Technická podpora
Kamera

Kamerové
systémy

AVTECH/CCTV
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
MAZi/NUUO
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Hikvision
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Dahua
Ing. Antonín HORÁK +420 605 295 751 horak@stasanet.cz
Fotopasti
Martin HÁJEK +420 603 294 595 hajek@stasanet.cz
Docházka

Docházkové a přístupové
systémy

Václav NOVÁK +420 775 020 212 novak@stasanet.cz
 
Videotelefony

Domácí
videotelefony

Commax/Farfisa/Tesla
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Jan ZLÁMAL +420 733 355 631 zlamal@stasanet.cz
EZS

Elektronické zabezpečovací
systémy

Jablotron
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
Paradox
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
EPS

Ostatní

+420 272 660 193 podpora@stasanet.cz
Novinky e-mailem! ?
Získejte přístup k novinkám z oblasti bezpečnostní techniky:
  
Archiv

 

Odborné články

Doručovací metody:

GLS Os. odběr

Způsoby platby:

Dobírka Převod Hotově PayPal

Visa MC Maestro PayU

Hodnocení obchodu na Zboží.cz

Standardizace protokolů a videoanalýza

Standardizace protokolů a videoanalýza - | Stasanet.cz    Seznamte se, jak můžete analyzovat video a jaké jsou v současnosti standardy.

V minulém dílu jsme si přiblížili problematiku přenosu po počítačové síti a přes Internet. Dnes se podíváme na dvě oblasti IP systémů – analýzu videa a na oblast standardizace IP kamer.

Videoanalýza

Jednou z velkých předností moderních IP systémů je video analýza. Jedná se o soubor různých funkcí, které zkoumají on-line obraz či záznamy z kamer a vyhledávají specifické události – např. zda v obraze nastal pohyb, zda někdo nenechal odložený větší předmět, kolik lidí vstoupilo do určité oblasti (počítání uživatelů) atp. Při výskytu určité události pak vykonávají určenou činnost (aktivace záznamu, zobrazení vybrané kamery, aktivace výstupu aj.). Při analýze on-line obrazu tedy snižují nároky na pozornost operátora CCTV systému, při analýze záznamů šetří zejména Váš čas (nemusíte trávit hodiny sledováním záznamů).

Vlastní analýzu obrazu mohou provádět tři části kamerového systému – buď samotná IP kamera, záznamové zařízení nebo klientské PC (slouží pro prohlížení kamer).
Pokud má analytickou funkci přímo IP kamera, je nutná výpočetní zátěž více distribuována mezi prvky a systém je více autonomní. Cena kamer s vlastní analýzou je ale obvykle vyšší než u kamer bez analytických funkcí.
V systémech, kde analýzu provádí záznamové zařízení je možné používat levnější kamery bez vlastní video analýzy, záznamové zařízení však vyžaduje nutný vyšší výkon a systém je méně autonomní (při poruše záznamového zařízení tedy o analytické funkce přicházíte).
V praxi se proto často vyskytuje kombinace obou předchozích přístupů – základní funkce (např. detekce pohybu, detekce sabotáže) jsou zpracovávány kamerou, pokročilejší funkce pak záznamovým zařízením.
V případech, kdy není záznamové zařízení vybaveno procesorem s dostatečným výkonem pro tyto funkce (např. záznamová zařízení na bázi síťových „disků“ - NAS) se používá postup, kdy je analýza záznamů delegována na klientské PC.
Některé funkce, které jsou výpočetně velmi náročné nebo vyžadují komplikovanou odezvu mohou být realizovány jako samostatné zařízení či software (např. rozpoznávání registračních značek).

Detekce pohybu

Jednou z nejstarších funkcí, spadající do oblasti analýzy videosignálu je detekce pohybu. Metod pro detekci pohybu ve videosignálu je několik, v praxi se využívá jedna z nejjednodušších, nejméně výpočetně náročných metod – sledování rozdílných bodů mezi několika (obvykle 2-5) snímky. Videosignál se převede do „černobílého režimu“ a tyto obrázky se od sebe „odečtou“. Ve vzniklém obrazu jsou pak pixely, kde nedošlo ke změně označeny černě; čím výraznější je rozdíl jasu pixelů u obou obrázků, tím jsou pixely ve výsledném (rozdílovém) obrazu světlejší (bělejší). Pokud počet světlých pixelů přesáhne určitou hodnotu, potom je kamerou vyhlášen pohyb.

Detekce pohybu v obraze

Detekce pohybu v obraze

Přesný postup bývá obvykle poněkud složitější (rozdělení na menší segmenty a jejich maskování), důležité je však mít na paměti základní princip – detekuje se změna intenzity (jasu) pixelů a ne „pohyb“ jako takový. Detekce pohybu tedy zareaguje i na jiné podměty – např. sepnutí osvětlení atp. Z těchto důvodů mějte na paměti, že detekci pohybu nelze použít jako náhradu za PIR detektor a to zejména ve venkovním prostředí.

Dále je vhodné si uvědomit, že detekce pohybu spolehlivě funguje až od určité velikosti objektu. Je-li pohybující se objekt v obraze příliš malý, ve výsledném (rozdílovém) snímku bude malý počet „světlých“ bodů a objekt bude ignorován. Můžete snížit počet světlých bodů, které vyvolají detekci pohybu (jinak řečeno, zvyšujete citlivost), ovšem toto lze použít jen do určité míry, pak už je detekce natolik citlivá, že reaguje prakticky neustále.

Pokud touto funkcí disponuje jak IP kamera, tak i záznamové zařízení, potom pro většinu případů bude lepší ponechat detekci pohybu na kameře (snižujete tím zátěž procesoru a spotřebu paměti u záznamového zařízení). Výjimkou jsou případy, kdy záznamové zařízení neumí s danou kamerou spolupracovat natolik, aby bylo schopno získávat informace o detekci pohybu z kamery.

Detekce sabotáže (ztráta zaostření)

Jedna z podstatných funkcí, která informuje obsluhu o „manipulaci“ s kamerou. Obvykle je schopna zareagovat v těchto případech:

  • Zaclonění kamery neprůhledným či poloprůhledným předmětem
  • Změna nasměrování kamery

Samotáž kamer

Rozpoznávání registračních značek

Funkce, která umí přečíst registrační značku vozidla a v závislosti na její hodnotě provést určitou odezvu (např. uložit snímek vozidla do databáze a sepnout výstup pro otevření závory).
Celou problematiku snímání značek vozidel rozdělme na dvě části – vlastní snímání kamerou a následné zpracování.
Snímání registrační značky kamerou není tak jednouché, jak se může na první pohled zdát. Situaci totiž komplikuje několik faktorů:

  • Vozidla musí projíždět před kamerou poměrně nízkou rychlostí – aby byl obraz pohybujícího se (cca 80km/h) automobilu ostrý, je nutná velmi krátká doba expozice (cca 1/1000s). Krátká doba expozice ovšem znamená výrazné snížení citlivosti kamery, proto se obvykle ponechá doba expozice na relativně dlouhých časech a vhodným opatřením (např. zpomalovacím prahem atp.) se sníží rychlost automobilu.
  • Stíny, nečistoty, odlesky atp. na značce snižují její „čitelnost“
  • Nedostatečné rozlišení – dáno buď nevhodnou kamerou s nízkým rozlišením nebo k přečtení značky dojde příliš daleko od kamery. Pro správnou funkci je obvykle požadována výška znaků značky cca 30-40 pixelů.
  • Problémy nastávají zejména u nočního snímání obrazu – prvním problémem je velmi silné protisvětlo (čelní světla automobilu). Určitým řešením je použít kameru s funkcí WDR nebo Zatmění, které silné protisvětlo částečně kompenzují/překryjí. I v tomto případě však doporučujeme orientaci kamery mírně mimo osu přijíždějícího vozidla (do cca 10°), sníží se tím množství světla z čelních světel. Větší úhel nedoporučujeme, významně se tím pro počítač zhorší „čitelnost“ registrační značky (protože je obraz zešikmen).
    Ideální je použití speciálních kamer pro snímání registračních značek (LPR kamera). Je však nutné si uvědomit, že primárním cílem je zachycení dostatečně kontrastní značky – tyto kamery v nočním režimu tedy zachytí pouze registrační značku, ale nic jiného – nejste tedy z takové kamery schopni rozeznat konkrétního výrobce automobilu, zjistit identitu řidiče atp.
  • Pokud tyto informace požadujete, silně doporučujeme zvážit použití 2 kamer – 1 kamera jen pro snímání registrační značky, druhá, bez speciálních funkcí pak bude snímat automobil.
    Použití IR přísvitu může být pro moderní kamery bez speciální funkce pro rozpoznání registračních značek poněkud problematické. České RZ (ostatně jako u většiny ostatních zemí) jsou retroreflexní pro IR světlo a výsledný obraz je v oblasti značky silně přeexponován. Klasická kamera se totiž na rozdíl od LPR kamery snaží zachytit co nejvíce detailů v celém obraze (ne pouze značky) a IR přísvit má výrazně vyšší intenzitu než je třeba (a to i v případě, kdy má kamera funkci Smart IR).

Rozpoznání SPZ značek

Co se týká vlastního software pro rozpoznávání registračních značek, ten musí zvládat několik úkolů:

  • Lokalizace značky v obraze
  • Korekce orientace značky a odstranění zešikmení
  • Normalizace – nastavení vhodného jasu a kontrastu atp.
  • Rozdělení značky na jednotlivé znaky
  • Převedení obrazu na text (obdoba OCR)
  • Kontrola „syntaxe“ – ověření, zda převedené znaky odpovídají předpisům pro registrační značku v daném státu.

V oblasti programů pro rozpoznávání registračních značek doporučujeme použití programu LuxRiot LPR. Tento program má dle našeho názoru řadu výhod oproti řešením jiných výrobců:

  • Oddělní záznamu a rozpoznávání – rozpoznávání registračních značk je činnost, která silně zatěžuje i moderní procesory. Řešení jiných výrobců tak může vést k výpadku záznamů, protože při rozpoznání nemusí být k dispozici dostatečný výkon pro vlastní záznam. Dále se tak snadněji buduje řešení, kdy jsou data poskytována z více geograficky oddělných lokací.
  • Adaptivní algoritmus, zohledňující aktuální „viditelnost“ (světelné podmínky).
  • Podporovány jsou registrační značky z více států.

Možnost doprogramování vlastní odezvy – po přečtení registrační značky můžete tedy vykonat prakticky jakoukoliv akci a nejste vázáni na funkce vytvořené autory programu.

Další analytické funkce

Sledování pohybu – funkce některých otočných kamer (speed-dome), která umožňuje sledovat pohybující se objekt o určité velikosti. Některé kamery umožňují automaticky změnit aktuální přiblížení tak, aby sledovaný objekt zabíral 100% výšky obrazu. To sice může být výhodné pro získání většího množství detailů (lepší podmínky pro identifikaci neznámého objektu), na druhou stranu je pak snazší „uniknout sledování“ prudkým zrychlením pohybu nebo „odvést pozornost“ (jiná osoba vstoupí do chráněného prostoru mimo záběr kamery).

Počítání objektů – některá zařízení umožňují počítat počet objektů nastavené velikosti, které projdou v určeném směru určitou oblastí. Tyto objekty musí být viditelně oddělené, jinak nebude počítání příliš přesné. Existují řešení (obvykle na bázi neuronových sítí), které si lépe poradí s počítáním osob „v davu“, avšak tato specializovaná řešení jsou značně finančně náročná (v řádech miliónů korun).

Virtuální plot – funkce, která varuje obsluhu, pokud nějaký objekt překročí v určitém směru pomyslnou čáru v obraze. Funkce může sloužit k „ostraze“ plotu, ale i např. pro detekci vstupu na kolejiště v metru atp.

Ztráta objektu – funkce, která varuje obsluhu, pokud z obrazu zmizí objekt určité velikosti. Může sloužit např. pro hlídání vzácných předmětů v muzeu atp.

Cizí objekt – funkce, která varuje obsluhu, pokud se v záběru kamery objeví objekt určené velikosti.

Standardizace IP CCTV systémů

Jak bylo uvedeno v prvním článku tohoto seriálu, IP kamerové systémy dosud pokulhávají za analogovými systémy v oblasti standardizace/interoperability. To znamená, že různé části systému (kamera, záznamové zařízení, zobrazovací zařízení aj.) nemusí „umět“ navzájem komunikovat, pokud každá část pochází od jiného výrobce. Prvky, které spolu neumějí vzájemně komunikovat pak pochopitelně nelze úspěšně použít v jednom systému.

Co přesně je třeba standardizovat?

Celý proces komunikace mezi jednotlivými prvky systému není monolitický, ale je rozvrstven do několika úrovní, pro jednoduchost nám bude postačovat rozdělení na dvě úrovně. Nejnižší úroveň komunikace (používají se zde protokoly z rodiny TCP/IP) standardizována je, úroveň nadřazená nad protokoly TCP/IP, která je v gesci jednotlivých výrobců už standardizována není. Pro doplnění, komunikační protokol je něco jako jazyk, kterým se síťové prvky domlouvají.

Podívejme se nyní na jednoduchý příklad komunikace mezi IP kamerou a záznamovým zařízením, kdy záznamové zařízení bude po IP kameře chtít poslat např. aktuální snímek. K podobným účelům se často používá síťový protokol http. Tento protokol je již léta standardizován, ostatně určitým důkazem je Vaše čtení tohoto článku – protokol http se totiž používá pro přenos webových stránek. Jak přesně pomocí tohoto protokolu požádat kameru o aktuální snímek už ovšem standardizováno není.
Záznamové zařízení musí kameru nejprve vyzvat, aby mu zaslala aktuální snímek, kamera potvrdí záznamovému zařízení, že tuto žádost přijala (rozumí ji) a zašle mu zpět požadovaná data (aktuální snímek). Velmi zjednodušeně může komunikace probíhat takto:

Záznamové zařízení říká:
Kamero, vrať mi aktuální snímek

 

GET /cgi-bin/viewer/video.jpg HTTP/1.1

Kamera říká:
Příkaz jsem přijala,
obrázek posílám ve formátu jpeg
a zde jsou požadovaná data

 

HTTP/1.1 200 OK

Content-type: image/jpeg


<DATA>

Poznámka: červeně označený text je součástí protokolu http, modře označený text je součástí protokolu výrobce.

 

Jiný výrobce implementoval komunikaci např. takto:


Záznamové zařízení říká:
Kamero, vrať mi aktuální snímek

 

GET /live/jpg HTTP/1.1

Kamera říká:
Příkaz jsem přijala,
obrázek posílám ve formátu jpeg
a zde jsou požadovaná data

 

HTTP/1.1 200 OK

Content-type: image/jpeg


<DATA>

Pokud by záznamová zařízení požádalo kameru z příkladu 1 způsobem určeným pro kameru z příkladu 2, dopadlo by to takto:


Záznamové zařízení říká:
Kamero, vrať mi aktuální snímek

 

GET /live/jpg HTTP/1.1

Kamera říká:
Příkaz jsem přijala,
ale vůbec ti nerozumím

 

HTTP/1.1 404 Not Found

Z toho plyne, že univerzální záznamové zařízení pro IP kamery by muselo znát protokoly všech výrobců IP kamer na světě. To není možné ze dvou důvodů – za prvé mohou mít záznamová zařízení omezenou paměť a nelze tedy implementovat protokoly všech výrobců a za druhé výrobci obvykle své komunikační protokoly nezveřejňují, resp. mohou být poskytnuty po podepsání „smlouvy o nevyzrazení informací“.

Jak z této situace ven? Řešení jsou v zásadě dvě - prvním z řešení této situace je používat pro všechny části kamerového systému stejného výrobce. To však nemusí být snadné – např. daný výrobce nenabízí kamery určitého typu, výrobce kamer nevyrábí žádné záznamové zařízení nebo nám jeho záznamové zařízení nevyhovuje atp.
Druhým řešením je používat univerzální komunikační standard, stejný pro všechny výrobce.

Z těchto důvodů se výrobci IP kamer a záznamových zařízení „domluvili“ a snažili se přinést obecný komunikační standard. Bohužel, jak už tomu v technických záležitostech často bývá, snaha o standardizaci IP systémů vedla k vytvoření dvou různých táborů – jedna skupina výrobců (především americké společnosti) preferuje standard PSIA (Physical Security Interoperability Aliance), druhý tábor (evropští a asijští výrobci) přichází s vlastním standardem ONVIF (Open Network Video Interface Forum).

Cílem obou těchto standardů je tedy přinést kýženou interoperabilitu se současným zachováním původního protokolu (aby bylo možné stále používat starší zařízení bez ONVIF/PSIA). V dnešní době se neomezují pouze na IP kamery a záznamová zařízení, ale umožňují komunikaci s dalšími souvisejícími zařízeními (např. zobrazovací zařízení, zařízení pro analýzu videa, PSIA má od počátku možnost spolupráce s přístupovými systémy atp.).

ONVIF

Protokol OnvifJe otevřené sdružení výrobců v oblasti IP videa a jeho zpracování, jeho členy jsou společnosti Axis Communication, Bosch Security Systems, Sony Corporation, CNB Technology Inc., AV Tech Corporation a mnohé další. V Evropě (a tedy i v ČR) představuje hlavní proud standardizace IP systémů.
Standard ONVIF je založen na technologiích WSDL + SOAP (“příkazy“, výměna neobrazových dat), RTP/RTSP (přenos videa) a komprimační formáty MJPEG/MPEG-4/H.264.
Bližší informace naleznete na stránkách www.onvif.org.

PSIA

Je sdružení především výrobců z USA, mezi členy patří společnosti Cisco Systems, Pelco, IBM, Texas Instruments, GE Security a další. V Evropě (tedy i v ČR) není tolik rozšířen jako předchozí standard.
Vlastní komunikační standard je založen na technologii REST, RTP/RTSP (přenos videa) a komprimační formáty MJPEG/MPEG-4/H.264.
Více informací naleznete na stránkách www.psialliance.org.

…Šedá je teorie, zelený je strom života

Na webových stránkách výrobců IP kamer a záznamových zařízení funguje vše skvěle a bez nejmenších problémů, v praxi se však můžete setkat s reálnými problémy při komunikaci mezi IP kamerou a záznamovým zařízením, ačkoliv obě zařízení nesou logo ONVIF. Proč tomu tak je, když standard ONVIF měl právě tyto problémy vyřešit?

  • Existuje více verzí (specifikací) standardu ONVIF, protože se tento v čase vyvíjel. Byl-li např. software v IP kameře naprogramován dle specifikace verze 1.00, nemusí správně komunikovat se záznamovým zařízením, jehož software vychází z novější specifikace (např. 1.05).
    Informace o použité verzi u jednotlivých zařízení je možné získat na stránkách ONVIF.
  • Standard ONVIF rozděluje všechny funkce zařízení do třech kategorií:
    • Funkce, které musí být podporovány.
    • Funkce, které by měly být podporovány, pokud to umožňuje použitý hardware.
    • Funkce, které mohou (ale nemusí) být podporovány.

      Pokud se tedy výrobcem kamery rozhodnul určitou funkci skrze ONVIF nepodporovat (funkce spadá do kategorie „může být implementována“) a záznamové zařízení se na takovou funkci spoléhá, potom můžete mít vážný problém. Bohužel, u výrobců ani na stránkách ONVIF se nedozvíte, jaké funkce v rámci ONVIF dané zařízení podporuje.


Oba uvedené problémy se sdružení ONVIF snaží vyřešit pomocí profilů (pokud dvě zřízení podporují stejný profil, jsou vzájemně kompatibilní a použitý profil zaručuje množinu podporovaných funkcí).

Pevně věříme, že standard ONVIF časem „vyzraje“ natolik, aby se podobné již navždy staly minulostí.

Poznámka: předchozím textem nechceme v žádném případě standard ONVIF kritizovat a ani netvrdíme, že PSIA podobné problémy netrápí. Avšak vzhledem k nízkému rozšíření PSIA v ČR jsme se zaměřili spíše na standard ONVIF.

Slovo závěrem

Tímto končíme náš mini-seriál o moderních IP kamerových systémech. Doufáme, že jsme zejména laikům v této oblasti přiblížili některé aspekty kamerových systémů a vysvětlili některé časté, avšak nesprávné představy o fungování kamerových systémů.

V některém z dalších článků se k problematice IP kamerových systémů ještě vrátíme, avšak budou o odbornějších tématech.