Die Videoüberwachung von Tunneln, Brücken, Straßenkreuzungen und Autobahnen ist nicht nur für die Verkehrssteuerung, sondern auch für die Fahrzeugsicherheit wichtig. In Fahrzeugen des öffentlichen Nahverkehrs sorgt die Videoüberwachung im Inneren von Bussen und Bahnen sowie an Haltestellen bzw. Bahnhöfen für die Sicherheit der Fahrgäste. Die IP-Technologie ist die Basis moderner Videoüberwachungslösungen, jedoch gerät sie auch schnell an ihre Grenzen. Doch es gibt Möglichkeiten, diese Grenzen zu überwinden.

In IP-Videosystemen stellt die Belastung des Netzwerks mit Videodaten stets eine Herausforderung an die Bandbreite dar. Diese Tatsache erfordert die Investition in eine Netzwerkinfrastruktur, die dem Anwender ausreichend Bandbreite zur Verfügung stellt. Sofern ein bestehendes Netzwerk bereits kritische Daten überträgt, ist sogar ein separates Netzwerk für den Videodatenverkehr notwendig. Aus diesem Grund wächst die Nachfrage nach IP-Video als Ersatz für bestehende Videoüberwachungssysteme nicht so schnell, wie man vielleicht aufgrund der vielen herausragenden Funktionen und Vorteile der Technologie und ihrer insgesamt niedrigeren Gesamtbetriebskosten erwarten würde. Insbesondere in der industriellen Automatisierung sind die Hauptnetzwerke ein kritischer Faktor im Gesamtprozess. Daher darf keine Form von zusätzlichem Datenverkehr einen Einfluss auf die Datenübertragung nehmen, da dies sowohl finanzielle Konsequenzen durch Systemausfälle haben kann, als im schlimmsten Fall auch Gefahr für das menschliche Leben bedeuten kann. Infolgedessen nutzen die in der Industrieautomation eingesetzten IP-Videoüberwachungslösungen zumeist zusätzliche, unabhängige IP-Netzwerke, die extra Kosten und Wartungsaufwand erzeugen. Aus diesem Grund opfern viele IP-Video-Systeme die Bildauflösung zugunsten niedrigerer Bandbreitennutzung. Dem entsprechend wird die Bildqualität gegenüber dem ursprünglichen CCTV (Closed Circuit Television)-Video jedoch maßgeblich reduziert.

Um den Einfluss des erhöhten Datenverkehrs auf das Netzwerk und eventuelle zusätzliche Kosten für separate Netzwerke zu vermeiden, hat Moxa für seine VPort IP-Video-Geräten die neuartige DynaStream Funktion entwickelt. DynaStream kann die Bildrate von Videodatenströmen automatisch oder manuell gesteuert erhöhen oder verringern, um die Netzwerkübertragung innerhalb eines Videoüberwachungssystems zu optimieren. Der größte Vorteil von DynaStream liegt darin, dass sich die Videobildrate auf Grundlage von Ereignissen oder der Netzwerkübertragung steuern lässt.

Begrenzung des Einflusses des Netzwerkverkehrs

Um den Netzwerkverkehr herunterzufahren oder die Kosten für zusätzliche Netzwerke und Wartungsarbeiten einzusparen, ist es üblich, die Bandbreitenanforderung jedes Video-Streams zu reduzieren. Dazu gibt es folgende Möglichkeiten:

1.    Fortschrittliche Videokompressions-Algorithmen wie H.264 einsetzen

H.264 komprimierte Video-Streams haben eine geringere Größe und bieten im Vergleich mit MPEG4 und MJPEG eine bessere Videoleistung.

2.    Die Auflösung oder Bildrate reduzieren

Diese Methode reduziert leider auch die Videoleistung.

3.    Grundsätzlich eine niedrige Auflösung oder kleine Bildrate einsetzen, die jedoch im Ereignisfall erhöht wird

In den meisten Fällen wird die Videoüberwachung eingesetzt, um bestimmte Ereignisse festzustellen. Demnach werden nicht permanent Video-Streams mit voller Bildrate benötigt. Folglich können Auflösung und Bildrate grundsätzlich niedrig sein (z.B.352 x 240 @ 10 FPS), und im Ereignisfall kann beides angehoben werden (z.B. auf 704 x 480 @ 30FPS).

Diese drei Methoden können zwar die Übertragungsgröße von Videodatenströmen reduzieren, jedoch bringen sie auch Einschränkungen mit sich:

1.            Fortschrittliche Kompressionsalgorithmen können die Größe von Video-Streams zwar reduzieren, jedoch ist die Anzahl von Streams immer begrenzt. Beispielsweise kann ein 1.000 Mbps-Netzwerk 200 MJPEG Streams übertragen, und entsprechend bis zu 1.000 H.264 Streams. Aber was, wenn es 2.000 Kameras im Netzwerk gibt?

2.            Die Videoleistung mit niedriger Auflösung und kleiner Bildrate gibt dem Anwender meist ein ungutes Gefühl, und oftmals geht die Schlüsselnachricht aufgrund einen unscharfen Bilds oder eines übersprungenen Bilds verloren.

3.            Die Erhöhung der Bilddatenrate nach einem Ereignis ist eine gute Methode, allerdings eignet sich diese Funktion nur für einfache Szenarien. Ihre Grenzen liegen in der eingeschränkten Auswahl der Auslösemechanismen (Bewegungserfassung, DI-Sensor etc.) sowie der auf das Schalten von niedrig auf hoch begrenzten Funktion im Ereignisfall.

Zusammenfassend könnte Methode Nummer 3 eine gute Lösung sein, da sich die Bandbreitennutzung wesentlich reduziert. Manche Systeme benötigen jedoch flexiblere Konfigurationen, die zusätzlich zur Schaltung von niedrigen auf hohe Bildraten auch die Dauer dieser Schaltung ermöglichen, das Auslösen der Schaltung durch einen Befehl von außen etc., sodass der Übertragungsmechanismus optimal an die Bedürfnisse der Anwendung angepasst werden kann. Aus diesem Grund wurde DynaStream entwickelt.

Bildrate auf Systemebene steuern

Der Zweck von DynaStream ist die Optimierung des Video-Streamings im Netzwerk. Die Bildrate jedes einzelnen Video-Streams kann nicht nur auf Ereignisebene, sondern auch auf Systemebene gesteuert werden. Einfach gesprochen heißt das, dass VPort IP-Video-Geräte mit Hilfe von DynaStream nach einem Ereignis automatisch oder manuell die Bildrate von niedrig auf hoch schalten können. Zusätzlich kann der Administrator Systemszenarien aufsetzen, wie z.B. eine gewisse Auslastung des Netzwerks oder erhöhter Datenverkehr. Im Rahmen dieser Szenarien kann die Bildrate dann über CGI Befehle, Modbus/TCP oder SNMP Protokolle gesteuert werden. Der offensichtlichste Vorteil hierbei liegt in der einfachen, direkten und automatischen Steuerung aller Video-Streams durch den Administrator.

Fazit

Moxas Gesamtlösung für die Videoüberwachung enthält robust konstruierte IP-Kameras, Videoserver und Netzwerkrekorder, die detailgetreue Videodaten und Bilder erfassen, übertragen und speichern. Fortschrittliche Remote I/O-Systeme informieren die Leitstelle aktiv und in Echtzeit im Fall von Ereignissen, und für die Sicherheit der Überwachungssysteme sorgt neben Radius- und Tacas+ Authentifizierung auch 802.1X gegen unerlaubten Schnittstellenzugriff.