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IP SURVEILLANCE

Giuseppe Tetti

IP Surveillance 2 www.ncp-italy.com

Fattori chiave

Acquisizione delle immagini Qualità delle immagini

Invio delle immagini Predisposizione della rete dati “Video enabled”

Gestione della banda

Compressione

Archiviazione delle immagini Sistemi di Storage

Elaborazione delle immagini Potenza di calcolo

Algoritmi di nuova generazione

Gestione dei sistemi IP Surveillance management


NVR

SAN

Vlan 10

Vlan 20

802.1q 802.3ad 802.1p

IP Multicast

PoE

System Management

802.3af 802.3at

40 Gbps


NVR

SAN

Vlan 10

Vlan 20

IP Multicast

System Management


NVR

SAN

Vlan 10

Vlan 20

IGMP Snooping

IP Multicast

System Management

Join (IGMP)

X

X

IGMP Snooping

X


NVR

SAN

Vlan 10

Vlan 20

IGMP Snooping

IP Multicast

System Management

Join (IGMP)

X

Join (IGMP)

X


L’acquisizione digitale avviene mediante l’utilizzo di un sensore CCD o CMOS

Scena Originale

Luce

CCD

CMOS

A/D converter

00110101110101

10010101101010

01110101011001

01101010110101

01011000101010

Dati

Raccolta delle immagini


CCD - Charge Coupled Device

Un CCD consiste in un circuito integrato formato da una griglia di elementi semiconduttori in grado di accumulare una carica elettrica proporzionale all'intensità della radiazione elettromagnetica che li colpisce.

Genera in uscita un segnale elettrico grazie al quale è possibile ricostruire la matrice dei pixel che compongono l'immagine proiettata sulla superficie del CCD stesso.

Offrono molti vantaggi in termini di qualità, tra cui una maggiore sensibilità alla luce rispetto ai sensori CMOS. Questa maggiore sensibilità alla luce si traduce in immagini di migliore qualità anche in condizioni di scarsa illuminazione.

Presentano un costo più elevato dei CMOS. Distorsione a striscia verticale di luce per lampi o raggi diretti del

sole. Un CCD consuma circa 100 volte di più di un CMOS


CMOS

I sensori CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) riducono significativamente il costo della telecamera poiché contengono tutti i componenti logici necessari per la telecamera.

Uno dei limiti più significativi dei sensori CMOS deriva dalla loro minore sensibilità alla luce, che non rappresenta un problema in condizioni di normale illuminazione ma può diventarlo se la luce è scarsa.

Le immagini generate da questi sensori in condizioni di scarsa illuminazione possono essere infatti molto scure o disturbate.

Inadatti alle telecamere che devono generare immagini di altissima qualità.


Sensori

La scelta di una buona macchina passa per la scelta di un buon CCD/CMOS, caratterizzato dalla dimensione in pollici (1”, 2/3”, 1/2”, 1/3”, 1/4”) e dalla risoluzione in pixel.

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Risoluzione

Maggiore è la quantità di pixel di un sensore, maggiore è il potenziale per acquisire dettagli e produrre un’immagine di alta qualità.

Risoluzioni tradizionali TVCC 4CIF assicurano valori pari a 704x480 pixel (NTSC) o 704x576 pixel (PAL)

Risoluzioni Megapixel: il concetto di “megapixel” non riflette uno standard riconosciuto ma piuttosto un

adeguamento alle best practice di settore e si riferisce in particolare al numero di elementi fotosensibili di una fotocamera digitale.

Una telecamera megapixel da 1,3MP ha una risoluzione 4 volte superiore a una telecamera analogica o IP che ha una risoluzione 720x576.

Risoluzioni HDTV HDTV (High-definition television) garantisce anche una migliore fedeltà dei

colori e un formato 16:9. Definiti da SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers), i due standard HDTV più importanti sono SMPTE 296M e SMPTE 274M.

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IP Surveillance 12

Megapixel

La tecnologia megapixel consente alle telecamere di rete di fornire immagini con una risoluzione più elevata rispetto alle telecamere TVCC tradizionali.

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Formato di visualizzazione

N. di megapixel Pixel

SXGA 1.3 megapixels 1280x1024

SXGA+(EXGA) 1.4 megapixels 1400x1050

UXGA 1.9 megapixels 1600x1200

WUXGA 2.3 megapixels 1920x1200

QXGA 3.1 megapixels 2048x1536

WQXGA 4.1 megapixels 2560x1600

QSXGA 5.2 megapixels 2560x2048

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HDTV

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http://it.wikipedia.org/wiki/File:Standard_video_res.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/it/2/26/Confronto_PAL_-_HDTV.jpg


Motore di

Compressione

Digitizer

00110101110101

10010101101010

01110101011001

01101010110101

01011000101010

330KB

NO compress.

3KB

Alta Compressione

10KB

Media Compress.

Compressione


Algoritmi di Compressione

Algoritmo di compressione = regola per la compressione dei dati

Compressione “Loss-less” – i dati vengono compressi senza alcuna perdita di informazioni Es. WinZip (file dati), TIF (fax)

Compressione “Lossy” – i dati vengono compressi con una

perdita “accettabile” di informazioni Es. Motion JPEG (Joint Photographic Experts Group),

MPEG-4 (Motion Picture Experts Group), H.26x. H.264 è lo standard di compressione video più recente ed

efficace.

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H.264 o MPEG-4 Parte 10/AVC

Lo standard H.264, noto anche come MPEG-4 Parte 10/AVC, dove AVC è l’acronimo di Advanced Video Coding, è lo standard MPEG più recente per la codifica video. È sicuramente destinato a diventare lo standard video più diffuso in futuro.

Un codificatore che supporta lo standard H.264 è infatti in grado di ridurre le dimensioni dei file video digitali di oltre l’80% rispetto al formato Motion JPEG e fino al 50% rispetto allo standard MPEG-4, senza compromessi in termini di qualità delle immagini.

Ciò significa che per la gestione dei file video sono necessari meno spazio di memorizzazione e larghezza di banda, ovvero che è possibile ottenere immagini di qualità più elevata a parità di velocità di trasmissione in bit.

Lo standard H.264 è frutto del lavoro congiunto delle organizzazioni responsabili della definizione di standard per i settori delle telecomunicazioni (Video Coding Experts Group di ITU-T) e IT (Moving Picture Experts Group di ISO/IEC)

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Predisposizione della rete dati

Separazione del traffico Nelle reti locali utilizzare le VLAN per separare

il traffico video dal traffico dati (802.1q).

Utilizzo di Circuiti Virtuali nelle reti WAN ATM, Frame-relay, MPLS.

Gestione della Qualità del Servizio Utilizzo di eventuali meccanismi di CoS - Class

of Service (802.1p) a layer2

Utilizzo del DSCP (modello DiffServ) a livello IP (layer3)

Dare priorità sulle code di uscita al traffico Video



Utilizzo del PoE e PoE+

802.3af (PoE) (power that is delivered does not exceed 12.95W, supported on Category 3, 5,

5e and 6 cable)

802.3at (PoE+) per telecamere Pan-Tilt-Zoom (PTZ) 25.5 W

Property 802.3af (802.3at Type 1) 802.3at Type 2

Power available at PD[note 2] 12.95 W 25.50 W per mode

Maximum power delivered by PSE

15.40 W 34.20 W per mode

Voltage range (at PSE) 44.0–57.0 V[12] 50.0–57.0 V[12]

Voltage range (at PD) 37.0–57.0 V[13] 42.5–57.0 V[13]

Maximum current 350 mA[14] 600 mA[14] per mode

Maximum cable resistance 20 Ω (Category 3) 12.5 Ω (Category 5)

Supported cabling Category 3 and Category 5[1] Category 5[1][note 3]

http://en.wikipedia.org/wiki/Category_3

http://en.wikipedia.org/wiki/Category_5



Disponibilità di banda trasmissiva

Reti LAN

Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Etrhernet ampliamente diffuse.

Tecnologie di aggregazione 802.3ad

In sviluppo 40 Gbps e 100 Gbps

Reti di accesso

NGAN (Next Generation Access network) - 100 Mbps per utenze domestiche e 1Gbps per utenze business



Gestione della Sicurezza

Utilizzo di Firewall/Proxy/IDS ..

Predisposizione di opportune Security Policy

Attenzione al NAT

Garanzia della Raggiungibilità

Gestione del piano di Indirizzamento IP e del routing unicast/multicast

Utilizzo appropriato del DNS e DDNS


Ricevitori

Sorgente

Protocollo Multicast

I router creano l’ALBERO di distribuzione attraverso il quale fluisce il traffico Multicast.

DVMRP

MOSPF

PIM

L’Host sorgente NON utilizza alcun protocollo.

Traffico

Multicast

Il PIM costruisce l’albero con l’aiuto di un protocollo di routing interno (OSPF, EIGRP, ….)

I benefici del Multicasting


IGMP – Internet Group Management Protocol

Il ricevitore invia un messaggio di Join IGMP espicito che dichiara il suo interesse ad un determinato gruppo di Multicast (es. 224.1.2.3).

Attraverso l’intercettazione di questi messaggi I router della rete costruiscono l’albero di raggiiungibilità dalla sorgente ai ricevitori.

Ricevitori

Sorgente


Traffico

Multicast


IGMP – Internet Group Management Protocol

Il ricevitore invia un messaggio di Leave IGMP che dichiara la sua uscita dal gruppo di Multicast al quale si era unito.

Attraverso l’intercettazione di questi messaggi i router della rete ricalcolano l’albero di raggiiungibilità dalla sorgente ai ricevitori.

Ricevitori

Sorgente


Traffico

Multicast

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IGMP Snooping

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Archiviazione Visualizzazione in diretta cioè in tempo reale dei flussi video (live).

Funzione registrazione (play back) per la riproduzione di eventi differiti. La ricerca è solitamente affidata a menù che permettono di richiamare gli eventi per data e ora o per tipologia di allarme (motion, sensore, etc.).

L’archiviazione dei dati video è realizzata da dispositivi specializzati denominati DVR (Digital Video Recorder) o NVR (Network Video Recorder).

Il DVR è un apparato di gestione video per il controllo, la registrazione e l’archiviazione di flussi video da telecamere di videosorveglianza su uno o più Hard Disk. Esistono differenti tipologie di DVR sul mercato che differiscono tra loro non solo per caratteristiche legate al numero di ingressi video o prestazioni.

Gli NVR sono apparecchiature di notevole capacità di elaborazione e memorizzazione, collegate generalmente in rete LAN o Internet, che differiscono dai DVR per l’assenza dell’interfacciamento diretto con telecamere analogiche.

L’operazione di copiatura su supporti esterni all’Hard Disk del DVR (backup) di eventi registrati si rende necessario quando le informazioni necessitano di essere archiviate in modo da garantirne la totale protezione. Si possono utilizzare a tal guisa supporti NAS o SAN a secondo delle necessità.

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Archiviazione

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Soluzioni di archiviazione Direct Attached Storage (DAS)

Detached Storage Storage Area Network (SAN) o Network Attached

Storage (NAS)

Sistemi RAID (Redundant Array of Independent Disks) Disponibilità di Hdisk da 2 Tera a 80 euro, NAS 8 Tera da 600-1000 neuro


Applicazioni

Sviluppo e raffinamento degli algoritmi di rilevazione/elaborazione delle immagini per l’implementazioni di funzionalità come il tracking, motion-detection, object-detection, Focus-of-attention, riconoscimento parti/comportamenti, rilevamento e conteggio, …

Algoritmi di segmentazione: Pixel Processing, Frame processing, ..

Algoritmi di detection statici o con immagine di riferimento, template matching, ..

Algoritmi di tracking: region based, feature based, active contour based, D model based, probabilistic approach, hybrid approach.

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Appicazioni

La 2a generazione dei processori Intel ® Core™ (nome in codice “Sandy Bridge”) stravolgerà l’attuale panorama del design delle CPU.

I processori, realizzati con processo a 32nm, utilizzano una nuova microarchitettura che consente alte prestazioni associate ad una elevata efficienza energetica.

Per la prima volta questi processori, oltre a un controller di memoria e PCI Express, integrano completamente la grafica e la CPU su un singolo die.

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Apertura all programmazione

Sistemi aperti alla programmazione mediante disponibilità di API (Application Programming Interface) per sviluppare programmi di terze parti.

Utility di sviluppo per Windows; ad esempio componenti ActiveX per la visualizzazione dei flussi Motion JPEG, MPEG-2, MPEG-4 e H.264 generati dai vari prodotti video.

Utility di scripting

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Gestione sistemi


Conclusioni

Gli sviluppi delle tecnologie di acquisizione, compressione, di gestione della potenza elettrica, della disponibilità di banda trasmissiva, di protocolli di reti efficienti, di disponibilità di spazio disco e di sistemi di storage ad altissime prestazioni, permettono oggi di realizzare sistemi di controllo video altamente sofisticati e performanti.

La sfida si giocherà: sui sistemi di gestione che avranno il compito di presiedere al corretto

funzionamento dell’intero sistema controllando flussi, apparati, processi di memorizzazione e funzionalità attraverso l’impiego di interfacce di amministrazione efficaci e facilmente gestibili.

sullo sviluppo di algoritmi di trattamento delle immagini facilitato dalle nuove potenze di calcolo.

Ma anche sull’impiego degli apparati di controllo video per nuove applicazioni grazie all’utilizzo della rete IP, dei sui protocolli e delle sue tecnologie che continuano ad evolversi offrendo sempre maggiori potenzialità.


Grazie per l’attenzione !!

[email protected]

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