Μέθοδοι διαχείρισης και καταγραφής στα συστήματα CCTV

Οι διαδικασίες και τα μέσα επεξεργασίας και αποθήκευσης εικόνων σε ένα κλειστό κύκλωμα, αποτελούν κομβικούς παράγοντες σε μια συνολική πλατφόρμα επιτήρησης, μιας και επηρεάζουν σε μέγιστο βαθμό την αποτελεσματικότητα και απόδοση του συστήματος.

Στο προηγούμενο τεύχος αναφερθήκαμε στο σύστημα φακού – κάμερας που είναι υπεύθυνο για τη συλλογή της οπτικής πληροφορίας (εικόνας) από το χώρο επιτήρησης. Οι εικόνες που συλλέγονται από τις κάμερες, μεταφέρονται στο κέντρο ελέγχου για επιλογή, επεξεργασία, απεικόνιση στις τοπικές οθόνες, καταγραφή, αποθήκευση και μεταφορά σε απομακρυσμένες θέσεις χειρισμού, εφόσον απαιτείται (με το κατάλληλο φυσικό μέσο μετάδοσης).

Οι βασικές ανάγκες που καλείται να εκπληρώσει το κέντρο ελέγχου, είναι:
α. Επεξεργασία και διαχείριση της οπτικής πληροφορίας, που παράγεται από τις κάμερες του συστήματος.
β. Καταγραφή και αποθήκευση της οπτικής πληροφορίας.
Μερικά από τα βασικά κριτήρια που πρέπει να πληροί το κέντρο ελέγχου, είναι:

• Να συγκεντρώνει σε πραγματικό χρόνο, άμεσα, το σύνολο των απαραίτητων πληροφοριών, έτσι ώστε να μη χάνεται καμιά πληροφορία, αλλά ταυτόχρονα, μέσω της κατάλληλης επεξεργασίας να υπάρχει άμεση και ορθολογική εκτίμηση της κατάστασης.
• Η σχεδίασή του πρέπει να γίνει με τέτοιο τρόπο, ώστε να υπάρχει σωστή και εύρυθμη λειτουργία όλων των υλικών μέσων που το αποτελούν, αυξάνοντας την απόδοση και αξιοπιστία του, στο μέγιστο βαθμό.
• Να χαρακτηρίζεται από απλότητα χειρισμών, ώστε οι χειριστές να μπορούν έγκαιρα και αποτελεσματικά να αντιμετωπίζουν οποιοδήποτε πρόβλημα παρουσιαστεί.
• Να υπάρχει ευκολία στη συντήρηση.
• Η δομημένη αρχιτεκτονική και ο σχεδιασμός του, να εξασφαλίζουν την προσαρμογή και την επέκτασή του στο απαιτητικό τεχνολογικό περιβάλλον, οποτεδήποτε απαιτηθεί.

Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία και την αποθήκευση της εικόνας, ανάλογα με το μέγεθος και τις απαιτήσεις της εφαρμογής, είναι το αντικείμενο του παρόντος άρθρου.

Παραδοσιακή Λύση
Σε ένα παραδοσιακό σύστημα κλειστού κυκλώματος τηλεόρασης (CCTV) με απαιτήσεις ταυτόχρονης καταγραφής των σημάτων video, χρησιμοποιούνται κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, που ονομάζονται πολυπλέκτες (multiplexers).
Οι πολυπλέκτες, κάνουν χρήση της τεχνικής πολυπλεξίας με διαίρεση χρόνου (Time Division Multiplexing) και η παρουσία τους κρίνεται απαραίτητη προκειμένου να μειωθεί το κόστος στην αποθήκευση video. Ένας πολυπλέκτης διαθέτει τουλάχιστον 4 εισόδους σημάτων video και είναι συνδεδεμένος με έναν εγγραφέα, όπως φαίνεται και στο σχήμα 1. Ο χρήστης μπορεί να ανακαλέσει και να παρακολουθήσει τις εγγραφές video, από οποιαδήποτε κάμερα τον ενδιαφέρει. Για το ίδιο χρονικό διάστημα, μπορεί να παρακολουθήσει τις αντίστοιχες εγγραφές από τις άλλες κάμερες του συστήματος. Σε αντίθετη περίπτωση, μη χρησιμοποίησης πολυπλέκτη, θα έπρεπε για την ταυτόχρονη καταγραφή να γίνει χρήση τόσων εγγραφέων video, όσος είναι και ο αριθμός των καμερών του συστήματος. Το σύστημα καταγραφής μπορεί να είναι μια εξωτερική μονάδα αποθήκευσης, αναλογική (VCR) ή ψηφιακή (DVR). Επίσης, μπορεί να βρίσκεται ενσωματωμένη στον πολυπλέκτη μια ψηφιακή μονάδα αποθήκευσης (συνηθέστερη μορφή σήμερα). Επιπλέον, ο πολυπλέκτης διαθέτει έξοδο σήματος video, το οποίο υφίσταται ψηφιακή επεξεργασία, ώστε να τμηματοποιεί την ενεργή επιφάνεια της οθόνης παρακολούθησης, με την οποία βρίσκεται συνδεδεμένος και σε κάθε τμήμα να εμφανίζεται video από καθορισμένη κάμερα. Αξίζει να σημειωθεί, ότι ο ρυθμός ανανέωσης της εικόνας (25 frames/s είναι ο μέγιστος για το σύστημα PAL), τόσο για την  απεικόνιση στην οθόνη παρακολούθησης, όσο και για την εγγραφή, εξαρτάται από τον αριθμό των καμερών που είναι συνδεδεμένες
στον πολυπλέκτη. Αυτός είναι και ένας από τους βασικούς παράγοντες της απόδοσης του πολυπλέκτη. Οι σύγχρονοι πολυπλέκτες διαθέτουν εισόδους σκανδαλισμού (trigger) από εξωτερικές πηγές, καθώς και ψηφιακές τεχνικές ανίχνευσης κίνησης, ώστε να γίνεται αυτόματη εμφάνιση στην οθόνη και καταγραφή στο μέγιστο ρυθμό (25 fps) του σήματος video, από την κάμερα που αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο ερέθισμα. Τα οικονομικά οφέλη είναι εμφανή: απαιτείται μόνο ένας πολυπλέκτης/ καταγραφέας  και μία οθόνη παρακολούθησης για την υλοποίηση του κέντρου ελέγχου.
Ωστόσο, η τοπολογία αυτή του κλειστού κυκλώματος τηλεόρασης, παρουσιάζει τα ακόλουθα μειονεκτήματα:

• Επειδή τα σήματα video από όλες τις κάμερες μεταδίδονται σε ένα κεντρικό σημείο, το κόστος καλωδίωσης είναι μεγάλο.
• Δεν είναι εύκολη η αναβάθμιση του συστήματος μελλοντικά και αν έχουν χρησιμοποιηθεί όλες οι διαθέσιμες είσοδοι σημάτων video, τότε θα απαιτηθεί ένας δεύτερος πολυπλέκτης.
• Αν ο πολυπλέκτης υποστεί κάποια βλάβη, τότε καταρρέει η λειτουργία όλου του συστήματος.
• Δεν μπορεί να ανταποκριθεί σε αυξημένες ανάγκες διαχείρισης.

Για πιο σύνθετες εφαρμογές, με αυξημένες και σύνθετες ανάγκες διαχείρισης (π.χ. κατανομή σημάτων video σε πολλές οθόνες παρακολούθησης, περισσότερο του ενός χρήστες, κ.λπ.) γίνεται χρήση συσκευών, που λέγονται μεταγωγείς εικόνας (video switchers). Μια απλή συσκευή μεταγωγής σήματος video, έχει σχεδιαστεί ώστε να δέχεται ως εισόδους τα σήματα video από τις εγκατεστημένες κάμερες και να απεικονίζει την εικόνα της επιλεγμένης κάμερας, σε μια συνδεδεμένη οθόνη παρακολούθησης. Επιπλέον, δίνει τη δυνατότητα ώστε στην οθόνη να εμφανίζονται με χρονική ακολουθία (sequence) οι εικόνες από όλες τις κάμερες.
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας των μικροεπεξεργαστών δημιούργησε τα matrix switchers. O τύπος αυτών των μεταγωγέων που χρησιμοποιούνται ευρύτατα σήμερα, ειδικά σε μεσαίου και μεγάλου μεγέθους εφαρμογές, είναι ικανός να δρομολογήσει τα σήματα video από πολλές κάμερες, σε περισσότερες από μία οθόνες παρακολούθησης. Συνήθως ενσωματώνονται σε ένα κεντρικό σύστημα διαχείρισης που ελέγχεται από κατάλληλο λογισμικό, για να ικανοποιήσουν τις ειδικές ανάγκες της εκάστοτε εφαρμογής.
Λειτουργούν συμπληρωματικά με τις μονάδες πολυπλεξίας/ καταγραφής, για να δημιουργήσουν ένα ολοκληρωμένο σύστημα διαχείρισης και καταγραφής.

Το δίκτυο υπολογιστών στα συστήματα CCTV
Η εξέλιξη της τεχνολογίας και η σύγκλιση τηλεπικοινωνιών και πληροφορικής ήταν αναπόφευκτο να επηρεάσει και τις εφαρμογές στα συστήματα CCTV. Η ψηφιακή τεχνολογία μπορεί να δώσει εναλλακτική λύση, ώστε να αποφευχθούν τα μειονεκτήματα που παρουσιάζoυν τα παραδοσιακά συστήματα. Οι κάμερες ενός συστήματος CCTV μπορούν να συνδεθούν σε ένα δίκτυο Ethernet (ΙΡ κάμερες), όπως και οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές. Τα σήματα video μπορούν να αποθηκευθούν οπουδήποτε στο δίκτυο και να προσπελασθούν από οποιονδήποτε εξουσιοδοτημένο χρήστη του δικτύου. Επιπλέον, τα σήματα video μπορούν να απεικονίζονται, να καταγράφονται και να μεταφέρονται με οποιοδήποτε τηλεπικοινωνιακό κανάλι. Το δίκτυο μπορεί να είναι χωρικά εντοπισμένο (π.χ. στο κτίριο που στεγάζονται τα γραφεία μιας εταιρίας) ή να είναι κατανεμημένο σε απομακρυσμένες μεταξύ τους γεωγραφικά περιοχές (π.χ. όπως τα υποκαταστήματα μιας εταιρίας). Τα κύρια πλεονεκτήματα ενός τέτοιου συστήματος σε σχέση με την παραδοσιακή λύση, είναι:

• Το λογισμικό αναλαμβάνει τις διαδικασίες διαχείρισης και καταγραφής.
• Η υλοποίηση πραγματοποιείται στην υπάρχουσα υποδομή Ethernet.
• Η επιτήρηση του συστήματος είναι αποκεντρωμένη. Αυτό σημαίνει ότι στον ίδιο χρόνο υπάρχει μεγαλύτερη ασφάλεια και χαμηλότερο κόστος.
• Συγκριτικά με τα αναλογικά συστήματα, η χρήση του δικτύου παρουσιάζει τα εξής βασικά μειονεκτήματα:
• Ως TCP/IP σύστημα, είναι κλασικό παράδειγμα ανοικτού συστήματος, με αποτέλεσμα την παραβίασή του. ¶ρα, πρέπει να χρησιμοποιούνται ειδικά πρωτόκολλα ασφαλείας, κωδικοποίησης, firewall κ.λπ.
• Η ταυτόχρονη μετάδοση πολλών σημάτων video, αυξάνει δραματικά τις απαιτήσεις σε εύρος ζώνης (bandwidth), ώστε να επηρεάζεται η απόδοση του δικτύου.
• Γίνεται χρήση ψηφιακών τεχνικών συμπίεσης, με αποτέλεσμα, όταν το διαθέσιμο εύρος ζώνης δεν επαρκεί (ειδικά σε εφαρμογές με πολλές κάμερες) να υποβαθμίζεται η ανάλυση της εικόνας, καθώς και να επιλέγεται μετάδοση των εικόνων, με ρυθμό ανανέωσης μικρότερο των 25 frames/s.
• Όταν αποσυνδέουμε μια συσκευή στο αναλογικό σύστημα, π.χ. μια κάμερα, το σύστημα ενημερώνεται άμεσα. Όταν αποσυνδέεται μια συσκευή δικτύου, τίποτα δεν συμβαίνει, εκτός αν ο κεντρικός Η/Υ επαληθεύει συνεχώς την κατάσταση του δικτύου.

Η υβριδική λύση   
Σε εφαρμογές υψίστης ασφαλείας, όπου η απαίτηση για εικόνα πραγματικού χρόνου είναι αδιαπραγμάτευτος παράγοντας, γίνεται συγκερασμός των δύο τεχνολογιών. Συνδυάζονται οι λειτουργίες του παραδοσιακού συστήματος αναλογικής διαχείρισης, με τα ψηφιακά συστήματα καταγραφής και αποθήκευσης video, με αποτέλεσμα, οποιοσδήποτε εξουσιοδοτημένος χρήστης του δικτύου να έχει πρόσβαση τόσο σε επιτήρηση πραγματικού χρόνου, όσο και στην παρακολούθηση των εγγραφών video που έχουν γίνει. Επιπλέον, δίνεται η δυνατότητα στον εξουσιοδοτημένο χρήστη να μεταφέρει και να αποθηκεύει στο δικό του υπολογιστή video, από συμβάντα που τον ενδιαφέρουν άμεσα.

Σύνοψη
Για να επιλέξουμε ένα σύστημα διαχείρισης-καταγραφής, πρέπει να αντιληφθούμε πρώτα τις ανάγκες μας. Πρέπει να είμαστε σίγουροι για την ποιότητα που χρειαζόμαστε και το μέγεθος των δεδομένων που χρειάζεται να καταγράψουμε. Πάνω από όλα, η κατανόηση της τεχνολογίας που βρίσκεται πίσω από αυτές τις συσκευές, θα βοηθήσει να επιλέξουμε την καταλληλότερη και αποδοτικότερη λύση.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ-ΠΗΓΕΣ
Herman Kruegle "CCTV SURVEILLANCE video practices and technology". Butterworth -Heinemann 1995.
Περιοδικό EURO-SECURITY, "The network is the multiplexer", volume 7-2001
www.synectics.co.uk