Videokompressionsstandard H.264 SVC

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / IP-Video neue Technologien

Fachartikel aus PROTECTOR 5/2010, S. 24

Multitalent Codec

Mit dem Kompressionsstandard H.264-SVC steht ein Werkzeug zur Verfügung, dass insbesondere in komplexen Anwendungen das Videostreaming effizienter macht.

Multi-Streaming mit mehreren Encodern und einem H.264-SVC Encoder. (Bild: UTC Fire & Security)

Besonders in komplexen IP-basierten Videoüberwachungssystemen, wie sie auf Flughäfen, in Gefängnissen oder Casinos, bei Verkehrsüberwachungen oder auch in Industrieanlagen anzutreffen sind, werden für verschiedene Aufgaben Videodatenströme in unterschiedlichen Bildgrößen, – raten und -qualitäten benötigt. So wird zum Beispiel in den meisten Anwendungen die Bildaufzeichnung mit einer höheren Bildqualität, aber mit einer geringen Bildrate erfolgen als sie etwa in Kontrollräumen zur Live-Bildbeurteilung erforderlich sind. Vielfach erfolgen auch Zugriffe auf die Bilddaten über Schmalband-Verbindungen, wie DSL und Mobilfunk, oder nicht ausreichend verfügbaren Bandbreitenkapazitäten, die den Datendurchsatz auf bestimmten Verbindungen stark einschränken.

Anfällig gegenüber Schwankungen

Zur hocheffizienten Bilddatenreduktion hat sich in diesen Anwendungen der Videobildkompressionsstandard H.264 (MPEG-4/Part 10, ISO/IEC 14496-10) schon seit einiger Zeit durchgesetzt, bietet er doch typischerweise eine dreimal so hohe Codiereffizienz wie MPEG-2 und ist auch für hoch aufgelöste Bilddaten, wie zum Beispiel bei HDTV, ausgelegt. Bereits im Jahre 2003 von ITU und ISO/IEC JTC1 verabschiedet, bietet er jedoch nur eine sehr eingeschränkte Skalierbarkeit, so dass vielfach in Multi-Streaming-Anwendungen, wie sie zuvor beschrieben wurden, für Bilddatenströme einer Bildquelle (zum Beispiel Kamera) mit unterschiedlichen Eigenschaften jeweils ein eigener Encoder pro Stream zum Einsatz kommt. Des Weiteren ist ein H.264 Videostream recht störanfällig gegenüber Schwankungen in der erforderlichen Übertragungsbandbreite, so dass ein Unterschreitungswert größer fünf Prozent bereits deutlich sichtbare Bildstörungen verursachen kann und ab einer Unterschreitung von 20 Prozent der Videostream unterbrochen wird.

Geringe Latenz

Im Juli 2007 wurde daher von der JVT (Joint Video Team der ITU-T und ISO/IEC JTC1) eine offizielle Erweiterung (Annex G – SVC) für den H.264 Codec (MPEG-4/Part 10, ISO/IEC 14496-10) verabschiedet, die die gleichzeitige Generierung von unterschiedlichen Bildraten, Frequenzen und Qualitäten innerhalb eines einzigen Videostreams ermöglicht und dabei über eine sehr geringe Latenz von typisch < 150 bis 200 Millisekunden (End-to-end-delay) verfügt.

Als Weiterentwicklung baut SVC (Scalable Video Coding) auf H.264 (MPEG-4/Part 10, ISO/IEC 14496-10) auf und übernimmt einen Großteil der Komponenten wie bewegungskompensierte Prädiktion, Intra-Prädiktion, Transformation, Entropie-Codierung, Multiple Reference Pictures, Deblocking-Filter und Paketierung in NAL (Network Abstraction Layer). Eine wesentliche Änderung ist aber, dass es sich bei SVC um eine Weiterentwicklung zu einem so genannten „Layered Video Codec“ handelt. Das heißt, der Videostream besteht nun aus mehreren Layern, dem Base-Layer und den Enhancement-Layern. Der Base-Layer beinhaltet dabei die Informationen eines kompletten Videostreams und ist der Teil, der mit H.264 (MPEG-4/Part 10, ISO/IEC 14496-10) kompatibel ist. Die Enhancement-Layer beinhalten dagegen nur Differenzinformationen, die, basierend auf dem Base-Layer, zur Generierung von Video-Substreams mit höherer Bildauflösung, Bildrate und Bildqualität erforderlich sind (dreidimensionale Skalierbarkeit).

Encoder-Leistung entscheidet

In einer Videoüberwachungsanwendung würde der Base-Layer typischerweise den in dem System niedrigsten Anforderungen in Bezug auf Bildfrequenz, -größe und -qualität entsprechen, zum Beispiel fünf Bilder pro Sekunde, CIF Bildauflösung (352 mal 288 Pixel), geringe Bildqualität (hohe Kompression). Für jede weitere höhere Bildfrequenz, -größe und –qualität werden dann entsprechende Enhancement-Layer benötigt. Die Anzahl der Enhancement-Layer und somit die Anzahl der Video-Substreams mit unterschiedlichen Bildeigenschaften ist maßgeblich von der Encoder-Leistung abhängig. So kann das Visiowave Videoüberwachungssystem der Firma UTC Fire & Security (ehemals GE Security) mit einem Encoder einen H.264-SVC Videostream mit zwölf unterschiedlichen Substreams generieren.

Verbesserte Wirtschaftlichkeit

Heute hauptsächlich im Bereich Videoconferencing und im oberen Marktsegment für Videoüberwachung (wie Flughäfen, Casinos oder Tunnelüberwachung) zu finden, wird H.264-SVC sicherlich auch Einzug ins mittlere Marksegment finden. Die Vorteile liegen klar auf der Hand, neben der von H.264-AVC bekannten Bildqualität bietet H.264-SVC durch seine Skalierbarkeit eine wesentlich geringere Bandbreitenbelastung und geringere Kosten in Multi-Streaming-Anwendungen. Des Weiteren eine geringere Latenz und ist wesentlich unempfindlicher gegen Bandbreitenschwankungen als H.264-AVC oder andere Codecs der MPEG-4-Familie. Eigenschaften, die aufgrund von Wirtschaftlichkeit und Leistungsfähigkeit für sich selbst sprechen.

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IP-Kameras mit integrierter Videoanalyse

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / IP-Video neue Technologien, Videosensorik - Videoanalyse

Fachartikel aus PROTECTOR 5/2010, S. 22

Filter und Forensik

Bosch Sicherheitssysteme hat die Software für die Videobildanalyse in IP-Kameras und Encodern optimiert und geht in der Entwicklung der integrierten Lösung mit der neuen Intelligenten Videobildanalyse (IVA) konsequent weiter.</p

Neue Filter, Analyse auch gespeicherter Bilder und einfachere Konfiguration: eingebettete Videoanalyse in IP-Kameras und
Encodern. (Bild: Bosch Sicherheitssysteme)

So wurden verschiedene neue Filter (zum Beispiel Kopf-Erkennung, 3-Wire-Trap, Herumlungern, Geschwindigkeit, Routenverfolgung oder Farbdetektion) zur Erkennung verdächtigen Verhaltens implementiert. Auch ist eine Kombination von bis zu acht Filtern parallel möglich. Eine Besonderheit ist der neue Flowcontrol-Filter, der es ermöglicht, auch gegenläufige Objektbewegungen innerhalb von Objektgruppen (zum Beispiel Menschenmengen) zu erkennen.

Reduzierter Netzwerkverkehr

Dank der höheren Verarbeitungsleistung bieten die modernen IP-Videoencoder und -kameras deutlich mehr als ein einfaches IP-Videoencoding. Insbesondere die VCA-Software (IVMD und jetzt IVA), die hier dezentral im IP-Netzwerk eingesetzt wird, reduziert den Netzwerkverkehr zur Zentraltechnik erheblich, da Videodaten nur im Alarm- oder Ereignisfall übertragen oder gespeichert werden. Dieses ermöglicht eine sparsame Nutzung von Bandbreite (Netzwerklast) und Speicherplatz (Kosten).

Mit der neuen leistungsstarken VCA-Software (IVA 4.0) ist zudem ein großer Schritt in Richtung Forensik (nachträgliche Analyse von aufgezeichneten Videodaten) gelungen. Die neuen Farbfilterfunktionen erlauben es, die Objektfarbe oder sogar eine Kombination von Farben als Erkennungskriterium anzugeben. Realisiert wird dies durch ein Farbhistogramm, in dem Objektfarbe, Sättigung und Genauigkeit als Überwachungskriterien festgelegt werden können. Eine typische Anwendung ist zum Beispiel die Erkennung eines Fahrzeugs oder Personenbekleidung mit einer bestimmten Farbe oder Farbkombination.

Filtersatz erweitert

Der Filtersatz wurde um neue, leistungsfähige Funktionen, wie Linienquerungsalarme, Objektbewegungskurven und Spezifikationsfilterung ergänzt. Die Auslöser können so eingestellt werden, dass Alarme dann gesendet werden, wenn Objekte eine definierte Linie oder mehrere Linien überqueren oder ihre Geschwindigkeit (Laufen), Form (Hocken) oder Seitenverhältnisse (Fallen) ändern. Darüber hinaus unterstützt IVA 4.0 Ferninfrarot (FIR)-Thermokameras, die andere Einstellungen als bei herkömmliche Farbkameras erfordern.

Hervorzuheben beim IVA 4.0 sind seine leistungsfähigen forensischen Suchfunktionen, die in Form von Metadaten mit den Videobildern generiert und gespeichert werden. Die aufgezeichneten Metadaten, die aus einfachen Textzeichenfolgen mit Beschreibungen spezieller Bilddetails bestehen, haben ein wesentlich geringeres Datenvolumen und lassen sich schneller durchsuchen als die Videoaufzeichnungen selbst. Mit der optionalen Lizenz „Forensic Search“ für den Bosch Archivplayer können die Benutzer auf einfache Weise Suchabfragen definieren, die in Sekundenschnelle die gespeicherten Metadaten durchsuchen und so rasch relevante Videoszenen auffinden. Suchvorgänge, die manuell Tage oder gar Wochen dauern, können so in wenigen Sekunden ausgeführt werden. Hierbei werden Metadaten mit intelligenten Suchalgorithmen, ähnlich wie in einer Internet-Suchmaschine durchsucht. „Forensic Search“ erlaubt zudem die Festlegung von denselben Erkennungskriterien nach der Aufzeichnung wie bei den Analyse von Live-Videobildern.

Einfachere Konfiguration

Dank eines neuen benutzerfreundlichen Aufgabenmanagers mit Assistentenkonzept ist die Konfiguration jetzt schneller und einfacher durchzuführen. Aufgabenassistenten leiten den Bediener Schritt für Schritt durch die Erstellung von „Alarmregeln“ für jede überwachte Kamera.

Besonders nützlich ist die neue Konfigurationsoption für „Referenzobjekte“. Hierbei werden alle relevanten Objektdaten, wie Größe, Geschwindigkeit und Farbe in einer ausgewählten Live-Szene durch einen einzigen Mausklick auf das betreffende Objekt erfasst. Diese Informationen dienen dann als Überwachungskriterien zur späteren Verfolgung ähnlicher Objekte.

IVA 4.0 ist in den meisten IP-Kameras und Video-Encodern von Bosch eingebettet. Zur Aktivierung des Funktionsumfangs ist lediglich eine Lizenz erforderlich, sodass diese Funktion auch zu einem späteren Zeitpunkt aktiviert werden kann, ohne hierfür eine Platz-Ressource freizuhalten.

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Wärmebildkameras am Flughafen München

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / Wärmebildkamera Anwendung

Fachartikel aus PROTECTOR 5/2010, S. 28 bis 29

Klare Sicht, ohne Licht

Um sicher zu gehen, dass auch nachts und bei schlechter Sicht keine Bedrohung unbemerkt bleibt, setzt der Flughafen München zur Sicherung seiner Außengrenzen auf Wärmebildkameras.

Flughafen München. (Bild: Flir)

Im Jahr 2008 hat der Münchner Flughafen in einer weltweiten Umfrage mit 8,2 Millionen Passagieren bereits zum vierten Mal in Folge den Titel „Bester Flughafen Europas“ erhalten. „Unsere Passagiere sollen sich bei ihrer Reise ab, über und nach München nicht nur sicher fühlen – sie müssen auch wirklich sicher sein“, erklärt Dominik Edlbauer, Produktmanager Videoüberwachung am Münchner Flughafen. „Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir ein komplettes Kamera-Netzwerk installiert. Mehr als 1.000 Kameras überwachen alle sicherheitsrelevanten Bereiche des Flughafens. Und die Kameras sind nicht nur innerhalb des Flughafens installiert. Wir beobachten auch sämtliche Aktivitäten, die sich draußen auf dem 1.560 Hektar großen Areal des Flughafens abspielen.”

Frühestmöglich gewarnt sein

„Im Fall des Zutritts von Unberechtigten wollen wir natürlich so früh wie möglich gewarnt werden. Daher beobachten wir das gesamte Außengelände des Flughafens. Und obwohl das weitläufige Gebiet durch einen hohen Zaun gesichert ist, möchten wir auch sehen, was dort draußen passiert. Wenn jemand über diesen Zaun klettert oder ihn zerschneidet, müssen wir das unmittelbar erfahren, denn nur dann können wir die notwendigen Schritte in die Wege leiten.“

Mit den herkömmlichen Überwachungskameras ist es tagsüber meistens kein Problem zu beobachten, was auf dem Flugfeld vor sich geht. Aber nachts und bei schlechtem Wetter sieht das ganz anders aus, denn CCTV-Kameras brauchen Licht, um Bilder zu erzeugen. „Der Außenzaun des Flughafens verläuft parallel zu den Start- und Landebahnen. Die einzigen Stellen, an denen wir dort nachts Licht haben, sind einige Tore, die in Notsituationen als Aus- und Zugänge genutzt werden können. Und das bei einem Außengelände von rund sechs Kilometern Länge in einer schnurgeraden Linie – auf beiden Seiten.“

Teures Licht

Die Montage von Licht entlang eines 12 Kilometer langen Zauns wäre eine kostspielige Sache. Energiebedarf und Instandhaltung der Lampen könnten sogar noch teurer werden. Und an einem Flughafen müssen auch noch andere Faktoren berücksichtigt werden. „Zu viel Licht parallel zur Start- und Landebahn könnte die Piloten irritieren, daher wäre eine solche Beleuchtungsanlage hier gar nicht möglich. Um trotzdem nachts zu erkennen, was dort vorgeht, haben wir bisher auf die Restlichtverstärkung gesetzt.“ Weil ein solches System aber wenigstens ein Minimum an Restlicht benötigt, können Bedingungen wie eine dichte Bewölkung die Effizienz stark beeinträchtigen. Umgekehrt kann zu viel Licht das System überlasten und ebenso ineffizient machen.

„Und genau das ist hier am Münchner Flughafen passiert”, fügt Edlbauer hinzu. „Wenn Flugzeuge gelandet oder gestartet sind, haben ihre Landescheinwerfer die Restlichtverstärkung geblendet. Als das System zur Restlichtverstärkung dann fällig war für eine gründliche Erneuerung, haben wir uns deshalb den Markt genau angesehen – auch in Hinblick auf andere technische Möglichkeiten. So sind wir auf Wärmebildkameras gestoßen.“

Wärmebildkameras

Der Schutzzaun des Flughafens München läuft parallel zur Startbahn – über
eine Strecke von sechs Kilometern an jeder Seite des Flughafens. Zur
Sicherung kommen unter anderem Wärmebildkameras zum Einsatz. (Bild: Flir)

Wärmebildkameras benötigen keinerlei Restlicht. Sie erzeugen auch in dunkelster Nacht klare Bilder. Und das unter praktisch allen Wetterbedingungen. „Wir haben Stephan Horvath von Dekom Security angesprochen, einen deutschen Händler und Integrator der Wärmebildkameras von Flir Systems für Sicherheitsanwendungen, und erhielten eine Demonstration des Systems und seiner Möglichkeiten”. „Die Lösung für den Münchner Flughafen war vergleichsweise einfach”, erklärt Horvath. „Die Wärmebildkameras mussten eine gerade Linie von sechs Kilometern Länge überwachen, auf jeder Seite des Flughafens. Wir haben uns für die SR-100 entschieden. Diese Wärmebildkamera von Flir Systems zeichnet sich durch hervorragende Leistungsdaten auf weite Entfernungen aus und ist damit in der Lage, ein Objekt von der Größe einer Person noch in rund 1,6 Kilometer Entfernung zu erkennen.“

„Sehr gute Lösung“

„Die SR-100 von Flir Systems hat sich als sehr gute Lösung für unsere Anforderungen herausgestellt. Sie bietet eine ideale Kombination aus Bildqualität, Entfernungsleistung und Preis. Um sicherzugehen, dass keine Bedrohung unentdeckt bleibt, haben wir auf jeder Seite des Flughafens mehrere SR-100 Wärmebildkameras installiert”, erklärt Edlbauer. „Die SR-100 wurden gemeinsam mit einer herkömmlichen CCTV-Kamera auf einem Schwenk/Neigekopf montiert. So können wir überall hinsehen. Wir schalten nahtlos um von Tageslicht- auf Wärmebildkamera. Tagsüber verwenden wir normalerweise die herkömmliche CCTV-Überwachungskamera. In der Dämmerung und bei völliger Finsternis schalten wir auf die Wärmebildkamera um.“

Wie an jedem anderen Flughafen genießt die Sicherheit der Passagiere, Flugzeuge, ihrer Crews, des Flughafenpersonals und aller anderen Personen auf dem Münchner Flughafen absolute Priorität. Die Wärmebildkameras von Flir Systems stellen dabei sicher, dass keine Bedrohung unbemerkt bleibt.

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Video-Sicherheitslösungen an Schulen

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / IP-Video Anwendungen

Fachartikel aus PROTECTOR 6/2010, S. 50

In Sicherheit lernen

Immer wieder geschehen an deutschen Schulen Vorfälle von Vandalismus, Gewalt und Kriminalität. Ein unsicheres Umfeld für die Kinder, Jugendliche und Lehrer, beunruhigte Eltern sowie unerwünschte Kosten für die Schulleitung sind mögliche Folgen davon.

Allein durch ihre Präsenz tragen Kameras zum Schutz vor Vandalismus auf einem Schulgelände in England bei. Dort ist Videoüberwachung an Schulen nichts
Außergewöhnliches. (Bild: Mobotix)

Mit unterschiedlichen Maßnahmen tritt man gegen diese Probleme an, die nicht nur an Haupt- und Realschulen, sondern auch an Gymnasien auftreten. Videoüberwachung kann eine davon sein.

Die Methoden, um mutwilliger Zerstörung, Schlägereien oder Diebstählen entgegenzuwirken, sind vielfältig. Sie reichen von pädagogischen Präventivmaßnahmen über eine stabilere Bausubstanz und Einrichtung bis hin zu technologischen Lösungen, wie etwa elektronischen Zugangskontrollen zum Schulgelände. Ganz nach dem Motto „Vertrauen ist gut – Kontrolle ist besser“ gibt es Überlegungen hinsichtlich regelmäßiger Durchsuchungen von Taschen und Rucksäcken durch geschultes Personal.

Während sich Befürworter Sicherheitsstandards für Schulen wünschen, die denen in Firmen und Fabriken entsprechen, sehen Kritiker darin die Verwandlung der Bildungsstätte in einen Hochsicherheitstrakt. Zu schnell wird dabei übersehen, wie technische Lösungen einen wichtigen Beitrag zu mehr Sicherheit in öffentlichen Gebäuden, wie unter anderem Schulen, leisten können.

Die Installation beispielsweise einer Mobotix-Kamera lässt sich auf die spezifischen Bedürfnisse im Schulwesen ausrichten. Die sensiblen Datenschutzanforderungen bedingen Lösungen, die nicht prinzipiell alles und jeden filmen, sondern nur unter bestimmten Voraussetzungen aufzeichnen und das Gefilmte nur ausgewählten Verantwortungsträgern zur Verfügung stellt.

Vorbeugen hilft

Im Idealfall findet eine gewalttätige oder kriminelle Handlung gar nicht erst statt. Sicherheitstechnik hilft dabei, Verbrechen zu verhindern, in dem sie präventiv wirkt und potenzielle Täter abschreckt. Allein das Wissen über das Vorhandensein einer Kamera, hält die meisten Personen von ihrer Tat ab. Mit dem Ergebnis, dass die Kriminalitätsrate an solchen Orten, Plätzen aber auch in Gebäuden, sinkt.

Auf dem Schulhof kann sie Prügeleien, sonstige gewalttätige Übergriffe, unerlaubte Handlungen wie Rauchen oder mutwillige Sachbeschädigung verhindern – ebenso im Gebäude, etwa auf den Fluren, im Treppenhaus oder einer Aula. Sinnvoll ist ihr Einsatz auch in Räumen mit teurer Technik: im Labor, dem Computerraum oder der Turnhalle, überall wo Diebstähle und Vandalismus höhere Kosten verursachen. Auch wenn die Versicherungen Verluste von beispielsweise Beamern und Bildschirmen tragen, dauert die Wiederanschaffung meist lange. In der Zwischenzeit muss auf den Einsatz der Geräte verzichtet werden – der Lehrplan ist nicht einhaltbar, die Leidtragenden sind die Schüler. Da die Attraktivität einer Schule auch von ihrem Angebot an technischer Ausstattung abhängt und sie dafür Investitionen in Millionenhöhe tätigt, ist ihr Schutz besonders wichtig. Das trifft ebenso auf Sportanlagen mit Gerätschaften zu.

Nicht nur Schutz, sondern Sicherheit

Einbrüche und vorsätzliche Sachbeschädigung geschehen meist nachts und nach Schulschluss. Unbefugte halten sich dann meist ohne Schwierigkeiten auf dem ungesicherten und öffentlich zugänglichen Schulgelände auf. Vor allem Graffiti-Sprayer, Randalierer und Diebe handeln im Schutz der Dunkelheit. Eine Kamera bleibt auch nach Ende des Schulbetriebs aktiv und schützt wirkungsvoll. Die Dualkamera M12 von Mobotix mit zwei separaten hochauflösenden Bildsensoren garantiert beispielsweise detaillierte Farbaufnahmen am Tag und hochempfindliche Schwarz/Weiß-Aufzeichnungen bei Nacht. Geschehenes lässt sich so leicht nachweisen, Aussagen überprüfen und Handlungen beweisen.

Ein eingebauter Lautsprecher ist ein weiteres nützliches technisches Ausstattungsmerkmal in einer Mobotix-Kamera. Im Zusammenspiel mit der ereignisgesteuerten Aufnahme- und Alarmfunktion des Gerätes ermöglicht sie eine sofortige Aktion. Reagiert beispielsweise der Wärmesensor in der Kamera, weil ein Feuer ausbricht oder der Geräuschsensor bei einem Schrei, dann stellt die Kamera eine Verbindung zu einem Telefon oder PC her. Sie kann dann nicht nur ein Live-Bild übertragen, sondern ermöglicht es dem Empfänger, über den Lautsprecher zu kommunizieren. Er kann eine Evakuierung einleiten oder eine Warnung aussprechen. Verfügt eine Kamera also über die entsprechenden technischen Voraussetzungen, wird sie zu einem hilfreichen Mittel, um in betroffenen Schulen einen Beitrag zu mehr Sicherheit, weniger Gewalt und Kriminalität zu leisten.

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Wärmebildkameras und Videodetektion

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / Videosensorik - Videoanalyse, Wärmebildkamera Anwendung

Fachartikel aus PROTECTOR 6/2010, S. 26 bis 27

Ein Fall für zwei

Dort, wo konventionelle Kameras an ihre Grenzen stoßen, wird es Zeit für den Einsatz von Wärmebildkameras. Im Bereich der professionellen Freilandsicherung und speziell bei kritischen Infrastrukturen sind bei der Videoüberwachung Lösungen notwendig, die praktisch unter allen Sicht- und Wetterbedingungen einsetzbar sind.

Wärmebildkameras, auch Thermalkameras genannt, detektieren Personen und Objekte bei völliger Dunkelheit, im Nebel oder Rauch. Sie machen sichtbar, was unsere Augen nicht sehen können. Wärmebildkameras erzeugen ähnlich wie konventionelle Kameras ein Videobild, allerdings unter Verwendung von Wärmestrahlen.

Mit Wärmebildkameras hinter die Kulissen sehen: Visualisierung einer im Gebüsch versteckten Person. (Bild: Aasset)

Jeder Körper, der wärmer ist als 0 Kelvin oder -273,15 Grad Celsius, sendet Wärmestrahlen aus. Sogar kalte Gegenstände, wie beispielsweise Eiswürfel, strahlen Wärme ab. Je höher die Temperatur eines Objektes, desto mehr Wärmestrahlung gibt es ab.

Temperaturunterschiede darstellen

Eine Wärmebildkamera ist prinzipiell wie eine konventionelle CCD-Kamera aufgebaut, wobei die für den Menschen nicht sichtbaren Wärme- beziehungsweise Infrarotstrahlen durch ein spezielles Germanium-Objektiv auf einen Bildsensor geleitet und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Die Signale werden von einem digitalen Bildprozessor in ein normgerechtes Videosignal gewandelt, woraus anschließend ein Wärmebild erzeugt wird. Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen können durch dieses berührungslose Messverfahren erfasst und dargestellt werden. Zu beachten ist, dass Wärmebildkameras keine Temperaturen erkennen können, sondern lediglich Temperaturunterschiede darstellen.

In der Sicherheitsbranche sind die Einsatzbereiche vielfältig, denn Wärmebildtechnologie besitzt Vorteile, die keine andere Technologie bieten kann: Sehen in völliger Dunkelheit, Sehen von Wärme und thermischer Energie und Sehen bei extremen Sichtbedingungen – mit größerer Detektionstiefe und geringerem Stromverbrauch als bei herkömmlichen Kameras. Daher finden Thermalkameras besonders in der Sicherheitsbranche bei militärischen Anwendungen, Videoüberwachung und Brandbekämpfung vermehrt Zuspruch, da geringere Störeinflüsse vorhanden sind.

Auch für widrige Wetterbedingungen

Wettersituationen, wie Nebel, Regen oder Schnee, Reflexionen durch Wasserflächen, Sichtbehinderungen durch Sträucher und Büsche oder Blendungen durch Scheinwerfer und Lichtkegel sowie Rauchentwicklung, beeinträchtigen das Wärmebild weniger als bei herkömmlichen optischen Videokameras.

Personen und Gegenstände werden deutlich schneller und selbst unter widrigen Umgebungsbedingungen sichtbar. Dadurch lassen sich mögliche Bedrohungen oder Angriffe frühzeitig erkennen und es bleibt mehr Zeit zu reagieren.

Als äußerst diskrete Überwachungsmöglichkeit machen sie teure Extraausstattung wie Infrarotstrahler und Beleuchtung überflüssig. Jedoch ermöglicht der ausschließliche Einsatz von Wärmebildkameras nur ein Detektieren, also Erfassen einer Bewegung im Bild.

Zwar ist für den Betrachter erkennbar, ob sich eine Person oder ein Objekt im Videobild bewegt und bei einer geringen Distanz lassen sich diese auch von anderen unterscheiden, doch ist zum Erkennen und Identifizieren von Personen und Objekten oder zum Auslösen eines Alarmes der Einsatz weiterer Technik notwendig.

Verbindung mit Videosensorik

Erst in Verbindung mit Videosensorik inklusive Trackingfunktion kann die Wärmebildtechnologie all ihre Vorteile entfalten. Idealerweise findet Videosensorik Einsatz bei Sicherheitsanwendungen mit vielfältigen Überwachungsaufgaben, beispielsweise zur Sicherung von weitläufigen Fabrikgeländen, Speditionen, Parkplätzen, Bahnhöfen oder Flughäfen.

Tracking von Personen mittels Videoanalyse und Wärmebildkameras in unterschiedlichen Anwendungen. (Bild: Aasset)

Videosensorik ist eine Art künstliche Intelligenz, die Objekte identifizieren und verfolgen kann, da sie Verhaltensmuster „versteht“ und entsprechende Objekte klassifiziert.

Videosensorik ermöglicht es Videoüberwachungssystemen, definierte visuelle Ereignisse eigenständig zu erkennen und entsprechende Aktivitäten, zum Beispiel die Alarmierung von Sicherheitspersonal, auszulösen. Erkennt die Wärmebildkamera eine Bewegung, kann dieses Ereignis unmittelbar gemeldet werden und zwar dorthin, wo es benötigt wird.

Nur durch diese Technologie der selbsttätigen Videoanalyse wird aus einem passiven Überwachungssystem ein strategisch intelligentes Bewachungssystem, das automatisch erkennt und reagiert.

Reaktionszeiten reduzieren

In der Praxis könnte ein Zusammenspiel zwischen Wärmebildkamera und Sensorik so aussehen: Bei völliger Dunkelheit erfasst die Wärmebildkamera eine Bewegung in einem sensiblen Bereich. Die Videosensorik erkennt die Bewegung als Eindringling und verfolgt seine Schritte virtuell. Betritt er nun eine vorab definierte Sicherheitszone, schlägt das System Alarm und informiert das Wachpersonal über den ungebetenen Gast.

So lassen sich Reaktionszeiten reduzieren und es bietet sich die Möglichkeit einer permanenten Überwachung, die über menschliche Fähigkeiten hinaus geht – das Sicherheitspersonal hat dadurch mehr Zeit für andere Aufgaben und der notwendige Speicherplatz für Videobilder wird auf ein Minimum reduziert. Problemlos können solche Sensorik-Einheiten in bestehende Innen- sowie Außenüberwachungsanlagen integriert werden.

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Solarkraftwerk mit Wärmebildkameras

Dirk Klages / März 2, 2012Oktober 6, 2017 / Wärmebildkamera Anwendung

Fachartikel aus PROTECTOR 6/2010, S. 24 bis 25

Sicher auch ohne Sonne

Eines der wichtigsten Solarkraftwerke in Spanien ist der Abertura Solar Park. Er stellt ein Investment von mehr als 225 Million Euro dar. Insgesamt 27 Wärmebildkameras beschützen diese Investition bei Tag und Nacht – ein Gebiet von mehr als neun Quadratkilometern Größe.

Das Solarkraftwerk Abertura Solar Park in Spanien aus der Luft. (Bild: Flir CVS)

„Das Solarkraftwerk erzeugt – abhängig von den klimatischen Bedingungen – jedes Jahr Strom im Wert von rund 25 Millionen Euro“, erklärt Borja Escalada, geschäfts- führender Partner der Vector Cuatro Grup- pe, die das Abertura Solarkraftwerk betreibt. „Es ist klar, dass eine Investition von 225 Million Euro Schutz benötigt. Photovoltaik-Module sind teuer. Außerdem verfügen wir über ein riesiges Netzwerk aus hochwertigen Kupferkabeln. Aber die Anlage muss nicht nur gegen Diebstahl geschützt werden. Wir müssen potentielle Eindringlinge oder Diebe auch gegen sich selbst schützen. Abertura verfügt über einige Hochspannungsbereiche. Personen, die sich unautorisierten Zugang verschafft haben, könnten sich schwer verletzten oder sogar im schlimmsten Fall zu Tode kommen”, fügt Escalada hinzu.

Beleuchtung sehr teuer

„Die Sicherung eines Grundstücks von neun Quadratkilometern ist keinesfalls einfach”, erklärt Escalada. „Tagsüber haben wir da weniger Bedenken, denn unser vier- bis fünfköpfiges Instandhaltungsteam ist eigentlich ständig in der Anlage unterwegs. Nachts sieht es da schon anders aus.”

„Wir haben verschiedene Optionen genau geprüft. Herkömmliche Überwachungskameras mit zusätzlicher Beleuchtung (oder aktiven Infrarotstrahlern), Patrouillen, passive Infrarot-Barrieren und Wärmebildkameras. Wir haben die Vor- und Nachteile jeder Lösung sorgfältig gegeneinander abgewogen und uns schließlich aus vielen Gründen für eine Lösung mit Wärmebildkameras entschieden. Das gesamte Gelände kann nicht komplett ausgeleuchtet werden. Das wäre einerseits unter Naturschutzaspekten nicht angemessen. Außerdem wären Installation und Instandhaltung eines solchen Systems ebenso teuer wie sein hoher Stromverbrauch. Auch Infrarotstrahler sind teuer. Daneben bietet eine aktive Infrarotausleuchtung bei weitem nicht dieselbe Reichweite wie Wärmebildkameras. Das bedeutet: Mehr Kameras müssten montiert werden, weitere Bau- und Befestigungsarbeiten würden notwendig.

Obwohl wir einen Zaun um den gesamten Perimeter gezogen haben, ist das auch nicht die beste Lösung. Der Zaun stellt ein relativ schwaches Hindernis dar, denn wir müssen ihn oft mit größeren Löchern unterbrechen, um den Wildtieren einen Weg anzubieten. Aber selbst bei einem durchgängigen Zaun würden wir zusätzlich Detektoren und Sensoren montieren müssen. Und um dann zu erkennen, ob es sich um einen Fehlalarm handelt, würden wir doch am Ende ein CCTV-Kamerasystem mit Beleuchtung oder Infrarotstrahlern benötigen.

Am Ende haben wir uns Patrouillen angesehen. Aber außer der Tatsache, dass Wachpersonal ziemlich teuer ist, stießen wir auf ein unerwartetes Problem. Abertura liegt in einem sandigen Gebiet, in dem ein Patrouillen-Fahrzeug viel Staub aufwirbeln würde. Das mag unwichtig erscheinen, aber damit die Solarmodule so effizient wie möglich arbeiten, müssen wir diesen Staub von ihnen entfernen. Das machen wir zurzeit zweimal pro Jahr – zu Kosten von etwa 100.000 Euro. Mit Patrouillen würde schätzungsweise eine Reinigung pro Jahr zusätzlich zu Buche schlagen.“

Gründliche Kalkulation

27 Wärmebildkameras beschützen das Solarkraftwerk Abertura. (Bild: Flir)

Nach einer gründlichen Kalkulation der Installationskosten und – noch wichtiger – der Gesamtkosten durch den dauerhaften Betrieb der Anlage, hat sich Borja Escalada für eine Lösung mit Wärmebildkameras entschieden. „Wir haben insgesamt 27 Wärmebildkameras von Flir Systems montiert: zwei VSR-6, sechs SR-19, fünf SR-35 und zwölf SR-50 erzeugen einen lückenlosen ‚Wärmebild-Zaun‘ rund um das Solarkraftwerk. Zwei Flir SR-100 Wärmebildkameras wurden zusätzlich auf einem Schwenk-/Neigekopf montiert und ergänzen das System. Der Betreiber Vector Cuatro hat daneben zwei Ersatzkameras bestellt, die dann schnell montiert werden können, wenn eine der Kameras ausfallen sollte. Bisher haben wir sie nicht gebraucht”, erklärt der lokale Flir-Vertriebspartner.

„Wir haben uns nicht nur für Wärmebildkameras von Flir entscheiden – auch viele weitere Komponenten kommen von Flir: Mini Server, Eingabe/Ausgabe-Module, Videoverarbeitungssysteme und digitale Video-Netzwerkrecorder. Die Software, mit der das gesamte System gesteuert wird, ist der Flir Sensors Manager.”

Der “Wärmezaun”

Das Prinzip des “Wärmezauns” ist einfach. Alle Wärmebildkameras werden entlang des Geländes installiert. Über die Software Flir Sensors Manager definieren wir mit einem Videoanalyse-Algorithmus bestimmte, virtuelle “Stolperdrähte“. Wenn jemand diese virtuelle Linie übertritt, wird umgehend ein Alarm ausgelöst – optisch und akustisch. Der Anwender sieht sofort das Bild derjenigen Wärmebildkamera auf seinem Monitor, die den Alarm ausgelöst hat. Er kann dann entscheiden, ob es sich um einen Fehlalarm handelt (ausgelöst zum Beispiel von einem Tier) oder nicht. Sollte es sich um einen echten Alarm handeln und sollte der Eindringling wird nicht bereits vom Licht und dem akustischen Alarm vertrieben werden, ruft der Anwender die Polizei, die innerhalb von Minuten vor Ort ist.

Montage des Wärmezauns

Entlang des Perimeters wurden 25 Beobachtungsposten installiert. Jeder einzelne besteht aus einer festinstallierten Wärmebildkamera von Flir Systems, die einen bestimmten Teil des Geländes abdeckt, einer Alarmeinheit mit Warnlicht und Lautsprecher und in einigen Fällen einer herkömmlichen Überwachungskamera, die gelegentlich bei Tageslicht eingesetzt werden kann.

An jedem Beobachtungsposten ist ein Schaltschrank installiert. Videobild und die Daten der Wärmebildkamera und der Überwachungskamera werden von dort zu einem Flir Mini-Server transferiert. Die Alarmeinheit ist ebenfalls über eine Flir I/O-Box (Ein-/Ausgabe-Box) mit dem Mini-Server verbunden. Alle Signale werden vom Mini-Server in TCP/IP-Signale umgewandelt. Dank eines Ethernet/Glasfaser-Konverters können alle Signale über lange Entfernungen in den Kontrollraum übertragen werden. In diesem Kontrollraum werden die Daten wieder über einen Ethernet/Glasfaser-Konverter an ein TCP/IP-Netzwerk übergeben.

Auf demselben LAN (Local Area Network) befindet sich ein Computer, auf dem die Software Flir Sensors Manager läuft und die Bilder der Wärmebildkamera ausgegeben werden. Hier werden auch die notwendigen Alarmvoreinstellungen eingegeben. Diese Einstellungen werden an die Videoverarbeitungseinheiten übertragen, von denen die Wärmebilder der Kameras ständig analysiert werden. Wenn sie irgendeine Anomalie entdecken, senden sie ein Signal an den Beobachtungsposten, von dem der Alarm ausgeht. Der Mini Server wiederum gibt ein Signal an die I/O-Box aus. Ein Kontakt wird geschlossen, und dadurch wird ein Alarm (optisch/akustisch) ausgelöst. Gleichzeitig erhält der Anwender das Bild der Kamera, die den Alarm ausgelöst hat, auf seinem Bildschirm angezeigt, so dass er die notwendigen Schritte einleiten kann.

Im Kontrollraum schließlich sind die digitalen Videorecorder (nDVRs) von Flir Systems mit dem LAN verbunden. Sie nehmen ständig alle Bilddaten der Wärmebildkameras auf. Dabei haben sie eine Speicherkapazität von 15 Tagen. Danach werden die Daten überschrieben.

Kombiniert mit Videoanalyse: Wärmebildkameras liefern dem Videoanalysesystem wesentlich mehr Daten als herkömmliche Überwachungskameras. (Bild: Flir)

Die Kombination der Wärmebildkameras und der in der Software verwalteten Videoanalyse funktioniert perfekt. Nachts ist der thermische Kontrast zwischen der (kühlen) Umgebung und einem potentiellen Eindringling am größten. Das bedeutet, dass wir nur zwei oder drei Pixel benötigen, um schon etwas zu entdecken – und das wiederum heißt: Wir können extrem weit sehen. Tatsächlich liefern Wärmebildkameras dem Videoanalysesystem so wesentlich mehr Daten als herkömmliche Überwachungskameras.

Wärmebildkameras als beste Lösung

“Wir sind sehr glücklich mit unserem Wärmebildkamera-Zaun.”, sagt Escalada. “Es ist nicht nur eine kostengünstige Lösung, da wir keine großen Baumaßnahmen beauftragen mussten. Und da wir auch nicht viel Energie benötigen, ist es auch eine sehr effiziente Lösung. Wenn ich das mit anderen Sicherheitssystemen in weiteren Kraftwerken, die wir betreiben, vergleiche, kann ich nur sagen: Wärmebildkameras schlagen alle anderen Systeme. Wir haben praktisch Null Fehlalarme und können das gesamte Gebiet von einem einzigen Mitarbeiter überwachen lassen. Daher werden wir auch für zukünftige Solarkraftwerke definitiv dieselbe Lösung wählen. Und wenn das Sicherheitssystem in einem unserer anderen Solarkraftwerke ausgetauscht werden muss, werden wir es durch eine Wärmebildlösung ersetzten”, schließt Escalada.

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Netzwerk-Switche unter der IP-Video-Lupe

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

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2009, S. 50 bis 53

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Im Vergleich zur analogen Welt entspricht die Funktion eines Netzwerk-Switches innerhalb einer IP-Videolösung in der groben Betrachtung der der klassischen Kreuzschiene. Wie bei einer Kreuzschiene gilt, dass ein Switch nicht gleich Switch ist. Stellt sich die Frage, welche Anforderungen und Entscheidungskriterien sind beim Kauf eines IP-Video tauglichen Netzwerk-Switches wirklich wichtig.

Man kann heute davon ausgehen, dass Switche namhafter Hersteller in der Performance keinen Flaschenhals darstellen. (Bild: Photocase/Nospmpls)

IP-Videolösungen stützen sich auf Standard-Ethernet/IP-Netzwerkinfrastrukturen, die für die Übertragung von Videoströmen genutzt werden. Tragende Elemente einer leistungsfähigen Netzwerkinfrastruktur sind die Netzwerk-Switche, welche im Netzwerk als aktive Verteiler fungieren und die Datenpakete (englisch: Frames) beziehungsweise Videoströme zielgerichtet weiterleiten. Die Weiterleitung der Frames soll möglichst mit hoher Bandbreite und verzögerungsfrei erfolgen.

Switche können sich jedoch auch als Flaschenhals in der Performance herausstellen und für ruckelnde Bilder verantwortlich sein. Des Weiteren können fehlende Features bei der Umsetzung einer IP-Videolösung im Nachhinein funktionelle Einschränkungen herbeiführen. Bei der Umsetzung eines Netzwerkes ist es deshalb äußerst wichtig, dass man die richtige Kaufentscheidung trifft und das Vorhandensein aller notwendigen Features berücksichtigt.

Performance

Ein Netzwerk für eine größere IP-Videolösung besteht üblicherweise aus mehreren Switchen. Die Netzwerkkameras oder Video-Encoder werden in der Regel via TP-Kabel (Twisted Pair, verdrillte Kupferkabel) an so genannte Etagenverteiler angeschlossen.

Da die Segmentlänge eines TP-Kabels auf 100 Meter begrenzt ist, werden diese Switche in etwa 80 bis 100 Meter Reichweite zu den Videoquellen installiert. Diese Switche werden wiederum untereinander sternförmig vernetzt, indem sie über einen so genannten Uplink an einen Backbone-Switch (Backbone: übergeordnete Netzhierarchie, normalerweise ein breitbandiger Hauptstrang) angeschlossen werden.

Die Performance eines Switches zeichnet sich in erster Linie durch die Bandbreite der Netzwerkanschlüsse, der Bandbreite der Backplane-Kapazität und durch die Latenz aus, die bei der Weiterleitung der Frames zum Tragen kommt.

Bandbreite der Netzwerkanschlüsse

Für die Anbindung von Netzwerkkameras oder Video-Encoder wird heute in der Regel ein Netzwerkanschluss genutzt, der mit einer Datenrate von 100 Megabit/Sekunde (Mbit/s) im Vollduplexmodus arbeitet (Vollduplexmodus bedeutet, dass Daten zeitgleich in beide Richtungen geschickt werden können, was mit Performancevorteilen verbunden ist).

Für den Uplink nutzt man hingegen Gigabit-Ethernet-Anschlüsse mit 1.000 MBit/s im Vollduplexmodus, die je nach benötigter Segmentlänge als TP-Interface (maximal 100 Meter) oder LWL-Interface (Lichtwellenleiter, zwei Meter bis zehn Kilometer) ausgelegt sind. Durch die Verwendung von Gigabit-Ethernet wird man der Anforderung gerecht, dass man mehrere Videoströme über diese Verbindungen überträgt.

Geht man für eine „Worst-Case“-Betrachtung von einem Motion-JPEG-Stream in 4CIF-Auflösung mit 30 Bildern/Sekunde aus, so kann man für diesen eine maximale durchschnittliche Bandbreite von acht MBit/s ansetzen (bei MPEG-4 Part 2 wären es in etwa vier MBit/s, und bei H.264 1,6 MBit/s).

Möchte man gleichzeitig mit diesen Bildparametern eine Live-Bildbetrachtung und Aufzeichnung durchführen, so würden zwei dieser Videoströme von der Videoquelle geliefert. Demnach kämen 16 MBit/s zum Tragen, das heißt, die 100-MBit/s-Verbindung zur Videoquelle wäre gerade mal zu 16 Prozent ausgelastet. Betrachtet man den Uplink mit 1.000 MBit/s, so wäre dieser mit 1,6 Prozent ausgelastet.

Geht man von einem Netzwerk-Switch aus, der 24 10/100-MBit/s-Anschlüsse für Endgeräte zur Verfügung stellt, so käme man auf eine Uplink-Auslastung von 38,4 Prozent. Somit gilt für beide Anschlusstypen, dass diese von der Bandbreite her sicherlich keinen Engpass darstellen. Diese Aussage kann zudem in der Praxis gefestigt werden, da man in der Regel nicht mit 30 Bildern/Sekunde aufzeichnet und man auch MPEG-4 oder H.264 verwendet, was nochmals zu einer deutlichen Reduzierung der benötigten Bandbreite führt.

Möchte man auf dem Uplink mehr Bandbreite bereitstellen, so käme auch der Einsatz von Switchen in Betracht, die über einen 10-GBit/s-Uplink verfügen, was allerdings aus heutigem Gesichtspunkt nicht notwendig ist.

Backplane-Kapazität

In der Gesamtbetrachtung ist natürlich interessant, wie viele Frames pro Sekunde der Switch simultan weiterleiten können muss. In diesem Zusammenhang ist die so genannte Non-Blocking-Fähigkeit ein wesentliches Beurteilungskriterium für einen Switch.

Bei einem Netzwerk-Switch werden Daten sehr effizient übertragen, da die Frames zielgerichtet von einem Anschluss zu einem anderen Anschluss geleitet werden. (Bild: Axis)

Non-Blocking bedeutet, dass ein Switch-Backplane genug interne Bandbreitenkapazität hat, um in der Summe die anstehenden Daten aller Anschlüsse mit höchstmöglicher Geschwindigkeit weiterleiten zu können. Wie viele Verbindungen der Switch dazu simultan bereitstellen können muss, hängt letztendlich von der Anzahl der Anschlüsse ab.

Hierbei gilt, dass der Switch in der Lage sein muss, maximal halb so viele Verbindungen wie er Anschlüsse hat, zeitgleich bereitstellen zu können. Geht man von einem Switch aus, der 24 x 10/100 MBit/s Anschlüsse und 1 x GBit/s Uplink hat, so ergibt sich eine notwendige interne Backplanekapazität von 3,4 GBit/s ((100 MBit/s x 24 x 2 + 1.000 MBit/s x 1 x 2)/2).

Frames pro Sekunde

Des Weiteren sind für die Performancebetrachtung die Anzahl der Frames pro Sekunde entscheidend, für die der Switch die Wegwahl treffen können muss. Die höchsten Anforderungen werden an einen Switch gestellt, falls mit der maximalen Frame-Anzahl gearbeitet wird, die über die Netzwerkleitung übertragen werden kann, was bei kleinster Frame-Größe der Fall wäre.

Betrachtet man die Datenrate von 100 MBit/s, so ergeben sich 148.800 Frames pro Sekunde, die pro Leitung an den Switch heran geführt werden können (bei zehn MBit/s nur 14.880, bei einem GBit/s 1.488.000 und bei zehn GBit/s 14.880.000 Frames/s). Geht man jetzt wieder von dem Beispiel-Switch aus, so müsste dieser in der Lage sein, 5.059.200 Frames/s ((148.800 x 24 x 2 + 1.488.000 x 1 x 2)/2) weiterzuleiten.

Für den Fall, dass der betrachtete Switch eine Backplane-Kapazität von größer gleich 3,4 GBit/s hat und mindestens 5.059.200 Frames/s weiterleiten kann, wird dieser als Non-Blocking bezeichnet und qualifiziert sich somit von der Performance her als IP-Video-tauglich.

Mythos Switch-Latenz

Bei der Weiterleitung der Frames entstehen gewisse Latenzen (Verzögerungen). In den Anfängen der Switch-Ära wurden zu diesem Thema verschiedene Switching- Technologien verglichen, die in der Latenz Vorteile versprachen. Jedoch wurde der Vergleich erschwert, da man bei den unterschiedlichen Switching-Verfahren verschiedene Formen der Darstellung und Messung verwendet hat, sodass ein direkter Vergleich gar nicht möglich war.

Heute kann man davon ausgehen, dass ein Switch nach dem so genannten Cut-Through-Verfahren arbeitet. Hinzu kommt, dass die meisten auf dem Markt erhältlichen Switche auf der selben Chipsatzfamilie basieren, die von einem namhaften Hersteller aus der Halbleiterbranche hergestellt wird. Dadurch ergibt sich die Situation, dass man, bezogen auf die Latenz, von typischen Werten ausgehen kann, welche wie folgt aussehen:

100 MBit/s: < 35 Mikrosekunden (µs) (FIFO 64-Byte-Frame),
1.000 MBit/s: < 3,7 µs (FIFO 64-Byte-Frame),
10 GBit/s: < 2,1 µs (FIFO 64-Byte-Frame).

Neben der Performance ist die Unterstützung zahlreicher Protokolle und Features sinnvoll, damit sich der Switch für die professionelle Nutzung innerhalb eines IP-Video-Netzwerks bevorzugt eignet.

Die Frage der Layer

Die Kommunikation innerhalb eines Netzwerks wird allgemein über das OSI-Referenzmodell beschrieben, das in sieben Teilschichten (Layer) unterteilt ist. Jeder Layer beschreibt bestimmte Funktionen, welche einen Beitrag bei der Kommunikation beziehungsweise dem Datenaustausch liefern.

Die Funktion eines Switches entspricht per Definition denen des 2. Layers, das heißt Switche, welche keine zusätzlichen Funktionen einer höheren Ebene unterstützen, werden im Fachjargon als Layer-2-Switche bezeichnet. Es gibt jedoch auch Switche, die beispielsweise zusätzlich ein Routing unterstützen, also auch auf dem 3. Layer arbeiten und Daten zwischen verschiedenen IP-Netzen weiterleiten können. In diesem Fall spricht man von einem Layer-3-Switch.

Betreibt man ein Netzwerk, dass in verschiedene IP-Netze unterteilt ist, so ist es notwendig, Layer-3-Switche einzusetzen, falls die Switche die Datenweiterleitung zwischen den verschiedenen IP-Netzen übernehmen sollen. Andernfalls wären Router erforderlich, die diese Aufgabe wahrnehmen.

Entscheidender Vorteil beim Routing durch ein Layer-3-Switch ist, dass dieser in der Regel die Daten schneller weiterleiten kann als ein Router. Hierzu verwenden die Layer-3-Switche einen kleinen Trick, indem bei einem wiederholten Routing über die selbe Strecke nicht mehr geroutet wird, sondern auf das schnellere Switching übergegangen wird. Dies ist besonders bei IP-Video-Infrastrukturen vorteilhaft.

Des Weiteren gibt es auch so genannte Layer-4-Switche, die auf dem vierten Layer eine Priorisierung anhand der genutzten TCP/UDP-Port-Nummern realisieren können. Port-Nummern werden im Netzwerkbereich verwendet, um bestimmte Dienste zu adressieren.

Im IP-Video-Bereich kommt diese Priorisierung in der Regel weniger zum Tragen, da sie allgemein größere Verzögerungen hervorruft, welche die zusätzliche Auswertung auf dem vierten Layer verursacht. Im Bereich IP-Video werden demnach bevorzugt Layer-2- oder Layer-3-Switche eingesetzt.

Switch als Router

Möchte man die Routing-Funktion eines Switches nutzen, so ist entscheidend, welches Routing-Protokoll der Switch unterstützt. Gängige Protokolle im Netzwerkbereich sind RIP (Routing Information Protocol) und OSPF (Open Shortest Path First). Beim RIP handelt es sich um ein relativ einfaches Routing-Protokoll, wohingegen OSPF einige optimierte Funktionen bietet, mit denen beispielsweise kürzeste Verbindungswege zwischen verschiedenen Routern in kürzester Zeit ermittelt werden können.

Geht man in die Detailbetrachtung der Layer-3-Switche rein, so fällt auf, dass Low-Cost Layer-3-Switche oft nur RIP unterstützen. Diese Switche werden deshalb oft auch nur als Layer-2+ oder Layer-3- Switche bezeichnet. Hier ist also bei der Produktauswahl Vorsicht geboten.

IPv4 versus IPv6

Das Internet Protocol gibt es in zwei Versionen, in Version 4 (IPv4) und Version 6 (IPv6). Wesentlicher Unterschied zwischen IPv4 und IPv6 ist die Anzahl der möglichen IP-Adressen. IPv4 bietet eine Adresslänge von 32 Bit und IPv6 von 128 Bit. Somit lassen sich unter IPv6 viel mehr Adressen vergeben, als bei IPv4.

Derzeit wird IPv4 noch primär innerhalb eines Netzwerks eingesetzt, jedoch ist langfristig die Ablösung durch IPv6 geplant. Für die Anschaffung von Netzwerkkomponenten bedeutet dies, dass man generell beim Neukauf prüfen sollte, ob die Geräte bereits auch IPv6 unterstützen. Ein Layer-3-Switch sollte auf jeden Fall IPv6 unterstützen, damit die Routing-Funktion unter der neuen IP-Version auch genutzt werden kann.

Power-over-Ethernet-Unterstützung

Ein nicht zu unterschätzender Vorteil von IP-basierten Videolösungen ist die Möglichkeit, die Stromversorgung von IP-Kameras via Power over Ethernet (PoE) zu realisieren. Dies erspart am Installationsort der Kameras die Bereitstellung einer Spannungsversorgung und bietet die einfache Implementierung einer zentralen Absicherung gegenüber Spannungsausfällen, welche auf natürliche Art und Weise auftreten können oder im Rahmen eines Sabotageversuchs.

Moderne Switche bieten die Möglichkeit, als Stromquelle zu fungieren, das heißt an ihren Netzwerkanschlüssen die PoE-Spannungsversorgung bei Bedarf bereitzustellen.

Möchte man diese Möglichkeit nutzen, so gilt es zu prüfen, wie viel Leistung ein Switch an seinen Anschlüssen in Summe bereitstellen kann. Nach dem heutigen IEEE-802.3af-Standard können über einen Anschluss maximal 15,4 Watt eingespeist werden, wobei dann über die maximal zulässige Leitungslänge von 100 Meter 12,95 Watt für das Endgerät als garantierte Maximalleistung zur Verfügung stehen.

Oft ist es so, dass ein Switch nicht auf allen Anschlüssen die maximale Leistung zur Verfügung stellen kann. Es gibt auch modulare Switche, die über eine Option für ein zweites Netzteil verfügen, durch dessen Bestückung dann die volle Leistung an allen Anschlüssen bereitgestellt werden kann. Auf jeden Fall sollte man das Leistungsbudget des Switches mit der Leistungsaufnahme der Endgeräte abgleichen und sicherstellen, dass ein Switch in Summe die notwendige Leistung zur Verfügung stellen kann.

VLAN

Bei kleineren bis mittleren IP-Videolösungen ist man bestrebt, das vorhandene Netzwerk für die Videoübertragung mit zu verwenden. In diesem Fall bietet es sich an, das vorhandene physische Netzwerk durch die VLAN-Technologie (Virtuelles LAN) in logische Netzwerke zu unterteilen. Nur Teilnehmer, welche zum selben virtuellen LAN gehören, können in diesem untereinander Daten austauschen und auf Ressourcen innerhalb desselben VLANs zugreifen.

VLANs können über mehrere Switches hinweg gebildet werden, wodurch sich größere Netzwerke segmentieren lassen. (Bild: Axis)

Hiermit lässt sich also eine sichere Trennung zwischen einem Office-Netzwerk und dem Video-Netzwerk erzielen, obwohl im selben Netzwerk gearbeitet wird. Auf diese Weise wird man zusätzlich den Anforderungen gerecht, dass unberechtigte Personen keinen Zugriff auf die übertragenen und gespeicherten Videos erhalten können.

Quality of Service

Betreibt man mehrere Dienste in einem Netzwerk, so kann es sinnvoll sein, dass man die unterschiedlichen Daten im Netzwerk mit verschiedenen Prioritäten überträgt. So ist es beispielsweise bei der IP-Telefonie (VoIP, Voice over IP) äußerst wichtig, dass die Datenströme möglichst verzögerungsfrei und ohne große Varianz in der Verzögerung übertragen werden, damit die Sprachqualität sichergestellt ist. An dieser Stelle greift QoS (Quality of Service), mit dem eine Priorisierung der unterschiedlichen Daten erzielt werden kann. QoS kann auf Layer 2 (Ethernet-Ebene) oder Layer 3 (IP-Ebene) implementiert sein, wobei letzteres am gebräuchlichsten ist.

IEEE-802.1q und 802.1p

VLAN und QoS auf Ethernet-Ebene basieren auf dem IEEE-802.1Q- und IEEE-802.1p-Standard. 802.1q definiert ein erweitertes Format eines Ethernet-Frames, in dessen verlängerter Header zusätzliche Felder für die Kennzeichnung der verschiedenen VLANs und der Priorisierung beinhaltet sind.

Über das so genannte VLAN-ID-Feld können die übertragenen Daten gekennzeichnet werden, damit diese Switche-übergreifend innerhalb der jeweiligen VLANs weitergeleitet werden können. Des Weiteren beschreibt IEEE-802.1p verschiedene Priorisierungen, mit denen die Daten gekennzeichnet werden können und mit deren Hilfe die Weiterleitung gesteuert werden kann.

QoS auf Layer 3

Für Qos auf der IP-Ebene wird das so genannte DSCP (Differentiated Service Codepoint) verwendet. Hierbei handelt es sich um ein Flag, über das gekennzeichnet werden kann, zu welcher Art die Daten im jeweiligen IP-Paket gehören. Anhand dieses Flags werden die Datenpakete in Traffic-Klassen eingeteilt und je nach Klasse bei der Weiterleitung priorisiert behandelt.

Bei der Priorisierung können insgesamt acht verschiedene Klassen genutzt werden, um die Daten einzuteilen. Voraussetzung für die Nutzung von QoS ist, dass die Switche die Anforderungen nach RFC 2474 unterstützen (RFC: eine Sammlung von Dokumenten über Internet-Standards, -Protokolle und -Verfahren).

802.1X-Authentifizierung

Im Bereich IP-Video kommt es immer wieder vor, dass Netzwerkkabel zwecks Kamerabindung in einen öffentlichen Bereich, wie beispielsweise Parkplätze oder Hallen von Shoppingmalls verlegt werden müssen.

Die IEEE 802.1X-Authentifizierung bietet eine Anschluss-basierte Sicherheit und umfasst einen Supplicant (z.B. eine Netzwerkkamera), einen Authenticator (z.B. einen Switch) und einen Authentifizierungsserver. (Bild: Axis)

Hierdurch ergibt sich jedoch die Gefahr, dass potentielle Eindringlinge über diese Anschlüsse versuchen könnten, auf das Netzwerk zuzugreifen, indem sie das Netzwerkkabel von der Kamera abziehen, an ihrem Notebook anschließen und über diesen Weg auf das Netzwerk zugreifen. Verlässlichen Schutz dagegen bietet die IEEE-802.1X-Authentifizierung, die heute von vielen Netzwerkkameras, Video-Encodern und Switchen unterstützt wird.

Zudem wird ein Radius-Server (Remote Authentication Dial-In User Service) benötigt, gegen den sich die angeschlossenen Endgeräte authentifizieren können. Erst wenn die Authentifizierung erfolgt ist, werden logische Ports am Switch geöffnet und Nutzdaten können über den jeweiligen Netzwerkanschluss übertragen werden.

Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass fremde Endgeräte am Netzwerk betrieben werden können, mit denen ein Ausspähen der Daten möglich wäre. Sobald also Netzwerkkabel außerhalb eines geschlossenen Gebäudes verlegt werden müssen, ist es vorteilhaft, wenn Switche den IEEE-802.1X-Standard unterstützen und die zuvor beschriebene Authentifizierung umgesetzt werden kann.

Multicast-Fähigkeit

Für das Abrufen von Videos an Netzwerkkameras oder Video-Encodern gibt es zwei Möglichkeiten, entweder Unicast oder Multicast. Arbeitet man im Unicast, so wird jede Station einen dedizierten Videostrom von der Videoquelle abrufen, das heißt mit jeder Station wird beispielsweise eine Netzwerkkamera zusätzlich belastet, und die notwendige Bandbreite steigt.

Alternativ gibt es die Möglichkeit, im Multicast zu arbeiten. Hierbei wird nur ein Videostrom von der Videoquelle abgerufen und dieser an alle Stationen versendet, die zu einer Multicast-Gruppe gehören. Der Sender von Multicast-IP-Paketen weiß in diesem Fall nicht, welche und wie viele Stationen seinen Videostrom empfangen. Denn er verschickt nur einen einzigen Videostrom an seinen übergeordneten Switch. Dieser dupliziert die IP-Pakete bei Bedarf, wenn er mehrere ausgehende Empfängerstationen hat.

Die Nutzung von Multicast ist besonders vorteilhaft, wenn eine größere Anzahl von Stationen zeitgleich einen Videostrom abrufen möchte. Umgesetzt wird Multicast über das IGMP (Internet Group Multicast Protocol) und PIM (Protocol Independent Multicast). Mit Hilfe des IGMP kann eine Station einem Switch mitteilen, dass sie Multicast-IP-Pakete von einer bestimmten Multicast-Gruppe empfangen möchte.

Die Weiterleitung der Multicast-IP-Pakete erfolgt über das PIM, das ein Routing von Multicast-Paketen im Netzwerk und Internet ermöglicht. IGMP ist in RFC 3376 beschrieben und PIM in verschiedenen Modi in RFC 3973 und RFC 4601. Möchte man Multicast nutzen, so sollten die verwendeten Switche diese Protokolle nach den RFCs unterstützen.

Kein Flaschenhals

Man kann heute davon ausgehen, dass Switche namhafter Hersteller in der Performance keinen Flaschenhals darstellen. Im Low-Cost-Bereich ist es hingegen sinnvoll, sich sorgfältig mit den Angaben in den technischen Datenblättern auseinanderzusetzten. Des Weiteren sind die vorhandenen Features entscheidend, welche von Fall zu Fall geprüft werden sollten.

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

Jörg Rech ist Autor zweier Bücher:

„Ethernet – Technologien und Protokolle für die Computervernetzung“, 2., aktualisierte und überarbeitete Auflage, Dezember 2007, ISBN 978-3-936931-40-2
„Wireless LANs – 802.11-WLAN-Technologie und praktische Umsetzung im Detail“, 3., aktualisierte und erweiterte Auflage, Mai 2008, ISBN 978-3-936931-51-8

Weitere Informationen erhalten Sie bei Ihrem Axis Vertriebspartner:
ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Netzwerktechnik für IP-Videoüberwachung

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

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2009, S. 47 bis 49

Die Einbindung der Videoüberwachung in ein IP-Netzwerk bietet zahlreiche Vorteile. Bei der Planung der NetzwerkInfrastruktur sind aber einige wichtige Aspekte zu beachten. Dazu gehören die Auslegung des Netzwerks, ausreichende Anschlüsse, große Kabelquerschnitte und sicherheitstechnische Aspekte.

IP-Netzwerke haben sich als das Standardnetzwerk für die Übertragung unterschiedlichster Anwendungen durchgesetzt. (Bild: Dätwyler)

IP-Netzwerke haben sich als das Standardnetzwerk für die Übertragung unterschiedlichster Anwendungen durchgesetzt. Neben der Datenübertragung dienen sie heute vielerorts auch für die Telefonie (Voice over IP, VoIP), für digitale Fernsehübertragungen, Videokonferenzen, die Gebäudeleittechnik und für die Steuerung von Maschinen und Anlagen. Das Anwendungsspektrum hat sich erheblich erweitert, seitdem man eine wachsende Zahl an Endgeräten über das Datennetz mit Energie versorgen kann (Power over Ethernet, PoE).

Auch die Einbindung von Videoüberwachungssystemen in IP-Netzwerke hat sich durch die PoE-Technologie erheblich vereinfacht. Bei älteren Systemen wurde jede Kamera mit Koaxialkabel angefahren. Es wurde also ein separates, relativ starres System aufgebaut, bei dem es vor allem galt, das Dämpfungsbudget im Auge zu behalten.

Dass jeder Kamera auch noch eine Spannungsversorgung und Steuerleitung zugeführt werden musste, machte das Ganze nur noch aufwändiger und starrer. Heute dagegen benötigt man zum Anschluss einer IP-Kamera nur noch eine Standard-Datendose (RJ45) und ein Patchkabel.

Planung der Infrastruktur

Aktive und passive Netzwerkkomponenten

Im Gegensatz zur „aktiven Welt“ – zum Beispiel Switche, Router oder Netzwerkkarten in den Endgeräten – ist die strukturierte Gebäudeverkabelung, bestehend aus Kupfer und Glasfaserkabeln, Anschluss und Verteilkomponenten, eine passive Kommunikationsinfrastruktur. Auf dieser physikalischen Basis „kommunizieren“ die aktiven Komponenten miteinander, indem sie Signale, beispielsweise analoge oder Bus-Signale, aufbereiten und in digitaler Form mithilfe bestimmter Protokolle, wie IP und Ethernet, zu anderen Endgeräten übertragen. Die verwendeten Protokolle bestimmen die benötigte Bandbreite.

Selbst wenn man die Fülle an Anwendungen und technischen Vorteilen, welche die moderne IP-Videotechnik bietet, noch gar nicht nutzen möchte, sind bei der Planung der passiven Netzwerkinfrastruktur einige grundsätzliche Aspekte beachten. Dazu gehört in erster Linie die im Vergleich zu allen aktiven Geräten ungewöhnlich lange Standzeit eines lokalen Netzwerks (Local Area Network, LAN) von 15 bis 20 Jahren. Wer also zukünftige aufwändige Umbauten und Nachverkabelungen vermeiden will, muss die Infrastruktur von vornherein vorausschauend planen.

Bei der Videoüberwachung richtet sich die Qualität der Übertragungsstrecken – der Kabel und Anschlusskomponenten – ebenso wie die der Kameras nach dem angestrebten Zweck. Will man nur aufzeichnen? Geht es ums Erkennen? Oder sogar um eindeutiges Identifizieren? Noch höher sind die Anforderungen an die Übertragungsstrecken bei Echtzeit-Videostreams.

Bei einer großflächigen Echtzeit- und Bewegtbild-Übertragung mit vielen Kameras gehen die großen Datenmengen mit einem hohen Bandbreitenbedarf einher. Damit die Übertragung aller anderen Dienste im LAN nicht negativ beeinflusst wird, ist es sinnvoll, auf eine leistungsfähige Verkabelung der Klasse F (600 Megahertz) oder sogar auf ein Klasse FA-Netzwerk (1.000 Megahertz) zurückzugreifen.

Sammelpunkte

Eine typische strukturierte Verkabelung ist auf jeder Etage sternförmig ausgelegt: Vom Verteiler aus werden symmetrische Kupferkabel zu vielen einzelnen Anschlussdosen geführt. Eine gängige Variante, die mehr Flexibilität ermöglicht, ist die Einrichtung von Sammelpunkten oder Consolidation Points (CP), die mit mehreren Kabeln angefahren werden. Sie stellen an zentralen Orten, etwa im Doppelboden eines Großraumbüros, eine ganze „Sammlung“ von Anschlussdosen zur Verfügung. Die PCs, Drucker, Bildleinwände und andere netzwerkfähige Geräte sind über flexible Patchkabel mit den CPs verbunden.

Die infrastrukturellen Voraussetzungen für ein IP-basiertes Video-überwachungssystem lassen sich mit relativ geringem Aufwand schaffen. Da die Kameras aus Sicherheitsgründen ohnehin an Decken beziehungsweise von der Decke herab angeschlossen werden, sollte man Sammelpunkte in den Deckenbereichen einplanen.

Auch bei einer herkömmlichen strukturierten Verkabelung, bei der die Etagen über den Boden oder über Brüstungskanäle erschlossen sind, ist eine zusätzliche Verkabelung der Decken erforderlich. Die vorhandenen Anschlüsse können ja nicht nur für die Anbindung der Kamerasysteme, sondern auch von WLAN Access Points sowie für die IP-basierende Gebäudeautomation – die Steuerung der Beleuchtung, Rolläden oder Lüftung – genutzt werden.

WLAN Access Points

Die verwendeten Wifi-Geräte – wie auch alle Netzwerk-Switches und -Router – sollten für eine störungsfreie Datenübertragung QoS-fähig sein (Quality of Service). (Bild: Dätwyler)

Es gibt auch Überwachungskameras, die drahtlose Verbindungen mit dem IP-Netzwerk ermöglichen. Diese Option sollte bei hohen Sicherheitsanforderungen aber nur als Notlösung betrachtet werden. Denn das WLAN-Netz kann, etwa bei einem Einbruch, mit einfachen Mitteln von außen gestört werden. Außerdem kann es zu Kollisionen mit anderen Diensten kommen.

Gerade die schnelle Verbreitung kabelloser IP-Telefone – deren Datenverkehr ebenfalls im Prioritätsbetrieb abgewickelt wird – führt in einer solchen Struktur über kurz oder lang dazu, dass zwei Systeme um die Übertragungsmöglichkeiten für Echtzeit-Streams konkurrieren.

Damit es nicht zu gegenseitigen Störungen kommt, ist wiederum eine gute Planung notwendig, welche die Anforderungen der unterschiedlichen Dienste berücksichtigt. Außerdem sollten die verwendeten Wifi-Geräte – wie auch alle Netzwerk-Switches und -Router – QoS-fähig sein (Quality of Service). Damit kann die störungsfreie Übertragung auch der IP-Überwachungskameras gewährleistet werden, ohne dass es zu Kollisionen mit anderen Diensten kommt.

Große Kabelquerschnitte

Kategorien, Klassen, Bandbreiten und Datenraten

Internationale und nationale Standardisierungsgremien legen fest, welche Anforderungen die Übertragungsstrecken (Links) in einem Netzwerk erfüllen müssen, um bestimmte Protokolle „transportieren“ zu können. Die NetzwerkLinks werden in Klassen unterteilt, die Komponenten, aus denen sie sich zusammensetzen, in Kategorien.Ein Link der Klasse D, der aus Komponenten mindestens der Kategorie 5 besteht, bietet eine Bandbreite von maximal 100 Megahertz. Darüber kann man Anwendungen mit Datenraten von maximal einem Gigabit/Sekunde, also zum Beispie 1-Gigabit-Ethernet, übertragen.Moderne Netzwerke sollen zukünftige Anwendungen mit Datenraten bis zu zehn Gigabit/Sekunde, zum Beispiel 10-Gigabit-Ethernet, übertragen können. Das ist möglich mit:

Klasse EA-Link (Bandbreite: 500 Megahertz) mit Cat. 6a-Komponenten,
Klasse F-Link (Bandbreite: 600 Megahertz) mit Cat. 7-Komponenten,
Klasse FA-Link (Bandbreite: 1.000 Megahertz) mit Cat. 7a-Komponenten.

Bei der Planung der Verkabelung sollte man weiterhin darauf achten, dass Kupferkabel mit einem relativ großen Querschnitt (AWG 22) und einem geringen Schleifwiderstand verwendet werden. So kann man die angeschlossenen Endgeräte, darunter auch die Kameras, über das IP-Netzwerk mit Energie versorgen, ohne den zulässigen Spannungsfall zu überschreiten.

Beim Transport relativ großer Ströme zur Versorgung der Verbraucher kann es im Datenkabel unter ungünstigen Umständen zu schädlichen Erwärmungen kommen. Das Phänomen tritt insbesondere auf Trassen auf, wo mehrere Kupferkabel dicht nebeneinander liegen.

Dieser Aspekt wird umso wichtiger, als die standardisierte PoE-Leistung und die Betriebstemperaturen in den Kabeln noch steigen werden. Der größere Leiterquerschnitt eines AWG 22-Datenkabels reduziert dagegen den Widerstand und die ohmschen Verluste. Dadurch wiederum nimmt die Erwärmung der Kabel ab, und die Zuverlässigkeit des gesamten Netzwerks erhöht sich.

Kameras und Erfassungssysteme werden häufig in Fluren und Treppenhäusern eingebaut. In diesen brandschutztechnisch sensiblen Bereichen haben Steckernetzteile nichts zu suchen. Ein Grund mehr, PoE-Infrastrukturen zumindest in diesen Bereichen mit Sorgfalt zu planen.

Sicherheitstechnische Anforderungen

Flure und Treppenhäuser dienen im Brandfall als Fluchtwege. Daher spielen bei der Verkabelung der Überwachungstechnik auch brandschutztechnische Aspekte, wie etwa Brandlasten und Brandverhalten, eine wichtige Rolle. Die eingesetzten Kabel müssen in diesen Bereichen alle brandschutztechnischen Anforderungen für ein verbessertes Verhalten im Brandfall erfüllen. Dazu zählen in erster Linie Halogenfreiheit, Flammwidrigkeit sowie eine minimale Brandfortleitung und Rauchentwicklung.

Videobilder sollten in einem IP-Netzwerk grundsätzlich verschlüsselt übertragen werden. Deshalb ist zu prüfen, ob die Kameras die Daten selbst verschlüsseln können oder ob dafür zusätzliche Geräte notwendig sind. Es gibt am Markt auch WLAN-Geräte, welche die Verschlüsselung leisten.

Typischerweise verwendet man für die Videoübertragung eigene virtuelle LANs (VLANs), um eine saubere Trennung zwischen den unterschiedlichen Diensten zu erreichen. Auch bei der Einrichtung von VLANs ist darauf zu achten, dass man keine Leitungskapazitäten, die für andere kritische Dienste benötigt werden, blockiert.

Peter Pardeyke, Produktmanager Safety & Automation bei Dätwyler Cables in Hattersheim bei Frankfurt

Jonas Greutert, Leiter Produktmanagement & System Engineering bei Dätwyler Cables in Altdorf, Schweiz, www.daetwyler-cables.com

IP in der Sicherheitstechnik

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

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2009, S. 40 bis 43

Video ist nur der Anfang

Aus der Videoüberwachung sind IP-basierende Kameras und Lösungen heute nicht mehr wegzudenken. In vielen Anwendungen haben sie analoge Systeme bereits verdrängt. In anderen Bereichen dagegen hat sich das Standardprotokoll noch nicht im gleichen Maße durchsetzen können. Allerdings ist auch hier ein Trend zum Einsatz von IP und Ethernet zu erkennen.

Bei Einbruch- und Brandmeldesystemen dient das IP-Protokoll immer häufiger für die Kommunikation der Meldezentralen mit dem übergeordneten Gebäudemanagementsystem. (Bild: Bosch)

Attraktiv sind Ethernet und IP für viele Unternehmen vor allem, weil sie den Aufbau separater Netzwerke für die Datenverarbeitung und die Sicherheitstechnik überflüssig machen können. Eine zentrale und einheitliche Verwaltung verspricht deutlich reduzierte Betriebskosten, und auch bei den Investitionen in die Infrastruktur führen die hohen Stückzahlen zu erheblichen Kostenvorteilen. Doch nicht nur finanziell zahlt sich der Einsatz standardisierter Netzwerktechnologien aus: Eines ihrer großen Versprechen ist die Schaffung einer gemeinsamen technischen Plattform für alle Bereiche der Sicherheitstechnik. Informationen von Videokameras, Brand- und Rauchmeldern oder Türsteuerungen können über einheitliche Protokolle, wie TCP/IP, und standardisierte Schnittstellen, wie OPC, zentral zusammengeführt werden. Ferner besteht so die Möglichkeit, mehrere Anwendungen auf einer gemeinsamen, flexiblen und konfigurierbaren Oberfläche anzuzeigen und miteinander zu verknüpfen. Zudem werden ganz neue Anwendungen durch die Digitalisierung überhaupt erst möglich.

Intelligenz in Kameras und Encodern

Dass „Security over IP“ heute häufig noch mit „Video over IP“ gleichgesetzt wird, hat nachvollziehbare Gründe, ist aber trotzdem falsch. Die Videoüberwachung ist heute allerdings der einzige Bereich der Sicherheitstechnik, in dem Ethernet und IP flächendeckend bis hin zum Sensor, nämlich der Videokamera, eingesetzt werden. Das ist nur deswegen möglich, weil Kameras vergleichsweise teure Systeme sind und die zusätzlichen Kosten für einen eigenen Prozessor und die notwendige Software dort nicht erheblich ins Gewicht fallen. Diesen geringen Zusatzkosten stehen jedoch erhebliche Kosteneinsparungen und andere Vorteile gegenüber.

Dank ihrer hohen Verarbeitungsleistung bieten moderne IP-Netzwerkkameras und -Encoder erheblich mehr als eine herkömmliche Videoübertragung. Insbesondere ermöglicht diese höhere Leistung den Aufbau dezentraler Videoarchitekturen mit intelligenten Funktionen direkt in den Encodern und Kameras. Bei diesem Ansatz werden alle „Ereignisse“ am Kamerastandort generiert und nur noch Videobilder von Interesse an die Leitstelle gesendet, was den Datenverkehr im Netzwerk deutlich reduziert. Dafür gibt es heute eine Vielzahl von Videolösungen, bei denen Festplatten direkt an die Kameras oder Encoder angeschlossen und als lokale Ringspeicher genutzt werden können.

Erheblich Kosteneinsparungen

Im Vergleich zu analogen Lösungen mit zentraler Videospeicherung bieten solche Systeme erheblich Kosteneinsparungen. Trotzdem geht der Trend bereits wieder weg von einfachen Netzwerkrecordern, denn der Einsatz von iSCSI-Laufwerken verspricht deutlich mehr Flexibilität und Zuverlässigkeit. So lassen sich mit iSCSI relativ einfach flexible Speichernetze mit Redundanz und einer automatischen Lastverteilung (Load Balancing) realisieren, so dass die Verfügbarkeit der Lösung jederzeit garantiert werden kann. iSCSI-basierende Speichersysteme sind zudem mittlerweile recht kostengünstig und lassen sich sehr einfach skalieren. Bedenkt man, dass die Speicherung von Videobildern nicht selten die Hälfte der Gesamtkosten für die Videoüberwachung ausmacht, sind dies starke Argumente für den Einsatz von iSCSI-Systemen.

Wenngleich IP heute in der Videoüberwachung als Standard gelten kann, gibt es doch noch einige Bereiche, in denen analoge CCTV-Technologien eingesetzt werden. Bei Spezialkameras, wie Dome- oder Infrarot-Kameras, spielt analoge Technik nach wie vor eine erhebliche Rolle – diese Systeme werden dann allerdings über entsprechende Decoder in das IP-Netzwerk integriert. Ähnlich sieht es in Bereichen mit harten Umgebungsbedingungen aus, in denen bei der digitalen Signalübertragung mit Störungen zu rechnen ist. Manche Unternehmen setzen auch im Außenbereich auf analoge Techniken, um einen physikalischen Zugang zu ihrem IP-Netz unmöglich zu machen. Allerdings gibt es hier auch andere Möglichkeiten, unbefugte Zugriffe wirkungsvoll zu verhindern, so dass sich IP-Kameras auch in der Außenhaut- und Freilandüberwachung zunehmend durchsetzen.

Auch Audio-Streams

Wurde IP in der Videoüberwachung zunächst nur für die Übertragung von Bildern eingesetzt, läuft heute auch der Audio-Stream immer häufiger über dieses Protokoll. Verbesserungen in der Netzwerktechnologie haben die Latency in den Bereich von 100 Millisekunden gedrückt, was für eine hochwertige Audioübertragung ausreichend ist (weswegen sich auch die Telefonie über das IP-Protokoll zunehmend durchsetzt). Qualitätsprobleme sind erst ab etwa 150 Millisekunden Latency zu erwarten. In modernen Gigabit-Netzen steht heute genügend Übertragungskapazität für Audio- und Videosignale zur Verfügung, zumal dieser Verkehr in virtuelle LANs (VLANs) separiert und dann mit einer hohen Priorität versehen werden kann. Dies erfolgt in der Regel über die Reservierung der notwendigen Bandbreite für den Videoverkehr in den Ethernet Switches. Solche Maßnahmen können vor allem dort erforderlich sein, wo die Videoüberwachung über das bestehende Datennetz betrieben wird und dieses bereits eine nennenswerte Auslastung aufweist.

Ein weiterer Vorteil der IP-Technologie ist die Tatsache, dass sie nicht zwangsläufig kabelgebunden ist. So lassen sich über WLANs relativ einfach auch Video- und Audio-Streams aus problematischen Umgebungen übertragen. Beispielsweise sind die Schleppkabel von Aufzugsanlagen in der Regel nicht für die Übertragung von Audio und Video ausgelegt – per WLAN lassen sich hier trotzdem zuverlässige und kostengünstige Überwachungs- und Notruflösungen realisieren.

Genauere Erkennung von Vorfällen

Der Trend weg von der analogen Videoüberwachung und hin zum vermehrten Einsatz von IP-gestützten Systemen hat auch eine Vielzahl von Lösungen für die intelligente Videoanalyse mit sich gebracht. Netzwerk-basierte Überwachung und intelligente Analyse ermöglichen zum einen eine deutlich genauere Erkennung von Vorfällen, da Konzentrationsmängel und andere menschliche Fehler von vornherein ausgeschlossen werden. Zum anderen machen sie das Sicherheitspersonal deutlich effizienter, da dieses nur noch auf generierte Alarme reagieren muss, statt ständig eine Vielzahl von Live-Bildern zu überwachen.

Die Videoüberwachung ist heute der einzige Bereich der Sicherheitstechnik, in dem Ethernet und IP flächendeckend bis hin zum Sensor, nämlich der Videokamera, eingesetzt werden. (Bild: Bosch)

Waren die ersten intelligenten Systeme noch fast ausschließlich auf die Detektion von Bewegungen ausgelegt, gibt es heute wesentlich vielfältigere Alarmierungskriterien. Statt jede Bewegung zu melden, analysieren moderne Systeme auch die Größe des Objekts, seine Geschwindigkeit und seine Bewegungsrichtung und vermeiden so Fehlalarme wie bei der schon fast sprichwörtlichen Katze, die durch das Bild huscht. Interessant ist für viele Anwendungen auch eine Konfigurationsoption für Referenzobjekte. Hierbei werden alle relevanten Objektdaten, wie Größe, Geschwindigkeit und Farbe, in einer ausgewählten Live-Szene durch einen Mausklick auf das betreffende Objekt erfasst. Diese Informationen können dann als Überwachungskriterien zur späteren Verfolgung ähnlicher Objekte verwendet werden – auch über mehrere Kameras hinweg. So lässt sich beispielsweise sehr einfach erkennen, in welchen Bereichen des Firmengeländes sich eine verdächtige Person oder ein bestimmtes Fahrzeug bewegt hat.

Abstraktion durch Metadaten

Wenngleich bei vielen Anwendungen die zuverlässige Live-Alamierung im Vordergrund steht, ergibt sich doch oft die Notwendigkeit, Ereignisse später nachzuvollziehen. Eine Möglichkeit, diese Forensik deutlich zu beschleunigen, liegt in der Abstraktion. So können digitale Kameras neben dem eigentlichen Videobild auch Content-Analyse-Informationen in Form von Metadaten aufzeichnen. Diese bestehen aus einfachen Textzeichenfolgen mit Beschreibungen spezieller Bilddetails, wie Objekte oder Bewegungen. Die Metadaten haben ein wesentlich geringeres Volumen als die Videoaufzeichnungen selbst und lassen sich daher deutlich schneller und vor allem maschinell durchsuchen. Sie können zudem auch aus anderen Quellen wie etwa der Zutrittskontrolle stammen, so dass mit unterschiedlichen Techniken detektierte Ereignisse sehr einfach korreliert werden können.

IP jenseits von Video

Die Videoüberwachung hat dem IP-Protokoll den Zugang zur Sicherheitstechnik geebnet, doch der Einsatz digitaler Netzwerktechnologien ist schon lange nicht mehr auf Video beschränkt. Beobachter erwarten, dass die IP-Technologie schon bald auch den Markt für Zutrittskontrollsysteme beherrschen wird, da sie auch hier ihre Vorteile – Flexibilität, Standardisierung und geringe Kosten – voll ausspielen kann. Zwar ist nicht zu erwarten, dass die RS485-Schnittstellen der Terminals für die Zutrittskontrolle und die Zeitwirtschaft schon bald flächendeckend durch Ethernet ersetzt werden, doch verfügbar sind solche Systeme bereits. Allerdings sind IP-fähige Terminals wegen der erforderlichen Intelligenz noch spürbar teurer als ihre konventionellen Geschwister. Bei den Türkontrollern ist eine Ethernet-Schnittstelle für die Anbindung an die Zentrale dagegen heute Standard. Konfigurationsdaten für die einzelnen Terminals können so sehr einfach über das Netzwerk verteilt werden, und auch die Einbindung in ein zentrales Gebäudemanagement wird erheblich effizienter.

Ähnlich wie bei der Videoüberwachung ermöglicht auch die Digitalisierung der Zutrittskontrolle ganz neue Anwendungen, die einerseits die Sicherheit erhöhen und andererseits Kosten sparen können. So lassen sich viele digitale Zutrittskontrollsysteme über eine LDAP-Schnittstelle mit den gängigsten Verzeichnissystemen aus der EDV, wie etwa dem Active Directory, kombinieren, so dass die Zugangsrechte zur physischen und zur DV-Welt sehr effizient zentral verwaltet werden können.

Preissensitive Sensoren

Auch bei Einbruch- und Brandmeldesystemen dient das IP-Protokoll immer häufiger für die Kommunikation der Meldezentralen mit dem übergeordneten Gebäudemanagementsystem. Auf Sensorebene dagegen hat es sich bisher nicht durchsetzen können, da die Sensoren hier einfach und sehr preissensitiv sind. Zusätzliche Intelligenz wird nicht unbedingt benötigt, Extrakosten für eigene CPUs und die erforderliche Software sind daher in der Regel nicht zu rechtfertigen. Zudem stehen für den Anschluss der Melder an die Zentralen ausgereifte und kostengünstige Technologien, wie LSN (Lokales Sicherheitsnetzwerk), zur Verfügung, über die Ereignisse nicht nur gemeldet, sondern auch sehr genau lokalisiert werden können. Auch die für Hochsicherheitsanwendungen wie den Brandschutz notwendigen Zertifizierungen tragen dazu bei, dass IP sich dort auf der Sensorebene noch nicht durchsetzen konnte.

Bisher existiert bei der Gefahrenmeldetechnik kein einheitlicher Standard. (Bild: Bosch)

Ein weiteres Problem ist die fehlende Standardisierung in der Kommunikation zwischen Geräten unterschiedlicher Hersteller. Während sich bei der Videotechnik mit Onvif eine Standardisierungsorganisation gebildet hat, der praktisch alle namhaften Hersteller, wie Axis, Bosch, Cisco, Panasonic, Sony und viele andere, angehören, ist die Welt in der Gefahrenmeldetechnik gespalten. Mit dem aus der Prozesstechnik stammenden OPC und dem in der Gebäudeleittechnik beheimateten Bacnet existieren hier zwei Standards, die allerdings beide auf TCP/IP als Transportmedium zurückgreifen können. Dennoch würde ein einheitlicher Standard für die Gerätekommunikation sicher auch die Akzeptanz eines Standard-Transportmediums, wie TCP/IP, fördern.

Sicherheitstechnik absichern

Betreibt man die Sicherheitstechnik über eine IT-Infrastruktur, muss man sich zwingend auch mit der Frage der IT-Sicherheit beschäftigen. Daten aus der Videoüberwachung oder der Brandmeldeanlage sind kritisch und/oder vertraulich; sie dürfen weder in falsche Hände gelangen noch der Gefahr der Manipulation ausgesetzt werden. In manchen Unternehmen kommt es daher vor, dass für die Sicherheitstechnik zwar IT-Technologien eingesetzt, aber trotzdem separate Netze aufgebaut werden. Der leitende Gedanke ist dabei, dass die Trennung von Sicherheits- und Datennetz einen erheblichen Sicherheitsgewinn bringt und auch der Performance beider Netze zugute kommt. Allerdings lassen sich eine solche Trennung und der damit verbundene Sicherheitsgewinn auch innerhalb eines physischen Netzes erreichen. Virtuelle LANs ermöglichen nicht nur garantierte Bandbreiten für die anspruchsvolle Videoübertragung, sondern auch das Management unterschiedlicher Berechtigungen für die einzelnen VLANs. Damit können logisch völlig separate Netze über eine einheitliche physische Infrastruktur realisiert werden.

Der logische Zugang zu dieser Infrastruktur wird dann mit den Mitteln der IT-Security abgesichert. So lassen sich über IEEE 802.1X nicht nur Personen authentifizieren, sondern auf Ebene von Ethernet-Ports auch einzelne Geräte. Damit kann ausgeschlossen werden, dass jemand an einem zugänglichen Port ein nicht zugelassenes Gerät in das Netzwerk integriert, etwa indem er den Anschluss einer Videokamera im Außenbereich „anzapft“. Unbefugtes Abhören von Daten lässt sich in IP-Umgebungen zudem recht einfach über Verschlüsselungstechniken verhindern.

IP heißt nicht IT

IP-basierte Architekturen ermöglichen heute auch in der Sicherheitstechnik sehr flexible und kostengünstige Lösungen, da viele Standard-Komponenten aus der Welt der Informationstechnik verwendet werden können. Trotzdem sollte die physische Sicherheit nicht lediglich als Teil der IT gesehen werden, da nach wie vor die sicherheitstechnische Erfahrung der Mitarbeiter in Planung, Einrichtung und Überwachung die Qualität und die Effizienz der Gesamtlösung bestimmen. Aus der Sicht der IT ist die physische Sicherheit nur eine weitere Applikation, die gewisse Anforderungen an das Netzwerk stellt. Für den Sicherheitsverantwortlichen dagegen ist die IT ein zunehmend wichtiger werdendes Werkzeug, ohne das er sein Handwerk nicht mehr beherrschen kann. Für ihn ist es daher essentiell, sich intensiv mit den neuen Technologien auseinander zu setzen – sonst übernimmt über kurz oder lang die IT-Abteilung nach der Telekommunikation auch die Sicherheitstechnik.

Christoph Hampe, Vertriebsreferent, Bosch Sicherheitssysteme GmbH

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ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH

Entscheidungskriterien für Megapixelobjektive

Dirk Klages / März 1, 2012Oktober 6, 2017 / CCTV-Video HD-SDI via Koax, Grundlagen Video Optik, IP-Video HD Mega-Pixel

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2009, S. 36 bis 39

Objektiv betrachtet

Zunehmend erobern Megapixelkameras den Markt für Sicherheitstechnik, neben hochauflösenden Kameras werden zudem Megapixelobjektive an geboten. Was diese für den Einsatz mit einer Megapixelkamera empfiehlt und worauf zu achten ist, erläutert der nachstehende Fachbeitrag.

Mittlerweile gibt es eine große Auswahl an Megapixelobjektiven für unterschiedlichste Anwendungen am Markt. (Bild: Fujinon)

Nicht wenige Anwender werden sich fragen, weshalb Megapixelobjektive auf dem Markt angeboten werden. Schließlich wählt man ein Objektiv aufgrund des benötigten Bildwinkels und der Lichtstärke aus, doch nach der Auflösung?

Grundsätzlich lässt sich sagen, dass jedes Objektiv letztlich einen Kompromiss darstellt, denn jede optische Abbildung enthält Fehler. Das Problem, das sich bei der Konstruktion eines Objektives ergibt, ist, dass das Verhindern des einen Fehlers zu einem anderen führt. So kann kein Fehler völlig behoben, sondern immer nur minimiert werden. Ein gutes Objektiv erfordert viel Erfahrung bei der Konstruktion und ein großes Know-how bei der Produktion.

Die Auflösung spielt eine wichtige Rolle

Die Auflösung spielt in der Video-überwachung eine wichtige Rolle und ermöglicht es, nicht nur zu sehen, sondern auch zu erkennen. Hochaufgelöste Bilder bieten die Möglichkeit, Details, wie beispielsweise Gesichter, beim Sichten des Bildmaterials nachträglich vergrößert wiederzugeben. Auflösung meint dabei die Anzahl unterscheidbarer Details – sind zwei Punkte im Bild zu differenzieren, sind sie „aufgelöst“.

Zur Bestimmung der Auflösung von Objektiven verwendet man die Modulations Transfer Funktion (MTF). Will man die Auflösung eines Objektivs messen, nimmt man ein Testbild mit unterschiedlich feinen schwarz/weißen Linien. Unterscheidet sich die Helligkeit einer schwarzen und einer weißen Linie im Bild, sind die-se „aufgelöst“, sind sie nicht aufgelöst sieht man eine graue Fläche.

Der Übergang von „aufgelöst“ zu „nicht aufgelöst“ ist dabei fließend, der Helligkeitsunterschied nimmt ab. Ist der Helligkeitsunterschied – der Kontrast – bei zwei breiten Linien stark, nimmt er ab, je schmaler die Linien werden. Überträgt man die Veränderung des Kontrastes in Abhängigkeit der Linienbreite – deren Frequenz – in einen Grafen, so erhält man die Modulations-Transfer-Funktion.

Potenzial von Megapixelkameras ausschöpfen

Eine Kamera benötigt zum Unterscheiden zweier Linien einen minimalen Kontrast. Wird dieser Wert unterschritten, erzeugt die Kamera trotz höherer Auflösung nur eine graue Fläche. Die höchste Frequenz, die vom Objektiv noch mit einem ausreichenden Kontrast übertragen werden kann, ergibt die Auflösung des Objektivs.

Generell lassen sich Objektive für hochauflösende IP- oder Megapixelkameras nicht mit denen für Analogkameras vergleichen: Während die Überwachungsszene im analogen Umfeld beispielsweise in 600.000 Punkte aufgeteilt wird, sind es bei der Megapixeltechnik drei Millionen und mehr.

Ein mit einer hochauflösenden IP- oder Megapixelkamera eingesetztes Objektiv sollte in der Lage sein, diese hohe Anzahl von Bildpunkten sauber voneinander getrennt darzustellen, um das volle Potenzial dieser Kameras auszuschöpfen. Dabei unterscheidet sich die Auflösung von Megapixelobjektiven ebenso sehr wie die der Kameras. Renommierte Hersteller geben sie entsprechend an, damit sich Kamera und Objektiv optimal aufeinander abstimmen lassen.

Festbrennweiten und Varifokal-Objektive

Neben den Varifokal-Objektiven werden auch oft Festbrennweiten für Megapixelkameras eingesetzt. Festbrennweitige Objektive besitzen eine feste Brennweite und verfügen meist über eine manuelle Blendeneinstellung. Diese Objektive kommen aus dem „Machine Vision“-Bereich, wo schon länger Megapixelkameras verwendet werden und deshalb eine große Auswahl an hochauflösenden Objektiven erhältlich ist.

Für den Einsatz in CCTV-Kameras ergeben sich jedoch einige Nachteile. Neben der geringeren Flexibilität durch die feste Brennweite und manuelle Blendeneinstellung sind diese Objektive primär für den harten Einsatz in Maschinen unter dauerhafter mechanischer Belastung konstruiert. Dementsprechend liegen sie preislich in der Regel über den Varifokal-Megapixelobjektiven für den CCTV-Einsatz.

In den meisten Fällen kommen in Überwachungskameras so genannte Varifokal-Objektive zum Einsatz. Der Vorteil von Varifokal-Objektiven liegt in einer deutlich höheren Flexibilität gegenüber Festbrennweiten. Die Brennweite ist anders als bei Festbrennweiten variabel. Dass heißt, der Bildwinkel kann – wie bei einem Fotoapparat mit Zoomoptik – verändert werden. Eine automatische Blendensteuerung ermöglicht außerdem eine bessere Anpassung an schwankende Lichtbedingungen.

Varifokal-Objektive sind allerdings zu unterscheiden von Zoomobjektiven, bei denen aufgrund der Objektivkonstruktion die Schärfe im Bild erhalten bleibt, wenn man die Brennweite verändert. Da bei Überwachungskameras das Objektiv meist nur einmal für einen bestimmten Bildwinkel eingerichtet wird, können diese Korrekturelemente hier eingespart werden. Ändert man bei einem Varifokal-Objektiv die Brennweite, muss die Schärfe korrigiert werden.

Tag/Nacht-Objektive

Tag/Nacht-Kameras schalten bei schlechten Lichtverhältnissen in den Schwarz/Weiß-Modus um und erzeugen selbst bei äußerst geringem Licht noch gute Bilder. In diesem Modus arbeiten die Kameras nicht mit dem normalen sichtbaren Tageslicht, sondern mit IR-Licht.

Die Sensoren dieser Kameras sind im IR-Bereich empfindlich, weshalb solche Kameras im Infrarotbereich mehr sehen als eine normale Kamera. Bei ausreichenden Lichtverhältnissen hält bei Tag/Nacht-Kameras ein ausschwenkbarer Sperrfilter das IR-Licht ab, da es zu einer falschen Farbwiedergabe führen würde.

Doch weshalb sind auch für diese Kameras besondere Objektive nötig? Verwendet man eine Tag/Nacht-Kamera mit einem normalen Objektiv, dann wird das Bild unscharf, wenn vom Tag- in den Nacht-Modus umgeschaltet wird. Das liegt daran, dass IR-Licht von Glas anders gebrochen wird als sichtbares Licht.

Aufnahmen der gleichen Szene am Tag (li.) sowie nachts mit einem nicht IR-korrigierten Objektiv und einem IR-korrigierten Objektiv (re.). (Bild: Fujinon)

Die Fokussierung, das heißt der Punkt, indem sich die Lichtstrahlen treffen, liegt bei normalen Objektiven für IR-Licht hinter dem Punkt für Tageslicht. Bei Tag/Nacht-Objektiven tritt dieser Effekt nicht auf; das Bild bleibt in beiden Kameraeinstellungen scharf. Spezielle Beschichtungen verhindern ein Reflektieren des Infrarotlichts im Objektiv, so dass diese Objektive mehr Infrarotlicht durchlassen als normale Optiken.

Mittlerweile gibt es auch Tag/Nacht-Megapixel-Objektive mit einer Auflösung von drei Millionen Pixeln.

Zoomobjektive für Tag & Nachteinsatz

Zoomobjektive ermöglichen es, sehr große Areale zu überblicken. Details lassen sich vergrößern und sensible Bereiche somit effizient überwachen. Ein Hersteller hat das weltweit erste Megapixel-Zoomobjektiv in kompakter Bauweise für Tag/Nacht-Megapixelkameras bereits vorgestellt.

Dieses Objektiv liefert bei einer Brennweite von zehn bis 320 Millimetern durchgehend ein Auflösung von mindestens 1,3 Millionen Pixeln. Durch die Kombination aufwändiger Beschichtungen und spezieller optischer Elemente wird eine extrem hohe Transmission für IR-Licht erzielt – und das ohne mechanische Korrekturelemente.

Die hohe Auflösung von Megapixel-Zoomobjektiven erlaubt kompakte Komplettsysteme inklusive Megapixel-IP-Kamera, S/N-Kopf und Wetterschutzgehäuse. (Bild: Videor)

Die hohe Auflösung erlaubt die Kombination von optischem und digitalem Zoom und ermöglicht so sehr leistungsfähige Systeme in kompakter Bauform. Ein gelungenes Beispiel ist das jüngst von einem Distributor vorgestellte System, bei dem eine Netzwerkkamera mit 2,3 Millionen Pixel Auflösung mit einem Megapixel-Zoomobjektiv zum Einsatz kommt.

Das System entspricht einem 60fach Zoom, wobei das verwendete Objektiv von der Bauform fast 50 Prozent kleiner ist als ein optisches 60fach Zoomobjektiv. Gehäuse und Schwenk-/Neigekopf fallen so deutlich kleiner aus. Da das gesamte System über ein einziges LAN-Kabel gesteuert wird, das gleichzeitig die Bilddaten und sämtliche Steuersignale überträgt, lässt es sich leicht in bestehende Videoüberwachungsanlagen integrieren.

Fazit

Vor kaum drei Jahren zum ersten Mal für Videoüberwachungskameras erhältlich, werden Megapixelobjektive heute von verschiedenen Herstellern in festbrennweitigen Versionen oder als Varifokal- und Zoomobjektive angeboten. Ebenso gibt es mittlerweile speziell für hochauflösende Tag/Nacht- oder Netzwerkkameras entwickelte Objektivserien mit entsprechenden Eigenschaften.

Erst seit relativ kurzer Zeit auf dem Markt sind hochauflösende Weitwinkel- und Ultraweitwinkel-Objektive. Sie erweitern mit ihrer aufwändigen Objektivkonstruktion und innovativen Technologien die Einsatzmöglichkeiten im Bereich hochauflösender Videoüberwachungssysteme.

Bei der Wahl des Megapixelobjektivs ist die Art der Anwendung entscheidend, beziehungsweise die zu diesem Zweck eingesetzte IP- oder Megapixelkamera: Jahrzehntelange Erfahrung, eine große Objektivauswahl und qualifizierte Beratung helfen, das für die jeweilige Überwachungssituation am besten geeignete Megapixelobjektiv zu finden.

Eine erste Orientierung bietet beispielsweise der Produktvergleich über praktische Tools auf der Website eines Distributors, bei dem sich die Megapixelobjektive der führenden Hersteller direkt miteinander vergleichen lassen.

Bernhard Uhlhaas, Sales Representative CCTV Sales bei der Fujinon (Europe) GmbH.

Markus Kissel, Public Relations für die Videor E. Hartig GmbH.

Weitere Informationen erhalten Sie bei Ihrem Videor u. Fujinon Vertriebspartner:
ViSiTec Video-Sicherheit-Technik GmbH