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NOTAS TCNICAS

Como disear un sistema de CCTV? 6 parte

COMO DISEÑAR UN SISTEMA DE CCTV

 PARTE VI

¿COMO REALIZAMOS LA ELECCION DEL EQUIPO DE GRABACION DE IMÁGENES?

En la nota anterior habíamos comentado las diferencias entre la GRABACION EN CINTA MAGNETICA Y LA GRABACION DIGITAL, mencionando los distintos estándares de compresión de imágenes que utilizan las videograbadoras digitales actualmente disponibles en el mercado.

Haremos un análisis somero de estos, para comprender mejor las especificaciones dadas por los fabricantes de DVR (Digital Video Recorder).

La necesidad de realizar la compresión de las imágenes de video surge del siguiente análisis:

Una imagen color de buena resolución puede tener un tamaño promedio de 720 x 576 elementos de imagen, lo que equivale a un total de 414.720 píxeles.

Cada uno de los píxeles se representa por 1 byte u 8 bits, equivalente a 256 niveles de color. (1)

De esta manera, un cuadro de TV compuesto por 2 campos se representa por 414.720 bytes de información.

Para una imagen color, hay 3 colores primarios que se codifican con 256 niveles produciendo 256 (a la 3) combinaciones.

Por lo tanto el número total de bytes que se necesitan para describir digitalmente cada uno de los 3 colores primarios posibles para cada píxel es de 414.720 x 3 o 1.244.160 bytes equivalente a 1.215 kB.

Esta es la representación completa de un cuadro de TV sin compresión.

Pero si necesitamos almacenar imágenes en tiempo real y una reproducción de archivos de esos tamaños, necesitaríamos 1215 KB x 25 cuadros/seg equivalente a 30.375 kBs o 29,66 MBs (Megabytes por segundo), que es aproximadamente 250 Mbps lo que representa un índice de transferencia enorme para los discos rígidos disponibles en la actualidad. Estos trabajan aproximadamente a 40 Mbps.

De los números expuestos surge claramente la necesidad de comprimir las imágenes para adaptarlas a los medios de almacenamiento disponibles. Para ello se han desarrollado los siguientes métodos:

MPEG
es la abreviatura de Moving Picture Experts Group (Grupo de expertos en imágenes dinámicas) y es un estándar de compresión de audio, video y datos establecido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones. No define un algoritmo de compresión sino más bien la compresión del flujo de información y la organización de datos digitales para grabación, reproducción y transmisión.

Se basa en almacenar las evoluciones de la imagen y no la imagen misma, con lo que se logra un ahorro considerable de espacio y por lo tanto de ancho de banda. El funcionamiento de esta técnica consiste en crear fotogramas de referencia para luego comparar los anteriores y los posteriores, a los que se les aplican los cambios necesarios para conseguir la visualización de la escena completa.

Como más del 90% de los datos digitales que representan una señal de video son redundantes, se pueden comprimir sin dañar visiblemente la calidad la misma.

MPEG-1
Data de 1991 y se diseñó para introducir video en un CD ROM. La resolución máxima que se obtiene es de 352 x 240 píxeles y la velocidad de transferencia queda limitada a 1,5 Mbps. La calidad que se logra es similar a la de VHS.

MPG-2
Fue establecido en 1994 para establecer mayor calidad con mayor ancho de banda. La velocidad de transferencia de información es de 3,5 Mbps a 10 Mbps y 720 x 486 píxeles de resolución. Es compatible con MPG-1

MPEG-4
En el estándar MPEG-4 se definen objetos audiovisuales con los que se puede interactuar, mezclando sonido, imagen, texto y gráficos en dos y tres dimensiones. En lugar de comprimir un cuadro en forma completa, MPEG-4 utiliza un enfoque basado en capas, donde se separa el primer plano de la escena de su ambientación. Si por ejemplo, hay una persona caminando en primer plano dentro de un entorno relativamente estático, MPEG-4 los trata como dos capas diferentes y utiliza distintas compresiones para cada una de ellas. La gran ventaja es que se obtiene una calidad de imagen similar que con MPEG-2 con menor ancho de banda.

Es además el estándar de compresión más utilizado en la actualidad por los fabricantes de DVR.

JPEG Y M-JPEG
JPEG (Joint Photographic Experts Group) es el nombre del comité que recomendó su utilización. Es un mecanismo estandarizado de compresión de imágenes inmóviles que pueden ser cuadros o campos de TV. Trabaja transformando bloques de 8 x 8 elementos de imagen usando la transformada discreta del coseno (DCT. Está a su vez basada en la transformada rápida de Fourrier Recordemos que mediante el análisis de Fourrier, cualquier señal puede ser representada como una superposición de ondas sinusoidales de determinadas frecuencias.

Como los archivos de JPEG son independientes unos de otros, cuando se utilizan en grabación de CCTV, pueden ser reproducidos fácilmente en reverso y variar la velocidad de reproducción. Pueden además copiarse como archivos únicos o grupales. La calidad se puede graduar modificando los parámetros de compresión.

Es utilizado en la actualidad por las cámaras fotográficas digitales.

M-JPEG (Motion JPEG) se basa en el anterior y considera al video como una sucesión de fotografías. Algunas DVR lo utilizan.

WAVELET
Se ha desarrollado otra forma más eficiente que la transformada de Fourrier para analizar señales con comportamiento transitorio o con discontinuidades: el análisis de WAVELET. Está localizado en el tiempo y dura unos cuantos ciclos, en contraste con una sinusoide de Fourrier que no es una función finita y se extiende al infinito.

En ambos análisis se utiliza un algoritmo para descomponer la señal en elementos más simples.

La transformada de WAVELET representa una señal como una suma de wavelets con diferentes localizaciones y escalas. Los coeficientes de wavelet cuantifican la fuerza de la contribución de las wavelets a esas localizaciones y escalas. Permite develar los detalles y la película a nivel global.

La compresión WAVELET transforma la imagen entera en comparación con los bloques de 8 x 8 elementos de JPEG. Es más natural, ya que sigue la forma de onda de los objetos de la imagen. La ventaja principal de WAVELET sobre JPEG es mayor factor de compresión para igual o mejor calidad de imagen. También es utilizado por algunos modelos de DVR.

Los cambios tecnológicos que se están produciendo en los métodos de compresión son vertiginosos. Hay equipos que utilizan el estándar H.264 cuyo objetivo es también ofrecer alta compresión de video preservando la calidad y ya existen publicaciones que se refieren al estándar MPEG-7. Por este motivo es fácil inferir que en tiempos no muy lejanos, contemos con mayores prestaciones y calidades en sistemas digitales de grabación.

CARACTERISTICAS DE LAS DVR
Cuando se debe realizar la elección de una DVR, es muy importante analizar las especificaciones de los distintos modelos, para adecuar el equipo a las necesidades del usuario tanto en base a la calidad de reproducción como al presupuesto disponible.

Existen en el mercado equipos estándar para 4, 8 o 16 cámaras.

Vienen presentados como equipos autónomos, con una CPU en los que se le colocan discos duros y se le conectan monitores. Se administran a través de un software de gestión local y remoto. También como placas PCI (Perpheral Components Interface) que se insertan en una PC. El software de gestión está incluido.

Entre los parámetros que se deben tener en cuenta, están la cantidad de imágenes por segundo que permiten grabar, el tamaño de la imagen en píxeles y en KB y la capacidad de almacenamiento que admiten.

Según los modelos, las imágenes por segundo se especifican para la totalidad de las cámaras o individual por cámara.

Si la especificación de un equipo es que puede grabar 100 cuadros por segundo y tiene capacidad para 16 cámaras, significa que la velocidad máxima de grabación por cámara será de 6,25 cuadros por segundo.

Una grabación que se aproxime al tiempo real debería ser por lo menos a 25 cuadros por segundo. Por otra parte, hay modelos que permiten grabar a 30 cuadros por segundo por cámara.

Otros modelos tienen la opción de grabar cada cámara a distinta velocidad de acuerdo a la importancia de las escenas a visualizar.

El tamaño de la imagen grabada de los equipos actuales varía entre 352 x 240 píxeles a 720 x 576 píxeles, dependiendo de los formatos de compresión utilizados y la calidad del equipo.

Según las especificaciones de algunos modelos, el tamaño en KB de una imagen grabada de calidad estándar es de 5,16 KB. En base a esto, proponen una fórmula aproximada para el cálculo de la capacidad de disco requerida para una condición determinada. También despejando términos, se puede calcular cuantos días se puede grabar al disponer de un disco de determinada capacidad:

TAMAÑO DE LA IMAGEN (kB) x IMÁGENES POR SEGUNDO x NUMERO DE CAMARAS x HORAS DE GRABACION POR DIA x ALMACENAMIENTO EN DISCO EN DIAS x 0,0036 = CAPACIDAD DE DISCO NECESARIO (GB)

Como ejemplo, si tenemos una imagen de 5,16 kB, grabamos a 2 cuadros por segundo, con 16 cámaras, 8 horas por día, durante 25 días, necesitaríamos un disco de 120 GB.

Si el equipo cuenta con entradas para grabación de audio, se deberá contar con un disco de mayor capacidad.

Es importante destacar que la mayoría de los equipos actuales posee detección de movimiento por video. Si a la imagen de una cámara determinada se le define un área de detección, puede aumentarse la cantidad de cuadros por segundo grabados en un valor definido, cada vez que se produzca un cambio o movimiento en ese sector.

Esto permite por ejemplo, programar 2 cuadros por segundo en la grabación normal y 25 cuadros por segundo cuando se detecta movimiento por un corto lapso. De esta manera, se logra visualizar en tiempo real un evento y se aumenta la cantidad de horas de grabación que admite el disco, al no grabar gran cantidad de imágenes inmóviles.

Otras características a tener en cuenta son las siguientes:

  • Cantidad de cámaras que acepta el equipo.
  • Si permite visualización y reproducción de cámaras durante la grabación.
  • Grabación por fecha, día y hora.
  • Modos de grabación (Time Lapse, individual, por eventos)
  • Admisión de reproducción directa y reversa.
  • Resolución de las imágenes en píxeles.
  • Estándar utilizado para la compresión de imágenes.
  • Entradas de alarma.
  • Entradas de audio.
  • Si dispone de detección de movimiento por video.
  • Tipo y cantidad de salidas para monitor (analógicos o SVGA)
  • Tipo de CPU y memoria RAM.
  • Protocolos de comunicación. (TCP/IP, LAN/WAN)

Debemos destacar la importancia del último punto. Esta característica que incluyen muchas DVR, es la posibilidad de visualización y reproducción remota vía redes o Internet.

Recordemos que se han desarrollado distintas familias de protocolos para comunicación de datos por redes entre computadoras que utilizan diferentes sistemas operativos.

El nombre TCP/IP (Transmisión Control Protocol/Internet Protocol) proviene de 2 importantes protocolos de estas familias y es el más difundido.

La utilización de redes locales LAN (Local Area Networks) o extensas WAN (Wide Area Networks) es muy atractiva, ya que permite aprovechar las instalaciones existentes de transmisión de datos, para enviar imágenes de CCTV sin tener que tender cables coaxiles.

Para la visualización y reproducción por Internet es aconsejable contar con Banda Ancha y una dirección IP otorgada por el prestador del servicio. Destacamos que algunos equipos, ya pueden trabajar con IP dinámica.

Si se utilizan placas PCI, además de lo mencionado, conviene tener una PC dedicada con exclusividad para este uso en el sitio local.

Cargando el software en una PC remota y dependiendo del modelo de DVR se pueden controlar varios equipos y ejecutar las funciones de visualización, reproducción y grabación vía TCP/IP.

Lo expuesto es sólo orientativo para la elección del DVR y estará sujeto a las tecnologías que incorporen los nuevos modelos.

  • (1) 1 Kbyte = 1 KB = 1024 bites
  • 1 Mbyte= 1 MB = 1024 Kbytes
  • 1 Gbyte= 1 GB = 1024 Mbytes