DVR Vs NVR: Μάχη για την τεχνολογική επικράτηση στην ψηφιακή καταγραφή

Σύμφωνα με το νόμο του Moore, ο οποίος κυβερνά τον ψηφιακό κόσμο, όσο η χωρητικότητα και η απόδοση θα αυξάνονται, τόσο το κόστος θα συνεχίσει να μειώνεται σύντομα, προσφέροντας περισσότερο εύρος ζώνης,, μεγαλύτερης χωρητικότητας σκληρούς δίσκους, φθηνότερους και ταχύτερους επεξεργαστές, η τεχνολογία της ΙΡ επιτήρησης φαίνεται ότι θα κυριαρχήσει στην αγορά των συστημάτων επιτήρησης εικόνας (CCTV).

Από το αναλογικό στο ψηφιακό
Η ψηφιακή τεχνολογία έχει εισχωρήσει στην καθημερινότητά μας, αλλάζοντας τον τρόπο ζωής και τις συνήθειές μας. Τη χρησιμοποιούμε στις επικοινωνίες μας (π.χ. κινητά τηλέφωνα), στις μετακινήσεις μας (π.χ. αυτοκίνητο), στις ώρες ξεκούρασης και χαλάρωσης (π.χ. τηλεόραση, ραδιόφωνο). Όσο πιο μαζική γίνεται η χρήση της, τόσο μεγαλύτερη έρευνα γίνεται, παράγοντας προϊόντα μικρότερου κόστους και μεγαλυτέρων δυνατοτήτων. Έτσι και η βιομηχανία των συστημάτων CCTV δεν θα μπορούσε παρά να χρησιμοποιήσει την ψηφιακή τεχνολογία.
Ένα κλασικό σύστημα CCTV αποτελείται από τέσσερα βασικά τμήματα. Την κάμερα, το δίκτυο μετάδοσης, το σύστημα διαχείρισης & καταγραφής και την οθόνη παρακολούθησης. Η ψηφιακή τεχνολογία έχει επηρεάσει καθένα από τα βασικά τμήματα ξεχωριστά.
Η εποχή της ψηφιακής τεχνολογίας στα συστήματα CCTV, ξεκίνησε περίπου το 1990 με την εμφάνιση των ψηφιακών καμερών που χρησιμοποιούν αισθητήρα τεχνολογίας CCD, αντικαθιστώντας τις αναλογικές κάμερες που χρησιμοποιούσαν κατά κύριο λόγο σωλήνα Vidicon. Οι κάμερες όμως αυτές χρησιμοποιούν έναν ψηφιακό-αναλογικό μετατροπέα, ώστε να παράγουν αναλογική έξοδο και με χρήση ομοαξονικού καλωδίου να οδηγείται το σήμα video στον αναλογικό εγγραφέα VCR (Video Camera Recorder).
Κάνοντας χρήση τεχνολογίας time-lapse, οι εγγραφείς αυτοί αποθηκεύουν τις εικόνες στις γνωστές μας κασέτες. Στις περιπτώσεις όπου απαιτείται μεγαλύτερος αριθμός καμερών, χρησιμοποιείται ένας πολυπλέκτης με κατάλληλο αριθμό καναλιών. Η χρήση του πολυπλέκτη επιτυγχάνει ευκολότερη διαχείριση και μείωση του κόστους. Φανταστείτε για ένα σύστημα CCTV 16 καμερών να υπήρχαν 16 VCR και 16 οθόνες CRT τεχνολογίας.
Περίπου το 1996 η λειτουργία της καταγραφής άρχισε να γίνεται ψηφιακή, με την εμφάνιση των πρώτων συσκευών DVR (Digital Video Recorder) στην αγορά. Η τεχνολογία της πολυπλεξίας και καταγραφής ενσωματώθηκε σε μία συσκευή. Η αποθήκευση των εικόνων δεν γίνεται πια σε κασέτες, αλλά σε σκληρό δίσκο με χρήση αλγορίθμων συμπίεσης video (JPEG, MJPEG, WAVELET, MPEG-x). Τα πλεονεκτήματα της χρήσης των DVR ήταν η μη χρησιμοποίηση κασετών, η ευκολία στην αναζήτηση καταγεγραμμένων γεγονότων, περισσότερες δυνατότητες ρύθμισης παραμέτρων για την καταγραφή – όπως η ανάλυση της εικόνας, ο ρυθμός καταγραφής, η ανίχνευση κίνησης και η ρύθμιση περιόδων καταγραφής. Επιπλέον δεν απαιτούνται πια δύο συσκευές VCR για ταυτόχρονη καταγραφή και αναπαραγωγή των γεγονότων.
Η ποιότητα βέβαια των καταγεγραμμένων εικόνων δεν είναι πάντοτε καλύτερη σε σχέση με αυτήν που αποδίδει ένα VCR, γιατί εξαρτάται από τον αλγόριθμο συμπίεσης που χρησιμοποιείται και τις παραμέτρους καταγραφής, όπως ταχύτητα καταγραφής και ανάλυση εικόνας. Η γρήγορη βελτίωση των αλγορίθμων συμπίεσης επιτρέπει στους κατασκευαστές των DVRs να ενσωματώσουν θύρες επικοινωνίας. Έτσι, κάνοντας χρήση προγραμμάτων λογισμικού που βρίσκονται σε έναν Η/Υ μπορεί να πραγματοποιηθεί απομακρυσμένη επιτήρηση μέσω των υπαρχόντων τηλεπικοινωνιακών δικτύων (PSTN, ISDN, ADSL). Με τον τρόπο αυτό επιτεύχθηκε και η ψηφιοποίηση της παρακολούθησης, αφού η οθόνη CRT αντικαταστάθηκε από μία οθόνη Η/Υ. Επιπλέον, τα τελευταία χρόνια οι οθόνες CRT αντικαθίστανται με γοργούς ρυθμούς από ψηφιακές οθόνες τύπου TFT LCD.
Για την πλήρη ψηφιοποίηση ενός συστήματος CCTV πρέπει η μετάδοση του σήματος video της κάμερας προς το σύστημα καταγραφής, να γίνεται ψηφιακά. Αυτό επιτυγχάνεται με χρήση δικτυακών καμερών (ΙΡ) και συσκευών, που ονομάζονται video servers. Οι ΙΡ κάμερες παρέχουν ψηφιακές εξόδους, μεταδίδοντας πακέτα δεδομένων (video stream) μέσα στα κοινά δίκτυα υπολογιστών. Οι video servers είναι συσκευές όπου λαμβάνουν ως είσοδο το αναλογικό σήμα μιας κάμερας και δημιουργούν ένα video stream για τη μετάδοσή του μέσα από ένα δίκτυο υπολογιστών. Η αποθήκευση των εικόνων γίνεται σε έναν Η/Υ όπου εγκαθίσταται το κατάλληλο λογισμικό για την εγγραφή και αναπαραγωγή των εικόνων και ονομάζεται NVR (Network Video Recorder).
Κάθε εξουσιοδοτημένος χρήστης από τον Η/Υ του, που έχει τα κατάλληλα προγράμματα λογισμικού, μπορεί να προσπελάσει δεδομένα είτε άμεσα από οποιαδήποτε κάμερα (παρακολούθηση πραγματικού χρόνου) είτε από τις συσκευές NVR (αναπαραγωγή καταγεγραμμένων εικόνων).

Ομοιότητες και διαφορές
Οι τεχνολογίες DVR & NVR διαθέτουν μερικά ίδια βασικά χαρακτηριστικά, όπως:

• Η καταγραφή γίνεται σε σκληρούς δίσκους.
• Γρήγορη και εύκολη ανάκτηση εικόνων.
• Προσπέλαση στο καταγεγραμμένο video πάνω από ΙΡ δίκτυα.

Παρόλα αυτά, έχουν και αρκετές χαρακτηριστικές διαφορές, όπως:

• Σε ένα DVR, ο όρος «ψηφιακό» αναφέρεται στην τεχνολογία συμπίεσης και αποθήκευσης των εικόνων και όχι στη μετάδοση των εικόνων. Ένα DVR, όπως αναφέρθηκε, δέχεται τα αναλογικά σήματα video των καμερών, στις αντίστοιχες εισόδους που διαθέτει. Κατόπιν, επεξεργάζεται τις εικόνες σύμφωνα με κάποια τεχνική συμπίεσης που διαθέτει και τις αποθηκεύει στον (ή στους ) σκληρό δίσκο. Έτσι, το DVR καταγράφει με τη βοήθεια των ψηφιακών καρτών αποθήκευσης που διαθέτει. Ένα NVR καταγράφει τα video streams που έχουν κωδικοποιηθεί στις κάμερες, μέσω της θύρας επικοινωνίας Ethernet που διαθέτει.
• Ένα DVR βρίσκεται στην ίδια περιοχή με τις κάμερες, σε αντίθεση με ένα NVR που αποθηκεύει ψηφιακές εικόνες άμεσα από το δίκτυο. Ένα NVR μπορεί να βρίσκεται οπουδήποτε μέσα σε ένα δίκτυο. Τον εξουσιοδοτημένο χρήστη που είναι συνδεδεμένος στο δίκτυο, δεν τον ενδιαφέρει η φυσική θέση τοποθέτησης του NVR, αρκεί να καλέσει την κάμερα που επιθυμεί και θα ξεκινήσει η αναπαραγωγή των εικόνων. Όμως, η σημασία της φυσικής τοποθέτησης ενός NVR μέσα στο δίκτυο, δεν πρέπει να υποτιμηθεί. Ο διαχειριστής του συστήματος πρέπει να υπολογίσει τη ροή δεδομένων video σε κάθε τμήμα του δικτύου και να τοποθετήσει το NVR σε τέτοια θέση, ώστε να καταλαμβάνεται το μικρότερο δυνατό εύρος ζώνης. Για την απαιτούμενη ροή δεδομένων και τη χωρητικότητα των δίσκων αποθήκευσης, πρέπει να συνυπολογιστούν παράγοντες όπως η περιοχή που επιτηρεί η κάμερα (εσωτερικός χώρος, δρόμος με κίνηση κ.λπ.), οι λειτουργίες που επιτελεί η κάμερα (π.χ. ΡΤΖ κάμερα), η ανάλυση της εικόνας, ο ρυθμός ανανέωσης της εικόνας, η χρησιμοποίηση τεχνικής ανίχνευσης στην εικόνα, ο τύπος της ανίχνευσης κ.ά.
• Σε ένα DVR, η μέγιστη ανάλυση περιορίζεται από την ανάλυση της κάμερας και της ψηφιακής κάρτας αποθήκευσης που χρησιμοποιείται. Σε ένα NVR, θεωρητικά, η μέγιστη ανάλυση είναι απεριόριστη. Μπορεί να λαμβάνει και να αποκωδικοποιεί τις εικόνες, χωρίς οποιαδήποτε τροποποίηση στην ανάλυση της εικόνας. Στα DVR η επεξεργασία της εικόνας γίνεται κατά κύριο λόγο για την ανίχνευση κίνησης στο πεδίο θέασης της κάμερας, ενώ στα συστήματα NVR υπάρχει μεγαλύτερη ευελιξία στην επεξεργασία της εικόνας και γίνεται για εφαρμογές ανίχνευσης κίνησης, αναγνώρισης προσώπων, μέτρησης διέλευσης ατόμων κ.ά.
• Σε περίπτωση βλάβης μιας συσκευής DVR, αυτή μπορεί να επισκευασθεί μόνο από τον κατασκευαστή και άρα πρέπει να αντικατασταθεί. Σε αντίθεση, μια συσκευή NVR μπορεί να επισκευασθεί από το χρήστη ή τον εξουσιοδοτημένο και πιστοποιημένο τεχνικό του προμηθευτή του Η/Υ, πολύ γρήγορα. Σε περίπτωση που συμβεί μια βλάβη σε ένα σύστημα NVR, συνήθως υπάρχει ένα δεύτερο σύστημα «καθρέπτης (mirror), ώστε αυτόματα να δρομολογηθούν σε αυτό τα video streams για να μη σταματήσει η καταγραφή. Πρόβλημα θα υπάρξει στην περίπτωση, που για οποιοδήποτε λόγο διακοπεί η λειτουργία του δικτύου (μην ξεχνάμε ότι είναι ένα δίκτυο υπολογιστών), οπότε θα σταματήσει και η καταγραφή.
• Σε επίπεδο φυσικής διασύνδεσης, ένα σύστημα DVR χρησιμοποιεί ομοαξονικό καλώδιο για τα σήματα video, καλώδιο συνεστραμμένου ζεύγους (twisted pair) για μετάδοση σημάτων τηλεμετρίας (π.χ. αν υπάρχουν κάμερες PTZ) καθώς και καλώδια ρεύματος για την τροφοδοσία των καμερών. Σε ένα σύστημα NVR χρησιμοποιείται καλώδιο UTP, από όπου μπορούν να περάσουν τα πακέτα δεδομένων του σήματος video, οι εντολές τηλεχειρισμού των καμερών καθώς και η τροφοδοσία των ΙΡ καμερών (Power Over Ethernet).
• Το κόστος των ΙΡ καμερών καθώς και το κόστος του συνδυασμού κάμερας-video server που χρησιμοποιούνται στα συστήματα NVR, είναι σαφώς υψηλότερο από το κόστος μιας κάμερας που χρησιμοποιείται στα συστήματα DVR. Αν σε μια υφιστάμενη εγκατάσταση όπου γίνεται χρήση ψηφιακής καταγραφής με DVR, ζητηθεί να γίνει καταγραφή με τεχνολογία NVR, τότε ο πελάτης θα πρέπει να επωμισθεί το κόστος της νέας καλωδίωσης. Αντίθετα, σε μια εγκατάσταση που υπάρχει καλωδιακή υποδομή με UTP μπορούν να χρησιμοποιηθούν σήμερα τεχνικές μετάδοσης αναλογικού video μέσα από καλώδιο twisted pair, ώστε να χρησιμοποιηθούν κοινές κάμερες και καταγραφή σε DVR για να μειωθεί το κόστος της εφαρμογής.
• Στα μικρά αναλογικά συστήματα που χρησιμοποιείται DVR για την καταγραφή, η επιτήρηση σε πραγματικό χρόνο επιτυγχάνεται από την οθόνη παρακολούθησης, που συνδέεται στο DVR. Για μεσαία και μεγάλα συστήματα όπου οι απαιτήσεις στη διαχείριση του συστήματος είναι αυξημένες, χρησιμοποιείται switcher matrix, ώστε ο χρήστης να επιτηρεί σε πραγματικό χρόνο και σε οποιαδήποτε οθόνη τις εικόνες από συγκεκριμένες κάμερες. Με τη χρήση NVR συστημάτων, ο χρήστης χρησιμοποιεί το ίδιο σύστημα τόσο για την καταγραφή και αναπαραγωγή, όσο και για την επιτήρηση σε πραγματικό χρόνο. Επειδή το video συμπιέζεται και κωδικοποιείται για τη μεταφορά του μέσα από το δίκτυο ΙΡ υπάρχει μια καθυστέρηση στις ροές των εικόνων που βλέπει ο χρήστης, σε σχέση με το τι πραγματικά συμβαίνει ακριβώς εκείνη τη στιγμή. Αυτό βέβαια δεν αποτελεί πρόβλημα για τα μικρού μεγέθους συστήματα. Σε μεγάλα όμως συστήματα, το γεγονός αυτό δημιουργεί αρκετά προβλήματα. Ως παράδειγμα μπορεί να αναφερθεί η λειτουργία των καζίνο. Σε αυτές τις εφαρμογές υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός καμερών (στατικών και κινητών) και μεγάλες απαιτήσεις στην ολοκληρωμένη διαχείριση του συστήματος. Η εικόνα θα πρέπει να μεταφέρεται σε πραγματικό χρόνο(25 ips) στους χειριστές του συστήματος, χωρίς την παραμικρή καθυστέρηση, με τη μέγιστη ανάλυση (D1) και ποιότητα. Η σημερινή τεχνολογία που χρησιμοποιείται στα NVR συστήματα, δεν μπορεί να καλύψει όλες αυτές τις απαιτήσεις. Σε αυτές τις εφαρμογές χρησιμοποιούνται υβριδικές τεχνικές, δηλαδή χρήση switcher matrix για επιτήρηση πραγματικού χρόνου και σύστημα NVR για την καταγραφή και αναπαραγωγή. Οι λειτουργίες αυτές ολοκληρώνονται κάτω από μια πλατφόρμα λογισμικού, ώστε να υπάρχει ενιαία διαχείριση των δύο συστημάτων. Ο χειριστής του συστήματος δεν αντιλαμβάνεται ότι χειρίζεται δύο διαφορετικά συστήματα και έτσι επιτυγχάνεται το επιθυμητό αποτέλεσμα..

Δεν υπάρχει αμφιβολία, ότι τα επόμενα χρόνια, τα συστήματα NVR θα κυριαρχήσουν στη βιομηχανία των CCTV. Η εξέλιξη των αλγορίθμων συμπίεσης και η ανάπτυξη των δικτυακών προϊόντων και υποδομών θα δημιουργήσουν τις απαραίτητες προϋποθέσεις για επιτήρηση σε πραγματικό χρόνο, από οποιοδήποτε σημείο ενός ΙΡ δικτύου, καταγραφή και αναπαραγωγή υψηλής ποιότητας εικόνας, ολοκληρωμένες πλατφόρμες διαχείρισης, καθώς και επεξεργασία της εικόνας για πολλαπλές εφαρμογές ταυτόχρονα.