Video encoders: Γέφυρα μεταξύ αναλογικών και ψηφιακών συστημάτων CCTV

Με τη χρήση των video encoders είναι εφικτή η σταδιακή μετάβαση από τα αναλογικά στα ψηφιακά συστήματα CCTV. Ποιες είναι οι κατηγορίες τους, τι πρέπει να προσέξουμε κατά την επιλογή τους και ποια τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν στους χρήστες;
Μερικά χρόνια πριν, όταν ακόμα η ψηφιακή τεχνολογία δεν είχε κάνει έντονη την παρουσία της στο χώρο του CCTV, όλα κινούνταν γύρω από τα αναλογικά συστήματα καταγραφής και μετάδοσης των βίντεο.

Με τη μετάβαση στην ψηφιακή τεχνολογία ήταν φυσικό να προκύψουν ερωτήματα, τα οποία αφορούν στους παλιούς χρήστες και το τι θα κάνουν αυτοί με τα υφιστάμενα συστήματά τους. Μπορεί ίσως η απάντηση να φαίνεται εύκολη για κάποιους που θα ισχυριστούν ότι όταν προκύψει μια σχετική αφορμή, τότε θα γίνει και η αντικατάσταση του υφιστάμενου αναλογικού συστήματος με ένα καινούριο, αποτελούμενο από συσκευές που θα κάνουν χρήση της ψηφιακής τεχνολογίας.

Δυστυχώς όμως η πραγματικότητα δεν είναι τόσο απλή όσο ένα θεωρητικό σενάριο. Υπάρχουν εφαρμογές – και αναφερόμαστε κυρίως σε μεγάλες εγκαταστάσεις που αποτελούνται από ένα ή και περισσότερα κτήρια τα οποία μπορεί να ανήκουν σε έναν Οργανισμό όπου η πλήρης αντικατάσταση του υφιστάμενου συστήματος CCTV δεν είναι εφικτή είτε λόγω κόστους είτε λόγω άλλων πρακτικών δυσκολιών. Τότε η λύση που προτείνεται είναι η σταδιακή μετάβαση από την αναλογική τεχνολογία στα ψηφιακά συστήματα, λύση που συμβάλλει στη μείωση του αρχικού κεφαλαίου που θα απαιτηθεί ως κόστος επένδυσης, αλλά και στη διασφάλιση της συνέχισης της λειτουργίας του συστήματος χωρίς απότομες αλλαγές. Δηλαδή, για ένα διάστημα θα χρησιμοποιούνται υβριδικά συστήματα στα οποία θα χρησιμοποιούνται παράλληλα οι παλιές αναλογικές κάμερες καθώς και οι νέες κάμερες τεχνολογίας IP στο ίδιο σύστημα. Για την επίτευξη όμως αυτού του μοντέλου λειτουργίας είναι απαραίτητη η χρήση μίας κατηγορίας συσκευών, που είναι γνωστές και ως κωδικοποιητές βίντεο (video encoders).

Ορισμός
Κωδικοποιητές βίντεο είναι εκείνες οι συσκευές που μετατρέπουν σε ψηφιακό σήμα το αναλογικό σήμα που καταγράφεται από την κάμερα, ώστε να μπορεί να σταλθεί μέσω ενός IP δικτύου. Συνδέονται στην κάμερα μέσω ενός ομοαξονικού καλωδίου και στέλνουν ψηφιοποιημένα πλέον τα αρχεία μέσα σε ένα ενσύρματο ή ακόμα και ασύρματο IP δίκτυο (μπορεί να είναι LAN, WLAN ή ακόμα και στο Internet). Με τη χρήση αυτών των συσκευών, η καταγραφή ή και η διαχείριση των ψηφιακών πλέον βίντεο μπορεί να γίνει από υπολογιστές και η προβολή τους από τις οθόνες των υπολογιστών, αντί από τα συμβατικά VCR με τις αναλογικές οθόνες. Επίσης, με τη χρήση των video encoders οι αναλογικές κάμερες όλων των τύπων, όπως εξωτερικού και εσωτερικού χώρου κάμερες θόλου και κάμερες τύπου PTZ αλλά ακόμα και κάμερες ειδικού τύπου όπως ευαίσθητες θερμικές κάμερες, είναι δυνατό να ελεγχθούν εξ αποστάσεως μέσω του IP δικτύου.
Ο πυρήνας των κωδικοποιητών είναι ένας επεξεργαστής ο οποίος και αναλαμβάνει το έργο της ψηφιακής κωδικοποίησης του αναλογικού βίντεο με τη χρήση διάφορων προτύπων συμπίεσης. Επιπλέον, ο επεξεργαστής εκτελεί το λειτουργικό σύστημα του κωδικοποιητή καθώς και τις διάφορες διεργασίες που απαιτούνται για τη δικτυακή του διασύνδεση. Ο επεξεργαστής καθορίζει λοιπόν την απόδοση της συσκευής, η οποία μετριέται σε frames ανά δευτερόλεπτα fps στην υψηλότερη δυνατή ανάλυση. Οι πιο ισχυροί video encoders μπορούν να αποδώσουν ταχύτητα εγγραφής ακόμα και 30 fps σε αναλογικές κάμερες τύπου NTSC ή 25 fps για αναλογικές κάμερες τύπου PAL στην υψηλότερη ανάλυση για κάθε μεμονωμένο κανάλι βίντεο. Διαθέτουν εσωτερική μνήμη για την αποθήκευση του firmware – συνήθως τύπου flash – ώστε να μπορεί να αναβαθμιστεί, ενώ συνήθως σε μνήμη τύπου RAM γίνεται η προσωρινή αποθήκευση των βίντεο προς επεξεργασία (buffering). Είναι εφοδιασμένοι με θύρες τύπου Ethernet/ Ethernet Over Power για τη σύνδεσή τους με ένα IP δίκτυο ώστε να μπορούν να στέλνουν ή και να λαμβάνουν τα ψηφιακά δεδομένα, αλλά και για να τροφοδοτούνται με την απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία τους και παράλληλα να παρέχουν ενέργεια και στις συνδεδεμένες κάμερες (στην περίπτωση που υποστηρίζεται το Power Over Ethernet). Επιπλέον διαθέτουν σειριακές θύρες τύπου RS-232/433/485 που χρησιμοποιούνται συχνά για τον έλεγχο των PTZ (pan/ titl/ zoom) μιας αναλογικής κάμερας ανάλογου τύπου. Ενώ ανάλογα με τις προδιαγραφές τους, ενσωματώνουν και άλλες θύρες εισόδου ή εξόδου σημάτων ώστε να μπορούν να συνδεθούν με εξωτερικές συσκευές. Παραδείγματος χάρη, μπορούν να συνδεθούν με αισθητήρες για την ανίχνευση ενός συναγερμού ή με ρελέ σε έναν ηλεκτρολογικό πίνακα για την ενεργοποίηση του φωτισμού. Δεν λείπουν φυσικά και οι θύρες audio in και audio out για τη σύνδεση με μικρόφωνο ή ηχεία ανάλογα. Όλα αυτά τα στοιχεία συνθέτουν και χαρακτηρίζουν ένα video encoder. Σε όσο πιο επαγγελματικές εφαρμογές απευθύνεται, τόσο φυσικά αυξάνουν οι απαιτήσεις για περισσότερες δυνατότητες και μεγαλύτερη ποιότητα και αξιοπιστία. Κατά τη διαδικασία επιλογής λοιπόν ενός encoder, θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η χρήση του και στη συνέχεια να σταθμίζονται όλα τα χαρακτηριστικά, όπως ο αριθμός των υποστηριζόμενων αναλογικών καναλιών, η ποιότητα της εικόνας, τα υποστηριζόμενα format συμπίεσης (Motion JPEG, MPEG-4 Part 2 και το πλέον σύγχρονο H.264), η ανάλυση της εικόνας, ο ρυθμός των frames αλλά και δυνατότητες όπως η υποστήριξη λειτουργιών pan/ tilt/zoom, η διαχείριση συμβάντων (event management), η υποστήριξη ήχου, η ενσωμάτωση της τεχνολογίας του έξυπνου βίντεο (intelligent video), η δυνατότητα τροφοδότησης μέσω power over Ethernet και η ύπαρξη επιπρόσθετων λειτουργιών, σχετικών με θέματα ασφαλείας.

Διαχείριση συμβάντων και intelligent video
Ειδική μνεία οφείλουμε να κάνουμε στη δυνατότητα ενός video encoder να κάνει διαχείριση συμβάντων αλλά και να υποστηρίζει τις δυνατότητες των intelligent video. H ύπαρξη αυτών των δυνατοτήτων διαφοροποιεί άλλωστε την ψηφιακή από την αναλογική τεχνολογία και είναι βασικό κριτήριο για τη μετάβαση στα ψηφιακά συστήματα. Διαδικασία, στην οποία παίζουν σημαντικό ρόλο οι video encoders. Οπότε η ενσωμάτωση λειτουργιών intelligent video όπως η δυνατότητα ανίχνευσης κίνησης σε πολύ-παραθυρική κατάσταση (multi window video motion detection), η ανίχνευση ήχου, οι ενδείξεις συναγερμού σε περίπτωση μπλοκαρίσματος των καμερών (active tampering alarm) καθώς και η ύπαρξη θυρών για σύνδεση με εξωτερικούς αισθητήρες, αποτελούν στοιχεία που οφείλει να διαθέτει ένας κωδικοποιητής βίντεο. Με αυτόν τον τρόπο είναι εφικτή η κατασκευή ενός ολοκληρωμένου συστήματος επιτήρησης μέσω δικτυακής τεχνολογίας, που θα μπορεί να ελέγχει αποτελεσματικά και αδιάλειπτα το χώρο και να ανιχνεύει ένα πιθανό συμβάν. Από τη στιγμή που ένα συμβάν θα ανιχνεύεται από το σύστημα, τότε το σύστημα θα μπορεί να αντιδρά αυτόματα με ενέργειες που μπορεί να είναι καταγραφή της εικόνας από το αντίστοιχο σημείο, αποστολή συναγερμών με emails ή SMS, άνοιγμα φωτισμού, ανοιγοκλείσιμο θυρών ή ενεργοποίηση σειρήνων.

Τύποι video encoders
Οι αυτόνομες συσκευές κωδικοποίησης, γνωστές και ως standalone video encoders είναι και οι πλέον διαδεδομένες στην αγορά. Διαθέτουν τη δυνατότητα ενός ή περισσότερων καναλιών (συχνότερα τεσσάρων) σύνδεσης με τις αναλογικές κάμερες. Ένας πολυκάναλος κωδικοποιητής συνιστάται για εγκαταστάσεις όπου υπάρχουν αρκετές αναλογικές κάμερες τοποθετημένες σε απομακρυσμένους χώρους ή σε ένα σημείο που απέχει σημαντικά από τον κεντρικό σταθμό επιτήρησης. Μέσω ενός πολυκάναλου κωδικοποιητή, τα σήματα βίντεο από τις απομακρυσμένες κάμερες μπορούν να μοιραστούν το ίδιο καλώδιο δικτύου, μειώνοντας έτσι το απαιτούμενο κόστος για την καλωδίωση.
Σε εφαρμογές όπου ήδη έχουν επενδυθεί κάποια ποσά για την προμήθεια αναλογικών καμερών αλλά τα ομοαξονικά καλώδια δεν έχουν ακόμα εγκατασταθεί, τότε είναι ίσως καλύτερο να χρησιμοποιούνται standalone encoders που είναι τοποθετημένοι κοντά στις αναλογικές κάμερες. Με αυτόν τον τρόπο μειώνεται το κόστος εγκατάστασης, καθώς εξαλείφεται η ανάγκη για την εγκατάσταση νέων ομοαξονικών καλωδίων μεγάλου μήκους που θα συνδέουν τους video encoders με τις κάμερες, καθώς τα video πλέον θα μεταφέρονται μέσω της δικτυακής υποδομής. Επίσης, με αυτόν τον τρόπο μειώνεται το πρόβλημα της χαμηλότερης ποιότητας εικόνων, το οποίο είναι πιθανό να εμφανιστεί σε περιπτώσεις όπου το σήμα διανύει μεγάλες αποστάσεις μέσω ομοαξονικών καλωδίων.

Rack-mounted encoders
Μια άλλη κατηγορία κωδικοποιητών βίντεο είναι εκείνοι που μπορούν να τοποθετηθούν μέσα στα ερμάρια (racks) που υπάρχουν στα computers rooms. Ονομάζονται rack-mounted encoders και χρησιμοποιούνται κυρίως σε περιπτώσεις όπου υπάρχουν πολλές αναλογικές κάμερες με ομοαξονικά καλώδια που οδεύουν προς ένα προκαθορισμένο χώρο (control room). Οπότε η χρήση ενός rack-mounted encoder επιτρέπει τη σύνδεση και διαχείριση μεγάλου αριθμού καμερών από ένα μόνο rack τοποθετημένο σε μία κεντρική τοποθεσία. Η χρήση του rack επιτρέπει την εγκατάσταση διαφορετικών συρταρωτών (blades) video encoders, δημιουργώντας μία λύση ευέλικτη, εύκολα επεκτάσιμη και με μεγάλη εκμετάλλευση χώρου. Ένας video encoder τύπου blade μπορεί να υποστηρίζει μία, τέσσερις ή και έξι αναλογικές κάμερες. Για να γίνει πιο αντιληπτό το πώς είναι ένας blade video encoder μπορούμε να τον παρομοιάσουμε με ένα standalone video encoder – χωρίς όμως το περίβλημά του – και ο οποίος δεν μπορεί να λειτουργήσει μόνος του, αλλά πρέπει να αναρτηθεί σε ένα rack.
Μία βασική δυνατότητα που πρέπει να υποστηρίζουν πλέον οι blade video encoders είναι το hot swapping, δηλαδή να μπορούν να εγκατασταθούν ή και να αφαιρεθούν χωρίς να χρειάζεται να διακοπεί η παροχή ρεύματος σε όλο το rack. Επίσης, κατά τη διαδικασία επιλογής ενός rack mounted video encoder θα πρέπει να εξεταστούν οι δυνατότητες επικοινωνίας του μέσω των διάφορων θυρών, καθώς και η δυνατότητα ύπαρξης διπλής ηλεκτρικής τροφοδοσίας (είτε στις ίδιες τις συσκευές είτε σε ολόκληρο το rack) ώστε να αποτρέπεται η ξαφνική διακοπή της λειτουργίας τους.

Video decoders
Αντίστροφος, όπως άλλωστε προκύπτει και από το όνομά τους, είναι ο ρόλος των video decoders. Σκοπός τους είναι η αποκωδικοποίηση του ψηφιακού σήματος που παράγεται από ένα video encoder ή μία δικτυακή κάμερα και η μετατροπή του σε αναλογικό σήμα. Οπότε πλέον μπορεί να αναπαραχθεί σε μία συμβατική τηλεόραση ή στα αναλογικά video switches. Το ερώτημα που προκύπτει είναι, ποιος είναι ο λόγος για τη χρησιμοποίησή τους, όταν το σύστημα επιτήρησης βρίσκεται σε μια διαδικασία μετάβασης από αναλογική σε ψηφιακή τεχνολογία και όχι το αντίθετο. Εντούτοις υπάρχουν και εφαρμογές με παρόμοιες ανάγκες, όπως παραδείγματος χάρη σε μεγάλα καταστήματα λιανικής, όπου εγκαθίστανται αναλογικές οθόνες στους χώρους κοινού για να προβάλουν εικόνες και να αποδεικνύουν ότι γίνεται χρήση συστήματος επιτήρησης. Μία άλλη χρήση για τους αποκωδικοποιητές είναι σε συστήματα στα οποία μετασχηματίζεται το σήμα από αναλογικό σε ψηφιακό και αντιστρόφως, ώστε να μπορεί να μεταφερθεί σε μεγάλες αποστάσεις. Όπως προαναφέρθηκε άλλωστε, η ποιότητα του ψηφιακού βίντεο δεν επηρεάζεται από την απόσταση που διανύει. Το μόνο μειονέκτημα είναι ότι ίσως υπάρχει κάποια μορφή καθυστέρησης από 100 ms μέχρι και δύο δευτερόλεπτα, ανάλογα με το μήκος της διανυόμενης απόστασης και την ποιότητα του δικτύου ανάμεσα στα δύο σημεία. Οι ψηφιακοί αποκωδικοποιητές έχουν την ικανότητα να αποκωδικοποιούν και να εμφανίζουν βίντεο από πολλές κάμερες διαδοχικά, το οποίο στην πράξη σημαίνει ότι γίνεται η αποκωδικοποίηση και η προβολή του βίντεο από μία κάμερα για κάποια δευτερόλεπτα και στη συνέχεια η διαδικασία συνεχίζεται σε άλλη, μέχρι να ολοκληρωθεί για όλον τον αριθμό των καμερών.
Μακροχρόνια επένδυση
Σήμερα όπου οι future proof επενδύσεις (ανθεκτικές στο χρόνο) είναι το ζητούμενο για όλο και περισσότερες επιχειρήσεις, οι video encoders αποτελούν το καλύτερο εργαλείο για την ομαλή μετάβαση από την αναλογική στην ψηφιακή εποχή. Είναι λογικό τα οικονομικά στελέχη των επιχειρήσεων να προσπαθούν να προστατεύσουν τις συχνά μεγάλες επενδύσεις που έχουν κάνει σε αναλογικές κάμερες. Με τη χρήση των video encoders σε ένα αναλογικό σύστημα επιτήρησης, καθίσταται πλέον δυνατό και για τους security managers να μην έρθουν σε αντίθεση με τις απαιτήσεις των οικονομικών τμημάτων, αλλά και να μπορέσουν να εκμεταλλευτούν τις πρόσθετες δυνατότητες της ψηφιακής τεχνολογίας. Πρόκειται για μία υβριδική λύση, που όμως προσφέρει μεγάλες δυνατότητες επεκτασιμότητας και προσαρμογής ανάλογα με τις μελλοντικές απαιτήσεις, χωρίς να είναι απαραίτητη η εκταμίευση μεγάλων ποσών, τα οποία θα χρειάζονταν σε περίπτωση ολοκληρωτικής μετάβασης στην ψηφιακή τεχνολογία. Πλέον, η διαδικασία της μετάβασης θα μπορεί να γίνει βαθμιαία και ανάλογα με τις ανάγκες της επιχείρησης, με την προσθήκη νέων ψηφιακών καμερών – όταν απαιτείται – και την παράλληλη χρήση των υφιστάμενων αναλογικών καμερών.

Του ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗ ΛΥΜΠΕΡΟΠΟΥΛΟΥ