Die Videoüberwachung über IP-Netzwerke

Videoüberwachung über IP-Netzwerke

Videoüberwachungssysteme gibt es seit ca. 25 Jahren. Die zunächst rein analog angelegten Systeme weichen zunehmend digitalen Nachfolgern. Heutige Systeme sind den frühen analogen Überwachungskameras, die an einen Videorecorder angeschlossen wurden, weit überlegen. Sie basieren auf Netzwerkkameras und PC-Servern, die Videostreams in einem volldigitalen System aufzeichnen. Allerdings gibt es zwischen den vollanalogen und volldigitalen Systemen verschiedene teildigitale Lösungen. Sie enthalten eine Reihe digitaler Komponenten, sind aber nicht durchgängig digitalisiert.

Die Video-Überwachungsbranche bietet heute ein breites Sortiment an Systemen und Geräten zur Überwachung und für die Sicherheit von Personen und Eigentum an. Bei der Wahl eines geeigneten Systems ist es sinnvoll, die verfügbaren Technologien im Hinblick auf das gewünschte Anwendungsgebiet und die Anforderungen (Kosteneffizienz, Skalierbarkeit, Benutzerfreundlichkeit und Flexibilität) zu vergleichen.

Was ist Videoüberwachung über IP-Netzwerk?

Netzwerk-Video, oft auch als IP-Überwachung für bestimmte Anwendungsgebiete bei der Sicherheits- und Fernüberwachung betrachtet, gibt den Benutzern die Möglichkeit, Video über ein IP-Netzwerk (LAN/WAN/Internet) zu überwachen und aufzuzeichnen.

Anders als bei analogen Systemen, die eine spezielle Punkt-zu-Punkt-Verkabelung erfordern, dient beim Netzwerk-Video das Netzwerk als Daten-Transportmittel. Der Begriff Netzwerk-Video bezieht sich sowohl auf Video- als auch auf Audioquellen, die über das System verfügbar sind. Bei Netzwerk-Video-Anwendungen werden digitale Datenströme über ein kabelgebundenes oder kabelloses IP-Netzwerk an einen beliebigen Standort geleitet. Daher kann die Videoüberwachung und -Aufzeichnung überall im Netzwerk durchgeführt werden. Netzwerk-Video eignet sich für fast jede Situation (siehe unten Vergleich zwischen Netzwerk- und Analog-Videotechnologie). In der Praxis wird es in erster Linie für zwei Bereiche eingesetzt:

• Sicherheitsüberwachung: Dank ihrer großen Funktionsmöglichkeiten ist die Netzwerk-Videotechnik ein ideales Hilfsmittel für die Sicherheitsbranche. Die Flexibilität der Digitaltechnik verbessert die Möglichkeiten zum Schutz von Personen und Eigentum erheblich.
• Fernüberwachung: Mit Netzwerk-Video können Informationen an allen Schlüsselpunkten des Einsatzbereichs gesammelt und angezeigt werden. Dadurch eignet sich diese Technik ideal zur lokalen und fernen Überwachung von Geräten, Personen und Standorten. Eingesetzt wird Netzwerk-Video zum Beispiel im Verkehrswesen und bei der Überwachung von Fertigungsstraßen oder von mehreren Handelsfilialen.

Die wichtigsten vertikalen Märkte, auf denen Netzwerk-Videosysteme erfolgreich installiert wurden, sind:

• Bildungswesen
  Sicherheits- und Fernüberwachung von Spielbereichen, Korridoren und Klassenzimmern sowie die Sicherheitsüberwachung der Gebäude.
  
• Verkehrswesen,
  Fernüberwachung von Bahnhöfen und Gleisen, Autobahnen, Fernstraßen und Flughäfen.
• Bankwesen
  Traditionelle Sicherheitsanwendungen für Bankzentralen, Zweigstellen und Geldautomaten.
  
• Regierungswesen
  Für Überwachungseinsätze und zur Erhöhung der öffentlichen Sicherheit.
  
• Einzelhandel
  Zur Sicherheits- und Fernüberwachung: das Sicherheitsmanagement von Geschäften wird vereinfacht und verbessert.
  Industrie
  
• Überwachung von Fertigungsprozessen, Logistiksystemen, Lager- und Bestandskontrolle.

Was genau ist eine Netzwerkkamera?

Netzwerkkameras lassen sich als Kombination aus Kamera und Computer beschreiben. Sie erfassen und übertragen Live-Bilder direkt über ein IP-Netzwerk und ermöglichen es befugten Benutzern, Video über eine IP-basierte Standard-Netzwerk-Infrastruktur lokal oder entfernt anzuzeigen, zu speichern und zu verwalten.

Netzwerkkameras verfügen über eine eigene IP-Adresse. Sie werden an das Netzwerk angeschlossen und verfügen über einen integrierten Webserver, FTP-Server, E-Mail-Client, Alarm-Management und Programmfunktionen. Netzwerkkameras müssen nicht an einen PC angeschlossen werden. Sie arbeiten unabhängig und können an jeder kompatiblen IP-Schnittstelle mit dem Netzwerk verbunden werden. Davon unterschieden werden müssen Webkameras: Letztere müssen über USB oder IEEE1394 an einen PC angeschlossen werden, der ihre Daten weiterverarbeitet. Neben Video bieten Netzwerkkameras weitere Funktionen und können verschiedene Datentypen über dieselbe Netzwerk-Anbindung transportieren, zum Beispiel Ein- und Ausgangsdaten, Audio, serielle Daten (über serielle Schnittstellen) oder PTZ-Daten zur Kamerasteuerung.

Was ist ein Videoserver?

Videoserver ermöglichen den Umstieg auf ein Netzwerk-Videosystem, ohne dass der Anwender seine vorhandene, analoge Ausrüstung aufgeben muss. Sie verschafft den analogen Geräten neue Funktionen und macht dezidierte Komponenten wie Koaxialkabel, Monitore und Videorecorder überflüssig. Die Videorecorder werden nicht mehr benötigt, weil die Aufzeichnung mit PC-Standard- Servern bewerkstelligt werden kann.

Videoserver verfügen meist über ein bis vier Analogschnittstellen zum Anschließen von Analog-Kameras sowie über eine Ethernet-Schnittstelle für die Anbindung an das Netzwerk. Ebenso wie Netzwerkkameras verfügen sie über einen integrierten Webserver, einen Komprimierungschip und ein Betriebssystem, damit eingehende Analogdaten digitalisiert, übertragen und über das Computernetzwerk aufgezeichnet werden können, so dass sie leichter abgerufen und angezeigt werden können.

Neben dem Video-Eingang bieten Videoserver weitere Daten- und Anschlusstypen: digitale Ein- und Ausgangsdaten, Audiodaten sowie serielle Schnittstellen für serielle Daten oder zur PTZ-Kamerasteuerung. Der gesamte Datenaustausch mit dem Netzwerk wird dabei über dieselbe Netzwerkschnittstelle geleitet. Videoserver können auch mit unterschiedlichsten Spezialkameras wie hochempfindlichen Schwarzweiß-Kameras, Minikameras oder Mikroskop-Kameras verbunden werden.

Vergleich zwischen Netzwerk- und Analog-Videotechnologie

Die pauschale Aussage, dass „ neue“ digitale (lP-)Technologien per se besser sind als „alte“ analoge Technologien, ist nicht korrekt.

Beide Technologien haben ihre Vor- bzw. Nachteile, die je nach Anwendung bzw. Einsatz der Video-Überwachung differenziert analysiert werden sollten.

Vorteile der Digitaltechnik

• Produktspezifisch können höhere Auflösungen möglich sein, wodurch sich Details besser erkennen lassen
• Digitale Bildausschnittsvergrößerungen sind bei Megapixel-Kameras möglich
• In der Regel sind IP-Kameras durch Browser- oder Softwarezugriff installationsfreundlicher zu parametrieren
• Bei Volldigital-Systemen kann jederzeit eine nachträgliche System-Erweiterung der Kameras als auch pro einzelner Kamera vorgenommen werden
• Weniger externe Störeinflüsse auf (Video- und Steuer-)Leitungen durch digitale Signal-Übertragung
• Bei kleinen Systemen kann nach vorheriger Prüfung das vorhandene Netzwerk genutzt werden, ohne dass es zu störenden Performance-Einbußen bei der Bedienung der im Netzwerk genutzten Hard- und Software kommt
• Live- bzw. Archivbilder stehen allen zugriffsberechtigten Nutzern über das Netzwerk auf ihren Standard-Rechnern zur Verfügung
• Bei Volldigital-Systemen ist die Speicherkapazität für Video allein abhängig von der Festplattengräße der jeweiligen Server  

Nachteile der Digitaltechnik

• Zurzeit sind die meisten IP-Kameras in Bezug auf Lichtempfindlichkeit, Farbtreue bei wenig Licht, Dynamik, Auflösung (wenn es sich nicht um eine Megapixel-Kamera handelt) den analogen Kameras unterlegen
• Bildraten von Megapixel-Kameras, die in der jeweils höchsten Auflösung Bilder übertragen und speichern sollen, sind aufgrund der deutlich höheren Datenmenge meistens nicht in Echtzeit möglich
• Die Auswahl an megapixeltauglichen Objektiven ist zurzeit noch sehr stark eingeschränkt. Bis alle gängigen Vario-Objektive megapixeltauglich zur Verfügung stehen, wird es noch eine Weile dauern
• IP-Kameras verschiedener Hersteller sind untereinander nicht kompatibel. Daher ist ein herstellerübergreifender Austausch zentraler Technik-Komponenten (z. B. HDVR, NVR) oder der Video-Managementsoftware nach bspw. zwei Jahren deutlich problematischer als bei analogen Kameras, die mit dem genormten (und daher kompatiblen) PAL-Signal arbeiten
• Aufgrund der fehlenden Kompatibilität müssen einzelne IP-Kameras in herstellerübergreifende Hard- und/oder Software-Plattformen integriert wer- den. Bei der Integration kommt es systemkonstruktiv häufig zu Funktionseinschränkungen, da nicht immer alle technischen Features der IP-Kamera in diese Plattformen übernommen werden (können)
• Speziell bei Bewegtbild-Kompressionsverfahren (z. B. H26x, MPEG-2, MPEG-4) kommt es sehr häufig zu erheblichen Latenzzeiten bei der Bedienung von Schwenk/Neige-Köpfen und High-Speed-Domen
• Datenschutz-Aufwendungen sind speziell bei der Nutzung vorhandener Netzwerke und Rechner deutlich höher als bei der konventionellen analogen Technik

• Neben den videotechnischen Parametrierungen ist ein administrativer Zusatzaufwand für die netzwerkspezifische Parametrierung von Routern, Switches, Repeatern, Servern etc. zu kalkulieren.

Installationstechnische Aspekte

In der leitungsgebundenen analogen Videosignal-Übertragung kann mit einem 75-Ohm-Koaxialkabel (0,6/3,7) ohne Zwischenverstärkung eine Über- tragungsreichweite von 300 Metern erzielt werden.

Bei der digitalen Signal-Übertragung in lokalen Netzwerken muss bereits nach 1 00 Metern eine Zwischenverstärkung stattfinden. Diese Zwischenverstärkung im Netzwerkbereich wird durch klassische Komponenten wie beispielsweise Switches oder Repeater vorgenommen. Bei der Planung und Projektierung spielen demzufolge die anfallenden Kosten dieser Komponenten speziell bei der Neuverkabelung eine wichtige Rolle.

Wenn Netzwerkkabel-Verbindungen bei Außen- Kameras deutlich länger als 100 Meter sind, muss dieser Umstand berücksichtigt werden.

lnhouse-Netzwerk-Leitungen im Außenbereich sind verständlicherweise nicht ohne Risiko und bedürfen zusätzlicher Schutzmaßnahmen - auch wenn es sich um ein eigenständiges „Video-Netzwerk“ handelt. In der Argumentation pro Digital-Technik werden die Kosten für Signalverstärkung und zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen in den meisten Fällen gar nicht erst erwähnt.

Einige IP-Kameras verfügen über integrierte PoE(Power over Ethernet-)Strom-Versorgungsmodule. Dadurch wird IP-Kamera über die vorhandene Netzwerkleitung mit Spannung versorgt.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Eine separate Spannungsversorgung entfällt. Je nach Leistungsaufnahme der IP-Kamera ist jedoch die Anzahl zu installierenden Kameras zwischen zwei Switches mit integrierter P0E-Funktion begrenzt, außerdem ist systemabhängig eine Sternverdrahtung zu den Netzwerk-Kameras zwingend erforderlich. Darüber hinaus ist beim Einsatz von Außen-Kameras die Nutzung der P0E-Funktionalität auch aufgrund größerer Entfernungen nicht immer möglich.

Kommerzielle Aspekte

Wegen der Netzwerk-Nutzung wird in vielen Unternehmen die eigene lT-Abteilung mit der Planung bzw. Beschaffung der Video-Überwachung beauftragt. Bei der konventionellen analogen Technik wurde in der Vergangenheit oftmals die Abteilung Instandhaltung beauftragt. Die Tatsache, dass lT-Budgets häufig deutlich höher sind als vergleichbare Budgets der Instandhaltung, wird den Einsatz digitaler Technik forcieren.

Werbefloskeln

Glaubt man den Werbeaussagen vieler Broschüren und Produktmeldungen, dann sollte der Anwender heutzutage ausschließlich Digitaltechnik einsetzen, da dies der Trend der Zeit ist.

Im Folgenden überprüfe ich einige Werbeaussagen inhaltlich und stelle sie in einem technischen Gesamtzusammenhang dar, der sowohl Vor- wie auch Nachteile herausstellt:

1. Werbeaussage: Megapixel-Kameras haben eine höhere Auflösung

IP-Kameras, die einen Megapixel-Bildaufnahmesensor nutzen, haben im Vergleich zu einer analogen CCD-Kamera, die aufgrund der PAL-Norm auf maximal 440.000 Pixel begrenzt ist, eine höhere Auflösung und damit eine bessere Detailerkennbarkeit. Bildausschnittsvergrößerungen (,‚Digitalzoom“) sind daher mit MegapixelKameras möglich.

Aber: Je höher die Anzahl der Pixel, desto kleiner der entsprechende Bildpunkt, desto relativ lichtunempfindlicher wird diese Kamera. Dies bedeutet, dass im Überwachungsbereich unter Umständen deutlich mehr Aufwand bei der Beleuchtung eingeplant werden muss.

Tipp: Vergleichen Sie unter identischen Bedingungen direkt im Objekt eine analoge Kamera mit einer digitalen Megapixel-Kamera

Und achten Sie vor allem bei schwachen Beleuchtungsverhältnissen auf Lichtempfindlichkeit und Farbtreue. Von einer Kamera mit Megapixel-Auflösung profitiert der Anwender nur, wenn diese hohe Auflösung nicht durch nachgeschaltete Komponenten für die Übertragung bzw. Aufzeichnung „verloren “ geht — zum Beispiel, weil aus Performance-Gründen auf VGA-Auflösung oder MPEG-Ströme konvertiert werden muss. Achten Sie deshalb darauf, dass Objektive sowie angeschlossene Aufzeichnungs- und Darstellungsgeräte die hohe Auflösung der Kamera unterstützen.

2. Werbeaussage: »Progressive Scanning“ ist besser als das Halbbild-Verfahren

Das PAL-Verfahren bei analogen Kameras basiert auf 50 Halbbildern/Sekunde (Fields), die dann zu 25 Vollbildern pro Sekunde (Frames) zusammengesetzt werden (Interlaced Scanning). Da die 50 Halbbilder nacheinander (mit jeweils 20 Millisekunden Versatz) belichtet werden, kann es bei schnellen Bewegungen zu einem „Jitter-Effekt“ kommen, der das Standbild auf dem Monitor undeutlich macht. Wird dieses Bild dann gespeichert oder gedruckt kommt es zu Unschärfen. Bei digitalen Kameras werden keine Halbbilder, sondern direkt Vollbilder erzeugt. Dieses wird dann Progressive Scanning genannt. Es wird allerdings häufig vergessen zu erwähnen, dass professionelle analoge Kameras bereits seit fast 20 Jahren über elektronische Shutter-Funktionen verfügen, die auch die schnellsten Bewegungen äußerst scharf darstellen können.

Tipp: Wenn Sie in Ihrem Überwachungsobjekt auf das Erkennen sich schnell bewegen- der Objekte angewiesen sind, lassen Sie sich die Bildschärfe auf dem Monitor als Live- und Archivbild zeigen.

3. Werbeaussage: IP-Kameras bieten eine bessere Bildqualität

Bildqualität resultiert aus einer Kombination unterschiedlicher technischer Eigenschaften - dazu zählen zum Beispiel Auflösung, Farbwiedergabe, Lichtempfindlichkeit, Kontrast, Helligkeit, Dynamik bei Gegenlicht, Schärfentiefe etc. So pauschal ist diese Aussage daher nicht korrekt. Speziell die IP-Kameras von CCTV-branchenfremden Herstellern sind den analogen Kameras häufig eben gerade bei diesen Eigenschaften noch weit unterlegen. Übrigens, eine Webcam für 19 Euro ist auch eine IP-Kamera

Tipp: Vergleichen Sie in Ihrem Überwachungsobjekt eine analoge Kamera mit einer IP-Kamera und lassen Sie sich die Vorzüge zeigen. Nur Sie entscheiden, ob die Bildqualität einer IP-Kamera tatsächlich besser ist. Denken Sie daran: Kameras sollen auch nachts bei wenig Licht oder Kunstlicht akzeptable Bilder liefern.

4. Werbeaussage: IP-Kameras lassen sich einfach in vorhandene Netzwerke integrieren

Diese Aussage ist zutreffend, wenn der zuständige System-Administrator die Bedenken zum Thema „Sicherheit im Netzwerk“ und „Netzwerk-Belastung“ ausgeräumt hat. Wenn Video-Systeme bereits im Netzwerk eingebunden sind, lässt sich mit relativ einfachen Mitteln die Anzahl der Kameras erhöhen. Vorsicht bei folgender Aussage:
„Durch einfaches Ein- und Ausstecken der Kamera in bzw. aus der Netzwerkdose können Kamera- Standorte einfach installiert bzw. verändert werden.“ Diese Aussage ist erst dann korrekt, wenn an allen geplanten Kamera-Standorten im Innenbereich (meist in der Raumecke auf Deckenhöhe!) Netzwerk-Leitungen sowie Netzwerkdosen installiert wurden.

5. Werbeaussage: Digitalsysteme lassen sich einfacher und günstiger installieren

Diese Aussage ist nur dann korrekt, wenn die Anzahl der IP-Kameras so begrenzt wird, dass das vorhandene Netzwerk durch die anfallende Netzwerklast der Video-Überwachung nicht aufgrund einer Bandbreiten-Begrenzung gestört wird oder gar ausfällt. Wenn aber viele IP-Kameras geplant sind, sollten Sie auch aus Sicherheitsgründen ein separates Netzwerk exklusiv für die Video-Anwendung planen. Müssen Sie aus diesem Grund komplett neu verkabeln, sind Digital-Systeme allerdings nicht mehr einfacher und günstiger zu installieren. Falls sowohl separate Netzwerk-Leitungen als auch 75-Ohm-Koaxialkabel noch nicht zu den geplanten Kamera-Standorten verlegt sind, können Sie die Video-Signale auch analog übertragen: mittels kostengünstiger 2-Drahtvideo-Sender bzw. -Empfänger über freie Adernpaare vorhandener Telefon- bzw. Steuerleitungen.

Tipp: Je höher die gewünschte Bildqualität, desto höher wird die Netzwerklast durch die Video-Überwachung. Allerdings können Sie die anfallende Netzwerklast durch den Einsatz analoger Kameras deutlich reduzieren, wenn diese über einen digitalen Rekorder (DVR) in das lokale Netzwerk eingebunden werden. Setzen Sie DVR-Differenzbild-Kompressionsverfahren mit einstellbarer Netzwerklast ein, können Sie in vielen Fällen sogar größere Video-Überwachungssysteme in vorhandene Netzwerke integrieren. Alle zugriffsberechtigten Nutzer können trotz Einsatz analoger Kameras über ihren Rechner bequem auf alle Kameras für Live- und Archivbilder zugreifen.

Fazit

Je nach Anwendung und Zweck der Video-Überwachung ist gezielt mit dem Anwender zu analysieren, welche Technologie eingesetzt werden soll. Viele Betreiber haben in den vergangenen 20 Jahren in Video-Überwachungstechnik investiert. Bedenkt man, dass mehrere Hunderttausend analoge Kameras in den vergangenen Jahren bundesweit installiert worden sind, kommt man schnell zu dem Schluss, dass man heute Systeme planen und installieren sollte, die sowohl die analoge Kameratechnik als auch modernste IP-Kamera-Technologie intelligent und effizient unterstützen.

Aus diesem Grund haben speziell die Hersteller die sich bereits lange mit der Sicherheitstechnik beschäftigen, kundenorientierte Systemkomponenten entwickelt, die beide Welten bestmöglich vereinigen. Moderne Hybrid-Aufzeichnungs- und Übertragungssysteme nutzen die Vorteile beider Technologien optimal für den Kunden aus.

Übrigens, auch in anderen Branchen ist man der Meinung, dass erst die Mischung der neuen digitalen Welt mit der guten alten analogen (Röhren)Welt ein für den Kunden optimales Ergebnis liefert: Noch heute wird in Deutschland in über 90 Prozent der Fälle analoge Kamera-Technik eingesetzt.

Man muss davon ausgehen, dass in den nächsten Jahren der Anteil der digitalen Video-Komponenten zwar stark steigen wird. Ein von einigen Experten prophezeites Ende der analogen Kamera-Technik ist aus meiner Sicht in den nächsten fünf bis zehn Jahren nicht zu erkennen.

Anwender, die sich für Video-Überwachung interessieren, sollten sich die Zeit nehmen und für jeden Kamera-Standort die für die jeweilige Überwachungsaufgabe optimale Kamera-Technik aussuchen. Wenden sich diese Anwender mit ihren individuellen Anforderungen an ein Sicherheitsunternehmen, das nachweislich seit vielen Jahren mit der analogen und der digitalen Kamera-Technik Erfahrungen gesammelt hat, wird das Ergebnis sicherlich im Sinne des Kunden ausfallen.

Tipp: Binden Sie Ihren zuständigen System-Administrator schon beim ersten Gespräch über die Planung einer netzwerkbasierten Video-Überwachungsanlage ein.

Quelle:  EURO SECURITY 11-2007

Autor: Michael Meißner (Geschäftsführer der Heitel Digital Video GmbH )