursacht unter Umständen erhebliche Folgekosten. VIEW: Wie entstehen Fehlalarme – oder wichtiger: Wie vermeidet man sie? Rainer Bernhardt: Die Zahl der Fehlalarme wird unter anderem von den Umgebungsbedingungen bestimmt. Darunter versteht man zum Beispiel wechselnde Lichtverhältnisse oder plötzliche Bewegungen: Nimmt die Kamera das Zusammenspiel von Sonne und Wolken, also den Übergang von hell nach dunkel, als Alarm wahr? Oder die Blätter eines Baumes im Wind? Diese Umgebungsbedingungen werden, sofern möglich, durch eine Parametrierung der Analyse-Algorithmen eliminiert. Hier müssen die Einsatzvoraussetzungen und Leistungsgrenzen im Vorfeld genau unter die Lupe genommen werden. VIEW: Alles steht und fällt mit dem passenden Algorithmus? Rainer Bernhardt: Natürlich hängt die Leistung nicht nur vom Analyse-Algorithmus ab, sondern auch von der Kamera selbst und dem Objektiv. Nicht zuletzt ist auch die Positionierung der Kamera entscheidend für die Erkennungsrate und die Fehlalarmquote. VIEW: Heute bieten zahlreiche Hersteller an, den Funktionsumfang ihrer Netzwerkkameras gemäß individueller Bedürfnisse zu erweitern. Welche Rolle spielen Ihrer Meinung nach Plugins? Rainer Bernhardt: Mit einem Plugin kauft ein Kunde die Funktionalität, die er für eine definierte Aufgabe benötigt, separat hinzu. Auch hier gilt: Es gibt verschiedene Anforderungen. Und es ist auf Basis einer fachkundigen Beratung in jedem Fall zu prüfen, ob die durch das Plugin gebotene Leistung die gewünschten Anforderungen abdeckt. Unsere technischen Berater unterstützen gerne bei der Beantwortung dieser Fragen. VIEW: Kann es sein, dass der Beratungsbedarf vor dem Kauf steigt? Rainer Bernhardt: Ja. Die Technologie wird komplexer und die Anwendungsgebiete sind ebenso vielfältig wie die Möglichkeiten. Es kommen immer neue und leistungsfähigere DSPs auf den Markt. Was heute ein Plugin leistet, kann morgen bereits Bestandteil eines Chipsets sein. Eine der Triebfedern für die fortschreitende Entwicklung ist das erweiterte Einsatzgebiet von Videoüberwachungssystemen: Kameras werden beispielsweise in Kaufhäusern nicht nur zur Überwachung, sondern auch zur Analyse des Kaufverhaltens eingesetzt. Aber auch der Sicherheitsaspekt gewinnt immer mehr an Bedeutung. Es gibt Analysefunktionen, die blockierte Sicherheitsbereiche wie Notausgänge identifizieren und entsprechend alarmieren. Und auch in der Verbrechens- und Terrorismusbekämpfung haben wir ständig wachsende Anforderungen. Ein Grund für die steigende Nachfrage ist auch der Preisverfall: Man bekommt immer mehr Technik für das gleiche Geld. VIEW: Und wohin geht die DSP-Entwicklung in technischer Hinsicht? Rainer Bernhardt: Da geht der Trend für mich in Richtung höhere Auflösungen, also HD und zu 16:9 Formaten. In Kombination mit dem Multistreaming-Verfahren kann eine einzige IP Kamera schon heute mehrere Objekte gleichzeitig beobachten, indem sie über verschiedene Streams aus einem Bild unterschiedliche Ausschnitte extrahiert und bereitstellt. Ich denke, da gibt es noch viel Entwicklungspotenzial. VIEW: Herr Bernhardt, vielen Dank für das Gespräch.

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Beleuchtung in der Videoüberwachung

Dirk Klages / Mai 27, 2011Oktober 6, 2017 / Grundlagen Video Optik

Artikel aus VIEW 02.11 (Kundenmagazin der Videor E. Hartig GmbH)

Und es ward Licht

Kriterien für eine professionelle Beleuchtung in der VideoüberwachungDie Bedeutung einer professionellen Beleuchtung in der Videoüberwachung kann kaum hoch genug eingeschätzt werden. Ohne Licht rauschen die Bilder, so dass schlimmstenfalls nichts mehr zu erkennen ist. Welche Möglichkeiten die aktuelle Technik bietet und welche Punkte bei Auswahl und Installation beachtet werden sollten, ist Thema des Fachartikels.Gleich nach Himmel und Erde erschuf Gott das Licht. Und nicht nur das: Gott sah auch, „dass das Licht gut war“. So heißt es zumindest in der Schöpfungsgeschichte im 1. Buch Mose. Bezogen auf die Videoüberwachung kann man sagen, dass Licht nicht nur gut, sondern unverzichtbar ist. Vollständige Dunkelheit zu überwachen macht einfach wenig Sinn. Einer professionellen Beleuchtung kommt daher bei zahlreichen Applikationen eine besondere Bedeutung zu. Denn so einfach wie Gott, der einfach nur „Es werde Licht“ sagen musste, „und es ward Licht“, haben wir es leider nicht. Produkte müssen passend zum jeweiligen Einsatzort und -zweck ausgewählt und dann auch noch richtig installiert werden. Welche Möglichkeiten bieten die aktuellen Technologien? Was sind die jeweiligen Vor- und Nachteile? Was gilt es bei der Installation zu beachten? Gibt es Besonderheiten bei der IP-basierten Videoüberwachung?

Was ist Licht?
Keine Sorge, an dieser Stelle folgt keine wissenschaftliche Abhandlung. Es sollen nur die für die Praxis wesentlichen Grundlagen vermittelt werden. Licht ist Energie in Form von elektromagnetischen Strahlungen, die aber nur zu einem geringen Teil vom menschlichen Auge überhaupt gesehen werden können. Der sichtbare Bereich liegt etwa bei einer Wellenlänge zwischen 380nm und 740nm. Genau lässt sich die Grenze nicht ziehen, da die Wahrnehmung nicht abrupt, sondern allmählich abnimmt. Zum Teil wird in der Fachliteratur auch von einem geringeren Bereich zwischen 400nm (violett) und 700nm (rot) ausgegangen. Dazwischen liegen alle weiteren Farben, wie Blau, Grün, Gelb etc., die zusammengenommen als Weißlicht erscheinen. Eine Kamera kann aber im Gegensatz zum menschlichen Auge auch Wellenlängen jenseits der genannten Werte wahrnehmen. Wellenlängen, die zwischen 700nm und 1100nm liegen, werden als Nahinfrarot bezeichnet und können von einer Kamera im Schwarz-/ Weißmodus erfasst und so z.B. auf einem Monitor dargestellt werden.

Weißlicht- oder Infrarot-Scheinwerfer?
Als erstes muss entschieden werden, ob der jeweilige Bereich nachts in Farbe oder in Schwarz/Weiß überwacht werden soll, ob also Weißlicht- oder Infrarot- Scheinwerfer zum Einsatz kommen sollen. Weißlicht- Scheinwerfer mit einem Wellenlängenbereich von 400nm bis 700nm werden häufig von Endanwendern bevorzugt, da die Farbbilder zusätzliche Informationen beinhalten und unsere Sehgewohnheiten sich an sie gewöhnt haben. Zudem haben die Scheinwerfer, wenn sie dauerhaft eingeschaltet sind und nicht nur bei detektierter Bewegung, eine präventive Funktion, da ihr grelles Licht abschreckend wirkt. Allerdings sollte ihr Einsatz dennoch gut überlegt sein, denn Personen, die auf dem benachbarten Grundstück wohnen oder arbeiten, könnten durch die sehr hellen Scheinwerfer belästigt werden. Diskreter sind Infrarot-Scheinwerfer, deren Licht – je nach Wellenlänge – kaum oder überhaupt nicht zu erkennen ist. Bei einer Wellenlänge von 715nm bis 730nm erscheint das Licht als rotes Leuchten wie bei einer Verkehrsampel. Bei 815nm bis 850nm ist das Licht nur noch als leichtes rötliches Schimmern wahrzunehmen. Liegt die Wellenlänge zwischen 940 bis 950nm, ist das Licht vollkommen unsichtbar für das menschliche Auge. Allerdings bekommen auch Kameras, je höher die Wellenlänge ist, Schwierigkeiten die Bilder korrekt einzufangen. Daher werden bei Wellenlängen von 940nm bis 950nm Kameras mit sehr hoher Empfindlichkeit und hochperfomanten Objektiven benötigt.

Wahl der Leuchtmittel
Glühlampen, zu denen auch Halogenlampen zählen, eignen sich aufgrund der geringen Effizienz nur sehr bedingt für den Einsatz in der Videoüberwachung, da gut 90 Prozent der Leistung nicht in Licht, sondern in Wärme umgesetzt werden. Wenn also nicht gerade Ihre Heizung ausgefallen ist oder Sie den Einbrechern einen besonders warmen Empfang bereiten wollen, sollten Sie auf diese Art Leuchtmittel verzichten. Hochdruck- Gasentladungslampen oder auch HID-Lampen eignen sich prinzipiell für CCTV-Anwendungen, da sie eine gute Farbwiedergabe haben und mit bis zu 12.000 Betriebsstunden langlebig sind. Allerdings starten sie sehr langsam und benötigen bis zu drei Minuten, bis sie die volle Helligkeit erreicht haben. Hat man sie einmal ausgeschaltet, muss man warten, bis man sie wieder anschalten kann, um das Leuchtmittel nicht zu beschädigen. Aus diesem Grund wird heute bei professioneller CCTV-Beleuchtung fast ausschließlich auf LED-Technologie zurückgegriffen, die äußerst effizient ist und eine Betriebsdauer von bis zu 100.000 Stunden ermöglicht. Leuchtdioden sind elektronische Halbleiter-Bauelemente, die Licht ausstrahlen, wenn in Durchlassrichtung Strom fließt. Im Gegensatz zu Glühlampen handelt es sich also nicht um thermische Strahler.

Strahlausbreitung
Vor der Installation muss entschieden werden, welche Strahlausbreitung benötigt wird, also wie groß der Winkel des zu beleuchtenden Bereichs ist. Die Strahlausbreitung muss dabei dem Blickfeld der Kamera entsprechen. Fängt die Kamera nur einen schmalen, weiter entfernten Bereich ein, sollte ein Spot-Scheinwerfer mit einem spitzen Winkel gewählt werden, der eine entsprechende weite Leuchtreichweite vorzuweisen hat. Überwacht die Kamera hingegen einen breiten Bereich mit einem weitwinkligen Objektiv, ist ein Scheinwerfer mit einem Winkel von z.B. 60° vorzuziehen. Generell gilt: Je spitzer der Winkel, umso weiter kann der Scheinwerfer strahlen, so dass bei einer Strahlausbreitung von 5° Reichweiten von bis zu 700 Metern möglich sind. Wenn der Winkel erst vor Ort genauer spezifiziert werden kann, ist die Adaptive Illumination™ Technologie von Raytec praktisch, die eine flexiblere Einstellung der Strahlausbreitung und damit auch der Reichweite am Einsatzplatz selbst ermöglicht. Soll ein Gebiet ausgeleuchtet werden, das gleichermaßen weit entfernte Bereiche beinhaltet als auch große Flächen, muss gegebenenfalls die Anzahl der Scheinwerfer erhöht werden. Hierbei gilt die Faustregel: Um die Reichweite der Beleuchtung bei gleicher Intensität zu verdoppeln, benötige ich vier Scheinwerfer anstelle von einem.

Auswahl von Kamera und Objektiv
Generell sollte für die Überwachung bei wenig Licht bzw. Dunkelheit, auch wenn Beleuchtung zum Einsatz kommt, eine Kamera mit einer hohen Empfindlichkeit und Tag-/Nachtfunktionalität gewählt werden, die über einen schwenkbaren IR-Sperrfilter verfügt und automatisch in den Schwarz-/Weißmodus wechselt, wenn die zur Verfügung stehende Lichtmenge abnimmt. Bei der Auswahl des Objektivs sollte auf einen möglichst niedrigen Wert beim Blendenbereich (F) geachtet werden – einfach ausgedrückt: Je niedriger der F-Wert, desto mehr Licht kommt beim Kamerasensor an. Besonders gut eignen sich Objektive mit asphärischer Technologie, die auch bei wenig Licht gute Bilder produzieren, und natürlich auch IR-korrigierte Optiken. Insbesondere wenn Bereiche von überschaubarer Größe überwacht und beleuchtet werden sollen, bieten sich auch Kameras mit bereits integrierter Beleuchtung an, mit denen ebenfalls Reichweiten von bis zu 80 Metern realisiert werden können. Diese sind eine kosteneffektive Alternative und sollten daher bei kleineren Applikationen stets berücksichtigt werden.

Besonderheiten bei IP
Bezogen auf den Einsatz in IP-basierten Videoüberwachungsanlagen kommt der Beleuchtung eine noch größere Bedeutung zu als bei analogen Systemen. Zum einen nimmt mit steigender Auflösung der IP Kameras die Empfindlichkeit ab, so dass ohne zusätzliche Beleuchtung die Bilder in einem einzigen Rauschen untergehen. Darüber hinaus müssen neben dem Wunsch, hochqualitative Videobilder zu erzielen, noch weitere Faktoren berücksichtigt werden, wie die Reduktion des Bandbereiten- und des Speicherbedarfs und die Unterstützung von in der Kamera oder in der Software implementierter Analysefunktionen. Mit der passenden Beleuchtung können der Bandbreiten- und der Speicherbedarf um bis zu 80 Prozent reduziert werden. Dies resultiert daraus, dass das Bildrauschen eine effiziente Komprimierung des Videosignals erschwert und die Daten – bei einem starken Rauschen – fast umkomprimiert übertragen werden. Also sollte gerade bei der IP-basierten Überwachung Wert auf eine hervorragende Beleuchtung gelegt werden. Wenn zusätzlicher Verkabelungsaufwand vermieden werden soll, können auch Scheinwerfer verwendet werden, die, wie zahlreiche IP-Kameras, mit Power-over-Ethernet arbeiten.

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