Desarrollo de la vigilancia IP

Por: Vivotek

La vigilancia IP hace referencia a la transmisión de medios digitales por redes IP. Haciendo uso de las tecnologías digitales y de comunicación en red, este sistema ofrece las ventajas de ambos campos. Las tecnologías digitales le permiten a la vigilancia IP ofrecer una calidad de video superior a los sistemas de CCTV analógicos. Pueden aplicarse técnicas de compresión de audio y video para reducir los requerimientos de ancho de banda y espacio de almacenamiento, y dado que los datos pueden grabarse en medios de almacenamiento digital, hay una reducción sustancial en los costos de almacenamiento. Adicionalmente, pueden analizarse automáticamente los datos para ofrecer más información útil sobre algunos comportamientos.

Las tecnologías de conexión en red confieren a la vigilancia IP los beneficios del acceso remoto en cualquier momento y cualquier lugar siempre y cuando haya una conexión a Internet. Los sistemas de vigilancia por IP pueden ampliarse con facilidad conectando pequeños sistemas juntos mediante redes IP, y pueden incorporar nuevas tecnologías como Potencia sobre Ethernet y LAN inalámbrica. Gracias a que soportan protocolos de Internet de estándares abiertos, los sistemas de vigilancia IP son compatibles con la infraestructura de red existente en una empresa.

Entre estos beneficios, la superior calidad de video, especialmente para la tecnología de megapíxeles, es la motivación más importante que fomentará la continua migración al IP.  

Desarrollo de la vigilancia en megapíxeles
En comparación con otros tipos de cámaras en red, las cámaras de megapíxeles tendrán una dinámica de  crecimiento más sólida. Así, se espera que las cámaras de megapíxeles en red se conviertan en la tendencia dominante en la vigilancia IP en el futuro.

Beneficios de las megapíxeles en red
* Amplio cubrimiento
Los factores que contribuyen al explosivo crecimiento de las cámaras de megapíxeles en red son sus capacidades para ofrecer un cubrimiento más amplio y el excepcional detalle. Una cámara en red de 2 megapíxeles puede cubrir un área 6 veces mayor que una cámara en red VGA. Con una cámara de 2 megapíxeles que compense 6 cámaras VGA, pueden reducirse sustancialmente los costos de instalación.

* Detalle excepcional
Al monitorear un área, una cámara de megapíxeles ofrece superior calidad de imagen en comparación con una cámara de resolución estándar. Como se ilustra abajo, en la comparación entre una imagen VGA, de 1,3MP y 2MP, la placa de matrícula en la imagen de 2MP puede identificarse con facilidad, no así en el caso de la resolución VGA. Así, en aplicaciones donde se requiere una identificación precisa, una imagen de cámara en megapíxeles puede suministrar información detallada que es oscura cuando se usa una cámara VGA. El mejor número de píxeles también demanda la aplicación de la ePTZ, que se estudiará más adelante.  

Desafíos de las megapíxeles
Aunque las cámaras megapíxeles poseen una sorprendente dinámica de crecimiento, deben resolverse los problemas de ancho de banda, almacenamiento y carga de la CPU antes de que en realidad se difunda.

* Ancho de banda y requerimientos de almacenamiento
Durante la transmisión, una imagen en megapíxeles ocupa mucho más ancho de banda que una imagen VGA estándar debido al gran peso del archivo. También requiere más espacio de almacenamiento; como resultado, los clientes tienen que ampliar su ancho de banda y su espacio de almacenamiento, aumentando los costos de instalación.

Para contrarrestar por completo estos problemas, debe diseñarse una solución total que implique la administración del ancho de banda y la carga de la CPU. Algunos vendedores de vigilancia IP resuelven estos problemas promocionando el protocolo H.264, una tecnología de compresión que ofrece gran eficiencia de ancho de banda. Sin embargo, esto sólo resuelve una parte del problema. Con el H.264, puede reducirse sustancialmente el tamaño de archivo de una imagen en megapíxeles —en 90%— lo que da lugar a sustanciales ahorros de ancho de banda y almacenamiento. Desafortunadamente, el problema de la carga de la CPU persiste.

Soluciones reales con máximo valor
Una configuración de vigilancia IP incluye cámaras en red en la interfaz y el software administrador central en el procesador de fondo, con la conexión de ambas partes por una red IP. Las cámaras en red capturan y codifican las imágenes y las transmiten por Internet en forma de secuencias de video. Cuando el software administrador central recibe las secuencias de video, éstas se desplegarán en un dispositivo para la visualización en vivo y se almacenarán en un dispositivo de grabación. Las secuencias de video para la visualización en vivo deben decodificarse y reducirse en escala al tamaño adecuado antes de que puedan mostrarse, incrementando así la carga de la CPU.

Las nuevas tecnologías incluyen recorte de imágenes y ePTZ para simplificar la captura de imágenes, compresión H.264 para la codificación, y secuencia adaptativa de actividades y secuencias múltiples para la transmisión de video simultáneo. Adicionalmente, se añade el almacenamiento a bordo a la cámara para almacenamiento de datos más eficiente.   

* Recorte de imágenes
En muchos casos, las imágenes de la cámara terminan conteniendo muchos detalles innecesarios, como fondos fijos. Por lo tanto, puede ser un desperdicio de ancho de banda y espacio de almacenamiento transmitir la vista completa en resolución de megapíxeles con los datos redundantes. La funcionalidad de recorte de imágenes permite a los usuarios recortar la información innecesaria y simplemente transmitir video de la región blanco para la visualización o el almacenamiento. Como resultado, pueden reducirse de manera sustancial los requerimientos de ancho de banda y almacenamiento, así como la carga de la CPU.

* ePTZ
ePTZ, conocido también como pan/tilt/zoom (rotación/inclinación/acercamiento) electrónico, permite a los usuarios seleccionar una región objetivo para tomas en primer plano con sólo hacer clic en la señal de video de la cámara en su pantalla. Mediante la simple codificación y transmisión de la imagen de la región objetivo en lugar de toda la imagen en resolución en megapíxeles, el ePTZ permite mayor eficiencia en el uso del ancho de banda y la administración de la CPU. La función de pan/tilt/zoom electrónico evita además que la cámara de megapíxeles sufra desgaste mecánico, pues no contiene partes móviles.

* Compresión H.264
Otra forma de hacer un uso más eficiente del ancho de banda es usar la tecnología de compresión con un índice de compresión superior. MJPEG y MPEG-4 son en la actualidad los principales estándares de compresión para vigilancia IP, pero el estándar H.264 pronto superará al MJPEG y el MPEG-4 debido a su superior eficiencia de compresión.

* Almacenamiento a bordo
Los dispositivos de grabación secundarios como los PC o NVR tienen amplio uso en la vigilancia de rutina. Sin embargo, la transmisión de secuencias de video sin cambios en los dispositivos de almacenamiento secundario para grabación continua consumirá mucho ancho de banda. Para reducir los requerimientos de ancho de banda, un método más eficiente es almacenar imágenes de video en la cámara, como en una tarjeta SD/SDHC, y hacer que se transmitan únicamente cuando ocurre un evento o cuando el operador necesita acceder a los datos grabados. La red es usada entonces por secuencias para visualización en vivo, grabación activada por eventos o creación de copias de seguridad. El almacenamiento a bordo permite la grabación continua a la vez que garantiza un uso más eficiente de los recursos de ancho de banda y espacio de almacenamiento. También garantiza la grabación continua, aun cuando la red esté desconectada.

Con el rápido avance de las tecnologías y la capacidad de las tarjetas de memoria, el almacenamiento en la interfaz en la cámara misma se convertirá en una tendencia importante. Una tarjeta SD con una capacidad máxima de 4GB anunciada en el 2000 sólo puede guardar tomas instantáneas, pero la tarjeta SDHC de 32GB lanzada en el 2005 puede grabar de manera continua imágenes de video de 1Mbps durante tres días. El 2009 asistió al desarrollo de la tarjeta SDXC de 2TB, que puede almacenar imágenes de 1MB en forma continua hasta por 6 meses y es lo suficientemente grande para ejecutar la mayoría de las demandas de los consumidores.

* Secuencia adaptativa de actividades
Durante el monitoreo normal, no hay necesidad de recibir imágenes de alta definición, sólo las reconocibles. Por lo tanto, transmitir una imagen en megapíxeles a alta velocidad de cuadros consumiría demasiado ancho de banda. Sin embargo, durante grabación activada por eventos, se necesitan imágenes alta calidad y secuencias de video fluidas; en este caso, se necesita una alta velocidad de cuadros.  

La secuencia adaptativa de actividades es una tecnología diseñada para usar el ancho de banda en forma inteligente. Asigna el uso de ancho de banda de manera dinámica con una velocidad de cuadros configurable según la importancia del contenido. Por mencionar un caso, durante un monitoreo normal la velocidad de cuadros puede programarse baja, por ejemplo, 1 cuadro/seg., para evitar que las secuencias de video ocupen ancho de banda. En una situación detonada por un evento, la velocidad de cuadros incrementará su nivel, por ejemplo, a 30 cuadros/seg., para permitir señales de video fluidas y de alta calidad. La secuencia adaptativa de actividades puede optimizar el uso de ancho de banda durante el monitoreo a la vez que garantiza una superior calidad de imagen durante la grabación.

* Secuencias múltiples
Imagine cuánta carga de trabajo debe imponerse a la CPU si sólo pudieran transmitirse secuencias de video a plena velocidad de cuadros o en resolución en megapíxeles. Aparte de la secuencia para almacenamiento, el software administrador central debe procesar la secuencia de video en megapíxeles para la visualización en vivo al mismo tiempo, incluyendo decodificación y modificación del tamaño de las imágenes para ajustarse al entorno de visualización. Esto puede suponer un consumo innecesario de la potencia de la CPU. Si se codifica una secuencia en H.264, consumirá aún más potencia de la CPU debido a la complejidad del estándar H.264.

Debido a la dificultad de la transmisión, grabación y reproducción de secuencias de video en megapíxeles, las cámaras en red deben ser lo suficientemente flexibles para transmitir secuencias optimizadas para aplicaciones específicas con el fin de evitar sobrecarga del sistema. Allí es donde entran las secuencias múltiples, las cuales se espera que se conviertan a la postre en una especificación estándar para vigilancia en megapíxeles.

Conclusión
Con la tendencia de las cámaras en red hacia mayores resoluciones debido a las demandas de superior calidad de imagen, las cámaras de megapíxeles están preparadas para cambiar el escenario mundial. Sin embargo, deben resolverse de antemano los problemas de ancho de banda, almacenamiento y carga de la CPU que enfrentan las cámaras de megapíxeles.  

Una verdadera solución vigilancia en megapíxeles se basa en la sinergia de muchos elementos, desde la captura de imágenes, hasta la secuencia, hasta el almacenamiento. El desarrollo del H.264 contribuye a una importante eficiencia del ancho de banda, pero sólo resuelve parte del problema.