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Anwendungen virtualisieren

Konzentration auf einen Platz

Die Umstellung auf hochauflösende IP-Kamerasysteme und virtuelle Kreuzschienen erfordert besonderes Augenmaß, wenn die Anwender bereits mit analogen Kreuzschienen arbeiten. Dabei gibt es zwei Gruppen typischer Videoanwender.

Die eine Gruppe nutzt ihre Videoanlage eher passiv: Die Videoaufzeichnungen werden zur Aufklärungen nach einem Ereignis analysiert, um die Beteiligten zu ermitteln. Das Videosystem wird daher nur gelegentlich bedient. Live-Video wird auf einzelnen Monitoren betrachtet, typischerweise um Eingangsbereiche oder Zufahrten im Auge zu behalten.

Die zweite Gruppe nutzt ihre Videoanlage aktiv: Bediener verbringen regelmäßig Zeit am Bildschirm und beobachten die Ereignisse live. Die Steuerung von PTZ-Kameras und der Wechsel der beobachteten Fixkamera sind wesentlicher Bestandteil der täglichen Arbeit. Diese klassischen Nutzer einer analogen Kreuzschiene haben hohe Anforderungen an die Reaktionszeit beim Umschalten der Kameras, akzeptieren bei der PTZ-Steuerung keine Latenz und benötigen eine ergonomische, ermüdungsfreie Bilddarstellung sowie ergonomische Eingabegeräte. Eine hohe Bildauflösung in HD oder Full HD ist hier von untergeordneter Bedeutung, da bei der Live-Beobachtung die gesamte Szene relevant ist und für das Zoomen in Details optische PTZ-Kameras bevorzugt werden.

Reaktionszeit beim Umschalten

Bei der analogen Kreuzschiene ist das Bild der neuen Kamera sofort auf einem Monitor sichtbar. Die PC basierte virtuelle Kreuzschiene kann mehrere Kameras auf einen Monitor schalten. In puncto Eingabegeräte unterstützen beide Welten klassische Videotastaturen, im Idealfall dieselben Bedienschritte. Beim Umschalten muss der PC immense Datenmengen verarbeiten.

Eine Kamera in Full HD (1080P)-Auflösung generiert bei 25 Bildern pro Sekunde einen H.264 Datenstrom von fünf Megabit pro Sekunde (Mbps). Das entspricht etwa der Datenmenge die übertragen wird, wenn man ein Full-HD-Video über das Internet auf den Fernseher ausgibt.

Die Decodierung der Daten erfordert viel Rechenleistung, die höchste bei Start der Decodierung – also beim Umschalten der Kamera. Das ist beim Umschalten von nur einer Kamera kein Problem. Auf der analogen Kreuzschiene können Salvos abgerufen werden, wobei eine ganze Kameragruppe gleichzeitig und in Echtzeit auf eine Monitorgruppe geschaltet wird. Die virtuelle Matrix unterstützt in der Regel mehrere Monitore, und jeder Monitor kann mehrere Kameras darstellen. Der Bediener wählt möglicherweise binnen weniger Sekunden mehrere Salvos aus, für jede analoge Kreuzschiene ist dies nur ein Folge von Schaltvorgängen. Der virtuellen Kreuzschiene wird hierbei eine enorme Rechenleistung abgefordert, die zu störenden Verzögerungen von mehreren Sekunden führen kann.

Virtuelle Kreuzschiene

Das Zusammenspiel vieler Faktoren hat hier Einfluss. M-JEPG-Datenströme sind größer, erfordern aber weniger Rechenleistung zur Darstellung, 25 Bilder pro Sekunde stehen per Definition für Live, schon zwölf bis 15 Bilder pro Sekunde sind flüssig und ermüdungsfrei für den Betrachter. Die Full-HD-Bildauflösung liefert Details, welche im Live-Betrieb nicht vom Betrachter erfasst werden, eine HD (720P)-Auflösung halbiert die Datenmenge und hat Vorteile für die Live-Anwendung. Noch ressourcenschonender wäre die gute alte PAL-Auflösung.

Bei Anwendungen, die viele Livestreams gleichzeitig benötigen, bietet sich die PAL-Auflösung noch immer an. Auf einem Full-HD-Monitor lassen sich drei mal zwei PAL-Bilder nahezu verlustfrei darstellen (Monitor 1.920 mal 1.080 Pixel, drei mal zwei Kameras à 702 mal 576). Ein leistungsfähiger NVR kann eine höhere Kameraauflösung aufzeichnen als live genutzt wird und diese durch Instand Playback und digitalen Zoom bei Bedarf bereitstellen. Der Resourcenbedarf einer drei mal zwei PAL-Darstellung wird etwa dem für eine einzige Full-HD-Kamera entsprechen.

Dort, wo auch im Live-Betrieb mit hohen Auflösungen gearbeitet wird, bieten sich Systeme an, die die Monitoransteuerung auf mehrere Agent PCs verteilen, aber von einem Client PC bedient werden – am besten mit der altbewährten Videotastatur.

Latenz bei der PTZ-Steuerung

Auch hier war die klassische Kreuzschiene lange im Vorteil, da Steuersignale und Videobild in Echtzeit übertragen werden. Bei der virtuellen Lösung ist zu beachten, dass die Steuersignale die Kamera und das Bild den Bedienplatz schnell erreichen. Das lokale Netzwerk wird keine Latenz erzeugen. Doch die Nutzung von Onvif erhöht die Signallaufzeit merklich. Für die optimale Geschwindigkeit der Steuersignale sollte die Kamera per API mit dem NVR integriert sein.

Der Bildatenstrom der Kamera muss in der Kamera in jedem Fall erst codiert und auf dem Bedienplatz wieder decodiert werden. Hier ist die Prozessorleistung beider Komponenten entscheidend. Wenn der Bedienplatz selbst angeschlossene Fixkameras nur mit spürbarer Latenz darstellen kann, sollte hier zunächst optimiert werden. Erst dann ist auch für die leistungsfähige PTZ-Kamera ein Steuerverhalten zu erwarten, welches dem analogen System zwar noch nicht gleich, aber schon sehr sehr nahe kommt. Das Finetuning von Bildrate, Auflösung und verwendetem Codec ist wichtig, um die richtige Balance zwischen Qualität und Steuerung für die jeweilige Aufgabenstellung zu finden.

Die analoge Kreuzschiene konnte pro Monitor eine Kamera darstellen. Jede virtuelle Kreuzschiene kann heute an einem PC mehrere Monitore unterstützen. Den Wunsch zu erfüllen, viele Kameras auf einem Bedienplatz zu nutzen, startet mit einer gründliche Analyse der geplanten Nutzung. Wie im Motorsport muss die Maschine für jeden Kurs neu konfiguriert werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Planer und Facherrichter sind dabei das Team in der Boxengasse.

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