Monitore für Security- und Broadcast-Anwendung

Das Licht im Hintergrund

Fachartikel aus Videor VIEW 02|2012: Technik und Besonderheiten von LCD-Monitoren im Security- und Broadcast-Bereich

LCD-Monitore haben sich in den vergangenen Jahren rasant weiterentwickelt, und der Einsatz von LEDs zur Hintergrundbeleuchtung macht die Nachteile, die manch einer im Vergleich zur guten alten Röhre empfunden hat, mehr und mehr wett. Und schon schickt sich mit den organischen Leuchtdioden – OLED – eine Technologie an, den Monitor-markt erneut zu revolutionieren. Wir werfen einen Blick auf den aktuellen Stand der Technik und klären die Besonderheiten von Security- und Broadcast-Monitoren.

Gerade einmal vier Jahre ist es her, da haben wir in der VIEW die jeweiligen Vor- und Nachteile von TFT- und CRT-Monitoren besprochen – ein Artikel, der anschließend auch von Fachzeitschriften aufgegriffen und veröffentlicht wurde und der noch immer sehr hoch bei Google & Co. gerankt wird, wenn man die entsprechenden Suchbegriffe eingibt. Mittlerweile sind die CRT-Monitore gänzlich von unserer Website verschwunden, und auch in unserem Gebrauchtgeräteshop finden sich ausschließlich LCD-Monitore. Die Röhre hat ausgedient, auch wenn sie bis zuletzt ihre Fans hatte, die sich nicht so recht von den klobigen Kästen trennen konnten. Nicht nur die Technik der LCD-Monitore hat eine rasante Weiterentwicklung erfahren – die Entwicklung von analoger zu digitaler bzw. IP-basierter Technologie lässt auch die generelle Bedeutung professioneller Monitore in einem neuen Licht erscheinen. Welche technologischen Entwicklungen lassen sich ausmachen? Welche Bedeutung hat der Zusatz „professionell“ im Security- und Broadcast-Bereich? Ist ein LCD-Monitor von Elektronik-Discountern nicht „professionell“ genug?

Funktionsweise der Flüssigkristallanzeige
LCD steht für „Liquid Crystal Display“ und lässt sich mit „Flüssigkristallanzeige“ übersetzen. Die Eigenschaften von Flüssigkristallen werden seit Anfang des 20. Jahrhunderts erforscht, und bereits 1968 wurde in den USA bei der Radio Corporation of America das erste funktionierende LCD eingeführt, das aber freilich wenig mit den heute bekannten LC-Displays gemein hatte. Die Funktionsweise eines LCDs lässt sich vereinfacht mit einer Jalousie vergleichen: Bei waagrecht gestellten Lamellen kommt Licht hindurch, bei senkrechten Lamellen bleibt das Licht draußen. Im LCD übernehmen diese Funktion die in Flüssigkeit schwimmenden Kristalle, die ihre Ausrichtung verändern können und in Abhängigkeit davon Licht hindurchlassen oder blockieren. Das Licht stammt von der Hintergrundbeleuchtung, die von Leuchtstoffröhren oder LEDs (dazu später mehr) stammt. Jeder Bildpunkt besteht aus drei Kammern, die mit Flüssigkristallen gefüllt sind und für die jeweils ein Farbfilter (rot, grün, blau) festgelegt ist. Ausrichtungsfilter, sogenannte Alignment Layer, die die Schicht von Flüssigkristallen einschließen und an denen Spannung anliegt, bauen ein elektrisches Feld auf, über das die Kristalle wie die Lamellen der Jalousie ausgerichtet werden. Je nach Ausrichtung der Kristalle kann das Licht der Hintergrundbeleuchtung den Polarisationsfilter passieren oder nicht und sich durch den jeweiligen Farbfilter bewegen. Durch die additive Mischung entsteht die gewünschte Farbe auf der Glasplatte des LCDs.

Funktionsprinzip eines LC-Displays
Funktionsprinzip eines LC-Displays: Das Licht durchläuft die dargestellten Filter, bevor es dann die Pixel in der gewünschte Farbe auf den Bildschirm bringt. Im Zentrum des Aufbaus: die Flüssigkristalle

Hintergrundbeleuchtung mit CCFLs
Herkömmliche Kaltkathodenstrahllampen, sogenannte CCFLs (cold-cathode fluorescent lamps), die zur Hintergrundbeleuchtung eingesetzt werden, werden in Röhrenform nebeneinander oder untereinander angeordnet. Ihr Licht trifft auf einen lichtleitenden Kunststoff, der das Licht möglichst gleichmäßig verteilen soll, bevor es die erwähnten Polarisations-, Ausrichtungs- und Farbfilter durchläuft. Die gleichmäßige Lichtverteilung ist in der Praxis aber häufig schwierig, und so können unterschiedlich helle Bereiche auftreten, in der Regel an den Stellen, an denen sich die CCFL-Röhren befinden. Weiterer Nachteil sind die niedrigen Kontrastwerte: Bedingt durch die Bauart können die Lichtröhren nur alle gleichzeitig gedimmt werden. Bei Szenen mit sowohl dunklen als auch hellen Bildteilen müssen somit alle CCFLs hochgeregelt werden – aus Schwarz wird dann Grau und Details gehen somit in den dunklen Bereichen verloren. Dies wird schon jedem Science-Fiction-Fan aufgefallen sein, wenn das Raumschiff in den schwarzen Orbit vorstößt, der eher grau-verwaschen daherkommt. Vorteile von LCDs mit CCFLs sind die Leuchtstärke der Lampen, die auch einen problemlosen Einsatz in hellen Räumen ermöglicht, sowie die mittlerweile sehr kostengünstige Produktion, die sich in niedrigen Marktpreisen niederschlägt.

Hintergrundbeleuchtung mit LEDs
Mit sogenannten LED-Monitoren wird keine grundsätzlich neue Technologie beschrieben; auch bei ihnen handelt es sich um LC-Displays mit der beschriebenen Technik, nur dass als Hintergrundbeleuchtung LEDs anstelle von CCFLs zum Einsatz kommen. Bei diesen LED-Backlight-Monitoren wird zwischen dem Edge- und dem Direct- oder auch Full-LED-Prinzip unterschieden. Beim Edge-Prinzip, auch Rahmen-Hintergrundbeleuchtung genannt, werden die LEDs lediglich an den Rändern des Monitors angebracht, und das Licht wird über ein Leitersystem über den Bildschirm verteilt. Vorteil dieser Anordnung ist die extrem flache Bauweise der Monitore und der geringe Stromverbrauch; allerdings bleiben die Nachteile von LCD-Monitoren mit CCFLs – ungleichmäßige Ausleuchtung sowie geringe Kontrastwerte – bestehen. Beim Full-LED-Prinzip, also direkter LED-Hintergrundbeleuchtung, werden die Leuchtdioden ganzflächig hinter dem Display platziert, je nach Monitorgröße sind dies bis zu 3.000 LED-Lampen. Diese LEDs werden zu einzelnen Clustern zusammengefasst, deren Helligkeit dann über eine Local-Dimming-Technologie einzeln geregelt wird. Auch wenn diese Regelung nicht pixelgenau ist, so wird das Panel sehr viel gleichmäßiger ausgeleuchtet und die Kontrastwerte werden deutlich erhöht. Weiterer Vorteil im Vergleich zur Beleuchtung mit CCFLs sind der geringere Stromverbrauch und die mit ca. 100.000 Stunden fast doppelt so lange Lebensdauer – ein Faktor, der gerade im professionellen Bereich ausschlaggebend sein kann.

OLED – Organische Leuchtdiode
Neueste Technologie im Bereich der Flachbildschirme sind organische Leuchtdioden, kurz OLED (Organic Light Emitting Diode). Im Gegensatz zur traditionellen Elektronik, die auf anorganischen Leitern wie Kupfer oder Silizium beruht, ist die Basis von OLEDs Kohlenstoff. OLED-Bildschirme kommen ohne Hintergrundbeleuchtung aus und Emittieren selbst farbiges Licht, so dass keine Farbfilter benötigt werden. Das Ergebnis ist ein sehr hoher Kontrast (zehn Mal höher als bei aktuellen LCDs) und eine sehr viel bessere Farbdarstellung. Weitere Vorteile sind die äußert geringe Bautiefe, die noch unter der von LCDs mit Edge-Prinzip liegt, und Reaktionszeiten, die die Werte von LCDs um das 1.000-fache übertreffen: Bei einigen Geräten beträgt sie gerade einmal 0,001 Millisekunden. Problematisch ist derzeit noch die geringe Lebensdauer von OLEDs, die bei nur einigen Tausend Stunden liegt und gerade im Dauerbetrieb schnell erreicht wird.

Merkmale professioneller Broadcast-Monitore Wichtigstes Merkmal professioneller Broadcast-Monitore ist – neben der sehr hohen Bildqualität und den herausragenden Kontrastwerten – die Möglichkeit zur Farbkalibrierung, die von der European Broadcasting Union (EBU) vorgeschrieben wird. Aber auch Funktionen, wie zum Beispiel ein integriertes Waveform Display und ein Vektorskop, mit dem sich Farbe und Bildqualität auch ohne externe Messgeräte kontrollieren lassen, sind bei Drehs im Außenbereich, bei denen es auch mal schnell gehen muss, nicht mehr wegzudenken. Und welcher Consumer-TFT hat schon SDI-Eingänge aufzuweisen, die bis zu 3Gb/s unterstützen? Zusätzlich natürlich zu Composite-, S-Video-, Component-, RGB- und HD-/SD-SDI-Eingängen. Zudem bieten Broadcast Monitore der Klasse 1 die verbindliche, farbechte Wiedergabe verschiedener Farbräume, wie SMPTE-C, REC 709, DCI-P3 sowie EBU und User Defined, mit der sich Farben absolut realistisch darstellen lassen, so dass sichergestellt ist, dass das abgelieferte Endprodukt von einer einheitlichen und der Wirklichkeit entsprechenden Farbgebung ist.

Security-Monitore: für 24/7 entwickelt
Während die Vorteile professioneller Broadcast-Monitore also auf der Hand liegen, sind sie im Bereich der Videoüberwachung schwieriger auszumachen. Composite-Videoeingänge lassen sich an der Monitorrückseite identifizieren, aber sonst? Und wer braucht überhaupt noch Videoeingänge, wenn er im Bereich der IP-basierten Überwachung unterwegs ist – da erfolgt der Anschluss via DVI oder HDMI an den PC. Also gleich zum Elektro-Discounter und einen preiswerten TFT-Monitor einer Consumer-Marke gekauft? Prinzipiell ist dies natürlich möglich, und in der Darstellung der Videobilder wird man keinen Unterschied erkennen – zu Anfang jedenfalls nicht. Allerdings sollte man nicht übersehen, dass diese Panels für andere Anforderungen als in der Videoüberwachung gefertigt wurden und dass zum Beispiel auch ein Gamer, der sich in irgendwelchen Spielewelten verliert, irgendwann einmal schlafen muss und den Monitor ausschalten wird und ihm somit eine Pause gönnt. Für einen Einsatz rund um die Uhr sind diese Panels nicht konstruiert und werden daher eher früher als später ihren Geist aufgeben – ein Risiko, dem man sich im sensiblen Bereich der Sicherheitsanwendungen nicht aussetzen sollte. TFT-Monitore, die für CCTV-Anwendungen entwickelt wurden, wurden für die 24/7-Überwachung konstruiert, ihre Panels sind robuster und langlebiger und benötigen keine Pause. Zudem verfügen sie häufig über wichtige Zusatzfunktionen, die zum Beispiel ein Einbrennen von Bildern verhindern – insbesondere bei Szenarien mit wenig Bewegung ein wichtiges Merkmal. Im Gegensatz zu CRT-Monitoren, bei denen es tatsächlich zum Einbrennen des Bildinhaltes in der Phosphorschicht der Bildröhre kommen kann, tritt dieses Phänomen bei LCD Monitoren durch eine statische Aufladung von Teilen des Bildschirms auf, wenn der Bildschirm-Inhalt über eine lange Zeit nicht wechselt, wie dies bei Überwachungssituationen häufig der Fall ist. Professionelle Monitore für die Videoüberwachung verfügen daher häufig über entsprechende Anti-Burn-in-Funktionen. Darüber hinaus wird die Bildqualität professioneller CCTV-Monitore oft durch einen digitalen 3D Kammfilter-Dekoder zusätzlich verbessert, der Farbschlieren und unruhige Farbkanten verhindert, indem er vorherige mit den folgenden Bildern verrechnet und so die verschachtelten Farb- und Schwarz-/Weiß-Signale besser voneinander trennt.

Fazit
Die Entwicklung im Monitor-Bereich schreitet rasant voran, und insbesondere Monitore mit Full-Direkt-LED Hintergrundbeleuchtung erreichen mittlerweile eine Bildqualität, die auch die letzten Fans von CRT-Monitoren gnädig stimmen sollte. Und der Ausblick auf die OLED-Technologie, die schon jetzt bei einzelnen Monitoren unseres Lieferanten TVlogic zum Einsatz kommt, zeigt, dass die Bildqualität von Flachbildschirmen zukünftig sogar höher sein wird als die von Röhrenmonitoren. Hersteller gehen davon aus, dass sich diese Technik bis 2016 durchsetzen wird und sich OLED-Monitore dann preislich auf dem Niveau heutiger LCDs bewegen werden. Im Broadcast-Bereich ist die Notwendigkeit professioneller Monitore unstrittig. Im Security-Bereich hingegen ist die Versuchung groß, preiswerte Consumer-Monitore zu verwenden. Allerdings sollte nicht übersehen werden, dass der höhere Preis eines speziell für die Videoüberwachung entwickelten Monitors absolut gerechtfertigt ist. Die Belastung, die Panels im Dauerbetrieb aushalten müssen, ist enorm – da sollte man sich nicht auf Consumer-LCDs verlassen.

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Monitore für die Videoüberwachung

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2012, S. 50 bis 52

Anforderungen an Displays

Glasklare Kriterien

Kaum ein Einzelbaustein eines professionellen Sicherheitssystems wird vom Preis-/Leistungsverhältnis, aber zum Teil auch rein qualitativ so kritisch gesehen wie der Monitor. Kaum ein Produkt ist für den Entscheider so transparent durch die augenscheinliche Vergleichbarkeit mit dem Consumer-Markt. Der Monitor, das Bildwiedergabegerät mit dem das Auge des Anwenders am meisten in Berührung kommt.

Bild: AG Neovo
(Bild: AG Neovo)

2012 – Speichermöglichkeiten in Petabytes, schnelle Zugriffszeiten auf Videosequenzen von Einzelereignissen, Bildsignale mit vielen Megapixeln, stets verbesserte Analysefunktionen und Möglichkeiten von Großdarstellungen an Anzeigegeräten für mehrere Personen gleichzeitig. Aber auch Ersatz und Erweiterungen von amortisierten und nicht amortisierten „running Systems“.Es zeigt sich, dass auch Displayhersteller herausgefordert sind. Das betrifft zum Einen die Positionierung des Monitors als wichtige Systemkomponente: Es gibt keine qualitativ bessere und gegebenenfalls präventivere Eingreifmöglichkeit in ein Live-Bild als das menschliche Auge – so gut auch immer die Alarmfunktionen arbeiten.

Des weiteren betrifft dies die Bildanzeigequalität von eingehenden Signalen, für die die Hersteller mit existierenden Produkten gewappnet sind (siehe weiter unten). Bei Großbildschirmen sind die Technologien vorbereitet oder bereits verfügbar, auch hierzu wird weiter unten Stellung genommen. Bei Ersatz- und Erweiterungsbedarf zeigt sich darüber hinaus, ob Hersteller das vergangene Marktgeschehen richtig eingeschätzt haben und lange Produktlebenszyklen von zum Beispiel 15-Zoll-, 17-Zoll- und 19-Zoll-Displays im 4:3- und 5:4-Bildformat gewährleisten.

Umgebungskriterien

Die Leitstelle, der Leitstand, ein Raum mit wechselnden Mitarbeitern und viel Bewegung und Hektik, zumeist 24 Stunden an sieben Tagen der Woche in Betrieb. Oftmals ein Raum als Visitenkarte des Unternehmens, oftmals ein wenig beachteter rauh anmutender Raum im Hintergrund. Es zeigt sich der Bedarf an designorientiertem aber auch an robustem technischem Equipment. Nicht nur Möbel und Eingabegeräte sind nach diesen Voraussetzungen auszuwählen, sondern auch ein komplexes Produkt wie der Monitor.

Ein gehärtetes Schutzglas (mit unter Umständen weiteren Vorteilen, die weiter unten beschrieben werden), ein Metallgehäuse, die 24/7-Auslegung aller Bauteile, gegebenenfalls eine IP-Schutzklasse aber auch ein geschmackvolles Design oder eine Verfügbarkeit von kleinen bis großen Bauformen werden auf diese Weise entscheidungsrelevant. Das selbst Eigenschaften wie eine obligatorische Vesa-Befestigungsmöglichkeit oder eine hohe Pflegeleichtigkeit mit Reinigungsmitteln aller Art eine Rolle spielen, mag in diesem Zusammenhang vorerst zweitrangig klingen.

Bildqualität des Displays

Was macht das Leben in Systemlösungen von Videoanlagen so spannend? Nahezu jeder Testaufbau, jede realisierte Lösung ist subjektiv beziehungsweise einmalig. Das Zusammenspiel von Kamera und Objektiv mit der Übertragungsstrecke und einem Videomanagementsystem beschäftigt den Systemplaner sicherlich zu Recht am meisten. Nun kommt es bei der Entscheidung der Bildqualität am Anzeigegerät auf ein direktes, unverfälschtes Signal an. Da dies bei IP-basierten Videomanagement-Systemen (VMS) nicht möglich ist, ist mit Streckungen oder Stauchungen bei der Auflösung des Bildsignals zu rechnen.

Es sei betont, dass bei der LCD-Technologie die Wiedergaberaster bauartbedingt fest vorgegeben sind. Es wird sich in IP-Umgebungen vom Format des Eingangssignals unterscheiden. Zur bestmöglich korrekten Darstellung müssen die Pixelzahlen von Breite und Höhe des Signals auf das Ausgaberaster skaliert werden. Hierbei kommt es, insbesondere bei einer Verkleinerung, zu Verlusten von Bildinhalten.

Aber auch bei einer Vergrößerung werden Bildinformationen verlorengehen oder Bildartefakte entstehen. Die Ausführung und der technische Aufwand, der vom Hersteller beim „Scaling“ (Transformation) betrieben wird, bestimmt die Wiedergabequalität, insbesondere die wahrgenommene Qualität. Die native Auflösung des Displays muss bei der Systemauslegung bekannt sein, denn jede Änderung der Auflösung des Bildsignals hat negative Auswirkungen auf die Bildqualität. Eine nativ geringere Auflösung des Monitors kann unter Umständen sogar vorteilhaft für die Bildschirminformationen sein. Uneingeschränkt empfehlenswert ist nahezu ausschließlich nur ein echtes Full-HD-Signal für ein Full-HD-Panel (nativ 1.920 mal 1.080 Pixel) mit LED-Hintergrundbeleuchtung.

Entspiegeltes Schutzglas

Dennoch arbeiten Hersteller mit positiven Ergänzungen für den Bediener, um die Bildinformation brillanter, farbgetreuer und kontrastreicher darzustellen. Beispielsweise sorgt ein entspiegeltes und patentiertes Schutzglas durch Nano- und Filtertechnologie für eben diese Effekte und einen großen sehr gut ersichtlichen Blickwinkel. Im Zusammenspiel mit Panels bester Güte (zum Beispiel im Sinne der Pixelfehlerklasse), 3D-Kammfiltern, integriertem Deinterlacing und Rauschreduktion wird den vorgeschalteten Systemkomponenten qualitativ Rechnung getragen.

Es zeigt sich insgesamt, dass in Sachen Bildqualität Wert zu legen ist auf Wiedergabe-bezogene Produkte. Es sollte in Videosystemlösungen wenig skaliert werden und möglichst mit den nativen Auflösungen und Bildformaten der Displays ein optimales Bild erreicht werden. Die verwendete Kamera-Objektiv-Übertragung-VMS-Kombination im Verbund mit dem Display als direktem Anwenderwerkzeug ist entscheidend für die Anwenderzufriedenheit.

Zum Thema Bildqualität sei abschließend auf die seit 1996 geltende und zuletzt im Dezember 2008 geänderte Bildschirmarbeitsplatzverordnung (BildscharbV) als Rechtsverordnung der Bundesrepublik verwiesen. Hieraus entstehen zu beachtende Mindestanforderungen an Bildschirme bei Kontrast (mindestens 450:1), Betrachtungswinkel (mindestens 160 Grad) und Hintergrundbeleuchtung (mindestens 250 Candela/Quadratmeter).

Mehrwerte innerhalb einer Videosicherheitsanlage

Die Anforderungen an Überwachungsmonitore sind durch praxisnahe Zusatznutzen größer geworden. So ist es mittlerweile unabdinglich, dass das On-Screen-Display übersichtlich aufgebaut und intuitiv zu bedienen sein muss. Außerdem sollen die Bedientasten absperrbar sein, um Fehleinstellungen zu vermeiden. Zum Schlagwort Multifunktionalität gehören Bild-in-Bild- und Bild-an-Bild-Funktionen. So kann der Bediener seine Konzentration auf ein digitales Signal, zum Beispiel ein Kommunikationsprogramm, parallel zum analogen Bildsignal richten.

Entsprechend sollte Wert auf eine Eingangsvielfalt gelegt werden, um die Flexibilität für spätere Verwendungen des Produktes zu gewährleisten. So sind digitale Eingänge eines analog genutzten Monitors als Investition in die Zukunft anzusehen. Großbildschirme ab 32 Zoll werden in der Regel für Mehrfachbilddarstellungen genutzt und sollten beispielsweise auch zwei analoge Quellen gleichzeitig anzeigen können, aber auch mit hohen Auflösungen für moderne IP-Videomanagement-Systeme aufwarten.

Bild: AG Neovo
Die Bedienung per Gesten auf einer fingerabdruckabweisenden Oberfläche ist im Zeitalter der Smartphones bereits etabliert. Ein eigenhändiges Bedienen der Szenarien lässt ein schnelleres und bewussteres Handeln und Eingreifen möglich werden. (Bild: AG Neovo)

In solchen Anwendungen wird es für Planer aufgrund eines stets angestrebten hohen Bedienkomforts immer interessanter, sich mit der Multitouch-Funktionalität auseinanderzusetzen. Die Bedienung per Gesten auf einer fingerabdruckabweisenden Oberfläche erfordert anfänglich zwar ein Umdenken, ist in unserem Zeitalter der Smartphones aber bereits etabliert. Ein eigenhändiges Bedienen der Szenarien lässt ein schnelleres und bewussteres Handeln und Eingreifen möglich werden. Ein abschließender Mehrwert für die Kaufentscheidung ist im Falle von Leitständen die Möglichkeit, ohne kostenintensive Zusatzgeräte professionelle Videowände aus zum Beispiel mehreren 55-Zoll-Displays zu errichten.

Preis versus Gesamtkosten

Die Videoanlage ist stets ein Gesamtkunstwerk aus verschiedenen Komponenten und ist bei der Betrachtung der Investitionssicherheit nur so stark, wie sein schwächstes Glied. Der Monitor sollte diese These keinesfalls bestätigen. Errichter sollten zusammen mit dem Entscheider des Kunden neben der Auslegung für den Dauerbetrieb den Faktor Langlebigkeit auch anhand der angebotenen Herstellergarantie beurteilen. Sie ist ein deutlicher Fingerzeig für die Ausfallsicherheit des Produktes.

Übrigens verlängert das oben erwähnte Schutzglas „so ganz nebenbei“ die Lebensdauer des Panels, da das einfallende Licht nicht direkt auf dem Panel gebrochen wird. In diesem Zusammenhang sei auch die Investition der Displayhersteller hinsichtlich der Green-IT-Richtlinien erwähnt. Zu den Faktoren der umweltfreundlichen Herstellung und Entsorgung gesellen sich hervorragende Eigenschaften der Produkte zum Reduzieren des Stromverbrauchs. Beispielhaft sei die Möglichkeit der automatischen Helligkeitsregelung („Eco Smart Sensor“) erwähnt. So können mit dem Einsatz von optimierten Displays bei mittelgroßen Leitständen viele Hundert Euro während des Amortisationszeitraums gespart werden.

Es ist sicherlich deutlich geworden, dass die Entscheidung für den Einsatz eines Monitors innerhalb einer professionellen Systemlösung nicht durch den Blick in die Beilage der Tageszeitung getroffen werden sollte. Diverse Kriterien sind zu erfüllen, um dem Anwender ein komplett durchdachtes und möglichst ausfallsicheres System zu seiner eigenen Sicherheit an die Hand zu geben. Eine Zeitinvestition die sich lohnen wird, denn es gibt Displayhersteller, die sich auf solche Systemkomponenten spezialisiert haben.

Thore Peters, Vertrieb Deutschland bei der AG Neovo Technology B.V.

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Videosignalübertragung via Glasfaserkabel

Fachartikel aus PROTECTOR 5/2011, S. 24 bis 25

Videosignale via Lichtwellenleiter

Große Entfernungen sicher überbrücken

Für die Übertragung von Videosignalen werden heute zunehmend digitale Kameras verwendet. Denn so können gestochen scharfe Bilder auch in internetfähige Netzwerke übertragen und an nahezu jedem beliebigen Ort der Welt auf dem Monitor eines PCs oder Laptops wiedergegeben werden. Sobald zwischen Kamera und Übergabeknoten jedoch mehr als 100 Meter überbrückt werden müssen, sind Lichtwellenleiter erste Wahl.

Bild: EKS
Lichtwellenleiter ermöglichen die Übertragung von Videosignalen mit hohen Datenraten über große Entfernungen. (Bild: EKS)

Für die Umwandlung der elektrischen in optische Signale bietet EKS Engel sowohl Ethernet-Switche als auch Ethernet-Medienkonverter an, die über Patchkabel problemlos an das Netzwerk angebunden werden können.

Lichtwellenleiter bestehen aus einem Kern und einem Mantel, die fest miteinander verbunden sind und sich – je nach Ausführung – nur durch den Brechungsindex unterscheiden. Der Durchmesser eines Lichtwellenleiterkerns liegt zwischen neun und 100 Mikrometern und kann damit bis zu zehnmal kleiner sein als der eines menschlichen Haares.

Dennoch ist dieses Medium den wesentlich dickeren und auch teureren Kupferkabeln in vieler Hinsicht überlegen. Denn Datenraten von bis zu 40 Gigabit pro Sekunde sind mit Lichtwellenleitern kein Problem, und Entfernungen von 100 Kilometern und mehr lassen sich ohne weiteres überbrücken. Zudem wird Licht nicht durch elektrische oder magnetische Störungen beeinflusst. Deshalb können Lichtwellenleiter auch in unmittelbarer Nähe von Energieleitungen oder anderen elektromagnetischen Quellen verlegt werden, was die Kabelführung vereinfacht.

Sicher und robust

Da alle Arten von Lichtwellenleitern aus elektrisch nicht leitfähigem Material bestehen, werden die Signale stets über einen elektrischen Isolator übertragen. Somit besteht selbst bei Blitzeinschlägen kein Zerstörungsrisiko für die angeschlossenen Geräte. Dies ist gerade mit Blick auf Kameras, die häufig an exponierten Stellen, wie Mastspitzen, angebracht sind, ein wichtiger Umstand. Außerdem ist bei Lichtwellenleitern – anders als bei Kupferkabeln – keine Erdung oder zusätzliche Abschirmung erforderlich.

Auch in punkto Torsion sind Lichtwellenleiter deutlich widerstandsfähiger und damit langlebiger. Hinsichtlich des Einsatzes in rauer und nasser Umgebung sowie bei großen Temperaturschwankungen unterscheiden sie sich dagegen nicht von Kupferkabeln. Denn die mechanischen Eigenschaften werden durch den Aufbau des Kabels bestimmt und nicht durch die im Innern verlaufenden Glasfasern oder Kupferadern.

In Lichtwellenleitern breitet sich das Licht durch Totalreflexion der Strahlen im Kern aus. Übertragungsverluste sind durch moderne Herstellungsverfahren inzwischen bis zu den physikalisch vorgegebenen Grenzen reduziert worden. Das heißt, nur noch die – unvermeidbare – Mikrostruktur des hochreinen Glases stört die Lichtwelle und bestimmt so die mögliche Untergrenze der Dämpfung.

Schneller Datenhighway

Für Entfernungen von über fünf Kilometern sind Wellenlängen von 1.300 beziehungsweise 1.550 Nanometer am besten geeignet. Deshalb werden für solche Verbindungen entsprechende Laserdioden in den Switchen und Medienkonvertern eingesetzt. Singlemode-Lichtwellenleiter, die einen Kerndurchmesser von neun Mikrometern haben, ermöglichen zudem die bereits angesprochenen extrem hohen Datenraten von bis zu 40 Gigabit pro Sekunde. Denn in diesen Lichtwellenleitern kann sich nur ein einziger Lichtstrahl ausbreiten. Außerdem lassen sich mehrere Video-, Audio- und Steuersignale bidirektional multiplexen, also bündeln und simultan übertragen.

Für Distanzen von maximal fünf Kilometern bieten Multimode-Lichtwellenleiter, deren Kerndurchmesser 50 oder 62,5 Mikrometer beträgt, eine kostengünstige Alternative. Und die mit diesen Lichtwellenleitern möglichen Datenraten von bis zu einem Gigabit pro Sekunde reichen für die meisten Videoapplikationen bei weitem aus – Aufzeichnungen in hochauflösender HD-Qualität erfordern in der Regel bis zu 20 Megabit pro Sekunde je Kamera.

Fit für künftige Applikationen

Für die Netzwerkinfrastruktur stehen aktive und passive Komponenten zur Verfügung, die sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden können. Dazu zählen beispielsweise die Switche und Medienkonverter der E-light- und Dragonline-Serien von EKS, die teilweise sogar die Anforderungen der Schutzart IP67 erfüllen und für einen Temperaturbereich von -40 bis +75 Grad Celsius ausgelegt sind, sowie kompakte Spleißboxen der FIMP-Familie oder standardisierte Patchkabel und Steckverbinder.

Zugleich bieten optische Netzwerke ein hohes Maß an Zukunftssicherheit. Denn aufgrund der hohen Bandbreite können mit ihnen nicht nur Videosignale, sondern auch weitere – heute noch nicht absehbare – Dienste über große Entfernungen sicher übertragen werden.

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Videoüberwachung: Fachmännische Planung

Fachartikel aus PROTECTOR Special Videoüberwachung 2011, S. 40 bis 41

Einsatz von Videoüberwachung

Fachmännische Planung ist alles

Videoüberwachungsanlagen liefern nicht immer das, was in ausschweifenden Worten versprochen wird. Das liegt aber nicht immer am Produkt, sondern häufig an der Planung. Denn auch hier gilt: Fachmännische Planung ist alles und „Geiz ist geil“ nichts.

Bild: Peter Jenni
Kameras einer Videoüberwachungsanlage: Je nach Schutzziel bringt die eine oder andere Technik das optimale Resultat – auswertbare Bilder. (Bild: Peter Jenni)

Videoüberwachungsanlagen boomen. Egal ob im privaten Umfeld oder im professionellen Sicherheitsbereich: Mit Megapixeln und Video over IP umgarnen vom Discounter bis zum High-Tech-Lieferanten die Anbieter von Objektiven, Kameras und Aufzeichnungsgeräten die Kundschaft. Da wird es selbst für den Sicherheitsfachmann schwierig, denn im Grundsatz gilt: „Videoüberwachung schützt nicht. Der Videoeinsatz ist nur ein Teilbereich eines Sicherheitskonzeptes. Video ist passiv, außer bei der bedienten Überwachung.“ Wozu also eine Videoüberwachungsanlage? Und welche Anforderungen müssen im Minimum erfüllt sein, damit eine Videoüberwachungsanlage ihren Zweck auch erfüllt?

Einer, der es wissen muss

PROTECTOR fragte einen, der es wissen muss. Roland Bachofner, Sachbearbeiter im Fachbereich Bild und Daten beim Forensischen Institut Zürich, einer Organisation der Kantonspolizei und der Stadtpolizei Zürich, wertet Tag für Tag Bilder von Videoüberwachungsanlagen aus. Sein Fazit ist ernüchternd: „Die Polizei hat das vordringlichste Ziel, die Täterschaft zu identifizieren und zu überführen. Aus dieser Sicht können 50 bis 80 Prozent der Anlagen die Qualitätsanforderungen zur Erfüllung dieses Ziel nicht erreichen und sind in Bezug auf ein definiertes Schutzziel optimierungsbedürftig.“ Das heißt: Meist stellt der Geschädigte erst nach einem Ereignis fest, dass und wie die Anlage hätte besser eingestellt werden können. Ob dieses Ereignis dann zur Optimierung der Anlage führt, ist allenfalls erst bei einem nächsten (möglicherweise anders ausgeführten) Delikt ersichtlich.

Unbrauchbare Bilder

Viele der Bilder, die er zur Analyse auf seinen Bildschirm kriegt, sind nur bedingt auswertbar oder anders ausgedrückt: In sehr vielen Fällen können nur gerade 20 bis 60 Prozent der Fragen zum Delikt, dem Tathergang und der Täterschaft auf Grund der aufgezeichneten Ereignisse beantwortet werden. Das ergibt für die Fahndung oder die Tatrekonstruktion eine erschreckend kleine Erfolgsquote. Schlechte Ausleuchtung, falsche Blende, zu hoher Kontrastumfang, schnelle Bewegungen, falsche Brennweite, Unschärfe (falscher Fokus) und zu wenig Bilder pro Sekunde sind für den Bildforensiker absolute „no goes“ und sind die häufigsten Faktoren für mangelnde Auswertbarkeit.

Für die polizeilichen Ermittlungen stehen folgenden Fragen im Vordergrund: Wie viele Täter waren beteiligt, wie sind sie vorgegangen, was haben sie berührt, was haben sie für Kleidung getragen, kann ein brauchbares Signalement erstellt werden (wie Geschlecht, Größe, Haare, Alter, Statur, individuelle Merkmale)? Je besser die Qualität des Untersuchungsmaterials ist, umso mehr Fragen können beantwortet werden und umso größer wird die Wahrscheinlichkeit, dass die Täter wiedererkannt und im besten Fall identifiziert werden können.

Bedingte Optimierung

Eine einzelne aufgezeichnete Tat kann leider erfahrungsgemäß wenige der oben erwähnten Fragen auf Grund von Sequenzen aus Überwachungsvideos beantworten. „Es ist so, dass mit zunehmenden gleichartigen Delikten, immer mehr Fragen beantwortet und das Täterprofil besser ausgearbeitet werden kann. Dies, weil verschiedene Überwachungsanlagen zusammengenommen ein breiteres Bild eines Wiederholungstäters aufzeigen können und durch die Abweichung der Schutzziele andere Videosequenzen aufgezeichnet werden“, erklärt Bachofner.

Er könne zwar mit Bildbearbeitungsprogrammen die eine oder andere Optimierung vornehmen, da und dort etwas schärfer, heller oder kontrastreicher stellen oder mehrere Standbilder ineinander integrieren aber: „Pixel können nur anders angeordnet werden. Was nicht auf dem Bild ist, kann auch ich nicht sichtbar machen.“ Als Beispiele nennt er den weiß hinterlegten, übergroßen Datumsstempel im unteren Bilddrittel, der genau die Autonummer abdeckt, die zur Identifizierung des Tankstellenbetrügers hätte führen sollen. Oder jenen Bildausschnitt, der auf mehr als der Hälfte eine Mauer zeigt oder jener, auf dem nur Aktionsplakate zu sehen sind, weil die Marketingabteilung die Ausverkaufsplakate genau vor die Überwachungskamera gehängt hatte. Aber auch stark unter- und überbelichtete Bilder gehören in diese Kategorie.

Will man auf einem brauchbaren Bild „etwas wahrnehmen“, so sind gemäß Bachofner etwa fünf Prozent Bildanteil notwendig. Für eine erfolgreiche Detektion (zum Beispiel einer Autonummer) braucht es bereits zehn Prozent des Bildes, um Personen zu erkennen (ob Mann oder Frau) benötigt man rund einen Viertel des Bildinhalts und soll eine Identifikation erfolgen, sind 80 Prozent Bildanteil erforderlich.

Gutes kostet

Um Fehlbilder (nicht verwertbare Bilder) zu vermeiden, gibt es ein paar Grundsätze, die gemäß Bachofner unbedingt beachtet werden müssen: Ausreichend Licht, Unter- oder Überbelichtung sowie Gegenlicht und Unschärfe vermeiden, genügend Kontrast, das Beschlagen (Anlaufen) oder die Verschmutzung der Linse und der Schutzabdeckung sind zu verhindern und ein optimaler Bildausschnitt zu wählen. Wird Bachofner auf die einzusetzende Technik angesprochen, versiegen seine Ratschläge.

Nicht weil er sich darin nicht auskennt, sondern, weil je nach Schutzziel die eine oder andere Technik das optimale Resultat garantieren kann, und er sich vor allem auf das Endprodukt, das Standbild fokussiert. „Eine Überwachungsanlage kauft man nicht für die eigene Sicherheit, sondern für Sicherheitsfirmen, Polizei, Staatsanwaltschaft und Gerichte, also im weiteren Sinne für mich“, lacht Bachofner und ergänzt: „Man kann gerade beim Kauf einer Videoüberwachungsanlage viel falsch machen.“ Er rät deshalb: „Wenden Sie sich an ausgewiesene Fachleute. Lassen Sie sich was sagen. Lassen Sie sich nicht von Ängsten leiten. Denn Fernsehsendungen sind keine Referenz. Und auch hier gilt: Gutes kostet.“

Peter Jenni

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Gerichtsverwertbarkeit von Videobildern

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?

Bild: Dallmeier
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

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.

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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