Português - Axis Communications

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Português - Axis Communications
Guia técnico para vídeo em rede.
Tecnologias e fatores que devem ser levados em conta para a implementação
bem-sucedida de aplicações de vigilância e monitoramento remoto por IP.
2
Bem-vindo ao guia técnico
para vídeo em rede da Axis
A mudança para sistemas abertos de vídeo, junto com as vantagens da conexão em rede,
do processamento digital de imagens e das câmeras inteligentes, constitui um meio
muito mais eficaz de vigilância de segurança e monitoramento remoto do que jamais
existiu. O vídeo em rede oferece tudo o que o vídeo analógico oferece, além de uma ampla gama de funções inovadoras e recursos possíveis apenas com a tecnologia digital.
Antes de montar o seu sistema, você precisa levar em conta os recursos de que precisa. É
igualmente importante considerar fatores, como desempenho, interoperabilidade, escalabilidade, flexibilidade e funcionalidade pronta para o futuro. Este guia orientará você
em relação a esses fatores, ajudando a projetar uma solução que aproveite integralmente o potencial da tecnologia de vídeo em rede.
O melhor em vídeo em rede
A Axis é a líder mundial no mercado de vídeo em rede. Somos pioneiros na tecnologia de vídeo em
rede para aplicativos profissionais de vigilância por vídeo e monitoramento remoto. Introduzimos
a primeira câmera de rede do mundo em 1996. Com mais de duas décadas de experiência em
tecnologias de rede, a maior base instalada de produtos na categoria e fortes parcerias com líderes
em todos os continentes, a Axis é a parceira certa quando se trata de vídeo em rede.
Soluções flexíveis e escaláveis
Utilizando padrões de tecnologia aberta que permitem a fácil integração e escalabilidade, a Axis
oferece uma vasta gama de soluções de vídeo em rede para aplicações de vigilância e monitoramento remoto, em diversos setores. Nosso avançado portfólio inclui câmeras de rede que agregam
valor às respectivas categorias, além de codificadores de vídeo que permitem fazer uma migração
econômica para a melhor tecnologia de vídeo em rede. Nossa oferta inclui ainda soluções completas de software de gerenciamento de vídeo e uma gama ampla de acessórios.
Índice
Índice
Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações 7
1.1
1.2
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
1.3.7
1.3.8
Visão geral de um sistema de vídeo em rede
Vantagens
Aplicações
Lojas
Transportes
Educação
Industrial
Vigilância pública
Governo
Assistência médica
Bancos e finanças
7
8
12
12
12
12
13
13
13
13
14
Câmeras de rede 15
Elementos das câmeras
27
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.3
2.4
2.5
3.1
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.6
O que é uma câmera de rede?
Tipos de câmeras de rede
Câmeras de rede fixas
Câmeras de rede dome fixo
Câmeras PTZ e câmeras dome PTZ
Câmeras de rede para dia e noite
Câmeras de rede Megapixel Diretrizes para a escolha de uma câmera de rede
Sensibilidade à luz
Elementos de lente
Campo de visão
Combinando lente e sensor
Padrões de encaixe de lentes
Número ‘f’ e exposição
Íris manual ou automática
Profundidade de campo
Sensores de imagem
Tecnologia CCD
Tecnologia CMOS
Sensores megapixel
Técnicas de varredura de imagens
Varredura entrelaçada
Varredura progressiva
Processamento de imagem
Compensação de iluminação traseira
Zonas de exposição
Ampla faixa dinâmica (WDR – Wide Dynamic Range)
Instalação de uma câmera de rede
15
16
17
17
18
21
23
24
27
28
28
30
31
31
32
33
34
34
34
35
35
35
36
37
37
37
37
38
3
4
Índice
Proteção e caixas de proteção de câmeras
39
4.4
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
40
41
41
41
42
43
43
43
43
44
44
44
4.1
4.2
4.3
Caixas de proteção de câmeras em geral
Proteção transparente
Posicionando uma câmera fixa em uma
caixa de proteção Proteção ambiental
Proteção contra vândalos e adulteração
Projeto da câmera/da caixa de proteção
Fixação
Posicionamento das câmeras
Vídeo inteligente
Tipos de fixação
Fixação no teto
Fixação em paredes
Instalações em postes
Fixação em parapeitos
Codificadores de vídeo
5.1
5.1.1
5.1.2
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
O que é um codificador de vídeo?
Componentes dos codificadores de vídeo e
considerações Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente
Codificadores de vídeo autônomos
Codificadores de vídeo instalados em rack
Codificadores de vídeo com câmeras PTZ e
câmeras PTZ com cúpula
Técnicas de desentrelaçamento
Decodificador de vídeo
39
40
45
45
46
47
47
48
48
49
50
Resoluções
51
Compressão de vídeo
55
Áudio
63
6.1
6.2
6.3
6.4
7.1
7.1.1
7.1.2
7.2
7.2.1
7.2.2
7.2.3
7.3
7.4
8.1
8.2
8.3
Resoluções NTSC e PAL
Resoluções VGA
Resoluções megapixel
Resoluções de Televisão de Alta Definição (HDTV)
Fundamentos da compressão
Codec de vídeo
Compressão de imagem x compressão de vídeo
Formatos de compactação
Motion JPEG
MPEG-4
H.264 ou MPEG-4 Part 10/AVC
Velocidades de transmissão variável e constante Comparação dos padrões
Aplicações de áudio Suporte e equipamentos de áudio
Modos de áudio
51
52
53
54
55
55
56
59
59
60
60
61
61
63
64
65
Índice
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.4
8.5
8.5.1
8.5.2
8.5.3
8.6
Simplex
Half duplex
Full duplex
Alarme de detecção de áudio
Compactação de áudio Freqüência de amostragem
Bit rate
Codecs de áudio
Sincronização de áudio e vídeo
65
66
66
66
66
67
67
67
67
Tecnologias de rede
69
9.3
9.4
9.5
9.5.1
9.5.2
9.5.3
9.5.4
9.5.5
80
82
82
84
84
84
84
85
85
9.1
9.1.1
9.1.2.
9.1.3
9.2
9.2.1
9.2.2
Rede local e Ethernet
Tipos de redes Ethernet
Switch
Power over Ethernet
A Internet
Endereçamento IP
Protocolos de transporte de dados para vídeo
em rede
VLANs
Qualidade de Serviço
Segurança de Rede
Autenticação de nome de usuário e senha
Filtragem de endereços IP
IEEE 802.1X
HTTPS ou SSL/TLS
VPN (Virtual Private Network, Rede Privada Virtual)
69
70
71
73
75
76
Tecnologias sem fios
87
Sistemas de gerenciamento de vídeo
91
10.1
10.2
10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.3
11.1
11.1.1
11.1.2
11.2
11.2.1
11.2.2
11.2.3
11.2.4
802.11 Padrões de WLAN
Segurança de WLAN
WEP (Wired Equivalent Privacy)
WPA/WPA2 (WiFi Protected Access)
Recomendações
Pontes Wireless
Plataformas de hardware
Plataforma de PC servidor
Plataforma NVR
Plataformas de software
Funções internas
Software cliente na plataforma Windows
Software na Web
Escalabilidade do software de gerenciamento
de vídeo
11.2.5 Software aberto x Software próprio do fornecedor
11.3 Recursos do sistema
11.3.1 Visualização
11.3.2 Multi-streaming
88
88
89
89
89
89
91
91
92
93
93
93
94
94
94
94
95
95
5
6
Índice
11.3.3
11.3.4
11.3.5
11.3.6
11.3.7
11.4
11.4.1
11.4.2
11.4.3
11.4.4
11.4.5
11.4.6
Gravação de vídeo
Gravação e armazenamento
Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente
Recursos de administração e gerenciamento
Segurança
Sistemas integrados
Interface de programação de aplicativos
Ponto de Venda
Controle de acesso
Gestão predial
Sistemas de controle industrial
RFID
96
97
97
102
103
104
104
104
105
105
106
106
Considerações sobre largura de banda e espaço
de armazenamento
107
12.1
Cálculos de largura de banda e espaço de
armazenamento
12.1.1 Largura de banda necessária
12.1.2 Cálculo do espaço de armazenamento necessário
12.2 Armazenamento em servidor
12.3 NAS e SAN
12.4 Armazenamento redundante
12.5 Configurações de sistema
107
107
108
110
110
112
113
Ferramentas e recursos
115
Axis Communications’ Academy
117
Informações para contato
118
Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações - Capítulo 1
7
Vídeo em rede: visão geral, vantagens
e aplicações
O vídeo em rede, assim como muitos outros tipos de comunicações (por exemplo, email, serviços da Web e telefonia por computador), é conduzido por redes IP (Internet
Protocol) com ou sem fio. Os fluxos digitais de vídeo e áudio, bem como outros dados,
são transmitidos pela mesma infra-estrutura de rede. O vídeo em rede oferece aos usuários, especialmente do setor de vigilância de segurança, muitas vantagens em relação
aos sistemas tradicionais de CCTV (circuito fechado de TV) analógicos.
Este capítulo apresenta uma visão geral do vídeo em rede, além de suas vantagens e
aplicações em vários segmentos de atividade. Muitas vezes, serão feitas comparações
com um sistema analógico de vigilância por vídeo para permitir uma compreensão
melhor do alcance e do potencial de um sistema digital de vídeo em rede.
1.1
Visão geral de um sistema de vídeo em rede
O vídeo em rede, muitas vezes chamado também de vigilância em vídeo por IP ou Vigilância IP
(termo usado no setor de segurança), utiliza uma rede IP com ou sem fio como base para o
transporte de vídeo, áudio e outros dados digitais. Quando a tecnologia de Power over Ethernet
(PoE) é aplicada, a rede também pode ser usada para levar energia elétrica aos produtos de vídeo
em rede.
Um sistema de vídeo em rede permite que o vídeo seja monitorado e gravado em qualquer parte
da rede, seja, por exemplo, uma rede local (LAN) ou uma rede remota (WAN) como a Internet.
8
Capítulo 1 - Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações
Câmeras de rede da Axis
Início
Escritório
I/O
AUDIO
1
2
3
4
5
6
OUT
IN
Codificadores de vídeo Axis
PS1
NETWORK
PS2
ACTIVITY
1
2
3
LOOP
4
FANS
0 -
REDE IP
INTERNET
Navegador
da Web
Power-one
FNP 30
100-240 AC
50-50 Hz
4-2 A
AC
0 -
Power-one
FNP 30
AXIS Q7900 Rack
100-240
50-50 Hz
4-2 A
AC
POWER
POWER
AXIS Q7406
Video Encoder
Blade
AXIS Q7406
Video Encoder
Blade
Câmeras
analógicas
Computador
com navegador
da Web
Computador com
software de
gerenciamento de vídeo
Figura 1.1a Um sistema de vídeo em rede é formado por muitos componentes diferentes, como câmeras em rede, codificadores de vídeo e software de gerenciamento de vídeo. Todos os outros componentes, que incluem a rede, o armazenamento e os servidores, são equipamentos comuns de TI.
Os componentes centrais de um sistema de vídeo em rede são a câmera de rede, o codificador
de vídeo (usado para conexão com câmeras analógicas), a rede, o servidor e o armazenamento,
e o software de gerenciamento de vídeo. Como a câmera de rede e o codificador de vídeo são
equipamentos instalados no computador, eles têm recursos que não podem ser igualados por
uma câmera analógica de CCTV. A câmera de rede, o codificador de vídeo e o software de gerenciamento de vídeo são considerados as bases de uma solução de Vigilância IP.
A rede e os componentes de servidor e armazenamento são equipamentos comuns de TI. A capacidade de usar equipamentos comerciais comuns é uma das principais vantagens do vídeo em
rede. Outros componentes de um sistema de vídeo em rede são acessórios, tais como alojamentos de câmera, midspans de PoE e divisores ativos. Cada componente de vídeo em rede é contemplado mais detalhadamente em outros capítulos.
1.2
Vantagens
O sistema de vigilância por vídeo em rede digital oferece diversas vantagens e funções avançadas que nenhum sistema analógico de vigilância consegue oferecer. Entre as vantagens estão o
acesso remoto, a alta qualidade de imagem, o gerenciamento de eventos e os recursos inteligentes de vídeo, a facilidade de integração e as maiores escalabilidade, flexibilidade e economia.
>
Acessibilidade remota: As câmeras de rede e os codificadores de vídeo podem ser configurados
e acessados remotamente, permitindo que mais de um usuário autorizado possa ver imagens
ao vivo e gravadas, a qualquer momento e em praticamente qualquer lugar do mundo
conectado à rede. Isso é vantajoso se os usuários quiserem que uma empresa contratada, como
Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações - Capítulo 1
9
uma empresa de segurança, também tenha acesso ao vídeo. Em um sistema analógico tradicional de CCTV, os usuários precisavam estar em um ponto de monitoramento específico no local
para ver e gerenciar o vídeo, e o acesso externo ao vídeo não era possível sem equipamentos
como codificadores de vídeo ou um gravador de vídeo digital (DVR) em rede. Um DVR é o
substituto digital do gravador de videocassete.
>
Alta qualidade de imagem: Em um aplicativo de vigilância por vídeo, uma alta qualidade de
imagem é essencial para permitir a captura clara de um incidente em andamento e identificar
as pessoas ou os objetos envolvidos. Com tecnologias de varredura progressiva e megapixel,
uma câmera de rede pode gerar uma melhor qualidade de imagem e uma resolução mais
elevada do que uma câmera analógica de CCTV. Para saber mais sobre varredura progressiva e
megapixel, consulte os capítulos 2, 3 e 6.
A qualidade de imagem também pode ser mantida mais facilmente em um sistema de vídeo
em rede do que em um sistema analógico de vigilância. Com os sistemas analógicos de hoje
que usam um DVR como meio de gravação, ocorrem muitas conversões de analógico para
digital: primeiro, os sinais analógicos são convertidos para o formato digital na câmera e,
depois, voltam para o formato analógico para serem transportados; depois, os sinais
analógicos são digitalizados para gravação. As imagens capturadas perdem qualidade a cada
conversão entre os formatos analógico e digital e com a distância do cabeamento. Quanto
maior a distância os sinais analógicos de vídeo tiverem de percorrer, mais fracos eles ficarão.
Em um sistema de sistema de Vigilância IP totalmente digital, as imagens de uma câmera de
rede são digitalizadas uma única vez e permanecem digitais, dispensando conversões
desnecessárias, e não há perda de qualidade de imagem devido à distância percorrida na
rede. Além disso, as imagens digitais podem ser armazenadas e acessadas mais facilmente do
que nos casos em que são usadas fitas de vídeo analógicas.
>
Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente: Freqüentemente, há um grande volume de
vídeo gravado e pouco tempo para analisá-lo adequadamente. Câmeras de rede avançadas e
codificadores de vídeo com inteligência ou recursos de análise internos cuidam desse problema,
reduzindo a quantidade de gravações sem interesse e permitindo reações programadas. Essas
funções não existem em um sistema analógico.
As câmeras de rede e os codificadores de vídeo da Axis têm recursos internos, como detecção
de movimento, alarme de detecção de áudio, alarme ativo contra adulteração, conexões de
E/S (entrada/saída) e funções de gerenciamento de alarmes e eventos. Esses recursos
permitem que as câmeras de rede e os codificadores de vídeo analisem constantemente as
entradas para detectar um evento e reagir automaticamente a um evento com ações, como
gravação de vídeo e envio de notificações de alarme.
10 Capítulo 1 - Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações
Figura 1.2a Criação de um disparo de evento utilizando a interface de usuário de uma câmera de rede..
As funções de gerenciamento de eventos podem ser configuradas por meio da interface de
usuário do produto de vídeo em rede ou de um software de gerenciamento de vídeo. Os
usuários podem definir os alarmes ou eventos criando o tipo de disparo que será usado e
definindo quando ele será usado. As reações também podem ser configuradas (por exemplo,
gravação em um ou mais locais, sejam eles internos e/ou externos para fins de segurança;
acionamento de dispositivos externos, como alarmes, luzes e portas; e envio de mensagens
de notificação aos usuários). Para saber mais sobre gerenciamento de vídeo, consulte o
Capítulo 11.
>
Integração fácil, preparada para mudanças futuras: Os produtos de vídeo em rede que
usam padrões abertos podem ser facilmente integrados a sistemas informatizados em
computadores e em Ethernet, sistemas de áudio ou segurança e outros dispositivos digitais,
além de software de gerenciamento de vídeo e aplicativos. Por exemplo, o vídeo de uma
câmera de rede pode ser integrado a um sistema de Ponto de Venda ou a um sistema de
gerenciamento predial. Para saber mais sobre sistemas integrados, consulte o Capítulo 11.
> Escalabilidade e flexibilidade: Um sistema de vídeo em rede pode acompanhar o aumento
das necessidades do usuário. Os sistemas por IP permitem que muitas câmeras de rede e
codificadores de vídeo, além de outros tipos de aplicativos, compartilhem a mesma rede com
Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações - Capítulo 1 11
ou sem fio para transmitir e receber dados. Portanto, qualquer número de produtos de vídeo
em rede pode ser incluído no sistema sem nenhuma alteração significativa ou de alto custo
na infra-estrutura de rede. Isso não acontece com um sistema analógico. Em um sistema de
vídeo analógico, um cabo coaxial dedicado deve sair diretamente de cada câmera para uma
estação de visualização/gravação. Cabos de áudio separados deverão ser usados se o áudio
também for necessário. Os produtos de vídeo em rede também podem ser colocados e
conectados a partir de praticamente qualquer lugar, e o sistema pode ser tão aberto ou tão
fechado quanto se desejar.
>
Economia: Um sistema de Vigilância IP normalmente apresenta um custo total de propriedade
menor que o de um sistema analógico de CCTV tradicional. Muitas vezes, já existe uma infraestrutura de rede IP usada para outros aplicativos em uma empresa. Assim, um aplicativo de
vídeo em rede pode aproveitar a infra-estrutura que já existe. As redes IP e opções sem fio
também são alternativas muito mais econômicas do que o tradicional cabeamento coaxial e de
fibra de um sistema analógico de CCTV. Além disso, os fluxos de vídeo digital podem ser
enviados a todo o mundo, utilizando várias infra-estruturas que operam entre si. Além disso, os
custos de gerenciamento e equipamento são menores, pois os aplicativos de retaguarda e
armazenamento funcionam em servidores padrão de mercado que utilizam sistemas abertos, e
não em equipamentos “fechados”, por exemplo DVRs, como ocorre nos sistemas analógicos de
CCTV.
Além disso, a tecnologia de Power Over Ethernet (PoE), que não pode ser aplicada a um
sistema de vídeo analógico, pode ser usada em um sistema de vídeo em rede. A tecnologia
PoE permite que os dispositivos conectados em rede sejam alimentados por um switch ou
midspan compatível com PoE, através do mesmo cabo Ethernet usado no transporte dos
dados (vídeo). A PoE proporciona uma economia considerável de custos de instalação e pode
aumentar a confiabilidade do sistema. Para saber mais sobre PoE, consulte o Capítulo 9.
Câmera de rede
com PoE incorporada
Câmera de rede
sem PoE
incorporada
3115
No-Break (UPS)
Switch compatível com PoE
Energia
Ethernet
Figura 1.2b Um sistema que utiliza Power over Ethernet (PoE).
Divisor ativo
Power over Ethernet
12 Capítulo 1 - Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações
1.3
Aplicações
O vídeo em rede pode ser usado em um número praticamente ilimitado de aplicações; entretanto, a maioria dos usos se enquadra na vigilância de segurança ou no monitoramento remoto de
pessoas, lugares, imóveis e operações. Apresentamos a seguir algumas possibilidades típicas de
aplicação em importantes segmentos de atividade.
1.3.1
Lojas
Os sistemas de vídeo em rede em lojas podem reduzir consideravelmente o número de furtos e roubos, aumentar a segurança do pessoal
e otimizar o gerenciamento da loja. Uma grande vantagem do vídeo em
rede é a possibilidade de integração ao sistema de EAS (vigilância eletrônica de artigos) da loja ou a um sistema de PDV (ponto de venda)
para permitir que as atividades de roubo de estoques sejam vistas e
gravadas. O sistema pode acelerar a detecção de possíveis incidentes,
além de alarmes falsos. O vídeo em rede oferece um alto nível de interoperabilidade e o mais rápido retorno sobre investimento.
O vídeo em rede também pode ajudar a identificar as áreas mais visitadas de uma loja e registrar
a atividade e os hábitos de compra dos consumidores, ajudando a otimizar a disposição de uma loja
ou de uma vitrine. Ele também pode ser usado para identificar a necessidade de reposição nas
prateleiras e, quando for necessário, abrir mais caixas devido ao tamanho das filas.
1.3.2
Transportes
O vídeo em rede pode aumentar a segurança pessoal e a segurança
geral em aeroportos, rodovias, estações de trem e outros sistemas de
trânsito, além de meios de transporte, como ônibus, trens e navios de
cruzeiro. O vídeo em rede também pode ser usado para monitorar as
condições de tráfego, reduzir os congestionamentos e aumentar a eficiência. Muitas instalações no setor de transportes exigem os melhores
sistemas, envolvendo alta qualidade de imagem (que pode ser proporcionada pela tecnologia de varredura progressiva em câmeras de rede),
altas taxas de quadros e tempos de armazenamento prolongados. Em alguns ambientes exigentes,
como ônibus e trens, a Axis oferece câmeras de rede capazes de suportar variações de temperatura, umidade, poeira, vibração e vandalismo.
1.3.3 Educação
De creches a universidades, os sistemas de vídeo em rede têm ajudado
a evitar vandalismo e aumentar a segurança de professores, alunos e
funcionários. Em instituições de ensino que já possuem uma infraestrutura de TI, o vídeo em rede é uma solução mais favorável e econômica do que um sistema analógico porque muitas vezes não é necessário novo cabeamento. Além disso, os recursos de gerenciamento
de eventos do vídeo em rede podem gerar alarmes e apresentar aos
Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações - Capítulo 1 13
operadores de segurança imagens precisas em tempo real para que eles possam tomar suas decisões. O vídeo em rede também pode ser usado no ensino à distância; por exemplo, para alunos
que não podem assistir pessoalmente às aulas.
1.3.4
Industrial
O vídeo em rede pode ser usado para monitorar e aumentar a eficiência nas linhas de produção, nos processos e nos sistemas de logística,
e para proteger armazéns e sistemas de controle de estoques. O vídeo
em rede também pode ser usado para realizar reuniões virtuais e obter
suporte técnico à distância.
1.3.5
Vigilância pública
O vídeo em rede é uma das ferramentas mais úteis no combate ao
crime e para a proteção dos cidadãos. Ele pode ser usado para detectar e dissuadir. O uso de redes sem fio permite a instalação do vídeo
em rede em toda a cidade, de maneira eficaz. Os recursos de vigilância remota do vídeo em rede permitem que a polícia reaja rapidamente aos crimes cometidos que forem detectados pelas câmeras.
1.3.6
Governo
Os produtos de vídeo em rede são usados para proteger todos os tipos de edifícios públicos, de museus e escritórios a bibliotecas e presídios. Câmeras dispostas nas entradas e saídas dos edifícios podem
registrar quem entra e sai, 24 horas por dia. Elas são usadas para
evitar vandalismo e aumentar a segurança dos funcionários. Com
aplicações inteligentes de vídeo, como contagem de pessoas, o vídeo
em rede pode fornecer informações estatísticas, como o número de
visitantes em um edifício.
1.3.7
Assistência médica
O vídeo em rede permite o monitoramento de pacientes de maneira
econômica e com alta qualidade, além de soluções de vigilância por
vídeo que aumentam a segurança e a proteção dos funcionários, pacientes e visitantes, além das instalações. O pessoal autorizado do
hospital pode, por exemplo, ver vídeos ao vivo de vários locais, detectar atividade e prestar assistência remota.
14 Capítulo 1 - Vídeo em rede: visão geral, vantagens e aplicações
1.3.8
Bancos e finanças
O vídeo em rede é usado em aplicações de segurança em agências
bancárias, sedes e locais com caixas automáticos. Os bancos usam
sistemas de vigilância há muito tempo e, embora a maioria das instalações ainda seja analógica, o vídeo em rede está começando a
ganhar espaço, especialmente nos bancos que valorizam a alta qualidade de imagem e querem ser capazes de identificar facilmente as
pessoas em um vídeo de vigilância.
O vídeo em rede é uma tecnologia comprovada, e a mudança dos sistemas analógicos para a
Vigilância por IP está rapidamente ganhando espaço no setor de vigilância por vídeo. Consulte
estudos de caso no endereço www.axis.com/success_stories/
Câmeras de rede - Capítulo 2 15
Câmeras de rede
Existe uma ampla gama de câmeras de rede para uma grande variedade de requisitos.
Este capítulo descreve o que é uma câmera de rede e explica os diferentes tipos de
câmera. Também são fornecidas informações sobre câmeras para dia/noite e câmeras
de rede com resolução de megapixels. O final de cada capítulo apresenta um guia
de seleção de câmeras. Para saber mais sobre os elementos das câmeras, consulte o
Capítulo 3.
2.1
O que é uma câmera de rede?
Uma câmera de rede, muitas vezes conhecida também como “câmera IP”, pode ser descrita
como uma câmera e um computador combinados em uma única unidade. Os principais componentes de uma câmera de rede são a lente, o sensor de imagem, um ou mais processadores, e
memória. Os processadores são usados para processamento de imagens, compactação, análise
de vídeo e funções de conexão de rede. A memória é usada para armazenar o firmware da câmera de rede (programa de computador) e para a gravação local de seqüências de vídeo.
Assim como um computador, a câmera de rede tem seu próprio endereço IP, é conectada diretamente a uma rede e pode ser colocada onde houver uma conexão de rede. Esse tipo de câmera é diferente das “Webcams”, que funcionam apenas conectadas a um computador pessoal
(PC) através da porta USB ou IEEE 1394, e, para usá-la, deve ser instalado um software no PC.
Uma câmera de rede possui funções de servidor de Web, FTP (Protocolo de Transferência de
Arquivos), e e-mail, além de operar com muitos outros protocolos de rede e segurança.
LAN/Internet
LAN
Câmera de rede Axis
Switch PoE
Computador com software de
gerenciamento de vídeo
Figura 2.1a Uma câmera de rede se conecta diretamente à rede.
16 Capítulo 2 - Câmeras de rede
Uma câmera de rede pode ser configurada para enviar vídeo por uma rede IP para visualização
ao vivo e/ou gravação, seja em caráter contínuo, em horários programados, quando ocorrer algum evento, ou mediante solicitação de usuários autorizados. As imagens capturadas podem ser
enviadas como Motion JPEG, MPEG-4 ou vídeo H.264, utilizando vários protocolos de rede, ou
transferidas como imagens JPEG individuais através de FTP, e-mail ou HTTP (Protocolo de Transferência de Hipertexto). Para saber mais sobre formatos de compactação de vídeo e protocolos de
rede, consulte os capítulos 7 e 9, respectivamente.
Além de capturar vídeo, as câmeras de rede da Axis realizam o gerenciamento de eventos e
possuem funções inteligentes de vídeo, como detecção de movimento, detecção de áudio, alarme ativo contra adulteração e acompanhamento automático. A maioria das câmeras de rede
também possui portas de entrada/saída (E/S) que permitem conexões com dispositivos externos, como sensores e relês. Entre os outros recursos podem estar o áudio e entradas incorporadas para Power over Ethernet (PoE). As câmeras de rede da Axis também possuem recursos
avançados de gerenciamento de segurança e de rede.
Figura 2.1b Frente e traseira de uma câmera de rede.
2.2
Tipos de câmeras de rede
As câmeras de rede podem ser classificadas de acordo com o seu uso previsto: apenas uso interno ou uso interno e externo. Muitas vezes, as câmeras de rede externas têm lentes com íris automáticas para controlar a intensidade de luz à qual o sensor de imagem é exposto. Uma câmera externa também exige uma caixa de proteção, a menos que o design da câmera já incorpore
uma caixa de proteção. Também há caixas disponíveis para câmeras internas que necessitem de
proteção contra ambientes adversos (por exemplo, poeira e umidade), e contra vandalismo ou
adulteração. Alguns projetos de câmeras já incorporam recursos contra vandalismo e adulteração, dispensando caixas externas. Para saber mais sobre proteção e caixas de proteção de câmeras, consulte o Capítulo 4.
As câmeras de rede, sejam para uso em interiores ou exteriores, podem ser categorizadas ainda
como “fixas”, “domes fixas”, “PTZ” e “domes PTZ”.
Câmeras de rede - Capítulo 2 17
2.2.1
Câmeras de rede fixas
Uma câmera de rede fixa, que pode ser fornecida com uma lente fixa ou de foco variável (varifocal), é uma câmera cujo campo de visão é fixo (normal/teleobjetiva/grande-angular) quando
for instalada. Uma câmera fixa é o tipo de câmera tradicional, no qual a câmera e a direção para
a qual aponta são claramente visíveis. Esse tipo de câmera é a melhor opção para aplicações
nas quais é vantajoso que a câmera esteja bem visível. Uma câmera fixa normalmente permite
que as lentes sejam trocadas. As câmeras fixas podem ser instaladas em caixas de proteção
projetados para instalação em interiores e exteriores.
Figura 2.2a Câmeras de rede fixas, inclusive as versões sem fio e megapixel.
2.2.2
Câmeras de rede dome fixo
Uma câmera de rede tipo dome fixo, também chamada “minidome”, envolve essencialmente uma
câmera fixa previamente instalada em dentro de uma pequena cúpula. A câmera pode ser direcionada para apontar em qualquer direção. A principal vantagem deste tipo de câmera está em seu
design discreto, passando despercebida, bem como no fato de ser difícil perceber a direção para a
qual a câmera aponta. A câmera também é resistente a violações. Uma das limitações de uma
câmera dome fixa, é que ela raramente vem com uma lente intercambiável, e mesmo que ela seja
intercambiável, há poucas opções de lentes devido ao pouco espaço dentro da cúpula. Para compensar essa limitação, muitas vezes é fornecida uma lente de foco variável para permitir o ajuste
do campo de visão da câmera.
As câmeras domes fixas da Axis são projetadas com diferentes tipos de caixas de proteção, como
instalações resistentes a vandalismo e/ou instalações do tipo IP66 para exteriores. Não é necessário nenhuma caixa alojamento externa. Esse tipo de câmera é normalmente fixado em uma parede
ou no teto.
Figura 2.2b Câmeras de rede dome fixas. Da esquerda para a direita: AXIS 209FD e AXIS 216FD (disponíveis também nas
versões reforçada e megapixel), AXIS P3301 e AXIS 225FD.
18 Capítulo 2 - Câmeras de rede
2.2.3
Câmeras PTZ e câmeras dome PTZ
Uma câmera PTZ ou uma câmera dome PTZ pode se movimentar horizontalmente /
verticalmente(pan/tilt) e aproximar ou afastar (zoom in/out) a imagem de qualquer área ou
objeto. Todos os comandos de PTZ são enviados pelo mesmo cabo de rede usado para a transmissão do vídeo; não é necessário instalar cabos RS-485 como ocorre com uma câmera PTZ
analógica.
Alguns recursos que podem ser incorporados a uma câmera PTZ ou uma câmera dome PTZ:
>
EIS (Electronic Image Stabilizer, Estabilizador Eletrônico de Imagens). Em instalações
externas, as câmeras dome PTZ e fatores de aproximação (zoom) acima de 20x são sensíveis
a vibrações e movimentos causados pelo tráfego ou pelo vento. O EIS ajuda a reduzir os
efeitos da vibração em um vídeo. Além de proporcionar imagens mais úteis, o EIS reduz o
tamanho dos arquivos de imagens compactadas, economizando um valioso espaço de
armazenamento.
>
Máscara de privacidade. A máscara de privacidade, que permite bloquear ou mascarar a
visualização e a gravação de determinadas áreas de uma cena, pode ser disponibilizada em
vários produtos de vídeo em rede. Em uma câmera PTZ ou uma câmera dome PTZ, a função
permite manter a privacidade, mascarando até mesmo quando o campo de visão da câmera
mudar, pois a máscara se move com o sistema de coordenadas.
Figura 2.2c Com a máscara de privacidade incorporada (retângulo cinza na imagem), a câmera pode garantir a
privacidade de áreas que não devem ser cobertas por uma aplicação de vigilância.
Câmeras de rede - Capítulo 2 19
>
Posições predefinidas. Muitas câmeras PTZ e câmeras dome PTZ aceitam a programação de
várias posições predefinidas, normalmente entre 20 e 100. Assim que as posições predefini
das forem programadas na câmera, o operador será capaz de ir de uma posição para a outra
com grande rapidez.
>
E-flip (inversão eletrônica). Quando uma câmera dome PTZ é instalada no teto para
acompanhar uma pessoa, por exemplo, em uma loja, haverá situações em que a pessoa
passará bem embaixo da câmera. Ao seguir a pessoa, se não houvesse a função E-flip, as
imagens seriam vistas de cabeça para baixo. Nesses casos, o E-flip gira eletronicamente as
imagens 180 graus. Ela é realizada automaticamente e não será percebida pelo operador.
>
Auto-flip (inversão automática). Normalmente, as câmeras PTZ, ao contrário das câmeras
dome PTZ, não têm um movimento horizontal completo de 360 graus devido a um batente
mecânico que impede as câmeras de realizarem um movimento circular contínuo. Entretanto,
com a função Auto-flip, uma câmera de rede PTZ pode inverter instantaneamente a câmera
a 180 graus e continuar seu movimento horizontal além do ponto zero. Dessa forma, a
câmera pode continuar acompanhando uma pessoa ou um objeto em qualquer direção.
>
Acompanhamento automático (auto tracking). O acompanhamento automático é uma
função inteligente de vídeo que detecta automaticamente uma pessoa ou um veículo em
movimento, e o(a) segue dentro da área de cobertura da câmera. Esse recurso é especialmente
útil em situações de vigilância não-assistida, na qual a presença ocasional de pessoas ou
veículos necessita de atenção especial. A função reduz consideravelmente o custo de um
sistema de vigilância, pois são necessárias menos câmeras para cobrir uma cena. Ela também
aumenta a eficácia da solução, pois permite que uma câmera PTZ ou uma câmera dome PTZ
grave áreas de uma cena onde houver atividade.
Embora as câmeras PTZ e as câmeras dome PTZ possam ter funções semelhantes, existem diferenças entre elas:
>
as câmeras de rede PTZ não têm um movimento completo contínuo de 360 graus devido a
um batente mecânico. Isso significa que a câmera não pode acompanhar uma pessoa que
caminha continuamente em um círculo completo ao redor da câmera. As exceções são as
câmeras PTZ que possuem a função auto-flip; por exemplo, a Câmera de Rede AXIS 215 PTZ.
> As câmeras de rede PTZ não foram projetadas para operação contínua automática nem para
a chamada “ronda””, na qual a câmera se movimenta automaticamente de uma posição
predefinida para a seguinte.
20 Capítulo 2 - Câmeras de rede
As próximas seções apresentam mais informações sobre as câmeras de rede PTZ, disponíveis nas
versões mecânicas ou não-mecânicas, e sobre as câmeras de rede dome PTZ.
Câmeras de rede PTZ mecânicas
As câmeras PTZ mecânicas são usadas principalmente em interiores e em aplicações que empregam um operador. O zoom óptico das câmeras PTZ normalmente varia de 10x a 26x. Uma câmera PTZ pode ser instalada no teto ou em uma parede.
Figura 2.2d Câmeras de rede PTZ. Da esquerda para a direita: AXIS 212 PTZ-V (não-mecânica), AXIS 213 PTZ, AXIS
214 PTZ e AXIS 215 PTZ.
Câmeras de rede PTZ não-mecânicas
Uma câmera de rede PTZ não-mecânica, como a AXIS 212 PTZ e sua versão resistente a vandalismo (vista acima), oferece recursos instantâneos de pan, tilt e zoom, sem peças móveis, o que
evita o desgaste. Utilizando uma lente grande-angular, ela oferece um campo de visão mais
amplo do que uma câmera de rede PTZ mecânica.
Figura 2.2e Imagens de uma câmera de rede PTZ não-mecânica. À esquerda, uma imagem panorâmica de 140 graus
com resolução VGA; à direita, imagem com zoom de 3x.
Uma câmera PTZ não-mecânica usa um sensor de imagem megapixel e permite que o operador
aproxime instantaneamente qualquer parte de uma cena sem nenhuma perda de resolução de
imagem. Isso é realizado com a apresentação de uma imagem panorâmica com resolução VGA
(640x480 pixels), mesmo que a câmera capture uma imagem com resolução muito mais alta.
Câmeras de rede - Capítulo 2 21
Quando a câmera é instruída para aproximar-se de qualquer parte da imagem panorâmica, a câmera usa a resolução megapixel original para oferecer uma proporção 1:1 completa com resolução
VGA. A imagem aproximada resultante oferece boa qualidade de detalhes, sem perder a nitidez.
Com zoom digital normal, a imagem aproximada perde detalhes de nitidez na maioria das vezes.
Uma câmera PTZ não-mecânica é ideal para instalações discretas em paredes.
Câmeras de rede dome PTZ
As câmeras de rede dome PTZ podem cobrir uma área extensa, aumentando a flexibilidade das
funções de pan, tilt e zoom. Elas permitem movimentos horizontais (pan) contínuos de 360
graus, e movimentos verticais (tilt) normalmente de 180 graus. As câmeras dome PTZ são ideais
para uso em instalações discretas, devido ao seu design, à instalação (especialmente em instalações no teto), e à dificuldade de perceber o ângulo de visão da câmera (as cúpulas podem ser
transparentes ou fumê).
Uma câmera de rede dome PTZ também proporciona robustez mecânica para operação contínua
no modo “ronda””, quando a câmera passa automaticamente de uma posição predefinida para a
posição seguinte em uma ordem predeterminada ou aleatória. Normalmente, podem ser definidas até 20 rondas de armazenamento, ativadas durante horários diferentes do dia. No modo de
ronda, uma única câmera de rede dome PTZ pode cobrir uma área que exigiria 10 câmeras de
rede fixas. A principal desvantagem é que apenas um local pode ser monitorado por vez, deixando as outras nove posições sem monitoramento.
O zoom óptico de uma dome PTZ normalmente varia de 10x a 35x. Uma dome PTZ é usada freqüentemente em situações que empregam um operador. Esse tipo de câmera é normalmente
instalada no teto se for usada em interiores, ou em um poste na lateral de um edifício (para
instalações exteriores).
Figura 2.2f Câmeras de rede dome PTZ. Da esquerda para a direita: AXIS 231D+, AXIS 232D+, AXIS 233D.
2.3
Câmeras de rede para dia e noite
Todos os tipos de câmeras de rede — fixas, domes fixas, PTZ e domes PTZ— podem funcionar
durante o dia ou à noite. Uma câmera para dia e noite é projetada para uso em instalações externas ou em ambientes internos com pouca iluminação.
22 Capítulo 2 - Câmeras de rede
Uma câmera de rede em cores, para dia e noite, gera imagens coloridas durante o dia. Quando a
iluminação cai abaixo de um determinado nível, a câmera pode passar automaticamente ao
modo noturno para usar a luz quase-infravermelha (IV) para gerar imagens de alta qualidade em
preto-e-branco.
A luz infravermelha, que cobre uma faixa de onda de 700 nanômetros (nm) a aproximadamente
1000 nm, está além do que o olho humano pode captar, mas a maioria dos sensores da câmera
pode detectá-la e usá-la. Durante o dia, uma câmera para dia e noite usa um filtro de corte de
IV. A luz IV é filtrada para que ela não distorça as cores das imagens quando o olho humano as
vir. Quando a câmera estiver no modo noturno (preto-e-branco), o filtro de corte de IV é desativado, permitindo que a sensibilidade da câmera à luz capte até 0,001 lux ou menos.
Figura 2.3a O gráfico mostra como um sensor de imagem reage à luz visível e Infra Vermelho. A luz IV cobre a faixa
de onda de 700 nm a 1000 nm.
Figura 2.3b Imagem à esquerda, filtro de corte de IV em uma câmera de rede para dia/noite; no meio, posição do
filtro de corte de IV durante o dia; à direita, posição do filtro de corte de IV durante a noite.
Câmeras de rede - Capítulo 2 23
As câmeras para dia e noite são úteis em ambientes que restringem o uso de luz artificial. Entre
eles estão situações de vigilância por vídeo com baixa iluminação, vigilância disfarçada e aplicações discretas, por exemplo, em uma situação de vigilância de tráfego na qual luzes muito
intensas perturbariam os motoristas à noite.
Um iluminador IV que gera luz infravermelha também pode ser usado junto com uma câmera
para dia e noite para aumentar ainda mais a capacidade da câmera de gerar vídeo de alta qualidade em condições de baixa iluminação ou à noite. Para saber mais sobre os iluminadores IV,
visite o site da Axis: www.axis.com/products/cam_irillum
Figura 2.3c At left, image without an IR illuminator; at right, image with an IR illuminator.
2.4
Câmeras de rede Megapixel
As câmeras de rede megapixel, disponíveis nas câmeras fixas e câmeras domes fixas da Axis,
incorpo¬ram um sensor de imagem megapixel para gerar imagens a partir de um milhão de pixels. Essa resolução é pelo menos duas vezes melhor do que a resolução gerada por câmeras
analógicas.
Uma câmera de rede megapixel fixa pode ser usada de duas maneiras: ela pode permitir que os
operadores vejam mais detalhes em uma imagem de resolução mais elevada, o que ajuda a
identificar pessoas e objetos, ou pode ser usada para cobrir uma parte maior de uma cena se a
resolução da imagem for mantida igual à de uma câmera convencional.
Hoje em dia, as câmeras megapixel são normalmente menos sensíveis à luz do que uma câmera
de rede que não seja megapixel. Os fluxos de vídeo de resolução mais elevada gerados por uma
câmera megapixel também exigem mais largura de banda da rede e espaço de armazenamento
para as gravações, embora isso possa ser atenuado com o uso do padrão de compactação de
vídeo H.264. Para saber mais sobre o padrão H.264, consulte o Capítulo 7.
24 Capítulo 2 - Câmeras de rede
2.5
Diretrizes para a escolha de uma câmera de rede
Com a variedade de câmeras de rede disponível, é útil conhecer algumas diretrizes ao selecionar
uma câmera de rede.
>
Defina o objetivo de vigilância: panorâmica ou detalhada. As imagens panorâmicas permitem ver uma cena geral ou a movimentação geral das pessoas. Imagens altamente detalhadas
são importantes para a identificação de pessoas ou objetos (por exemplo, rostos ou placas de
carros, monitoramento de pontos de vendas). O objetivo de vigilância determinará o campo de
visão, o posicionamento da câmera, e o tipo de câmera/lente necessário. Para saber mais sobre
lentes, consulte o Capítulo 3.
>
Área de cobertura. Em um determinado local, defina o número de áreas de interesse,
quantas dessas áreas devem ser cobertas, e se as áreas estão localizadas relativamente
próximas umas das outras ou se estão muito separadas. A área determinará o tipo de câmera e
o número de câmeras necessárias.
- Megapixel ou não-megapixel. Por exemplo, se houver duas áreas de interesse relativa mente pequenas e próximas uma da outra, pode ser usada uma câmera megapixel com
lente grande-angular em vez de duas câmeras não-megapixel.
-
Fixa ou PTZ. (no contexto a seguir, “câmera fixa” também se refere a câmeras domes
fixas , e “câmeras PTZ” também se refere a câmeras domes PTZ ). Uma área pode ser
coberta por várias câmeras fixas ou por algumas câmeras PTZ. Considere que uma
câmera PTZ com recursos de grande zoom óptico pode gerar imagens mais detalhadas
e vigiar uma área extensa. Entretanto, uma câmera PTZ pode proporcionar uma visão
breve de uma parte da sua área de cobertura por vez, ao passo que uma câmera fixa é
capaz de cobrir integralmente a sua área o tempo todo. Para usar plenamente os
recursos de uma câmera PTZ, é necessário contar com um operador, ou é necessário
estabelecer uma ronda automática.
> Ambiente interno ou externo.
-
Sensibilidade à luz e iluminação necessária. Em ambientes externos, considere o uso de
câmeras para dia e noite. Considere a sensibilidade à luz da câmera que é necessária,
além da necessidade de mais iluminação ou de luzes especiais, como lâmpadas IV. Não
se esqueça de que as medições em lux nas câmeras de rede não podem ser comparadas
entre diferentes fornecedores de produtos de vídeo em rede, pois não há nenhum
padrão de mercado para medição da sensibilidade à luz.
- Caixa de proteção. Se for necessário instalar a câmera em um local externo ou em
ambientes que exigem proteção contra poeira, umidade ou vandalismo, serão necessários
Caixas de proteção. Para saber mais sobre Caixas de proteção, consulte o Capítulo 4.
Câmeras de rede - Capítulo 2 25
> Vigilância explícita ou disfarçada. Isso ajudará na seleção das câmeras, das Caixas de
proteção e das fixações que permitem uma instalação discreta ou não-discreta.
Entre as outras considerações importantes a respeito das características necessárias em uma
câmera estão as seguintes:
>
Qualidade de imagem. A qualidade de imagem é um dos aspectos mais importantes de
qualquer câmera, mas é difícil quantificá-la e medi-la. A melhor maneira de determinar a
qualidade da imagem é instalar diferentes câmeras e examinar o vídeo. Se for prioritário
capturar com clareza objetos em movimento, é importante que a câmera de rede use a
tecnologia de varredura progressiva. Para saber mais sobre a varredura progressiva, consulte
o Capítulo 3.
> Resolução. Para aplicações que exigem imagens detalhadas, as câmeras megapixel podem
ser a melhor opção. Para saber mais sobre a resolução megapixel, consulte o Capítulo 6.
>
Compactação. Os três padrões de compactação de vídeo oferecidos nos produtos de vídeo em
rede da Axis são o H.264, o MPEG-4 e o Motion JPEG. O H.264 é o padrão mais recente,
proporcionando a maior economia de largura de banda e espaço de armazenamento. Para saber
mais sobre compactação, consulte o Capítulo 7.
>
Áudio. Se for necessário áudio, verifique se é necessário o áudio unidirecional ou bidirecional.
As câmeras de rede da Axis com áudio são distribuídas com um microfone embutido e/ou uma
entrada para microfone externo e um alto-falante ou uma saída de linha para alto-falantes
externos. Para saber mais sobre áudio, consulte o Capítulo 8.
>
Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente. Muitas vezes, as funções de gerenciamento
de eventos são configuradas através de um software de gerenciamento de vídeo, sendo
apoiadas por portas de entrada/saída e recursos de vídeo inteligente em uma câmera de rede
ou um codificador de vídeo. A realização de gravações com base em gatilhos de eventos a
partir de portas de entrada e recursos de vídeo inteligente em um produto de vídeo em rede
economiza largura de banda e espaço de armazenamento, e permite que os operadores
tomem conta de um número maior de câmeras, pois nem todas as câmeras exigem monitoramento ao vivo, a menos que um alarme/evento ocorra. Para saber mais sobre funções de
gerenciamento de eventos, consulte o Capítulo 11
>
Funções de rede. Entre as considerações estão as seguintes: PoE; criptografia HTTPS para
criptografia de fluxos de vídeo antes que eles sejam enviados pela rede; filtragem de endereços IP, que concede ou nega direitos de acesso a endereços IP definidos; IEEE802.1X para
controlar o acesso a uma rede; IPv6; e funções wireless. Para saber mais sobre tecnologias de
rede e segurança, consulte o Capítulo 9
26 Capítulo 2 - Câmeras de rede
>
Interface aberta e aplicativos. Um produto de vídeo em rede com uma interface aberta
aumenta as possibilidades de integração com outros sistemas. Também é importante que o
produto seja apoiado por boas opções de aplicativos e um software de gerenciamento que
facilite a instalação e os upgrades dos produtos de vídeo em rede. Os produtos da Axis são
apoiados por softwares de gerenciamento de vídeo desenvolvidos pelo usuário e por uma
ampla gama de soluções de software de gerenciamento de vídeo de mais de 600 Parceiros de
Desenvolvimento de Aplicativos da Axis. Para saber mais sobre sistemas gerenciamento de
vídeo, consulte o Capítulo 11.
Outro aspecto importante, externo à câmera de rede em si, é a escolha do fornecedor do produto de vídeo em rede. Como as necessidades crescem e se modificam, o fornecedor deve ser
considerado um parceiro de longo prazo. Isso significa que é importante escolher um fornecedor
que ofereça uma linha completa de produtos de vídeo em rede e acessórios que atendam às
necessidades tanto de hoje como de anos à frente. Além disso, o fornecedor deve oferecer inovação, suporte, upgrades e um roteiro de produtos de longo prazo.
Assim que for tomada uma decisão sobre a câmera necessária, é recomendável adquirir uma e
testar sua qualidade antes de fazer uma grande compra.
Elementos das câmeras - Capítulo 3 27
Elementos das câmeras
Vários elementos das câmeras afetam a qualidade da imagem e o campo de visão, de
modo que é importante compreendê-los ao escolher uma câmera de rede. Os elementos são a sensibilidade da câmera à luz, o tipo de lente, o tipo de sensor de imagens,
e a técnica de varredura, além das funções de processamento de imagens. Todos esses
elementos serão abordados neste capítulo. Algumas diretrizes sobre as considerações
de instalação também serão apresentadas ao final.
3.1
Sensibilidade à luz
A sensibilidade de uma câmera de rede à luz é, muitas vezes, especificada em lux, que corresponde a um nível de luminância no qual uma câmera gera uma imagem aceitável. Quanto mais
baixa a especificação de lux, maior será a sensibilidade da câmera à luz. Normalmente, são necessários pelo menos 200 lux para iluminar um objeto para que seja obtida uma imagem de boa
qualidade. Em geral, quanto mais luz incidir sobre o objeto, melhor será a imagem. Com pouquíssima luz, é difícil focalizar e a imagem apresentará ruídos e/ou ficará escura. Para capturar
imagens de boa qualidade, em condições de pouca luz ou escuras, é necessário usar uma câmera para dia e noite que aproveite a luz quase infravermelha. Para saber mais sobre câmeras para
dia e noite, consulte o Capítulo 2.
Diferentes condições de iluminação geram uma luminância diferente. Muitas cenas naturais
apresentam uma iluminação bastante complexa, com sombras e luzes que geram diferentes
leituras de lux em diferentes partes de uma cena. Dessa forma, é importante ter em mente que
uma leitura de lux não indica a condição de iluminação de toda a cena.
Luminância
Condições de iluminação
100,000 lux
Luz solar forte
10,000 lux
Luz solar plena
500 lux
Luz de escritório
100 lux
Sala mal-iluminada
Tabela 3.1a Exemplos de diferentes níveis de luminância.
28 Capítulo 3 - Elementos das câmeras
Muitos fabricantes especificam o nível mínimo de iluminação necessária para que uma câmera
de rede gere uma imagem aceitável. Embora essas especificações ajudem a fazer comparações
de sensibilidade à luz de câmeras produzidas pelo mesmo fabricante, talvez não seja útil usar
esses números para comparar câmeras de diferentes fabricantes. Isso ocorre porque cada fabricante utiliza um método diferente e critérios diferentes de uma imagem aceitável. Para comparar corretamente o desempenho de duas câmeras diferentes em condições de baixa luminosidade, as câmeras devem ser colocadas lado a lado e capturar um objeto em movimento com pouca
iluminação.
3.2
Elementos de lente
Uma lente, ou um conjunto de lente, de uma câmera de rede realiza várias funções. Entre elas
estão as seguintes:
> Definir o campo de visão, ou seja, definir quanto da cena será capturado, e o nível de detalhes
da captura.
> Controlar a quantidade de luz que atinge o sensor de imagens para que uma imagem seja
corretamente exposta.
> Focalizar para ajustar qualquer um dos elementos no conjunto da lente, ou a distância entre
os conjuntos de lentes e o sensor de imagens.
3.2.1
Campo de visão
Um fator que deve ser levado em consideração ao escolher uma câmera é o campo de visão
necessário, ou seja, a área de cobertura e o nível de detalhes que será visualizado. O campo de
visão é determinado pela distância focal da lente e pelo tamanho do sensor de imagem; ambos
são especificados na folha de dados da câmera de rede.
A distância focal de uma lente é definida como a distância entre a lente de entrada (ou um
ponto específico de um conjunto de lente complexo) e o ponto para o qual todos os raios de luz
convergem (normalmente, o sensor de imagem da câmera). Quanto maior a distância focal, mais
estreito será o campo de visão.
A maneira mais rápida de descobrir a lente com a distância focal necessária para o campo de
visão desejado é usar uma calculadora de lentes rotativas ou uma calculadora de lentes on-line
(www.axis.com/tools), ambas disponibilizadas pela Axis. O tamanho do sensor de imagem de
uma câmera de rede, normalmente 1/4”, 1/3”, 1/2” e 2/3”, também deve ser usado no cálculo. A
desvantagem de usar uma calculadora de lentes é que ela não leva em conta nenhuma possível
distorção geométrica de uma lente.
Elementos das câmeras - Capítulo 3 29
O campo de visão pode ser classificado em três categorias:
> Visão normal: Oferece o mesmo campo de visão que o olho humano.
>
Telefoto: Um campo de visão mais estreito que oferece, em geral, detalhes mais refinados do
que o olho humano pode captar. Uma lente de telefoto é usada quando o objeto vigiado é
pequeno ou está muito distante da câmera. Uma lente de telefoto geralmente tem menos
capacidade de captura de luz que uma lente normal.
>
Grande-angular: Um campo de visão maior com menos detalhes que na visão normal. Uma
lente grande-angular geralmente oferece uma boa profundidade de campo e um bom
desempenho com baixa luminosidade. Às vezes, as lentes grande-angulares geram distorções
geométricas, por exemplo, o efeito “olho de peixe”.
Figura 3.2a Diferentes campos de visão: Grande-angular (à esquerda); visão normal (no meio); telefoto (à direita).
Figura 3.2b Lentes de câmeras de rede com diferentes distâncias focais: grande-angular (à esquerda); normal (no
meio); telefoto (à direita).
Existem três tipos principais de lentes:
> Lente fixa: Essa lente oferece uma distância focal fixa, ou seja, apenas um campo de visão
(ou normal, ou telefoto ou grande-angular). Uma distância focal comum de uma lente de
câmera de rede fixa é de 4 mm.
30 Capítulo 3 - Elementos das câmeras
>
Lente de foco variável: Esse tipo de lente oferece várias distâncias focais e, portanto,
diferentes campos de visão. O campo de visão pode ser ajustado manualmente. Quando o
campo de visão mudar, o usuário precisará refocalizar a lente manualmente. As lentes de
foco variável para câmeras de rede oferecem distâncias focais que variam de 3 mm a 8 mm.
>
Lente de zoom: As lentes de zoom são como lentes de foco variável, pois permitem que o
usuário selecione diferentes campos de visão. Entretanto, não será necessário refocalizar as
lentes de zoom se o campo de visão mudar. O foco pode ser mantido dentro de um intervalo
de distâncias focais, por exemplo, de 6 mm a 48 mm. A lente pode ser ajustada manualmente
ou através de controle remoto, com um motor. Quando uma lente indica, por exemplo, a
capacidade de zoom de 3x, ela se refere à proporção entre a distância focal mais longa e mais
curta da lente.
3.2.2
Combinando lente e sensor
Se uma câmera de rede oferecer lentes intercambiáveis, será importante escolher uma lente
adequada à câmera. Uma lente produzida para um sensor de imagem de ½ polegada funcionará
com sensores de imagem de ½ pol., 1/3 de pol. e ¼ de pol., mas não com um sensor de imagem
de 2/3 de pol.
Se uma lente tiver sido projetada para um sensor de imagem menor do que o sensor efetivamente instalado dentro da câmera, a imagem apresentará cantos pretos (consulte a ilustração à
esquerda na Figura 3.2c abaixo). Se uma lente tiver sido projetada para um sensor de imagem
maior do que o sensor efetivamente instalado dentro da câmera, o campo de visão será menor
do que a capacidade da lente, pois parte das informações serão “perdidas” fora do sensor de
imagem (consulte a ilustração à esquerda da Figura 3.2c). Essa situação cria um efeito de telefoto, pois faz com que tudo pareça aproximado.
Lente de 1/4”
Lente de 1/3"
Lente de 1/2"
Figura 3.2c Exemplos de lentes diferentes instaladas em um sensor de imagem de 1/3 de polegada.
Quando a lente de uma câmera megapixel for substituída, será necessária uma lente de alta qualidade, pois os pixels dos sensores megapixel são muito menores do que os de um sensor VGA
(640x480 pixels). É melhor combinar a resolução da lente com a resolução da câmera para usar
plenamente a capacidade da câmera.
Elementos das câmeras - Capítulo 3 31
3.2.3
Padrões de encaixe de lentes
Ao trocar uma lente, também é importante saber o tipo de encaixe de lente da câmera de rede.
As câmeras de rede utilizam dois padrões principais: encaixe CS e encaixe C. Ambos têm uma
rosca de 1 polegada, e sua aparência é idêntica. A diferença é a distância das lentes para o
sensor quando elas são encaixadas na câmera:
> Encaixe CS. A distância entre o sensor e a lente deve ser de 12,5 mm.
> Encaixe C. A distância entre o sensor e a lente deve ser de 17,526 mm.
É possível encaixar uma lente de encaixe C no corpo de uma câmera com encaixe CS, usando um
espaçador de 5 mm (anel adaptador C/CS). Se não for possível focalizar a câmera, é provável que o
tipo errado de lente esteja sendo usado.
3.2.4Número ‘f’ e exposição
Em situações de baixa luminosidade, especialmente em ambientes internos, um fator importante
que deve ser examinado em uma câmera de rede é a capacidade de captura de luz da lente. Isso
pode ser determinado pelo número ‘f’ da lente, também conhecido como f-stop. Um número ‘f’
define quanta luz poderá atravessar uma lente.
O número ‘f’ é a proporção entre a distância focal da lente e o diâmetro da abertura ou da íris; ou
seja, número ‘f’ = distância focal/abertura.
Quanto menor for o número ‘f’ (seja uma distância focal curta em relação à abertura, ou uma
abertura grande em relação à distância focal), melhor será a capacidade de captura de luz da
lente; ou seja, mais luz atravessará a lente e chegará ao sensor de imagem. Em situações de baixa
luminosidade, um número f menor geralmente produz uma qualidade de imagem melhor. Entretanto, pode haver alguns sensores incapazes de aproveitar um número f mais baixo em situações
de pouca luminosidade devido à maneira como foram projetados. Um número f mais elevado, por
outro lado, aumenta a profundidade de campo. Isso é explicado na seção 3.2.6. Normalmente, uma
lente com número f mais baixo é mais cara que uma lente com número f mais alto.
Os números f são, muitas vezes, representados como F/x. A barra indica divisão. F/4 significa que o
diâmetro da íris é igual à distância focal dividida por 4; assim, se uma câmera tiver uma lente de 8
mm, a luz deve atravessar uma íris cuja abertura tem 2 mm de diâmetro. Embora as lentes com íris
de ajuste automático (íris DC) tenham um intervalo de números f, muitas vezes apenas a extremidade máxima de captura de luz do intervalo (o menor número f) é especificada. A capacidade de
captura de luz de uma lente, ou número f, e o tempo de exposição (ou seja, o tempo pelo qual um
sensor de imagem fica exposto à luz) são os dois elementos principais que definem a quantidade de
luz recebida por um sensor de imagem. Um terceiro elemento (ganho) é um amplificador usado para
clarear a imagem. Entretanto, o aumento do ganho também aumenta o nível de ruído (granularidade) de uma imagem. Portanto, é preferível ajustar o tempo de exposição ou a abertura da íris.
32 Capítulo 3 - Elementos das câmeras
Algumas câmeras da Axis permitem definir os limites de tempo de exposição e o ganho. Quanto
maior o tempo de exposição, mais luz o sensor de imagem receberá. Ambientes claros exigem um
tempo de exposição menor, ao passo que condições de baixa luminosidade exigem um tempo de
exposição maior. É importante saber que o aumento do tempo de exposição também possibilita
que a imagem fique desfocada, ao passo que o aumento da abertura da íris tem a desvantagem de
reduzir a profundidade de campo. Isso é explicado na seção 3.2.6 a seguir.
Para decidir sobre a exposição, recomendamos um tempo menor de exposição para movimentos
rápidos ou quando for necessária uma alta taxa de quadros de imagem (frame rate elevado). Um
tempo de exposição maior melhora a qualidade de imagem quando as condições de iluminação
não forem boas, mas pode deixar desfocadas imagens em movimento e reduzir a velocidade de
captura de imagens, pois é necessário mais tempo para expor cada quadro. Em algumas câmeras
de rede, um ajuste automático de exposição significa que a velocidade de captura aumenta ou
diminui de acordo com a quantidade de luz disponível. Apenas com a redução do nível de luminosidade é importante considerar o uso de iluminação artificial ou a priorização de uma velocidade
de captura maior ou de uma qualidade de imagem melhor.
Figura 3.2d Uma interface de usuário de câmera com opções para configurar, entre outras coisas, a exposição em
condições de baixa luminosidade.
3.2.5
Íris manual ou automática
Em ambientes internos, onde os níveis de luz possam ser constantes, pode ser usada uma lente
com íris manual. Esse tipo de lente possui ou um anel para ajustar a íris, ou a íris é fixada em um
determinado número f. A última é usada pela Axis em suas câmeras de rede para interiores. Uma
lente com íris automaticamente ajustável é recomendada para aplicações externas e onde a
iluminação da cena mude constantemente. A abertura da íris é controlada pela câmera, sendo
usada para manter o nível ideal de iluminação no sensor de imagem se não houver configurações
de exposição e ganho ou se essas configurações não forem usadas na câmera de rede. A íris
também pode ser usada para controlar a profundidade de campo (explicada na seção abaixo) e
para obter imagens mais nítidas. A maioria das lentes com íris automática é controlada pelo
Elementos das câmeras - Capítulo 3 33
processador da câmera através de corrente contínua (DC) e, portanto, são chamadas lentes de
“íris DC”. Todas as câmeras da Axis para exteriores, sejam elas fixas, domes fixas , PTZ ou domes
PTZ , usam lentes com íris DC ou íris automática.
3.2.6
Profundidade de campo
Um critério que pode ser importante para uma aplicação de vigilância por vídeo é a profundidade de campo. Profundidade de campo é a distância na frente e atrás do ponto focal onde os
objetos parecem nítidos simultaneamente. A profundidade de campo pode ser importante, por
exemplo, no monitoramento de um estacionamento, onde pode ser necessário identificar placas
de carros a 20, 30 e 50 metros (60, 90 e 150 pés) de distância. A profundidade de campo é afetada por três fatores: distância focal, diâmetro da íris e distância da câmera até o objeto. Uma
distância focal grande, uma abertura de íris grande ou uma distância curta entre a câmera e o
objeto limitam a profundidade de campo.
Ponto focal
Profundidade
de campo
Figura 3.2e Profundidade de campo: Imagine uma fila de pessoas em pé uma atrás da outra. Se o foco estiver no
meio da fila e for possível identificar os rostos de todos que estiverem a mais de 15 metros (45 pés) de distância na
frente e atrás do ponto médio, a profundidade de campo será adequada.
Figura 3.2f Abertura da íris e profundidade de campo. A ilustração acima é um exemplo da profundidade de campo
com diferentes números f e distância focal de 2 metros (7 pés). Um número f elevado (abertura de íris menor) permite focalizar objetos a uma distância maior. Dependendo do tamanho dos pixels, aberturas de íris muito pequenas
podem desfocar a imagem devido à difração.
34 Capítulo 3 - CElementos das câmeras
3.3
Sensores de imagem
Quando a luz atravessa uma lente, ela se concentra no sensor de imagem da câmera. Um sensor
de imagem é formado por muitos fotopontos, cada um correspondendo a um elemento de imagem, mais conhecido como “pixel”, no sensor de imagem. Cada pixel de um sensor de imagem
registra a quantidade de luz à qual ele é exposto, transformando-o em um número correspondente de elétrons. Quanto maior a intensidade da luz, mais elétrons são gerados.
Duas tecnologias principais podem ser usadas no sensor de imagem de uma câmera:
> CCD (dispositivo acoplado por carga)
> CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar)
Figura 3.3a Sensores de imagem: CCD (esquerda); CMOS (direita).
Embora os sensores CCD e CMOS sejam muitas vezes considerados rivais, cada um tem seus
pontos fortes e fracos que os tornam apropriados para diferentes aplicações. Os sensores de CCD
são produzidos com uma tecnologia desenvolvida especificamente para a indústria de câmeras.
Os primeiros sensores CMOS utilizavam uma tecnologia padrão que já era amplamente usada
nos chips de memória dos PCs, por exemplo. Os sensores CMOS de hoje utilizam uma tecnologia
mais especializada, e a qualidade dos sensores está aumentando rapidamente.
3.3.1
Tecnologia CCD
Os sensores CCD são usados em câmeras há mais de 30 anos, e oferecem muitas vantagens. Em
geral, eles ainda oferecem uma sensibilidade à luz ligeiramente melhor e geram um pouco menos
de ruído que os sensores CMOS. Uma sensibilidade maior à luz gera imagens melhores em condições de baixa luminosidade. Entretanto, os sensores CCD são mais caros e mais complexos de incorporar a uma câmera. Um CCD também pode consumir até 100 vezes mais energia que um
sensor CMOS equivalente.
3.3.2
Tecnologia CMOS
Avanços recentes nos sensores CMOS os estão aproximando dos sensores CCD em termos de
qualidade de imagem. Os sensores CMOS reduzem o custo total das câmeras, pois contêm toda
a lógica necessária para montar as câmeras com base neles. Em comparação com os CCDs, os
sensores CMOS oferecem mais possibilidades de integração e mais funções.
Elementos das câmeras - Capítulo 3 35
Os sensores de CMOS também apresentam uma saída mais rápida (o que é uma vantagem quando são necessárias imagens com resolução mais alta), menor dissipação de energia no chip, além
de reduzir as dimensões do sistema. Os sensores CMOS com resolução megapixel têm disponibilidade mais ampla e são mais econômicos que os sensores CCD megapixel.
3.3.3
Sensores megapixel
Por motivos de custo, muitos sensores megapixel (ou seja, sensores a partir de um milhão de pixels) em câmeras megapixel têm o mesmo tamanho ou são apenas um pouco maiores que os
sensores VGA com resolução de 640x480 (307.200) pixels. Isso significa que o tamanho de cada
pixel de um sensor megapixel é menor do que o pixel de um sensor VGA. Por exemplo, os pixels
de um sensor megapixel com 1/3 de polegada e 2 megapixels medem 3 μm (micrômetros/microns) cada. Em comparação, o pixel de um sensor VGA de 1/3 de polegada mede 7,5 μm. Assim,
embora a câmera megapixel ofereça uma resolução mais alta e mais detalhes, ela é menos sensível à luz que uma câmera VGA, pois seus pixels são menores e a luz refletida por um objeto se
dispersa por um número maior de pixels.
3.4
Técnicas de varredura de imagens
A varredura entrelaçada e a varredura progressiva são as duas técnicas disponíveis hoje em dia
para ler e exibir informações geradas por sensores de imagem. A varredura entrelaçada é usada
principalmente nos CCDs. A varredura progressiva é usada nos sensores CCD ou CMOS. As câmeras de rede podem usar qualquer uma dessas técnicas de varredura. Entretanto, as câmeras
analógicas podem usar apenas a técnica de varredura entrelaçada para transferir imagens por
um cabo coaxial e exibi-las em monitores analógicos.
3.4.1
Varredura entrelaçada
Quando uma imagem entrelaçada de um CCD é gerada, são gerados dois campos de linhas: um
que exibe as linhas ímpares, e outro que exibe as linhas pares. Entretanto, para criar o campo
ímpar, são combinadas informações das linhas pares e ímpares em um sensor CCD. O mesmo
vale para o campo par, no qual as informações das linhas pares e ímpares se combinam para
formar uma imagem em linhas alternadas.
Ao transmitir uma imagem entrelaçada, apenas a metade das linhas (alternadas entre pares e
ímpares) de uma imagem é enviada de cada vez, reduzindo pela metade a largura de banda
consumida. O monitor, por exemplo, um televisor tradicional, também deve usar a técnica entrelaçada. Primeiro as linhas ímpares, depois as linhas pares, são exibidas; em seguida, elas são
atualizadas alternadamente a 25 (PAL) ou 30 (NTSC) quadros por segundo para que o sistema
visual humano as interprete como imagens completas. Todos os formatos analógicos de vídeo e
alguns formatos HDTV modernos são entrelaçados. Embora a técnica de entrelaçamento crie
artefatos ou distorções em virtude de dados ‘desaparecidos’, eles não são muito perceptíveis em
um monitor entrelaçado.
36 Capítulo 3 - Elementos das câmeras
Entretanto, quando um vídeo entrelaçado é exibido em monitores com varredura progressiva
(como em monitores de computador, que varrem as linhas de uma imagem de maneira consecutiva), os artefatos passam a ser percebidos. Os artefatos, que podem ser vistos como “rasgos”,
são causados pelo ligeiro atraso entre as atualizações das linhas pares e ímpares, pois apenas
metade das linhas acompanha uma imagem em movimento, enquanto a outra metade espera
pela atualização. Isso pode ser percebido especialmente quando o vídeo é parado e um quadro
congelado do vídeo é analisado.
3.4.2
Varredura progressiva
Com um sensor de imagem de varredura progressiva, são obtidos os valores de cada pixel do
sensor e cada linha de dados de imagem é lida seqüencialmente, gerando uma imagem com
quadro completo. Em outras palavras, as imagens capturadas não são divididas em campos separados, como na varredura entrelaçada. Com a varredura progressiva, um quadro de imagem completo é enviado pela rede e, quando é exibido em um monitor de computador com varredura
progressiva, cada linha de uma imagem é colocada na tela, uma por vez, em perfeita ordem.
Portanto, os objetos em movimento são mais bem apresentados em telas de computador quando
a técnica de varredura progressiva é utilizada. Em uma aplicação de vigilância por vídeo, isso pode
ser fundamental para ver detalhes de um objeto em movimento (por exemplo, uma pessoa fugindo). A maioria das câmeras de rede da Axis usa a técnica de varredura progressiva.
1º campo: Linhas ímpares
2º campo: Linhas pares
[17/20 ms (NTSC/PAL) depois]
Ponto em movimento no
quadro congelado, usando
a varredura entrelaçada
Ponto em movimento no
quadro congelado, usando
a varredura progressiva
Figura 3.4a À esquerda, uma imagem de varredura entrelaçada exibida em um monitor progressivo (computador).
À direita, uma imagem de varredura progressiva em um monitor de computador.
Figura 3.4b À esquerda, uma imagem JPEG em tamanho completo (704x576 pixels) de uma câmera analógica
usando a varredura entrelaçada. À direita, uma imagem JPEG em tamanho completo (640x480 pixels) de uma câmera de rede da Axis usando a tecnologia de varredura progressiva. Ambas as câmeras usaram o mesmo tipo de lente e
a velocidade do carro era a mesma – 20 km/h (15 mph). O fundo é claro em ambas as imagens. Entretanto, o motorista pode ser visto apenas na imagem que utiliza a tecnologia de varredura progressiva.
Elementos das câmeras - Capítulo 3 37
3.5
Processamento de imagem
As câmeras de rede podem contar com três recursos para melhorar a qualidade da imagem:
compensação de iluminação traseira, zonas de exposição e faixa dinâmica ampla.
3.5.1
Compensação de iluminação traseira
Embora a exposição automática da câmera tente fazer com que o brilho de uma imagem se pareça
com o brilho de uma imagem visto pelo olho humano, ela pode ser facilmente enganada. Uma iluminação traseira intensa pode fazer com que os objetos em primeiro plano fiquem escuros. As câmeras de rede com compensação de iluminação traseira se esforçam por ignorar as áreas limitadas
com iluminação intensa, como se elas não existissem. Isso permite que os objetos em primeiro
plano sejam vistos, embora as áreas claras sofram superexposição. Essas situações de iluminação
também podem ser gerenciadas pelo aumento da faixa dinâmica da câmera, que será discutida na
seção 3.5.3 abaixo.
3.5.2
Zonas de exposição
Além de lidar com as áreas limitadas de alta intensidade de iluminação, a exposição automática
de uma câmera de rede também deve decidir que área de uma imagem deve determinar o valor
de exposição. Por exemplo, o primeiro plano (normalmente a parte inferior de uma imagem)
pode conter informações mais importantes que o segundo plano; por exemplo, o céu (normalmente a seção superior de uma imagem). As áreas menos importantes de uma cena não devem
determinar a exposição total. Em câmeras de rede avançadas da Axis, o usuário é capaz de usar
as zonas de exposição para selecionar a área de uma cena — centro, esquerda, direita, superior
ou inferior — que deve receber uma exposição mais correta.
3.5.3
Ampla faixa dinâmica (WDR – Wide Dynamic Range)
Algumas câmeras de rede da Axis oferecem a ampla faixa dinâmica para lidar com uma ampla
gama de condições de iluminação em uma cena. Em uma cena com áreas extremamente claras ou
escuras ou em situações com luz de fundo em que uma pessoa está na frente de uma janela clara,
uma câmera normal produziria uma imagem que deixaria pouco visíveis os objetos em áreas escuras. O ampla faixa dinâmica resolve este problema aplicando técnicas, como exposições diferentes
para objetos diferentes em uma cena, de modo a tornar objetos de áreas claras e escuras visíveis.
Figura 3.5a À esquerda, imagem sem ampla faixa dinâmica. À direita, imagem com a faixa dinâmica ampla aplicada.
38 Capítulo 3 - Elementos das câmeras
3.6
Instalação de uma câmera de rede
Quando uma câmera de rede é comprada, a maneira como ela é instalada é igualmente importante. Veja a seguir algumas recomendações sobre a melhor maneira de realizar uma vigilância
por vídeo de alta qualidade com base no posicionamento da câmera e em fatores ambientais.
>
Objetivo de vigilância. Se o objetivo for obter um panorama de uma área para acompanhar
o movimento de pessoas ou objetos, a câmera adequada à tarefa deverá ser posicionada de
forma a atingir esse objetivo. Se a intenção for identificar uma pessoa ou um objeto, a
câmera deverá ser posicionada ou focalizada de forma a capturar o nível de detalhes
necessário para fins de identificação. Autoridades policiais locais também podem estabelecer
diretrizes sobre a melhor maneira de posicionar uma câmera.
> Use muita luz, ou aumente a iluminação, se for necessário. Normalmente é fácil e econô mico acrescentar lâmpadas fortes em situações tanto internas como externas para criar as
condições de iluminação necessárias à captura de boas imagens.
> Evite a luz solar direta, pois ela “cega” a câmera e pode reduzir o desempenho do sensor de
imagem. Se possível, posicione a câmera com o sol por trás.
>
Evite a iluminação traseira. Esse problema ocorre normalmente quando se tenta capturar
um objeto na frente de uma janela. Para evitar esse problema, reposicione a câmera ou use
cortinas e feche as persianas, se possível. Se não for possível reposicionar a câmera,
acrescente iluminação frontal. As câmeras que operam com a faixa dinâmica ampla lidam
melhor com situações de iluminação traseira.
> Reduza a faixa dinâmica da cena. Em ambientes externos, imagens capturadas com muito
céu geram uma faixa dinâmica muito alta. Se a câmera não operar com a faixa dinâmica
ampla, a solução é instalá-la bem acima do solo, usando um poste, se necessário.
>
Ajuste os parâmetros da câmera. Às vezes, pode ser necessário ajustar os parâmetros de
equilíbrio de branco, brilho e nitidez para obter uma imagem ideal. Em situações de baixa
luminosidade, os usuários também devem dar prioridade à velocidade de captura (frame rate)
ou à qualidade da imagem.
>
Aspectos jurídicos. A vigilância por vídeo pode ser restrita ou proibida pelas leis, que variam
de um país para o outro. É recomendável analisar a legislação da região antes de instalar um
sistema de vigilância por vídeo. Talvez seja necessário, por exemplo, registrar ou obter uma
licença para realizar vigilância por vídeo, especialmente em áreas públicas. Pode ser necessária sinalização indicativa. As gravações em vídeo podem precisar do registro de data e hora
nas imagens. Pode haver normas quanto ao período de armazenamento das imagens. As
gravações de áudio podem ou não ser permitidas.
Proteção e caixas de proteção de câmeras - Capítulo 4 39
Proteção e caixas de proteção de câmeras
Geralmente, as câmeras de vigilância são geralmente colocadas em ambientes extremos.
As câmeras podem exigir proteção contra a chuva, ambientes quentes e frios, poeira,
substâncias corrosivas, vibrações e vandalismo. Os fabricantes de câmeras e acessórios
para câmeras utilizam vários métodos para enfrentar esses desafios ambientais. Entre
as soluções estão colocar as câmeras em caixas de proteção separados, projetar caixas
para câmera especiais, e/ou usar algoritmos inteligentes capazes de detectar e alertar os
usuários sobre mudanças nas condições de operação de uma câmera. As seções abaixo
abordam tópicos como proteções, posicionamento de câmeras fixas em caixas, proteção
ambiental, proteção contra vandalismo e adulteração, e tipos de fixação.
4.1
Caixas de proteção de câmeras em geral
Quando o ambiente exigir mais das condições de operação originais de uma câmera, são necessários caixas de proteção . As caixas de proteção de câmeras estão disponíveis em diferentes
tamanhos e qualidades, e oferecem diferentes recursos. As caixas são feitos de metal ou plástico, e podem ser classificados em dois tipos gerais: caixas para câmeras fixas e caixas para câmeras dome. Alguns fatores devem ser levados em consideração para selecionar uma caixa de
proteção, entre eles:
>
>
>
>
>
>
>
Abertura lateral ou deslizante (para alojamentos de câmeras fixas)
Ferragens de fixação
Bolha transparente ou fumê (para caixas de proteção para cameras dome)
Organização dos cabos
Temperatura e outros fatores (considere a necessidade de um aquecedor, pára-sol, ventilador
e limpadores)
Fonte de alimentação (12 V, 24 V, 110 V, etc.)
Nível de resistência a vandalismo
Algumas caixas também possuem periféricos, como antenas para aplicações sem fio. Uma antena externa é necessária apenas se a caixa for fabricado em metal. Uma câmera sem fio dentro
de uma caixas de proteção de plástico funciona sem uma antena externa.
40 Capítulo 4 - Proteção e caixas de proteção de câmeras
4.2
Proteção transparente
A “janela” ou proteção transparente de um caixas de proteção é normalmente feita de vidro de alta
qualidade ou policarbonato durável. Uma vez que as janelas funcionam como lentes ópticas, elas
devem ser de alta qualidade para reduzir seu efeito sobre a qualidade da imagem. Quando houver
imperfeições inerentes no material transparente, a clareza ficará comprometida.
As exigências são maiores para as janelas das caixas de proteção de câmeras PTZ e câmeras dome
PTZ. As janelas não apenas precisam ter o formato especial de bolha, mas também precisam apresentar alta claridade, pois imperfeições como partículas de poeira podem ser ampliadas, especialmente quando forem instaladas câmeras com altos fatores de aproximação (zoom). Além disso, se
a espessura da janela for desigual, uma linha reta poderá aparecer como curva na imagem resultante. Uma bolha de alta qualidade deve afetar muito pouco a qualidade da imagem, independentemente o nível de zoom e a posição da lente da câmera.
A espessura de uma bolha pode ser maior para suportar impactos fortes, mas quanto maior a espessura da proteção, maiores serão as chances de haver imperfeições. O aumento da espessura
também pode criar reflexos e refrações de luz indesejáveis. Portanto, proteções mais espessas devem atender a requisitos mais rigorosos caso seja necessário reduzir o efeito sobre a qualidade de
imagem.
Várias cúpulas ou bolhas estão disponíveis, nas versões transparente ou fumê. Embora as versões
fumê permitam uma instalação mais discreta, elas também agem como óculos de sol, reduzindo a
quantidade de luz à disposição da câmera. Portanto, ela afetará a sensibilidade da câmera à luz.
4.3
Posicionando uma câmera fixa em uma caixa de proteção
Ao instalar uma câmera fixa em uma caixa de proteção, é importante que a lente da câmera seja
posicionada bem rente à janela para evitar ofuscamento. Caso contrário, aparecerão reflexos da
câmera e do fundo na imagem. Para reduzir os reflexos, podem ser aplicados revestimentos especiais sobre qualquer vidro usado diante da lente.
Vidro
xo
fle
Re
BOM
Vidro
xo
fle
Re
RUIM
Figura 4.3a Ao instalar uma câmera atrás de um vidro, o posicionamento correto da câmera passa a ser importante
para evitar reflexos.
Proteção e caixas de proteção de câmeras - Capítulo 4 41
4.4
Proteção ambiental
As principais ameaças do ambiente a uma câmera — especialmente às câmeras instaladas em
exteriores — são o frio, o calor, a água e a poeira. Podem ser usados caixas de proteção com
aquecedores e ventiladores (ventoinhas) internos em ambientes com temperaturas altas ou baixas. Em ambientes quentes, as câmeras podem ser colocadas em proteções com refrigeração
ativa e um conversor de calor separado.
Para suportar água e poeira, as caixas de proteção (muitas vezes da categoria IP66) são cuidadosamente vedados. Nas situações em que as câmeras possam ficar expostas a ácidos, como na
indústria de alimentos, são necessários caixas de proteção de aço inoxidável. Algumas caixas de
proteção especializadas podem ser pressurizados, submergíveis, blindados ou projetados para
instalação em localidades potencialmente explosivas. Proteções especiais também podem ser
necessárias por motivos estéticos.
Outros elementos do ambiente são o vento e o tráfego. Para reduzir as vibrações, especialmente
em câmeras instaladas em postes, o alojamento deve ser pequeno e fixado com firmeza.
Freqüentemente, os termos “caixas de proteção para interiores” e “caixas de proteção para exteriores” se referem ao nível de proteção ambiental. Uma caixa de proteção para interiores é usado
principalmente para evitar a entrada de poeira e não inclui um aquecedor e/ou uma ventoinha. Os
termos são enganosos, pois a localização, seja ela interna ou externa, nem sempre corresponde às
condições de um local de instalação. Uma câmera instalada em uma sala frigorífica, por exemplo,
exige uma “caixa de proteção para exteriores” com aquecedor incorporado.
O nível de proteção proporcionado pelas proteções, sejam elas internas ou separadas da câmera,
é freqüentemente indicado por classificações definidas por normas como a IP (Ingress Protec¬tion,
“Proteção contra Entrada”, às vezes conhecida também como Proteção Internacional) válidas em
todo o mundo; e a NEMA (National Electrical Manufacturers Association, “Associação Nacional
de Fabricantes Elétricos”) nos EUA, e as classificações IK para impactos mecânicos externos,
válidas na Europa. Quando for necessário instalar uma câmera em um ambiente potencialmente
explosivo, outras normas entram em cena — como a IECEx, que é uma certificação global, e a
ATEX, uma certificação européia. Para saber mais sobre classificações IP, visite: www.axis.com/
products/cam_housing/ip66.htm
4.5
Proteção contra vândalos e adulteração
Em algumas aplicações de vigilância, as câmeras correm o risco de ataques hostis e violentos.
Embora uma câmera ou um alojamento nunca possa garantir 100% de proteção contra comportamentos destrutivos em qualquer situação, o vandalismo pode ser atenuado se alguns aspectos
forem considerados: projeto da câmera/da caixa de proteção, fixação, posicionamento e uso de
alarmes inteligentes de vídeo.
42 Capítulo 4 - Proteção e caixas de proteção de câmeras
4.5.1
Projeto da câmera/da caixa de proteção
Os invólucros e os componentes relacionados feitos de metal proporcionam uma proteção melhor
contra vandalismo do que os que são fabricados em plástico. O formato da caixa de proteção ou
da câmera é outro fator. Uma caixa de proteção ou uma câmera fixa tradicional que se projeta
de uma parede ou do teto é mais vulnerável a ataques (por exemplo, chutes ou impactos) do que
caixas de proteção ou invólucros com design mais discreto para uma câmera dome fixa ou uma
câmera dome PTZ. A proteção lisa e arredondada de uma cúpula fixa ou de uma cúpula PTZ dificulta, por exemplo, o bloqueio da visão da câmera com a colocação de um pedaço de tecido sobre
a câmera. Quanto mais uma caixa de proteção ou uma câmera se mesclar com o ambiente ou
estiver disfarçada com outra coisa que não seja uma câmera — por exemplo, uma lâmpada externa — melhor será a proteção contra o vandalismo.
Figura 4.5a Exemplos de caixas de proteção de câmeras fixas. Apenas as caixas de proteção do meio e da direita são
classificados como resistentes a vandalismo.
Figura 4.5b Exemplos de caixas de proteção resistentes a vandalismo para uma câmera de rede fixa pequena ou
compacta (à esquerda), para uma câmera de rede dome fixa (meio) e para uma câmera dome PTZ (à direita).
4.5.2
Fixação
A forma de fixação das câmeras e das caixas de proteção também é importante. Uma câmera de
rede fixa tradicional e uma câmera dome PTZ , cuja fixação é realizada na superfície do teto, são
mais vulneráveis a ataques do que uma câmera dome fixa ou uma câmera dome PTZ instalada
rente ao teto ou à parede, quando apenas a parte transparente da câmera ou da caixa de proteção
ficar visível.
Figuras 4.5c Exemplos de caixas de proteção com fixação rente ao teto para câmeras de rede fixas.
Proteção e caixas de proteção de câmeras - Capítulo 4 43
Outro fator importante é a fixação do cabeamento da câmera. A melhor proteção ocorre quando
o cabo é puxado diretamente através da parede ou do teto, por trás da câmera. Dessa forma, não
haverá cabos visíveis para serem manuseados indevidamente. Se isso não for possível, um conduíte metálico deve ser usado para proteger os cabos contra ataques.
4.5.3
Posicionamento das câmeras
O posicionamento das câmeras também é um fator importante para evitar o vandalismo. Se as
câmeras forem posicionadas fora do alcance, em paredes altas, ou no teto, muitos ataques impulsivos poderão ser evitados. A desvantagem pode ser o ângulo de visão, que, de certa forma,
pode ser compensado pela escolha de uma lente diferente.
4.5.4
Vídeo inteligente
O recurso de alarme ativo contra adulteração da Axis ajuda a proteger as câmeras contra o
vandalismo. Ele pode detectar se uma câmera foi redirecionada, ofuscada ou adulterada, e enviar alarmes aos operadores. Isso é especialmente útil em instalações com centenas de câmeras
em ambientes exigentes nos quais é difícil controlar se todas as câmeras estão funcionando
corretamente. Isso também é útil em situações nas quais não ocorre visualização ao vivo e os
operadores podem ser avisados quando as câmeras foram manuseadas indevidamente.
4.6
Tipos de fixação
As câmeras precisam ser colocadas em vários tipos de lugares, e requerem fixações de diversos
tipos.
4.6.1
Fixação no teto
A fixação no teto é usada principalmente em instalações internas. O alojamento em si pode ser:
>
>
>
Fixação na superfície: fixação direta sobre a superfície do teto e, portanto, completamente
visível.
Fixação rente: fixação dentro do teto, ficando visíveis apenas as partes da câmera e do
alojamento (normalmente a bolha).
Fixação suspensa: alojamento que pende do teto, como um lustre.
Figura 4.6a Exemplo de fixação na superfície (esquerda), fixação rente (meio) e fixação suspensa (direita).
44 Capítulo 4 - Proteção e caixas de proteção de câmeras
4.6.2
Fixação em paredes
A fixação em paredes é usada freqüentemente para instalar câmeras dentro ou fora de edificações. A caixa de proteção é conectado a um braço, o qual é fixado na parede. Fixações avançadas têm uma manga para cabeamento interno, a fim de proteger o cabeamento. Para instalar
uma caixa de proteção no canto de um edifício, pode-se usar uma fixação normal em parede
junto com uma cantoneira adicional. Outras fixações especiais podem ser uma fixação suspensa,
que permite a instalação de uma câmera de rede fixa com estilo semelhante a um caixa de
proteção para dome PTZ.
Figura 4.6b Exemplo de fixação em parede com um kit de fixação suspensa para uma câmera dome fixa.
4.6.3
Instalações em postes
A instalação em um poste é usada principalmente junto com uma câmera PTZ em locais como
um estacionamento. Esse tipo de fixação normalmente leva em conta o impacto do vento. As
dimensões do poste e da própria fixação devem ser projetadas para reduzir as vibrações. Muitas
vezes, os cabos ficam embutidos dentro do poste, e as saídas devem ser adequadamente vedadas. Câmeras dome PTZ mais avançadas possuem um recurso incorporado de estabilização
eletrônica de imagens para limitar os efeitos do vento e das vibrações.
4.6.4
Fixação em parapeitos
As fixações em parapeitos são usadas em caixas de proteção para instalação no teto ou para
erguer a câmera a fim de melhorar o ângulo de visão.
Figura 4.6c Exemplo de fixação em parapeito.
A Axis possui uma ferramenta online que ajuda os usuários a identificar os acessórios corretos
de caixa de proteção e fixação necessários. Visite www.axis.com/products/video/accessories/
configurator/
Codificadores de vídeo - Capítulo 5 45
Codificadores de vídeo
Os codificadores de vídeo, também conhecidos como servidores de vídeo, permitem
que um sistema de vigilância por vídeo analógico de CCTV existente seja integrado
a um sistema de vídeo em rede. Os codificadores de vídeo desempenham um papel
significativo em instalações nas quais é necessário manter muitas câmeras analógicas.
Este capítulo descreve o que é um codificador de vídeo e seus benefícios, e apresenta
um panorama dos seus componentes e dos diferentes tipos de codificadores de vídeo
à disposição. Também apresentamos uma discussão rápida sobre técnicas de desentrelaçamento, além de uma seção sobre decodificadores de vídeo.
5.1
O que é um codificador de vídeo?
Um codificador de vídeo permite que um sistema de CCTV analógico seja integrado a um sistema
de vídeo em rede. Ele permite que os usuários contem com as vantagens do vídeo em rede sem
precisar descartar o equipamento analógico que já possuem, como câmeras analógicas de CCTV e
cabeamento coaxial. Um codificador de vídeo se conecta a uma câmera analógica através de um
cabo coaxial e converte os sinais de vídeo analógicos em fluxos de vídeo digital que, então, são
enviados por uma rede IP com ou sem fio (por exemplo, LAN, WLAN ou Internet). Para ver e/ou
gravar o vídeo digital, podem ser usados monitores de computador e PCs em vez de DVRs ou VCRs
e monitores analógicos.
Câmeras de rede Axis
Casa
Escritório
I/O
AUDIO
1
2
3
4
5
6
OUT
IN
Codificadores de vídeo Axis
PS1
NETWORK
PS2
ACTIVITY
1
2
3
LOOP
4
FANS
0 -
REDE IP
INTERNET
Navegador
da Web
Power-one
FNP 30
100-240 AC
50-50 Hz
4-2 A
AC
0 -
Power-one
FNP 30
AXIS Q7900 Rack
100-240
50-50 Hz
4-2 A
AC
POWER
POWER
AXIS Q7406
Video Encoder
Blade
AXIS Q7406
Video Encoder
Blade
POWER
AXIS 292
Network Video Decoder
STATUS
Computador com
software de
gerenciamento
de vídeo
NETWORK
Computador
com navegador
da Web
VIDEO
Câmeras
analógicas
VIDEO
ON/OFF
Decodificador
de vídeo Axis
Monitor
analógico
Figura 5.1a Ilustração de como as câmeras de vídeo analógicas e os monitores analógicos podem ser integrados a
um sistema de vídeo em rede através de codificadores e decodificadores de vídeo.
46 Capítulo 5 - Codificadores de vídeo
Através de codificadores de vídeo, é possível acessar remotamente e controlar por uma rede IP
câmeras de vídeo analógicas de todos os tipos, como fixas, internas/externas, com cúpula, pan/tilt/
zoom, e câmeras especiais, como câmeras térmicas de alta sensibilidade e câmeras para microscópio. Um codificador de vídeo também oferece outras vantagens, tais como gerenciamento de
eventos e funções de vídeo inteligente, além de medidas avançadas de segurança. Além disso, ele
proporciona escalabilidade e facilidade de integração com outros sistemas de segurança.
Entrada analógica
Ethernet (PoE)
Áudio
E/S
RS-422
RS-485
Alimentação
Figura 5.1b Um codificador de vídeo autônomo de canal único com áudio, conectores de E/S (entrada/saída) para
controle de dispositivos externos, como sensores e alarmes, portas seriais (RS-422/485) para controlar câmeras PTZ
analógicas, e conexão Ethernet que permite Power over Ethernet (PoE).
5.1.1
Componentes dos codificadores de vídeo e considerações
Os codificadores de vídeo da Axis oferecem muitas das mesmas funções disponíveis em câmeras
de rede. Alguns dos principais componentes de um codificador de vídeo são os seguintes:
> Entrada de vídeo analógico para conexão de uma câmera analógica através de um cabo
coaxial.
>
Processador para executar o sistema operacional do codificador de vídeo, funções de rede e
segurança, para codificar vídeo analógico através de vários formatos de compactação e para
análise de vídeo. O processador determina a velocidade de um codificador de vídeo, normalmente medida em quadros por segundo na resolução mais alta. Codificadores de vídeo avançados podem oferecer total taxa de quadros (30 quadros por segundo com câmeras analógicas
no padrão NTSC, ou 25 quadros por segundo com câmeras analógicas no padrão PAL) na re
solução mais alta em todos os canais de vídeo. Os codificadores de vídeo da Axis também
possuem detecção automática para reconhecer automaticamente se o sinal de vídeo analógico
recebido está no padrão NTSC ou PAL. Para saber mais sobre as resoluções em NTSC e PAL,
consulte o Capítulo 6.
> Memória para armazenar o firmware (programa de computador) utilizando Flash, além de
armazenamento temporário (buffering) de seqüências de vídeo (utilizando RAM).
> Porta Ethernet/PoE (Power over Ethernet) para conexão a uma rede IP para enviar e receber
dados e para alimentar a unidade e a câmera conectada, caso a Power over Ethernet seja
permitida. Para saber mais sobre a Power over Ethernet, consulte o Capítulo 9.
Codificadores de vídeo - Capítulo 5 47
> Uma porta serial (RS-232/422/485) é freqüentemente usada para controlar as funções de
pan/tilt/zoom de uma câmera PTZ analógica.
> Conectores de entrada/saída para conectar dispositivos externos; por exemplo, sensores para
detectar um evento de alarme, e relês para ativar, por exemplo, luzes para reagir a um evento.
> Entrada de áudio para conexão de um microfone ou equipamentos de entrada de linha, ou
saída de áudio para conexão a alto-falantes.
Os codificadores de vídeo para sistemas profissionais devem atender a uma alta demanda por
confiabilidade e qualidade. Entre os outros fatores na escolha de um codificador de vídeo estão o
número de canais analógicos suportados, qualidade de imagem, formatos de compactação, resolução, taxa de quadros e recursos como pan/tilt/zoom, áudio, gerenciamento de eventos, vídeo
inteligente, Power over Ethernet e funções de segurança.
5.1.2
Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente
Uma das principais vantagens dos codificadores de vídeo da Axis é a capacidade de gerenciar
eventos e suas funções de vídeo inteligente, recursos que não existem em um sistema de vídeo
analógico. Recursos incorporados de vídeo inteligente, como detecção de movimento no vídeo em
várias janelas, detecção de áudio e alarme ativo contra adulteração, além de portas de entrada
para sensores externos, permitem que um sistema de vigilância por vídeo em rede fique constantemente alerta para detectar um evento. Assim que um evento é detectado, o sistema pode responder automaticamente com ações que podem incluir gravação de vídeo, envio de alertas por
e-mail e SMS, por exemplo, acender luzes, abrir ou fechar portas e emitir alarmes. Para saber mais
sobre gerenciamento de eventos e vídeo inteligente, consulte o Capítulo 11.
5.2
Codificadores de vídeo autônomos
O tipo mais comum de codificador de vídeo é a versão autônoma, que oferece um ou mais (muitas vezes quatro) canais para conexão a câmeras analógicas. Um codificador de vídeo multicanal
é ideal em situações nas quais existem várias câmeras analógicas localizadas em uma unidade
remota ou em um lugar que esteja a uma distância razoável de uma sala central de monitoramento. Através do codificador de vídeo multicanal, os sinais de vídeo das câmeras remotas podem compartilhar o mesmo cabo de rede, reduzindo, assim, os custos de cabeamento.
Nos casos em que foram efetuados investimentos em câmeras analógicas, mas ainda sem a
instalação de cabos coaxiais, é melhor usar e posicionar codificadores de vídeo autônomos perto das câmeras analógicas. Isso reduz os custos de instalação porque dispensa a passagem de
novos cabos coaxiais até um ponto central, uma vez que o vídeo pode ser enviado por uma rede
Ethernet. Isso também elimina a perda de qualidade de imagem que ocorreria se o vídeo fosse
transmitido a longas distâncias através de cabos coaxiais. Com cabos coaxiais, quanto maior a
distância percorrida pelos sinais, menor a qualidade do vídeo. Um codificador de vídeo gera
imagens digitais e, portanto, não há queda na qualidade da imagem devido à distância percorrida por um fluxo de vídeo digital.
48 Capítulo 5 - Codificadores de vídeo
Figura 5.2a Ilustração de como um codificador de vídeo pequeno de canal único pode ser posicionado ao lado de uma
câmera analógica em um alojamento de câmera.
5.3
Codificadores de vídeo instalados em rack
Codificadores de vídeo instalados em racks são vantajosos quando há um grande número de
câmeras analógicas com cabos coaxiais conectados a uma sala de controle dedicada. Eles permitem a conexão e o gerenciamento de muitas câmeras analógicas a partir de um único rack
centralizado. Um rack permite a instalação de várias placas diferentes de codificadores de vídeo
e, assim, constituem uma solução flexível, expansível e de alta densidade. Uma placa codificadora de vídeo pode receber a conexão de uma, quatro ou seis câmeras analógicas. Uma placa
pode ser considerada como um codificador de vídeo sem invólucro, embora não funcione de
maneira autônoma; ela precisa ser instalada em um rack para funcionar.
Figura 5.3a Quando o Rack AXIS Q7900 (mostrado aqui) está totalmente equipado com placas codificadoras de
vídeo de 6 canais, ele pode receber a conexão de até 84 câmeras analógicas.
Os racks de codificadores de vídeo da Axis oferecem recursos como hot swapping de placas, ou seja,
as placas podem ser retiradas ou instaladas sem a necessidade de desligar o rack. Os racks também
oferecem conectores de comunicação serial e de entrada/saída para cada placa codificadora de
vídeo, além de uma fonte de alimentação única e conexões compartilhadas de rede Ethernet.
5.4
Codificadores de vídeo com câmeras PTZ e câmeras PTZ com cúpula
Em um sistema de vídeo em rede, os comandos de pan/tilt/zoom que saem de uma placa de controle são transmitidos pela mesma rede |IP que a transmissão de vídeo, e são encaminhados para
a câmera PTZ analógica ou a câmera PTZ com cúpula através da porta serial do codificador de vídeo
Codificadores de vídeo - Capítulo 5 49
(RS-232/422/485). Portanto, os codificadores de vídeo permitem que as câmeras PTZ analógicas
sejam controladas a longas distâncias, até mesmo através da Internet. Em um sistema de CCTV
analógico, cada câmera PTZ exigiria uma fiação serial separada e dedicada saindo da placa de
controle — com joystick e outros botões de controle — até chegar à câmera. Para controlar uma
câmera PTZ específica, um driver deve ser instalado no codificador de vídeo. Muitos fabricantes de
codificadores de vídeo fornecem drivers PTZ para a maioria das câmeras PTZ e câmeras PTZ com
cúpula PTZ analógicas. Um driver de PTZ também pode ser instalado no PC onde o software de
gerenciamento de vídeo está instalado, caso a porta serial do codificador de vídeo esteja configurada como um servidor serial que simplesmente transmite os comandos.
Par trançado
RS-485
I/O
IO
AUD
1
2
3
4
5
6
OUT
IN
Cabo coaxial
Câmera analógica
com cúpula
Codificador de vídeo
REDE IP
Estação de trabalho (PC)
Joystick
Figura 5.4a Uma câmera PTZ analógica com cúpula pode ser controlada através da porta serial do codificador
de vídeo (por exemplo, RS-485), permitindo seu controle remoto através de uma rede IP.
A porta serial mais comum para controlar funções de PTZ é a RS-485. Uma das vantagens da RS485 é que ela permite controlar várias câmeras PTZ com cabos de par trançado em uma conexão
em “margarida” de uma câmera com cúpula para a câmera seguinte. A distância máxima de um
cabo RS-485, sem o uso de um repetidor, é de 1.220 metros (4.000 pés) com velocidade de transmissão de dados de até 90 kbit/s.
5.5
Técnicas de desentrelaçamento
O vídeo das câmeras analógicas foi projetado para ser visto em monitores analógicos, como
televisores tradicionais, que usam uma técnica conhecida como “varredura entrelaçada”. Com a
varredura entrelaçada, dois campos entrelaçados consecu¬tivos de linhas são exibidos para
formar uma imagem. Quando esse vídeo é exibido na tela de um computador, que usa uma
técnica diferente chamada “varredura progressiva”, os efeitos de entrelaçamento (ou seja, separação ou “efeito pente”) dos objetos em movimento podem ser vistos. Para reduzir os efeitos
indesejáveis do entrelaçamento, podem ser usadas diferentes técnicas de desentrelaçamento.
Nos codificadores de vídeo avançados da Axis, os usuários podem escolher entre duas técnicas
diferentes de desentrelaçamento: interpolação adaptável e fusão.
Figura 5.5a À esquerda, ampliação de uma imagem entrelaçada exibida em uma tela de computador; à direita, a
mesma imagem entrelaçada com a técnica de desentrelaçamento aplicada.
50 Capítulo 5 - Codificadores de vídeo
A interpolação adaptável gera a melhor qualidade de imagem. A técnica envolve o uso de apenas um dos dois campos consecutivos e o uso da interpolação para criar o outro campo de linhas
para formar uma imagem completa.
A fusão envolve a combinação de dois campos consecutivos e a sua exibição como uma única
imagem para que todos os campos sejam apresentados. Em seguida, eliminam-se os artefatos de
movimento ou o “efeito pente” causado pelo fato de que dois campos foram capturados em
momentos ligeiramente diferentes. A técnica de fusão não consome tanto processamento quanto a interpolação adaptável.
5.6
Decodificador de vídeo
Um decodificador de vídeo decodifica o vídeo e o áudio digitais provenientes de um codificador
de vídeo ou de uma câmera de rede em sinais analógicos, que, então, podem ser usados por monitores analógicos, como televisores comuns e switches de vídeo. Um caso típico ocorre em um
ambiente de loja, no qual o usuário pode querer usar monitores tradicionais em espaços públicos
para demonstrar que a loja possui vigilância por vídeo.
Outra aplicação comum dos decodificadores de vídeo é usá-los em uma configuração analógicopara-digital-para-analógico, para transporte de vídeo a longas distâncias. A qualidade do vídeo
digital não é afetada pela distância percorrida, o que não ocorre quando sinais analógicos são
enviados a longas distâncias. A única desvantagem pode ser uma certa latência, de 100 ms a alguns segundos, dependendo da distância e da qualidade da rede entre os pontos.
I/O
4
5
6
Câmera
analógica
Codificador de
vídeo Axis
AXIS 292
Network Video Decoder
POWER
3
STATUS
2
NETWORK
1
OUT
VIDEO
IO
AUD
IN
VIDEO
ON/OFF
Decodificador
de vídeo Axis
Monitor analógico
Figura 5.6a Um codificador e um decodificador podem ser usados para transmitir vídeo a longas distâncias, de uma
câmera analógica para um monitor analógico.
Um decodificador de vídeo é capaz de decodificar e exibir imagens de muitas câmeras de maneira seqüencial; ou seja, decodificar e exibir imagens de uma câmera por alguns segundos antes
de mudar para a outra, e assim por diante.
Resoluções - Capítulo 6 51
Resoluções
A resolução é semelhante tanto no mundo analógico como no mundo digital, mas
existem algumas diferenças importantes na maneira como ela é definida. No vídeo
analógico, uma imagem é formada por linhas, ou linhas de TV, pois a tecnologia de
vídeo analógico é derivada do setor de televisão. Em um sistema digital, a imagem é
formada por pixels quadrados. As seções a seguir descrevem as diferentes resoluções
que o vídeo em rede pode gerar. São elas: NTSC, PAL, VGA, megapixel e HDTV.
6.1NTSC and PAL resolutions
As resoluções NTSC (National Television System Comitê, Comitê Nacional de Sistemas de Televisão) e PAL (Phase Alternating Line, Linha de Fase Alternante) são padrões de vídeo analógico.
Elas servem para o vídeo em rede porque os codificadores de vídeo geram essas resoluções ao
digitalizar os sinais provenientes das câmeras analógicas. As atuais câmeras de rede PTZ e câmeras de rede PTZ com cúpula também geram as resoluções NTSC e PAL, pois elas utilizam
atualmente um bloco de câmera (que incorpora as funções de câmera, zoom, foco automático
e íris automática) feito para câmeras de vídeo analógico, junto com uma placa codificadora de
vídeo incorporada.
Na América do Norte e no Japão, o padrão NTSC é o padrão predominante de vídeo analógico,
ao passo que a Europa e muitos países asiáticos e africanos utilizam o padrão PAL. Ambos os
padrões foram criados pelo setor de televisão. O NTSC tem uma resolução de 480 linhas e utiliza uma velocidade de atualização de 60 campos entrelaçados por segundo (ou 30 quadros
completos por segundo). Uma nova convenção de nomenclatura para este padrão, que define o
número de linhas, o tipo de varredura e a velocidade de atualização, é 480i60 (“i” significa
‘interlaced scanning’ ou ‘varredura entrelaçada’). O padrão PAL tem uma resolução de 576 linhas e utiliza uma velocidade de atualização de 50 campos entrelaçados por segundo (ou 25
quadros completos por segundo). A nova convenção de nomenclatura deste padrão é 576i50. A
quantidade total de informação por segundo é a mesma em ambos os padrões.
Quando o vídeo analógico é digitalizado, a quantidade máxima de pixels que pode ser criada
depende do número de linhas de TV disponíveis para digitalização. Normalmente, o tamanho
máximo de uma imagem digitalizada é D1, e a resolução mais usada é a 4CIF.
52 Capítulo 6 - Resoluções
D1 720 x 576
D1 720 x 480
Exibido na tela de um computador, o vídeo analógico digitalizado pode apresentar efeitos de
entrelaçamento (por exemplo, divisão) e as formas podem ficar ligeiramente deslocadas, pois os
pixels gerados talvez não se adaptem aos pixels quadrados da tela do computador. Os efeitos
do entrelaçamento podem ser reduzidos com técnicas de desentrelaçamento (consulte o Capítulo 5), ao passo que a correção da proporção de aspecto pode ser aplicada ao vídeo antes da
sua exibição, garantindo, por exemplo, que um círculo em uma imagem analógica continue
sendo um círculo quando for exibido em uma tela de computador.
4CIF 704 x 480
4CIF 704 x 576
2CIF 704 x 288
2CIF 704 x 240
CIF 352 x 288
CIF 352 x 240
QCIF 176 x 144
QCIF 176 x 120
Figura 6.1a À esquerda, diferentes resoluções de imagem em NTSC. À direita, diferentes resoluções de imagem em PAL.
6.2
Resoluções VGA
Com sistemas 100% digitais baseados em câmeras de rede, é possível gerar as resoluções derivadas da indústria da informática, padronizadas em todo o mundo, aumentando a flexibilidade.
As limitações dos padrões NTSC e PAL passam a ser irrelevantes.
O VGA (Matriz Videográfica) é um sistema de exibição de gráficos para PCs, desenvolvido originalmente pela IBM. A resolução é definida em 640x480 pixels, que é um formato comum usado
pelas câmeras de rede que não são megapixel. A resolução VGA é normalmente mais adequada
às câmeras de rede, pois o vídeo em VGA gera pixels quadrados que correspondem aos pixels das
telas dos computadores. Os monitores de computador podem operar com resoluções VGA ou
múltiplos de VGA.
Formato de exibição
Pixels
QVGA (SIF)
320x240
VGA
640x480
SVGA
800x600
XVGA
1024x768
4x VGA
1280x960
Tabela 6.2 Resoluções VGA.
Resoluções - Capítulo 6 53
6.3
Resoluções megapixel
Uma câmera de rede com resolução megapixel utiliza um sensor megapixel para gerar uma
imagem com milhão de pixels ou mais. Quanto mais pixels um sensor tiver, maior será a possibilidade de captar detalhes mais refinados e gerar imagens de melhor qualidade. As câmeras de
rede megapixel podem ser usadas para permitir que os usuários vejam mais detalhes (ideal para
identificação de pessoas e objetos) ou para ver uma área maior de uma cena. Essa vantagem é
um fator importante em aplicações de vigilância por vídeo.
Formato de exibição
Nº de megapixels
Pixels
SXGA
1,3 megapixels
1280x1024
SXGA+ (EXGA)
1,4 megapixels
1400x1050
UXGA
1,9 megapixels
1600x1200
WUXGA
2,3 megapixels
1920x1200
QXGA
3,1 megapixels
2048x1536
WQXGA
4,1 megapixels
2560x1600
QSXGA
5,2 megapixels
2560x2048
Tabela 6.3 Alguns formatos megapixel.
A resolução megapixel é uma área em que as câmeras de rede se destacam em relação às câmeras analógicas. A resolução máxima gerada por uma câmera analógica convencional após a digitalização do sinal de vídeo em um gravador de vídeo digital ou codificador de vídeo é D1, ou
seja, 720x480 pixels (NTSC) ou 720x576 pixels (PAL). A resolução D1 corresponde a no máximo
414.720 pixels, ou 0,4 megapixel. Em comparação, um formato megapixel comum de 1280x1024
pixels gera uma resolução de 1,3 mega¬pixels. Isso é mais de 3 vezes a resolução gerada pelas
câmeras analógicas de CCTV. Também existem câmeras de rede com resoluções de 2 e 3 megapixels, e podemos esperar resoluções ainda mais altas no futuro.
A resolução megapixel também é mais flexível, pois pode gerar imagens com diferentes proporções de aspecto. A proporção de aspecto é a proporção da largura de uma imagem em relação à
sua altura. Um monitor de TV convencional exibe uma imagem com proporção de aspecto de 4:3.
As câmeras de rede mega¬pixel da Axis podem oferecer a mesma proporção, além de outras, tais
como 16:9. A van¬tagem de uma proporção de aspecto de 16:9 é que detalhes de menor importância, normalmente localizados nas partes superior e inferior de uma imagem com tamanho
convencional, não estão presentes e, portanto, é possível reduzir a largura de banda e o espaço
de armazenamento necessários.
54 Capítulo 6 - Resoluções
4:3
16:9
Figura 6.3a Ilustração das proporções 4:3 e 16:9.
6.4
Resoluções de Televisão de Alta Definição (HDTV)
A HDTV gera uma resolução até cinco vezes maior do que a TV analógica comum. A HDTV também oferece melhor fidelidade de cor, além do formato 16:9. Definidos pela SMPTE (Sociedade
de Engenheiros de Cinema e Televisão), os dois padrões mais importantes de HDTV são o SMPTE
296M e o SMPTE 274M. O SMPTE 296M (HDTV 720P) define uma resolução de 1280x720 pixels
com alta fidelidade de cor no formato 16:9, usando varredura progressiva a 25/30 Hertz (Hz),
que corresponde a 25 ou 30 quadros por segundo, dependendo do país, e a 50/60 Hz (50/60
quadros por segundo).
O SMPTE 274M (HDTV 1080) define uma resolução de 1920x1080 pixels com alta fidelidade de
cor no formato 16:9, usando a varredura entrelaçada ou progressiva a 25/30 Hz e 50/60Hz. Uma
câmera compatível com os padrões SMPTE indica que ela opera com a qualidade da HDTV e deve
proporcionar todas as vantagens da HDTV em termos de resolução, fidelidade de cor e taxa de
quadros. O padrão HDTV utiliza pixels quadrados — semelhantes às telas de computador. Assim,
o vídeo de HDTV gerado por produtos de vídeo em rede pode ser exibido em monitores HDTV ou
monitores normais de computador. As imagens de HDTV com varredura progressiva dispensam o
uso de técnicas de conversão ou desentrelaçamento quando for necessário que o vídeo seja
processado por um computador ou exibido em uma tela de computador.
Compressão de vídeo - Capítulo 7 55
Compressão de vídeo
As tecnologias de compressão de vídeo servem para reduzir e eliminar dados redundantes de vídeo para que um arquivo de vídeo digital possa ser enviado de maneira eficaz
através de uma rede e armazenado em discos de computador. Com técnicas eficientes de
compressão, é possível conseguir uma redução considerável no tamanho dos arquivos,
com pouco ou nenhum efeito negativo sobre a qualidade visual. A qualidade de vídeo,
entretanto, pode ser afetada se o tamanho do arquivo for reduzido ainda mais através do
aumento do nível de compressão de uma determinada técnica.
Diferentes tecnologias de compressão, tanto reservadas como padrão de mercado, estão à disposição. Hoje em dia, a maioria dos fornecedores de vídeo em rede utiliza
técnicas padronizadas de compressão. Os padrões são importantes para garantir a
compatibilidade e a interoperabilidade. Eles são especialmente relevantes para a compressão de vídeo, pois o vídeo pode ser usado para finalidades diferentes e, em algumas
aplicações de vigilância por vídeo, precisa poder ser visto muitos anos depois da data
de gravação. Implementando padrões, os usuários finais podem selecionar entre diferentes fornecedores, em vez de ficarem presos a um único fornecedor ao projetar um
sistema de vigilância por vídeo.
A Axis utiliza três padrões diferentes de compressão de vídeo. São eles Motion JPEG,
MPEG-4 Part 2 (ou simplesmente MPEG-4) e H.264. O H.264 é o padrão mais recente e
mais eficiente de compressão de vídeo. Este capítulo aborda os fundamentos da compressão e descreve cada um dos três padrões já mencionados.
7.1
Fundamentos da compressão
7.1.1
Codec de vídeo
O processo de compressão envolver a aplicação de um algoritmo ao vídeo de origem para criar
um arquivo compactado pronto para transmissão ou armazenamento. Para reproduzir o arquivo
compactado, um algoritmo inverso é aplicado para produzir um vídeo que apresenta praticamente o mesmo conteúdo do vídeo original. O tempo necessário para compactar, enviar, descompactar e exibir um arquivo é denominado latência. Quanto mais avançado o algoritmo de
compressão, maior será a latência.
56 Capítulo 7 - Compressão de vídeo
O par de algoritmos que funcionam juntos é chamado codec (codificador/decodificador) de vídeo. Codecs de vídeo de diferentes padrões normalmente não são compatíveis entre si, ou seja,
o conteúdo de vídeo compactado em um padrão não pode ser descompactado em um padrão
diferente. Por exemplo, um decodificador MPEG-4 não funciona com um codificador H.264. Isso
ocorre simplesmente porque um algoritmo não pode decodificar corretamente a saída gerada
por outro algoritmo, mas é possível imple¬mentar muitos algoritmos diferentes no mesmo software ou hardware, permitindo a coexistência de vários formatos.
7.1.2
Compressão de imagem x compressão de vídeo
Padrões de compressão utiliza a tecnologia de codificação intra-quadro. Os dados são reduzidos
dentro de um quadro de imagem pela simples retirada de informações desnecessárias que não
são perceptíveis ao olho humano. O Motion JPEG é um exemplo desse padrão de compressão. As
imagens em uma seqüência Motion JPEG são codificadas ou compactadas como imagens JPEG
individuais.
Figura 7.1a Com o formato Motion JPEG, as três imagens na seqüência acima são codificadas e enviadas como
imagens separadas (quadros I) independentes entre si.
Algoritmos de compressão de vídeo como o MPEG-4 e o H.264 usam a previsão entre quadros (interframe prediction) para reduzir os dados de vídeo entre uma série de quadros. Isso
envolve técnicas tais como codificação de diferenças, onde um quadro é comparado com um
quadro de referência, e apenas os pixels que se modificaram em relação ao quadro de referência são codificados. Dessa forma, reduz-se o número codificado e enviado de valores de
pixels. Quando essa seqüência codificada é exibida, as imagens aparecem exatamente como
na seqüência de vídeo original.
Compressão de vídeo - Capítulo 7 57
Transmitido
Não transmitido
Figura 7.1b Com a codificação de diferenças, apenas a primeira imagem (quadro I) é integralmente codificada. Nas
duas imagens seguintes (quadros P), são feitas referências aos elementos estáticos da à primeira imagem, ou seja, a
casa. Apenas as partes móveis, ou seja, o homem correndo, são codificadas através de vetores de movimento, reduzindo, assim, a quantidade de informação enviada e armazenada.
Outras técnicas tais como compensação de movimento por blocos podem ser aplicadas para
reduzir ainda mais os dados. A compensação de movimento por blocos leva em conta que grande parte do que compõe um novo quadro de uma seqüência de vídeo pode ser encontrada em
um quadro anterior, mas talvez em um lugar diferente. Essa técnica divide um quadro em uma
série de macroblocos (blocos de pixels). Bloco a bloco, um novo quadro pode ser composto ou
“previsto” procurando-se um bloco idêntico em um quadro de referência. Se for encontrada uma
coincidência, o codificador codifica a posição onde o bloco idêntico deve ser encontrado no
quadro de referência. Codificar o vetor de movimento, como ele é chamado, consome menos bits
do que se o conteúdo real de um bloco fosse codificado.
Janela de pesquisa
Bloco coincidente
Bloco de destino
Vetor de movimento
Quadro de
referência anterior
Quadro P
Figura 7.1c Ilustração da compensação de movimento por blocos.
Com a previsão entre quadros, cada quadro de uma seqüência de imagens é classificado como
um determinado tipo de quadro, por exemplo, quadro I, quadro P ou quadro B.
58 Capítulo 7 - Compressão de vídeo
Um quadro I, ou intraquadro, é um quadro autônomo que pode ser codificado de maneira independente, sem nenhuma referência a outras imagens. A primeira imagem de uma seqüência de
vídeo sempre é um quadro I. Os quadros I são necessários como pontos de início para novos visualizadores ou como pontos de ressincronização, caso o fluxo de bits transmitido seja danificado. Os quadros I podem ser usados para implementar funções de avanço rápido, retrocesso e
outras funções de acesso aleatório. Um codificador insere automaticamente Quadros I a intervalos regulares ou sob demanda caso seja esperado que novos clientes entrem na visualização
de um fluxo. A desvantagem dos Quadros I é que eles consomem muito mais bits, mas, por outro
lado, não geram muitos artefatos, que são causados por dados ausentes.
Um quadro P, que significa “interquadro preditivo” (predictive inter frame), faz referência a
partes de quadros I e/ou P anteriores para codificar o quadro. Os Quadros P normalmente requerem menos bits que os Quadros I, mas uma das desvantagens é que eles são muito sensíveis a
erros de transmissão devido à complexa dependência de quadros P e/ou I anteriores.
Um quadro B, ou interquadro bipreditivo (bi-predictive inter frame), é um quadro que faz referências a um quadro de referência anterior e a um quadro futuro. O uso de quadros B aumenta
a latência.
I
B
B
P
B
B
P
B
B
I
B
B
P
Figura 7.1d Uma seqüência típica com quadros I, B e P. Um P-frame pode fazer referência apenas aos quadros I ou
P precedentes, ao passo que um B-frame pode fazer referência a quadros I ou P precedentes e posteriores.
Quando um decodificador de vídeo restaura um vídeo decodificando o fluxo de bits quadro a
quadro, a decodificação deve sempre começar com um I-frame. Os Quadros P e B, se forem
usados, devem ser decodificados junto com o(s) quadro(s) de referência.
Os produtos de vídeo em rede da Axis permitem que os usuários definam o comprimento do GOV
(grupo de vídeo), que deter¬mina quantos quadros P devem ser enviados antes que outro quadro
I seja enviado. Reduzindo-se a freqüência dos quadros I (GOV mais longo), a velocidade de transmissão de bits pode ser reduzida. Para reduzir a latência, não são usados quadros B.
Compressão de vídeo - Capítulo 7 59
Além da codificação de diferenças e da compensação de movimento, outros métodos avançados
podem ser utilizados para reduzir ainda mais os dados e melhorar a qualidade do vídeo. Por
exemplo, o H.264 permite o uso de técnicas avançadas, entre elas esquemas de previsão para
codificar quadros I, maior compensação de movimento com precisão de frações de pixel, e filtro
de desbloqueio no circuito para suavizar as bordas dos blocos (artefatos). Para saber mais sobre
as técnicas do padrão H.264, consulte o documento informativo da Axis sobre esse padrão no
endereço www.axis.com/corporate/corp/tech_papers.htm
7.2
Formatos de compactação
7.2.1
Motion JPEG
O Motion JPEG ou M-JPEG é uma seqüência de vídeo digital que consiste em uma série de imagens JPEG individuais. (JPEG significa Joint Photographic Experts Group [Grupo Conjunto de
Especialistas em Fotografia].) Quando são exibidos 16 ou mais quadros de imagem por segundo,
o visualizador perceberá o vídeo em movimento. O vídeo em movimento completo é ser percebido a 30 (NTSC) ou 25 (PAL) quadros por segundo.
Uma das vantagens do Motion JPEG é que cada imagem de uma seqüência de vídeo pode ter a
mesma qualidade garantida determinada pelo nível de compactação escolhido para a câmera de
rede ou o codificador de vídeo. Quanto maior o nível de compactação, menor será o tamanho do
arquivo e a qualidade da imagem. Em algumas situações, como em ambientes com baixa luminosidade ou quando uma cena se torna complexa, o tamanho do arquivo de imagem pode ficar
bastante grande e consumir mais largura de banda e espaço de armazenamento. Para evitar o
aumento do consumo da largura de banda e do espaço de armazenamento, os produtos de vídeo
em rede da Axis permitem que o usuário estabeleça um tamanho máximo de arquivo para um
quadro de imagem.
Como não há nenhuma dependência entre os quadros do Motion JPEG, um vídeo em Motion
JPEG é robusto, ou seja, se um quadro for perdido durante a transmissão, o restante do vídeo não
será afetado.
O Motion JPEG é um padrão não-licenciado. Ele é amplamente compatível e muito usado em
aplicações que exigem quadros individuais em uma seqüência de vídeo — por exemplo, par análise — e quando forem usadas baixas velocidades de captura, normalmente 5 quadros por segundo ou menos. O Motion JPEG também pode ser necessário em aplicações que exigem integração
com sistemas que operam apenas com esse padrão.
A principal desvantagem do Motion JPEG é que ele não usa nenhuma técnica de compactação
de vídeo par reduzir os dados, pois se trata de uma série de imagens estáticas completas. O resultado é que esse padrão apresenta uma velocidade de transmissão relativamente alta ou uma
baixa proporção de compactação para a qualidade gerada, em comparação com os padrões de
compressão de vídeo como o MPEG-4 e o H.264.
60 Capítulo 7 - Compressão de vídeo
7.2.2 MPEG-4
Quando mencionamos o MPEG-4 em aplicações de vigilância por vídeo, normalmente nos referimos ao MPEG-4 Part 2, também conhecido como MPEG-4 Visual. Como todos os padrões
MPEG (Moving Picture Experts Group, Grupo de Especialistas em Imagens em Movimento), ele é
um padrão licenciado, exigindo que os usuários paguem uma taxa de licença por estação de
monitoramento. O MPEG-4 opera com aplicações de baixa largura de banda e aplicações que
exigem imagens de alta qualidade, velocidade de captura ilimitada e largura de banda praticamente ilimitada.
7.2.3
H.264 ou MPEG-4 Part 10/AVC
O H.264, também conhecido como MPEG-4 Part 10/AVC (Advanced Video Coding, ou Codificação Avançada de Vídeo), é o padrão MPEG mais recente para codificação de vídeo. Espera-se que
o H.264 se torne o padrão de vídeo preferencial nos próximos anos. Isso ocorre porque um codificador H.264 pode, sem comprometer a qualidade de imagem, reduzir o tamanho de um arquivo de vídeo digital em mais de 80%, comparado com o formato Motion JPEG, e até 50% mais
do que o padrão MPEG-4. Isso significa que serão necessários muito menos largura de banda de
rede e espaço de armazenamento para um arquivo de vídeo. Em outras palavras, é possível obter
uma qualidade de vídeo muito mais alta em uma determinada velocidade de transmissão.
O H.264 foi definido em conjunto por organizações de normas dos setores de telecomunicações
(Grupo de Especialistas em Codificação de Vídeo da ITU-T) e TI (Grupo de Especialistas em Imagens em Movimento do ISO/IEC), e espera-se que ele seja adotado mais amplamente que os
padrões anteriores. No setor de vigilância por vídeo, é muito provável que o H.264 encontre a
adesão mais rápida em aplicações que exijam altas velocidades de captura e uma alta resolução,
como na vigilância de rodovias, aeroportos e cassinos, onde o uso de 30/25 (NTSC/PAL) quadros
por segundo é a norma. Isso ocorre quando a economia da redução da largura de banda e quando as necessidades de espaço de armazenamento geram a maior economia.
Também se espera que o H.264 acelere a adoção de câmeras megapixel, pois a tecnologia de
compactação altamente eficiente pode reduzir o tamanho dos arquivos e as velocidades de
transmissão geradas, sem comprometer a qualidade das imagens. Entretanto, existem prós e
contras. Embora o padrão H.264 proporcione economia de largura de banda de rede e custos de
armazenamento, ele exige câmeras de rede e estações de monitoramento mais velozes.
Os codificadores H.264 da Axis usam o perfil básico, ou seja, são usados apenas os quadros I e P.
Esse perfil é ideal para câmeras de rede e codificadores de vídeo, pois a baixa latência se deve
ao fato de que não são usados quadros B. A baixa latência é essencial em aplicações de vigilância por vídeo quando ocorre monitoramento ao vivo, especialmente quando forem usadas câmeras PTZ ou câmeras PTZ com cúpula.
Compressão de vídeo - Capítulo 7 61
7.3
Velocidades de transmissão variável e constante
Com os padrões MPEG-4 e H.264, os usuários podem permitir que um a velocidade de transmissão do fluxo de vídeo codificado seja variável ou constante. A seleção ideal depende da aplicação
e da infra-estrutura de network.
Com a VBR (variable bit rate, ou velocidade de transmissão variável), um nível predefinido de
qualidade de imagem pode ser mantido independentemente do movimento ou da falta de movimento de uma cena. Isso significa que a largura de banda consumida aumentará quando
houver muita atividade em uma cena, e cairá quando não houver movimento. Muitas vezes, isso
é desejável em aplicações de vigilância por vídeo que exigem alta qualidade, especialmente se
houver movimento em uma cena. Como a velocidade de transmissão pode variar, mesmo quando for definida uma velocidade de transmissão média desejada, a infra-estrutura de rede (largura de banda disponível) deve ser capaz de dar conta de altas velocidades.
Quando a largura de banda disponível é limitada, o modo normalmente recomendado é o CBR
(velocidade de transmissão constante), pois esse modo gera uma velocidade de transmissão
constante que pode ser predefinida por um usuário. A desvantagem da CBR é que, por exemplo,
quando a atividade de uma cena aumentar, elevando a velocidade de transmissão além da velocidade pretendida, a restrição de manter constante a velocidade de transmissão acaba reduzindo a qualidade de imagem e a velocidade de captura. Os produtos de vídeo em rede da Axis
permitem que o usuário dê preferência ou à qualidade de imagem ou à velocidade de captura
caso a velocidade de transmissão aumente além da velocidade de transmissão pretendida.
7.4
Comparação dos padrões
Ao comparar o desempenho dos padrões MPEG – como o MPEG-4 e o H.264 –, é impor¬tante
observar que os resultados podem variar entre codificadores que utilizam o mesmo padrão. Isso
ocorre porque o criador de um codificador pode optar por implementar conjuntos diferentes de
ferramentas definidas por um padrão. Se a saída gerada por um codificador estiver de acordo
com o formato e o decodificador de um padrão, é possível realizar diferentes implementações.
Portanto, um padrão MPEG não pode garantir uma determinada velocidade de transmissão ou
qualidade, e não é possível realizar comparações corretas sem antes definir como os padrões são
implementados em um codificador. Um decodificador, ao contrário de um codificador, deve
implementar todas as partes obrigatórias de um padrão para decodificar um fluxo de bits compatível. Um padrão especifica exatamente como um algoritmo de descompactação deve restaurar cada bit de um vídeo compactado.
O gráfico na página a seguir apresenta uma comparação de velocidades de transmissão, sendo
o nível de imagem idêntico, entre os seguintes padrões de vídeo: Motion JPEG, MPEG-4 Part 2
(sem compensação de movimento), MPEG-4 Part 2 (com compensação de movimento) e H.264
(perfil básico).
62 Capítulo 7 - Compressão de vídeo
Cena de uma
portaria
H.264 (perfil básico)
MPEG-4 parte 2, (sem compensação de movimento)
Velocidade de transmissão (Kbit/s)
MPEG-4 parte 2, (com compensação de movimento)
7,000
Motion JPEG
6,000
5,000
4,000
3,000
2,000
1,000
0
50
100
Tempo(s)
Figura 7.4a Em uma seqüência de vídeo de exemplo, o codificador H.264 da Axis gerou até 50% menos bits por segundo do que um codificador MPEG-4 com compensação de movimento. O codificador H.264 foi pelo menos três
vezes mais eficiente do que um codificador MPEG-4 sem compensação de movimento, e pelo menos seis vezes mais
eficiente do que com o Motion JPEG.
Áudio - Capítulo 8 63
Áudio
Embora o uso do áudio em sistemas de vigilância por vídeo ainda não seja generalizado, esse recurso pode aumentar a capacidade de um sistema de detectar e interpretar
eventos, além de permitir a comunicação por áudio através de uma rede IP. Entretanto,
o uso do áudio pode ser restrito em alguns países. Portanto, é conveniente consultar
as autoridades locais.
Os tópicos abordados neste capítulo são as situações de aplicação, equipamentos de
áudio, modos de áudio, alarme de detecção de sons, compactação de áudio e sincronização entre áudio e vídeo.
8.1
Aplicações de áudio
O áudio como parte integrante deu m sistema de vigilância por vídeo pode ser um complemento
valiosíssimo para a capacidade de um sistema de detectar e interpretar eventos e situações de
emergência. A capacidade do áudio de cobrir uma área de 360 graus permite que um sistema de
vigilância por vídeo amplie sua cobertura para além do campo de visão de uma câmera. Ele pode
instruir uma câmera PTZ ou uma câmera PTZ com cúpula (ou alertar o operador dessa câmera)
para verificar visualmente um alarme disparado por som.
O áudio também pode ser usado para permitir que os usuários não apenas escutem uma área,
mas também que transmitam ordens ou solicitações aos visitantes ou invasores. Por exemplo, se
uma pessoa no campo de visão da câmera demonstrar um comportamento suspeito, por exemplo, ficando muito tempo perto de um caixa eletrônico ou entrando em uma área restrita, um
segurança remoto pode advertir verbalmente essa pessoa. Em uma situação na qual uma pessoa
esteja ferida, a possibilidade de comunicar-se remotamente e avisar a vítima que o socorro está
a caminho também pode ser uma vantagem. O controle de acesso, ou seja, um “porteiro remoto”
em uma entrada é outra área de aplicação. Entre as outras aplicações estão uma situação de
helpdesk remoto (por exemplo, um estacionamento sem funcionários presentes), e videoconferência. Um sistema audiovisual de vigilância aumenta a eficácia de uma solução de segurança
ou monitoramento remoto, aumentando a capacidade de um usuário remoto de receber e transmitir informações.
64 Capítulo 8 - Áudio
8.2
Suporte e equipamentos de áudio
O suporte de áudio é mais fácil de implementar em um sistema de vídeo em rede do que em um
sistema de CCTV analógico. Em um sistema analógico, devem ser instalados cabos separados de
áudio e vídeo entre um ponto e outro, ou seja, do local onde a câmera e o microfone estão instalados até a estação de monitoramento/gravação. Se a distância entre o microfone e a estação
for muito grande, deverá ser usado um equipamento de áudio balanceado, o que aumenta os
custos e a dificuldade de instalação. Em um sistema de vídeo em rede, uma câmera de rede com
suporte de áudio processa o áudio e envia o áudio e o vídeo pelo mesmo cabo de rede para
monitoramento e/ou gravação. Isso elimina a necessidade de cabeamento extra e facilita muito
a sincronização entre áudio e vídeo.
Fluxo de áudio
REDE IP
Fluxo de vídeo
Gravação/monitoramento
Figura 8.2a Um sistema de vídeo em rede com suporte de áudio integrado. Os fluxos de áudio e vídeo são enviados
pelo mesmo cabo de rede.
Fluxo de áudio
I/O
IO
AUD
1
2
3
4
5
6
REDE IP
OUT
IN
Câmera
analógica
Codificador de
vídeo
Fluxo de vídeo
Gravação/monitoramento
Figura 8.2b Alguns codificadores de vídeo têm áudio incorporado, permitindo a inclusão de áudio mesmo que forem
usadas câmeras analógicas em uma instalação.
Uma câmera de rede ou um codificador de vídeo com função integrada de áudio muitas vezes
possui um microfone embutido e/ou um conector mic-in/line-in. Com entradas mic-in/line-in, os
usuários têm a opção de usar um microfone de tipo ou qualidade diferente do microfone próprio
da câmera ou do codificador de vídeo. Isso também permite que o produto de vídeo em rede se
conecte a mais de um microfone, e o microfone pode ser posicionado a uma certa distância da
câmera. O microfone deve ser sempre posicionado o mais próximo possível da fonte sonora, a fim
de evitar o ruído. No modo bidirecional total (full-duplex), o microfone deve estar voltado para o
outro lado e posicionado a uma certa distância do alto-falante para reduzir a microfonia.
Áudio - Capítulo 8 65
Muitos produtos de vídeo em rede da Axis não vêm com um alto-falante incorporado. Um altofalante ativo (ou seja, um alto-falante com amplificador incorporado) pode ser conectado diretamente a um produto de vídeo em rede com suporte de áudio. Se o alto-falante não tiver um amplificador incorporado, ele deve antes ser conectado a um amplificador, que, por sua vez, é
conectado a uma câmera de rede/um codificador de vídeo.
Para reduzir as perturbações e o ruído, sempre use um cabo de áudio blindado e evite passar o cabo
perto de cabos de força e cabos que transportam sinais comutados de alta freqüência. Além disso,
os cabos de áudio devem ter o menor comprimento possível. Se for necessário usar um cabo de
áudio longo, deve-se usar um equipamento de áudio balanceado, ou seja, cabo, amplificador e
microfone balanceados, para evitar ruídos.
8.3
Modos de áudio
Dependendo da aplicação, pode ser necessário enviar áudio em apenas uma direção ou em ambas as direções, e isso pode ser feito ou simultaneamente ou em uma direção por vez. Existem
três modos básicos de comunicação por áudio: simplex, half duplex e full duplex.
8.3.1
Simplex
Áudio enviado pela câmera
LAN/WAN
Alto-falante
Vídeo enviado pela câmera
PC
Câmera de rede
Microfone
Figura 8.3a INo modo simplex, o áudio é enviado em uma única direção. Nesse caso, o áudio é enviado pela câmera
ao operador. Entre as aplicações estão o monitoramento remoto e a vigilância por vídeo.
Áudio enviado pelo operador
LAN/WAN
Microfone
Vídeo enviado pela câmera
PC
Câmera de rede
Alto-falante
Figura 8.3b Neste exemplo de modo simplex, o áudio é enviado à câmera pelo operador. Ele pode ser usado, por
exemplo, para dar instruções faladas a uma pessoa que estiver sendo vista na câmera ou para afastar de um estacionamento um possível ladrão de carros.
66 Capítulo 8 - Áudio
8.3.2
Half duplex
Alto-falante
Áudio enviado pelo operador
Áudio enviado pela câmera
LAN/WAN
Vídeo enviado pela câmera
Fones de
ouvido
PC
Câmera de rede
Microfone
Figura 8.3c No modo half-duplex, o áudio é enviado em ambas as direções, mas apenas uma parte por vez pode
enviar. Isso é semelhante a um rádio de comunicação.
8.3.3
Full duplex
Alto-falante
Áudio full duplex enviado e recebido pelo operador
LAN/WAN
Vídeo enviado pela câmera
Fones de
ouvido
PC
Câmera de rede
Microfone
Figura 8.3d No modo full-duplex, o áudio é enviado simultaneamente de/para o ooperador. Esse modo de comunicação é semelhante ao de um diálogo telefônico. O Full duplex exige que o PC cliente tenha uma placa de som que
aceite áudio full-duplex.
8.4
Alarme de detecção de áudio
O alarme de detecção de áudio pode ser usado para complementar a detecção de movimento em
vídeo, pois pode reagir a eventos em áreas muito escuras para que a função de detecção de
movimento em vídeo funcione corretamente. Ele também pode ser usado para detectar atividade em áreas fora do campo de visão da câmera.
Quando forem detectados sons, como a quebra de uma janela ou vozes em uma sala, eles podem
comandar uma câmera de rede para que envie e grave vídeo e áudio, envie um e-mail ou outros
alertas, e ative dispositivos externos tais como alarmes. Da mesma forma, entradas de alarme
como detecção de movimento e contatos em portas podem ser usadas para acionar gravações
de vídeo e áudio. Em uma câmera PTZ ou uma câmera PTZ com cúpula, a detecção de áudio pode
comandar a câmera para que gire automaticamente até um local predefinido, como uma determinada janela.
8.5
Compactação de áudio
Os sinais de áudio analógicos devem ser convertidos em áudio digital através de um processo de
amostragem e, depois, compactados para reduzir o tamanho e agilizar a transmissão e o arma-
Áudio - Capítulo 8 67
zenamento. A conversão e compactação são realizadas através de um codec de áudio, um algoritmo que codifica e decodifica os dados de áudio.
8.5.1
Freqüência de amostragem
Existem muitos codecs de áudio diferentes que operam com diferentes freqüências de amostragem e níveis de compactação. A freqüência de amostragem é o número de vezes por segundo em
que uma amostra de um sinal analógico de áudio é tomada. Ela é medida em hertz (Hz). Em
geral, quanto maior a freqüência de amostragem, melhor será a qualidade de áudio e maior serão a largura de banda e o espaço de armazenamento necessários.
8.5.2
Bit rate
“Bit rate” é um parâmetro importante do áudio, pois determina o nível de compactação e, portanto, a qualidade do áudio. Em geral, quanto maior o nível de compactação (ou menor o bit
rate), menor será a qualidade do áudio. As diferenças na qualidade de áudio dos codecs podem
ser especialmente perceptíveis em altos níveis de compactação (bit rates reduzidos), mas não em
baixos níveis de compactação (bit rates elevados). Níveis de compactação mais elevados também podem elevar a latência ou os atrasos, mas consomem menos largura de banda e espaço de
armazenamento.
Os bit rates escolhidos mais freqüentemente com os codecs de áudio ficam entre 32 kbit/s e 64
kbit/s. Os bit rates de áudio, assim como ocorre com os bit rates de vídeo, são um fator importante que deve ser levado em consideração no cálculo das necessidades de largura de banda
total e espaço de armazenamento.
8.5.3
Codecs de áudio
Os produtos de vídeo em rede da Axis operam com três codecs de áudio. O primeiro é o AAC-LC
(Codificação de Áudio Avançada – Baixa Complexidade), também conhecido como MPEG-4 AAC,
que requer licença. O AAC-LC, especialmente na freqüência de amostragem de 16 kHz ou mais e
com bit rate de 64 kbit/s, é o codec recomendado quando a melhor qualidade de áudio possível é
necessária. Os outros dois codecs são o G.711 e o G.726, que são tecnologias não-licenciadas.
8.6
Sincronização de áudio e vídeo
A sincronização de dados de áudio e vídeo é realizada por um reprodutor de mídia (um software usado para reproduzir arquivos de multimídia) ou por uma estrutura de multimídia
como o Micro¬soft DirectX, que é um conjunto de interfaces de programação de aplicativos
para gerenciar arquivos multi¬mídia.
O áudio e o vídeo são enviados por uma rede como dois fluxos separados de pacotes. Para que
o cliente ou reprodutor sincronize perfeitamente os fluxos de áudio e vídeo, os pacotes de
áudio e vídeo devem levar um registro de data e hora.
68
O registro de data e hora dos pacotes de vídeo que usam a compactação Motion JPEG nem
sempre é reconhecido por uma câmera de rede. Se esse for o caso e se for importante que o vídeo
e o áudio sejam sincronizados, o formato de vídeo que deve ser escolhido é o MPEG-4 ou H.264,
pois esses fluxos de vídeo, junto com o fluxo de áudio, são enviados através do RTP (Protocolo
de Transporte de Tempo Real), que registra a data e a hora nos pacotes de vídeo e áudio. Entretanto, há muitas situações nas quais a sincronização de áudio importa menos ou é até mesmo
indesejável; por exemplo, se for necessário monitorar o áudio, mas não gravá-lo.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 69
Tecnologias de rede
Diferentes tecnologias de rede são usadas para viabilizar e proporcionar as diversas
vantagens de um sistema de vídeo em rede. Este capítulo começa discutindo a rede
local, especificamente as redes Ethernet e os componentes que as apóiam. Também
discutiremos o uso da Power over Ethernet (PoE). Depois, discutiremos a comunicação
pela Internet, abordando o endereçamento IP (Protocolo de Internet) — o que são e
como funcionam, inclusive como os produtos de vídeo em rede podem ser acessados
pela Internet. Também apresentamos um panorama dos protocolos de transporte de
dados usados no vídeo em rede.
Entre as outras áreas abordadas no capítulo estão as redes locais virtuais e Qualidade
de Serviço, além das diferentes formas de proteger a comunicação através de redes IP.
Para saber mais sobre tecnologias sem fio, consulte o Capítulo 10.
9.1
Rede local e Ethernet
Uma rede local (LAN) é um grupo de computadores conectados entre si em uma área local para
comunicar-se um com o outro e compartilhar recursos tais como impressoras. Os dados são enviados na forma de pacotes e, para controlar a transmissão dos pacotes, podem ser usadas diferentes
tecnologias. A tecnologia de LAN mais usada é a Ethernet, e ela é especificada em um padrão
chamado IEEE 802.3. (Entre os outros tipos de tecnologias de LAN estão a token ring e a FDDI).
A Ethernet utiliza uma topologia em estrela, na qual cada nó (dispositivo) está conectado ao
outro através de equipamentos ativos de rede, tais como switches. O número de dispositivos
conectados em uma LAN pode variar de dois a alguns milhares.
O meio físico de transmissão de uma LAN com fio inclui cabos, principalmente cabos de par
trançado ou de fibra óptica. Um cabo de par trançado consiste em oito fios, formando quatro
pares de fios de cobre trançados, e é usado com plugues e soquetes RJ-45. O comprimento máximo de um cabo de par trançado é 100 m (328 pés), ao passo que o comprimento máximo dos
cabos de fibra pode variar de 10 a to 70 km, dependendo do tipo de fibra. Dependendo do tipo
de cabo (par trançado ou fibra óptica) usado, a atual velocidade de transmissão de dados pode
variar de 100 Mbit/s a 10.000 Mbit/s.
70 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
Figura 9.1a Um cabo de par trançado consiste em quatro pares de fios trançados, normalmente conectados a um
plugue RJ-45 na extremidade.
Uma regra geral é sempre criar uma rede com mais capacidade do que a capacidade necessária
no momento da criação. Para garantir o futuro de uma rede, vale a pena projetá-la de forma que
apenas 30% da sua capacidade sejam usados. Uma vez que cada vez mais aplicativos funcionam
através de redes hoje em dia, a velocidade das redes deve ser cada vez maior. Embora os switches
de rede (sobre os quais falaremos abaixo) sejam fáceis de atualizar após alguns anos, é normalmente muito mais difícil substituir o cabeamento.
9.1.1
Tipos de redes Ethernet
Fast Ethernet
Fast Ethernet refere-se a uma rede Ethernet capaz de transferir dados a uma velocidade de 100
Mbit/s. Ela pode utilizar cabos de par trançado ou de fibra óptica. (A antiga Ethernet de 10
Mbit/s ainda é instalada e usada, mas essas redes não oferecem a largura de banda necessária
para algumas aplicações de vídeo em rede).
A maioria dos dispositivos conectados a uma rede, como um laptop ou uma câmera de rede, está
equipada com uma interface Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T, mais conhecida como interface
10/100, que opera tanto com 10 Mbit/s como com Fast Ethernet. O tipo de cabo de par trançado usado pela Fast Ethernet se chama “cabo Cat-5”.
Gigabit Ethernet
A Gigabit Ethernet, que também pode usar um cabo de pa trançado ou fibra óptica, proporciona
uma velocidade de transmissão de dados de 1.000 Mbit/s (1 Gbit/s), e está ganhando popularidade.
Espera-se que, em breve, ela substitua a Fast Ethernet como padrão de fato.
O tipo de cabo de par trançado usado pela Gigabit Ethernet é o cabo Cat-5e, no qual todos os
quatro pares de fios trançados são usados para atingir velocidades de transmissão de dados mais
altas. Para sistemas de vídeo em rede, recomenda-se o uso de cabos Cat-5e ou cabos de categoria
mais alta. A maioria das interfaces é retrocompatível com a Ethernet de 10 e 100 Mbit/s, sendo
mais conhecidas como interfaces 10/100/1000.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 71
Para transmissão a longas distâncias, podem ser usados cabos de fibra tais como o 1000BASE-SX
(até 550 m/1.639 pés) e o 1000BASE-LX (até 550 m com fibras ópticas múltiplas e 5.000 m com
fibras simples).
Figura 9.1b Distâncias maiores podem ser cobertas através de cabos de fibra óptica. A fibra é normalmente usada
no backbone de uma rede, e não em nós como uma câmera de rede.
10 Gigabit Ethernet
A 10 Gigabit Ethernet é a última geração, com velocidade de transmissão de dados de 10 Gbit/s
(10.000 Mbit/s), e pode ser usado um cabo de fibra óptica ou de par trançado. As redes 10GBASELX4, 10GBASE-ER e 10GBASE-SR com cabos de fibra óptica podem ser usadas para cobrir distâncias de até 10.000 m (6,2 milhas). Com uma solução de par trançado, é necessário o uso de um
cabo de altíssima qualidade (Cat-6a ou Cat-7). A 10 Gbit/s Ethernet é usada principalmente em
backbones de aplicações de grande porte que exigem altas velocidades de transmissão de dados.
9.1.2.
Switch
Quando apenas dois dispositivos precisam se comunicar diretamente entre si através de um cabo
de par trançado, pode ser usado um cabo conhecido como crossover. O cabo crossover simplesmente atravessa o par de transmissão em uma extremidade do cabo, com o par receptor na
outra extremidade, e vice-versa.
Entretanto, a conexão de vários dispositivos em uma LAN exige equipamentos de rede como um
switch de rede. Quando se utiliza um switch de rede, um cabo de rede normal é usado em vez de
um cabo crossover.
A principal função de um switch de rede é encaminhar dados de um dispositivo para outro na
mesma rede. Ele faz isso de maneira eficiente, pois os dados podem ser direcionados de um
dispositivo para outro sem afetar outros dispositivos na mesma rede.
Ele funciona da seguinte maneira: um switch registra os endereços MAC (Controle de Acesso à
Mídia) de todos os dispositivos conectados a ele. (Cada dispositivo de rede tem um endereço
MAC exclusivo, que consiste em uma série de números e letras definidos pelo fabricante, e o
endereço pode ser muitas vezes encontrado na etiqueta do produto). Quando um switch recebe
dados, ele os encaminha apenas à porta que estiver conectada a um dispositivo com o endereço
MAC correto do destino.
72 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
Os switches normalmente indicam sua velocidade em velocidade por porta e em velocidade interna ou de chassi (tanto em bitrate como em pacotes por segundo). As velocidades por porta
indicam as velocidades máximas em portas específicas. Isso significa que a velocidade de um
switch, por exemplo, 100 Mbit/s, é, muitas vezes, a velocidade de cada porta.
Figura 9.1c Com um switch de rede, a transferência de dados é gerenciada de maneira muito eficiente, pois o tráfego de dados pode ser direcionado de um dispositivo para outro sem afetar nenhuma outra porta do switch.
Normalmente, um switch de rede opera com diferentes velocidades de transmissão de dados simultaneamente. As velocidades mais comuns são 10/100, operando com 10 Mbit/s e com Fast
Ethernet. Entretanto, as redes 10/100/1000 estão rapidamente assumindo o lugar de switch padrão, operando, assim, com 10 Mbit/s, Fast Ethernet e Gigabit Ethernet simultaneamente. A velocidade e o modo de transferência entre uma porta em um switch e um dispositivo conectado são
normalmente determinados através de autonegociação, onde se utilizam a velocidade de transmissão de dados comum mais alta e o melhor modo de transferência. Um switch também permite que
um dispositivo conectado funcione no modo full-duplex, ou seja, enviando e recebendo dados ao
mesmo tempo, o que eleva a velocidade.
Os switches podem ser oferecidos com diferentes recursos ou funções. Alguns switches possuem a
função de um roteador (consulte a seção 9.2). Um switch pode, também, operar com Power over
Ethernet ou Qualidade de Serviço (consulte a seção 9.4), que controla a largura de banda consumida por diferentes aplicações.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 73
9.1.3
Power over Ethernet
A Power over Ethernet (PoE) dá a opção de alimentar os dispositivos conectados a uma rede Ethernet
através do mesmo cabo usado para a comunicação de dados. A Power over Ethernet é amplamente
usada na alimentação de telefones IP, pontos de acesso sem fio e câmeras de rede em uma LAN.
A principal vantagem da PoE é sua economia inerente de custos. Não é necessário contratar um
eletricista nem instalar uma fiação separada. Isso é vantajoso principalmente em áreas de difícil
acesso. O fato de que não é necessário instalar cabos de força pode economizar, dependendo da
localização da câmera, até algumas centenas de dólares por câmera. A PoE também facilita a
transferência de uma câmera para um novo local ou a inclusão de câmeras em um sistema de
vigilância por vídeo.
Além disso, a PoE pode aumentar a segurança de um sistema de vídeo. Um sistema de vigilância
por vídeo com PoE pode ser alimentado da sala do servidor, que normalmente utiliza um nobreak. Isso significa que o sistema de vigilância por vídeo pode se manter em operação mesmo
em caso de queda de energia.
Devido às vantagens da PoE, ela é recomendada para o maior número possível de dispositivos. A
alimentação disponibilizada pelo switch ou midspan compatível com PoE deve ser suficiente
para os dispositivos conectados, e os dispositivos devem aceitar a classificação de alimentação
fornecida. Isso é explicado mais detalhadamente nas sections a seguir.
Padrão 802.3af e Alta PoE
A maioria dos dispositivos com PoE de hoje seguem o padrão IEEE 802.3af, publicado em 2003.
O padrão IEEE 802.3af utiliza cabos Cat-5 ou superiores, e garante que a transferência de dados
não seja afetada. Nesse padrão, o dispositivo que fornece a alimentação é denominado “equipamento de fornecimento de energia” (power sourcing equipment, PSE). Esse equipamento pode
ser um switch ou midspan compatível com PoE. O dispositivo que recebe a alimentação é denominado “dispositivo alimentado” (powered device, PD). Essa função é normalmente incorporada
a um dispositivo de rede como uma câmera de rede, ou disponibilizada em um divisor autônomo
(consulte a seção abaixo).
A retrocompatibilidade com dispositivos de rede não compatíveis com a PoE é garantida. O padrão
inclui um método para identificar automaticamente se um dispositivo aceita a PoE, e a alimentação é fornecida ao dispositivo apenas quando isso for confirmado. Isso também significa que o
cabo Ethernet conectado a um switch PoE não fornecerá energia se não estiver conectado a um
dispositivo compatível com PoE. Isso elimina o risco de choque elétrico na instalação ou no recabeamento de uma rede.
Em um cabo de par trançado, há quatro pares de fios trançados. A PoE pode usar os dois pares de
fios ‘a mais’, ou sobrepor-se à corrente nos pares de fios usados para a transmissão de dados.
Muitas vezes, os switches com PoE incorporada fornecem eletricidade através dos dois pares de
74 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
fios usados para transferir dados, ao passo que os midspans normalmente usam os dois pares a
mais. Um PD aceita ambas as opções.
De acordo com o padrão IEEE 802.3af, um PSE fornece uma tensão de 48 Vcc com potência máxima de 15,4 W por porta. Considerando que ocorre perda de potência em um cabo de par trançado,
são garantidos apenas 12,95 W para um PD. O padrão IEEE 802.3af especifica várias categorias de
desempenho para os PDs.
PSEs como switches e midspans normalmente fornecem uma determinada quantidade de potência,
normalmente de 300 W a 500 W. Em um switch de 48 portas, isso significaria de 6 W a 10 W por
porta, caso todas as portas estejam conectadas a dispositivos que utilizam PoE. A menos que os
PDs aceitem a classificação de potência, todos os 15,4 W devem ser reservados para cada porta que
utilize a PoE, o que significa que um switch com 300 W pode fornecer energia a apenas 20 das 48
portas. Entretanto, se todos os dispositivos informarem o switch que são dispositivos de Classe 1,
os 300 W bastarão para alimentar todas as 48 portas.
Classe
Nível mínimo de
potência no PSE
Nível máximo de
potência usado pelo PD
Uso
0
15,4 W
0,44 W - 12,95 W
padrão
1
4,0 W
0,44 W - 3,84 W
opcional
2
7,0 W
3,84 W - 6,49 W
opcional
3
15,4 W
6,49 W - 12,95 W
4
Tratar como Classe 0
opcional
Reservado para uso futuro
Tabela 9.1a Classificações de potência de acordo com o padrão IEEE 802.3af.
A maioria das câmeras de rede fixas pode ser alimentada por PoE utilizando o padrão IEEE 802.3af,
sendo normalmente identificadas como dispositivos de Classe 1 ou 2.
Com o pré-padrão IEEE 802.3at ou a PoE+, o limite de potência sobe para no mínimo 30 W através
de dois pares de fios saindo de um PSE. As especificações finais ainda precisam ser determinadas,
e espera-se que o padrão seja ratificado em meados de 2009.
Enquanto isso, podem ser usados midspans e divisores com o pré-padrão IEEE 802.3at (Alta PoE)
para dispositivos tais como câmeras PTZ e câmeras PTZ com cúpula com controle motorizado, além
de câmeras com aquecedores e ventoinhas, que exigem mais potência do que o padrão IEEE 802.3af
pode fornecer.
Midspans e divisores
Os midspans e divisores (também conhecidos como divisores ativos) são equipamentos que permitem que uma rede existente opere com Power over Ethernet.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 75
No-Break
(UPS)
3115
Câmera de rede
com PoE incorporada
Câmera de rede
sem PoE
incorporada
Switch de rede
Midspan
Alimentação
Ethernet
Divisor ativo
Power over Ethernet
Figura 9.1d Um sistema existente pode ser atualizado com a função de PoE utilizando um midspan e um divisor.
O midspan, que inclui alimentação em um cabo Ethernet, é posicionado entre o switch de rede
e os dispositivos alimentados. Para garantir que a transferência de dados não seja afetada, é
importante ter em mente que a distância máxima entre a origem dos dados (por exemplo, o
switch) e os produtos de vídeo em rede não deve ser superior a 100 m (328 pés). Isso significa
que o midspan e o(s) divisor(es) ativo(s) devem ser posicionados dentro da distância de 100 m.
Um divisor é usado para separar a alimentação e os dados de um cabo Ethernet em dois cabos
separados, que, então, podem ser conectados a um dispositivo que não opera originalmente com
PoE. Uma vez que a PoE ou a Alta PoE fornece apenas 48 Vcc, outra função do divisor é reduzir
a tensão para o nível apropriado ao dispositivo; por exemplo, 12 V ou 5 V. A Axis fornece midspans e divisores de PoE e Alta PoE.
9.2
A Internet
Para enviar dados entre um dispositivo na rede local e outro dispositivo de outra LAN, é necessária
uma forma padronizada de comunicação, pois as redes locais podem usar diferentes tipos de tecnologias. Essa necessidade levou ao desenvolvimento do endereçamento IP e dos muitos pro¬tocolos
IP para comunicação pela Internet, que é um sistema global de redes de computadores interconectadas. (As LANs também podem usar o endereçamento IP e os protocolos IP para comunicar-se
dentro de uma área local, embora o uso de endereços MAC baste para a comunicação interna).
Antes de falar sobre o endereçamento IP, falaremos a seguir sobre alguns elementos básicos da
comunicação pela Internet, como roteadores, firewalls e provedores de serviços de Internet.
Roteadores
Para encaminhar pacotes de dados de uma LAN à outra pela Internet, deve ser usado um equipamento de rede chamado ‘roteador de rede’. Um roteador encaminha informações de uma rede
para outra, com base em endereços IP. Ele encaminha apenas os pacotes de dados que precisem
ser enviados a outra rede. O uso mais comum de um roteador é na conexão de uma rede local à
Internet. Antes, os roteadores eram denominados gateways.
76 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
Firewalls
Um firewall é projetado para evitar o acesso não-autorizado de/para uma rede privada. Os firewalls
podem ser implementados como hardware e software, ou combinando ambos. Os firewalls são
freqüentemente usados para evitar que usuários não-autorizados da Internet tenham acesso a
redes particulares conectadas à Internet. As mensagens que entram ou saem da Internet atravessam o firewall, que examina cada mensagem e bloqueia as que não cumprem os critérios especificados de segurança.
Conexões à Internet
Para conectar uma LAN à Internet, é necessário estabelecer uma conexão de rede através de um
provedor de serviços de Internet (ISP). Na conexão com a Internet, são usados termos como upstream e down¬stream. Upstream significa a velocidade de transferência com que os dados podem
ser transferidos do dispositivo para a Internet; por exemplo, quando o vídeo é enviado de uma
câmera de rede. Downstream é a velocidade de transferência para baixar arquivos; por exemplo,
quando o vídeo é recebido por um PC de monitoramento. Na maioria das situações, por exemplo,
um laptop conectado à Internet, a velocidade de download de informações da Internet é a mais
importante a ser considerada. Em uma aplicação de vídeo em rede com uma câmera de rede em
uma localidade remota, a velocidade de upstream é mais relevante, pois os dados (vídeo) da câmera de rede serão enviados à Internet.
9.2.1
Endereçamento IP
Qualquer dispositivo que deseje se comunicar com outros dispositivos pela Internet deve ter um
endereço IP exclusivo e apropriado. Os endereços IP são usados para identificar os dispositivos
que enviam e que recebem. Atualmente, há duas versões de IP: IP versão 4 (IPv4) e IP versão 6
(IPv6). A principal diferença entre a duas é que um endereço IPv6 é mais longo (128 bits, contra
os 32 bits de um endereço IPv4). Os endereços IPv4 são os mais comuns hoje em dia.
9.2.1.1 Endereços IPv4
Os endereços IPv4 são agrupados em quatro blocos, cada um separado por um ponto. Cada
bloco representa um número entre 0 e 255; por exemplo, 192.168.12.23. Alguns blocos de endereços IPv4 foram reservados exclusivamente para uso privado. Esses endereços IP privados são de
10.0.0.0 a 10.255.255.255, 172.16.0.0 a 172.31.255.255 e 192.168.0.0 a 192.168.255.255. Esses
endereços podem ser usados apenas em redes privadas e não podem ser encaminhados através de
um roteador para a Internet. Todos os dispositivos que desejarem se comunicar pela Internet devem ter seu próprio endereço IP público. Um endereço IP público é um endereço designado por um
provedor de serviços de Internet. Um ISP pode designar um endereço IP dinâmico, que pode mudar
durante uma sessão, ou um endereço estático, normalmente cobrado por mês.
Portas
O número de uma porta define um determinado serviço ou uma determinada aplicação para que
o servidor receptor (por exemplo, uma câmera de rede) saiba como processar os dados recebidos.
Quando um computador envia dados relacionados a uma aplicação específica, é normal que ele
acrescente automaticamente o número da porta a um endereço IP sem que o usuário saiba.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 77
Os números de portas podem variar de 0 a 65535. Algumas aplicações usam números de portas
previamente designados a elas pela Autoridade de Números Designados da Internet (Internet
Assigned Numbers Authority, IANA). Por exemplo, um serviço da Web através de HTTP é normalmente relacionado à porta 80 de uma câmera de rede.
Criando endereços IPv4
Para que uma câmera de rede ou um codificador de vídeo funcione em uma rede IP, é necessário
atribuir a ele(a) um endereço IP. Um endereço IPv4 para um produto de vídeo em rede da Axis
pode ser criado principalmente de duas maneiras: 1) automaticamente, usando o DHCP (Protocolo de Configuração Dinâmica de Host), e 2) manu¬almente, digitando um endereço IP estático
na interface do produto de vídeo em rede, uma máscara de sub-rede e o endereço IP do roteador
padrão, ou usando um software de gerenciamento como o AXIS Camera Management.
O DHCP gerencia um grupo de endereços IP, que podem ser atribuídos dinamicamente a uma
câmera de rede/um codificador de vídeo. A função do DHCP é freqüentemente realizada por um
roteador de banda larga, que, por sua vez, recebe seus endereços IP de um provedor de serviços
de Internet. Usar um endereço dinâmico de IP significa que o endereço IP de um dispositivo de
rede pode mudar de um dia para o outro. Com endereços IP dinâmicos, recomenda-se que os
usuários registrem um nome de domínio (por exemplo, www.minhacamera.com) para o produto
de vídeo em rede em um servidor de DNS (Sistema de Nomes de Domínios) dinâmico, que pode
sempre relacionar o nome de domínio do produto a qualquer endereço IP atribuído a ele no
momento. (Um nome de domínio pode ser registrado usando alguns dos sites de DNS dinâmico
mais conhecidos, como o www.dyndns.org. A Axis também oferece o seu próprio site, chamado
AXIS Internet Dynamic DNS Service (www.axiscam.net), que pode ser acessado a partir da interface de Web de um produto de vídeo em rede da Axis).
Usar o DHCP para criar um endereço IPv4 funciona da seguinte forma. Quando uma câmera de
rede/um codificador de vídeo entra no ar, ele(a) envia uma consulta solicitando a configuração
a um servidor de DHCP. O servidor de DHCP responde com um endereço IP e uma máscara de
sub-rede. O produto de vídeo em rede pode, então, atualizar um servidor de DNS dinâmico com
o seu endereço IP atual para que os usuários possam ter acesso ao produto utilizando um nome
de domínio.
Com o AXIS Camera Management, o software pode encontrar e criar automaticamente endereços IP e exibir o estado da conexão. O software também pode ser usado para atribuir endereços
IP estáticos particulares aos produtos de vídeo em rede da Axis. Isso é recomendado quando um
software de gerenciamento de vídeo for usado para acessar os produtos de vídeo em rede. Em
um sistema de vídeo em rede com possivelmente centenas de câmeras, um software como o
AXIS Camera Management é necessário para gerenciar o sistema de maneira eficaz. Para saber
mais sobre gerenciamento de vídeo, consulte o Capítulo 11.
78 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
NAT (Network Address Translation, Conversão de Endereço de Rede)
When a network device with a private IP address wants to send information via the Internet, it
must do so using a router that supports NAT. Using this technique, the router can translate a
private IP address into a public IP address without the sending host’s knowledge.
Encaminhamento de portas
Para ter acesso pela Internet às câmeras localizadas em uma LAN privada, o endereço IP público
do roteador deve ser usado junto com o respectivo número de porta da câmera de rede/codificador
de vídeo na rede privada. Como um serviço da Web através de HTTP é normalmente mapeado para
a porta 80, o que acontece quando há várias câmeras de rede/codificadores de vídeo usando a
porta 80 para HTTP em uma rede privada? Em vez de alterar o número da porta HTTP padrão em
cada produto de vídeo em rede, é possível configurar um roteador para associar um número de
porta HTTP exclusivo ao endereço IP de um produto de vídeo em rede específico e a uma porta HTTP
padrão. Esse processo se chama ‘encaminhamento de portas’.
O encaminhamento de portas funciona da seguinte maneira. Os pacotes de dados recebidos chegam ao roteador através do endereço IP público (externo) do roteador e através de um número de
porta específico. O roteador é configurado para encaminhar todos os dados que entrarem em um
número de porta predefinido para um dispositivo específico no lado da rede privada do roteador.
Então, o roteador substitui o endereço do remetente pelo seu próprio endereço IP privado (interno).
O cliente receptor vê os pacotes como se fossem provenientes do roteador. O inverso acontece com
os pacotes de dados enviados. O roteador substitui o endereço IP privado do dispositivo de origem
pelo endereço IP público do roteador antes que os dados sejam distribuídos pela Internet.
Mapeamento de portas no roteador
Endereço IP externo Porta externa
do roteador
Endereço IP interno Porta interna
do dispositivo de rede
193.24.171.247
193.24.171.247
193.24.171.247
192.168.10.11
192.168.10.12
192.168.10.13
8028
8030
8032
80
80
80
192.168.10.11
Port 80
Solicitação de HTTP
URL: http://193.24.171.247:8032
192.168.10.12
Port 80
193.24.171.247
Roteador
192.168.10.13
Port 80
Figura 9.2a Graças ao encaminhamento de portas no roteador, as câmeras de rede com endereços IP privados em
uma rede local podem ser acessadas pela Internet. Nesta ilustração, o roteador sabe encaminhar os dados (solicitação) que chegam à porta 8032 para uma câmera de rede cujo endereço IP privado é 192.168.10.13, porta 80. Então,
a câmera de rede pode começar a enviar imagens de vídeo.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 79
O encaminhamento de portas é normalmente realizado com a configuração do roteador em primeiro lugar. Roteadores diferentes têm maneiras diferentes de realizar o encaminhamento de
portas, e há sites como o www.portfoward.com que oferecem instruções passo-a-passo para diferentes roteadores. Normalmente, o encaminhamento de portas requer o uso da interface do roteador em um navegador de Internet, a digitação do endereço IP público (externo) do roteador, e um
número exclusivo de porta que, então, é correlacionado ao endereço IP interno do produto de vídeo
em rede específico ao seu número de porta da aplicação. Para facilita a tarefa de encaminhamento de portas, a Axis oferece o recurso de travessia de NAT em muitos dos seus produtos de vídeo
em rede. A travessia de NAT tenta automaticamente configurar o mapeamento de portas em um
roteador de NAT na rede utilizando UPnP™. Na interface do produto de vídeo em rede, os usuários
podem inserir manu¬almente o endereço IP do roteador de NAT. Se um roteador não for manualmente especificado, o produto de vídeo em rede procurará automaticamente roteadores de NAT na
rede e selecionará o roteador padrão. Além disso, o serviço selecionará automaticamente uma
porta HTTP se nenhuma for inserida manualmente.
Figura 9.2b Os produtos de vídeo em rede da Axis permitem o encaminhamento de portas através da travessia de
NAT.
80 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
9.2.1.2 Endereços IPv6
Um endereço IPv6 é escrito em notação hexadecimal, com dois-pontos subdividindo o endereço
em oito blocos de 16 bits cada um; por exemplo, 2001:0da8:65b4:05d3:1315:7c1f:0461:7847
As principais vantagens do IPv6, além da disponibilidade de um enorme número de endereços IP,
estão a possibilidade de permitir que um dispositivo configure automaticamente seu endereço
IP usando seu endereço MAC. Para comunicação pela Internet, o host solicita e recebe do roteador o prefixo necessário do bloco de endereços públicos e outras informações. O prefixo e o
sufixo do host são usados para que o DHCP para alocação do endereço IP e a configuração manual de endereços IP não sejam mais necessários com o IPv6. O encaminhamento de portas
também não é mais necessário. Outras vantagens do IPv6 são a renumeração para simplificar a
comutação de redes corporativas inteiras entre provedores; roteamento mais veloz, criptografia
ponto a ponto de acordo com a IPSec, e conectividade através do mesmo endereço em redes
variáveis (IPv6 Móvel).
Um endereço IPv6 é indicado entre colchetes em uma URL, e uma porta específica pode ser
endereçada da seguinte maneira: http://[2001:0da8:65b4:05d3:1315:7c1f:0461:7847]:8081/
Para configurar um endereço IPv6 em um produto de vídeo em rede da Axis, basta marcar uma
caixa de seleção para ativar o IPv6 no produto. Então, o produto receberá um endereço IPv6 de
acordo com a configuração no roteador de rede.
9.2.2
Protocolos de transporte de dados para vídeo em rede
O Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) e o Protocolo de Datagramas de Usuário (UDP) são
os protocolos IP usados para enviar dados. Esses protocolos de transporte atuam como transportadores para muitos outros proto¬colos. Por exemplo, o HTTP (Protocolo de Transferência de
Hipertexto), usado para navegar por páginas da Web em servidores de todo o mundo através da
Internet, é transportado pelo TCP.
O TCP é um canal de transmissão confiável, baseado em conexões. Ele cuida do processo de dividir grandes blocos de dados em pacotes menores, e garante que os dados enviados por uma
extremidade sejam recebidos na outra. A confiabilidade do TCP através da retransmissão pode
causar atrasos consideráveis. Em geral, o TCP é usado quando a confiabilidade da comunicação
é mais importante que a latência do transporte.
O UDP é um protocolo sem conexão e não garante a entrega dos dados enviados, deixando todo
o mecanismo de controle e a verificação de erros a cargo do próprio aplicativo. O UDP não realiza nenhuma transmissão dos dados perdidos e, portanto, não introduz mais atrasos.
Tecnologias de rede - Capítulo 9 81
Protocolo
FTP
(File Transfer
Protocol)
SMTP
(Send Mail
Transfer
Protocol
HTTP
(Hyper Text
Transfer
Protocol
HTTPS
(Hypertext
Transfer
Protocol over
Secure Socket
Layer)
Protocolo
de
Transporte
TCP
TCP
TCP
TCP
Porta
Uso comum
Uso para vídeo em rede
21
Transferência de
arquivos pela
Internet / intranets
Transferência de imagens ou vídeo por
uma câmera de rede/um codificador de
vídeo para um servidor de FTP ou um
aplicativo
25
Protocolo par envio
de mensagens de
email
Uma câmera de rede/um codificador de
vídeo pode enviar imagens ou notificações
de alarme usando seu cliente de email
interno.
80
Usado para navegar
na Web, ou seja,
para acessar
páginas de
servidores da Web.
A maneira mais comum de transferir
imagens de vídeo por uma câmera de
rede/um codificador de vídeo onde o
dispositivo de vídeo em rede funciona
essencialmente como um servidor de
Web, disponibilizando o vídeo para o
usuário ou servidor de aplicativos
solicitante.
443
Usado para acessar
páginas da Web
utilizando de
maneira segura a
tecnologia de
criptografia
Transmissão segura de vídeo por câmeras
de rede/codificadores de vídeo.
Formato
padronizado de
pacotes RTP para
distribuição de
áudio e vídeo pela
Internet — muitas
vezes usados em
sistemas de mídia
por fluxo contínuo
ou videoconferência
Uma maneira comum de transmitir vídeos
em rede nos formatos H.264/MPEG, e
para sincronizar vídeo e áudio, pois o RTP
numera seqüencialmente e registra a data
e a hora dos pacotes de dados, permitindo
que esses pacotes sejam remontados na
seqüência correta. A transmissão pode ser
realizada ou em unicast ou em multicast.
RTP
(Real Time
Protocol)
UDP/TCP
Não
definido
RTSP
(Real Time
Streaming
Protocol)
TCP
554
Usado par criar e controlar sessões multimídia através de RTP
Tabela 9.2a Protocolos e portas TCP/IP comuns usados para vídeo em rede.
82 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
9.3
VLANs
Quando um sistema de vídeo em rede é criado, muitas vezes se quer manter a rede separada de
outras redes, tanto por motivos de segurança como por motivos de desempenho. À primeira vista,
a escolha óbvia seria criar uma rede separada. Embora isso simplifique o projeto, o custo de adquirir, instalar e manter a rede é, freqüentemente maior do que quando se usa uma tecnologia
chamada ‘rede local virtual’ (VLAN).
A VLAN é uma tecnologia para segmentar as redes virtualmente, uma função reconhecida pela
maioria dos switches de rede. Isso pode ser feito dividindo-se os usuários da rede em grupos lógicos. Apenas os usuários de um grupo específico podem trocar dados ou acessar determinados
recursos da rede network. Se um sistema de vídeo em rede for segmentado em uma VLAN, apenas
os servidores localizados nessa VLAN poderão acessar as câmeras de rede. Normalmente, as
VLANs são uma solução melhor e mais econômica do que uma rede separada. O principal protocolo usado na configuração de VLANs é o IEEE 802.1Q, que marca cada quadro ou pacote com
bytes a mais para indicar a qual rede virtual o pacote pertence.
VLAN 30
VLAN 20
VLAN 20
VLAN 30
Figura 9.3a Nesta ilustração, as VLANs são criadas com vários switches. Primeiro, cada uma das duas LANs diferentes
é segmentada na VLAN 20 e na VLAN 30. As conexões entre os switches transportam dados de diferentes VLANs. Apenas
os membros da mesma VLAN podem trocar dados, seja dentro da mesma rede ou através de redes diferentes. As VLANs
podem ser usadas para separar uma rede de vídeo de uma rede de escritório.
9.4
Qualidade de Serviço
Como aplicações diferentes — por exemplo, telefone, e-mail e vídeo de vigilância — podem usar
a mesma rede IP, é necessário controlar como os recursos de rede serão compartilhados para
atender às necessidades de cada serviço. Uma solução é permitir que os roteadores e switches
de rede funcionem de maneira diferente em diferentes tipos de serviços (voz, dados e vídeo) à
medida que o tráfego atravessa a rede. Usando a Qualidade de Serviço (QoS), diferentes aplicações de rede podem coexistir na mesma rede sem consumir a largura de banda uma da outra.
O termo ‘Qualidade de Serviço’ refere-se a várias tecnologias tais como a Differentiated Service
Codepoint (DSCP), que pode identificar o tipo de dados em um pacote e, assim, dividir os pacotes
Tecnologias de rede - Capítulo 9 83
em categorias de tráfego que possam ser priorizadas para encaminhamento. As principais vantagens de uma rede que opera com QoS são a possibilidade de priorizar o tráfego e permitir a
distribuição de fluxos de alta prioridade antes dos fluxos de menor prioridade, além da maior
confiabilidade em uma rede, controlando a quantidade de largura de banda que uma aplicação
pode usar e, portanto, controlando a disputa pela largura de banda entre as aplicações. O tráfego de PTZ, muitas vezes considerado de alta prioridade e exigindo baixa latência, é um caso típico no qual a QoS pode ser usada para garantir respostas rápidas para movimentar solicitações.
O pré-requisito para o uso da QoS em uma rede de vídeo é que todos os switches, roteadores e
produtos de vídeo em rede reconheçam a QoS.
PC 3
PC 1
FTP
Roteador 1
Roteador 2
100 Mbit
100 Mbit
Switch 1
Câmera 1
Vídeo
FTP
10 Mbit
Switch 2
PC 2
Vídeo
100 Mbit
Câmera 2
Figura 9.4a Rede comum (que não reconhece QoS). Neste exemplo, o PC1 está vendo duas transmissões de vídeo das
câmeras 1 e 2, cada uma enviando imagens a 2,5 Mbit/s. De repente, o PC2 inicia uma transferência de arquivo do PC3.
Nessa situação, a transferência de arquivos tentará usar toda a capacidade de 10 Mbit/s entre os roteadores 1 e 2,
enquanto as transmissões de vídeo tentarão manter seu total de 5 Mbit/s. A largura de banda destinada ao sistema de
vigilância não pode mais ser garantida e a taxa de quadros de vídeo provavelmente cairá. Na pior das hipóteses, o
tráfego de FTP consumirá toda a largura de banda disponível.
PC 3
PC 1
FTP
Roteador 1
Roteador 2
100 Mbit
Switch 1
Câmera 1
Vídeo
FTP
HTTP
2
3
Vídeo
5
100 Mbit
10 Mbit
Switch 2
PC 2
100 Mbit
Câmera 2
Figura 9.4b Rede que reconhece QoS. Neste caso, o Roteador 1 foi configurado para dedicar até 5 Mbit/s dos 10
Mbit/s disponíveis para transmissão de vídeo. O FTP pode usar 2 Mbit/s, e o HTTP e todos os outros tráfegos podem
usar no máximo 3 Mbit/s. Com essa divisão, as transmissões de vídeo sempre terão a largura de banda necessária à
disposição. As transferências de arquivos são consideradas menos importantes e recebem menos largura de banda,
mas mesmo assim haverá largura de banda disponível para navegação na Web e outros tipos de tráfego. Perceba que
esses valores máximos valem apenas quando houver congestionamento na rede. Se houver largura de banda ociosa,
ela poderá ser usada por qualquer tipo de tráfego..
84 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
9.5
Segurança de Rede
Há diferentes níveis de segurança quando se trata de proteger as informações enviadas por redes
IP. O primeiro é a autenticação e a autorização. O usuário ou dispositivo se identifica para a rede
e para o ponto remoto através de um nome de usuário e uma senha, que são verificados antes
que o dispositivo possa entrar no sistema. A segurança pode ser reforçada com a criptografia dos
dados para evitar que outras pessoas usem ou leiam os dados. Os métodos mais comuns são o
HTTPS (também conhecido como SSL/TLS), VPN e WEP ou WPA nas redes sem fio (Para saber
mais sobre segurança de redes sem fio, consulte o Capítulo 10). O uso da criptografia pode deixar
as comunicações mais lentas, dependendo do tipo de implementa¬ção e criptografia.
9.5.1
Autenticação de nome de usuário e senha
A autenticação por nome de usuário e senha é o método mais básico para proteger os dados em
uma rede IP, e pode ser suficiente quando não for necessário um alto nível de segurança, ou
quando a rede de vídeo for separada da rede principal, sem que usuários não-autorizados tenham acesso físico à rede de vídeo. As senhas podem ser criptografadas ou não quando forem
enviadas; as primeiras proporcionam a melhor segurança.
Os produtos de vídeo em rede da Axis oferecem proteção por senha em vários níveis. Há três
níveis disponíveis: Administrador (acesso total a todas as funções), Operador (acesso a todas as
funções, exceto às páginas de configuração), Espectador (acesso apenas ao vídeo ao vivo).
9.5.2
Filtragem de endereços IP
Os produtos de vídeo em rede da Axis filtram endereços IP, liberando ou bloqueando direitis de
acesso a determinados Endereços IP. Uma configuração típica é que as câmeras de rede permitam que apenas o endereço IP do servidor que hospeda o software de gerenciamento de vídeo
tenha acesso aos produtos de vídeo em rede.
9.5.3
IEEE 802.1X
Muitos produtos de vídeo em rede da Axis operam com IEEE 802.1X, que permite a autenticação
em dispositivos conectados a uma porta de LAN. O IEEE 802.1X estabelece uma conexão ponto-aponto ou impede o acesso a partir da porta de LAN se a autenticação falhar. O IEEE 802.1X impede
o que é conhecido como “seqüestro de portas”; ou seja, quando um computador não-autorizado
ganha acesso à rede através de uma tomada de rede dentro ou fora de um edifício. O IEEE 802.1X
é útil em aplicações de vídeo em rede, pois as câmeras de rede ficam freqüentemente localizadas
em espaços públicos onde uma tomada de rede de fácil acesso pode representar um risco à segurança. Nas redes corporativas de hoje, o IEEE 802.1X está se tornando obrigatório para qualquer
coisa conectada a uma rede.
Em um sistema de vídeo em rede, o IEEE 802.1X pode funcionar da seguinte maneira: 1) Uma câmera de rede envia uma solicitação de acesso à rede a um switch ou ponto de acesso; 2) o switch
ou ponto de acesso encaminha a solicitação a um servidor de autenticação; por exemplo, um servidor RADIUS (Remote Authentication Dial-In User Service) como o Microsoft Internet Authentication Service; 3) Se a autenticação for bem-sucedida, o servidor ordena que o switch ou ponto de
Tecnologias de rede - Capítulo 9 85
acesso abra a porta para permitir que os dados da câmera de rede atravessem o switch e sejam
enviados pela rede.
1
Solicitante (câmera de rede)
2
Autenticador
(Switch)
3
Servidor de
Autenticação (RADIUS)
ou outro
recurso
de LAN
Figura 9.5a O IEEE 802.1X proporciona segurança por porta e envolve um solicitante (por exemplo, uma câmera de
rede), um autenticador (por exemplo, um switch) e um servidor de autenticação. Passo 1: o acesso à rede é solicitado;
passo 2: a solicitação é encaminhada a um servidor de autenticação; passo 3: a autenticação é bem-sucedida e o
switch é instruído para permitir que a câmera de rede envie dados pela rede.
9.5.4
HTTPS ou SSL/TLS
O HTTPS (Texto de Transferência Segura de Hipertexto) é idêntico ao http, mas com uma diferença importante: os dados transferidos são criptografados através da Secure Socket Layer (SSL)
ou da Segurança da Camada de Transporte (TLS). Esse método de segurança aplica a criptografia
aos dados em si. Muitos produtos de vídeo em rede da Axis operam originalmente com HTTPS, o
que possibilita a visualização segura das imagens em um navegador de Web. Entretanto, o uso
do HTTPS pode reduzir a velocidade do link de comunicação e, portanto, a taxa de quadros.
9.5.5
VPN (Virtual Private Network, Rede Privada Virtual)
Com uma VPN, é possível criar um “túnel” seguro entre dois dispositivos em comunicação, permitindo uma comunicação segura e protegida pela Internet. Nessa configuração, o pacote original é criptografado, inclusive os dados e seu cabeçalho, que pode conter informações como os
endereços de origem e destino, o tipo de informação enviado, o número do pacote na seqüência
de pacotes e o comprimento do pacote. Então, o pacote criptografado é encapsulado em outro
pacote que exibe apenas os endereços IP dos dois dispositivos em comunicação (ou seja, roteadores). Essa configuração protege o tráfego e seu conteúdo contra acesso não-autorizado, e
apenas os dispositivos com a “chave” correta poderão operar na VPN. Os dispositivos de rede
entre o cliente e o servidor não poderão acessar nem ver os dados.
86 Capítulo 9 - Tecnologias de rede
Criptografia por HTTPS ou SSL/TLS
DADOS
Túnel VPN
PACOTE
Seguro
Sem Segurança
Figura 9.5b A diferença entre o HTTPS (SSL/TLS) e a VPN é que, no HTTPS, apenas os dados reais de um pacote são
criptografados. Com a VPN, todo o pacote pode ser criptografado e encapsulado para criar um “túnel” protegido.
Ambas as tecnologias podem ser usadas paralelamente, mas isso não é recomendado porque cada tecnologia consome recursos e reduz a velocidade do sistema.
Tecnologias sem fio - Capítulo 10 87
Tecnologias sem fio
Para aplicações de vigilância por vídeo, a tecnologia sem fio é uma maneira flexível,
econômica e rápida de distribuir câmeras, especialmente por áreas extensas, como
um estacionamento ou uma aplicação de vigilância para o centro da cidade. Essas
tecnologias dispensam a extensão de um cabo até o chão. Em edifícios mais antigos
e protegidos, a tecnologia sem fio pode ser a única alternativa caso não possam ser
instalados cabos Ethernet comuns.
A Axis oferece câmeras que funcionam originalmente sem fio. As câmeras de rede sem
tecnologia sem fio incorporada também podem ser integradas a uma rede sem fio se
for usada uma ponte wireless.
Figura 10a Uma câmera de rede sem fio da Axis, utilizando 802.11b/g.
Figura 10b Usando uma ponte wireless, qualquer câmera de rede pode ser usada em uma rede sem fio.
88 Capítulo 10 - Tecnologias sem fio
10.1
802.11 Padrões de WLAN
O padrão wireless mais comum para redes remotas sem fio (WLAN) é o 802.11 da IEEE. Embora
também existam outros padrões e outras tecnologias reservadas, a vantagem dos padrões wireless 802.11 é que todos operam em um espectro não-licenciado, ou seja, não há nenhuma taxa
de licenciamento para montar e operar a rede. As extensões mais relevantes do padrão são
802.11b, 802.11g, 802.11a e 802.11n.
O 802.11b, aprovado em 1999, opera na faixa de 2,4 GHz e oferece velocidades de dados de até 11
Mbit/s. Até 2004, a maioria dos produtos para WLAN vendidos utilizavam o padrão 802.11b.
O padrão 802.11g, aprovado em 2003, é a variante de 802.11 mais comum do mercado. Ele
opera na faixa de 2,4 GHz e oferece velocidades de dados de até 54 Mbit/s. Os produtos de
WLAN normalmente são compatíveis com o 802.11b/g.
O 802.11a, aprovado em 1999, opera na faixa de freqüência de 5 GHz e oferece velocidades de
dados de até 54 Mbit/s. Um problema da faixa de freqüência de 5 GHz é que ela não está disponível para uso em algumas partes da Europa, onde está reservada para sistemas militares de
radar. Nessas áreas, os componentes de WLAN de 5 GHz devem seguir o padrão 802.11a/h.
Outra desvantagem do 802.11a é que o seu intervalo de sinal é mais curto que o do 802.11g
porque opera em uma freqüência mais elevada; portanto, é necessário um número muito maior
de pontos de acesso para transmitir na faixa de 5 GHz do que na faixa de 2,4 GHz.
O 802.11n, que ainda não foi concluído e ratificado, é o padrão da próxima geração, que permitirá velocidades de dados de até 600 Mbit/s. Os produtos que reconhecem o 802.11n utilizam
um esboço do padrão.
Ao instalar uma rede sem fio, a largura de banda do ponto de acesso e a largura de banda consumida pelos dispositivos de rede devem ser levadas em conta. Em geral, a velocidade útil de
transmissão de dados aceita por um determinado padrão de WLAN é aproximadamente metade
da velocidade estipulada por um padrão, devido ao consumo da sinalização e do protocolo. Com
câmeras de rede que operam no padrão 802.11g, no máximo 4 ou 5 câmeras devem ser conectadas a um ponto de acesso sem fio.
10.2
Segurança de WLAN
Devido à natureza das comunicações sem fio, qualquer pessoa com um dispositivo sem fio que esteja presente na área coberta por uma rede sem fio poderá compartilhar a rede e interceptar os
dados transferidos por ela, a menos que a rede esteja protegida.
Para evitar o acesso não-autorizado aos dados transferidos e à rede, algumas tecnologias de segurança, como WEP e WPA/WPA2, foram desenvolvidas para evitar o acesso não-autorizado e criptografar os dados enviados pela rede.
Tecnologias sem fio - Capítulo 10 89
10.2.1 WEP (Wired Equivalent Privacy)
A WEP impede o acesso à rede por pessoas que não possuem a chave correta. Entretanto, a WEP
tem pontos fracos. Entre eles está o fato de que as chaves são relativamente curtas e que outras
falhas permitem a reconstrução das chaves a partir de uma quantidade relativamente pequena
de tráfego interceptado. Hoje em dia, a WEP deixou de ser considerada uma segurança adequada, pois há diversos utilitários disponíveis gratuitamente na Web que podem ser usados para
quebrar o que deveria ser uma chave secreta de WEP.
10.2.2 WPA/WPA2 (WiFi Protected Access, Acesso WiFi Protegido)
O WPA aumenta consideravelmente a segurança, pois não apresenta as deficiências do padrão
WEP. O WPA é uma forma padronizada de distribuição de chaves criptografadas.
10.2.3 Recomendações
Algumas diretrizes de segurança para uso de câmeras sem fio para vigilância:
> Ative o login por nome de usuário/senha nas câmeras.
> Ative a criptografia (HTTPS) no roteador sem fio/nas câmeras. Isso deve ser feito antes que as
chaves ou credenciais sejam criadas para a WLAN, evitando o acesso não-autorizado à rede
com credenciais roubadas.
> Verificar se as câmeras sem fio operam com protocolos de segurança como IEEE 802.1X e WPA/
WPA2.
10.3
Pontes Wireless
Algumas soluções podem usar padrões que não sejam o predominante IEEE 802.11, aumentando
a velocidade e permitindo a transmissão de dados a distâncias mais longas, em combinação com
uma segurança muito reforçada. Duas tecnologias normalmente usadas são microondas e laser,
que podem ser usadas para conectar edifícios ou localidades com um link de dados ponto-aponto de alta velocidade.
90
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 91
Sistemas de gerenciamento de vídeo
Um aspecto importante de um sistema de vigilância por vídeo é gerenciar a visualização ao vivo, a gravação, a reprodução e o armazenamento dos vídeos. Se o sistema for
composto por apenas uma ou algumas câmeras, a visualização e a gravação básica de
vídeo podem ser gerenciadas através da interface de Web interna das câmeras de rede
e dos codificadores de vídeo. Quando o sistema for composto por mais que algumas
câmeras, recomenda-se o uso de um sistema de gerenciamento de vídeo em rede.
Hoje em dia, existem algumas centenas de sistemas diferentes de gerenciamento de
vídeo à disposição para diferentes sistemas operacionais (Windows, UNIX, Linux e Mac
OS), segmentos de mercado e idiomas. Entre os aspectos a considerar estão a plataforma de hardware escolhida (PC servidor ou uma plataforma baseada em um gravador
de vídeo em rede); a plataforma de software; os recursos do sistema, inclusive instalação e configuração, gerenciamento de eventos, vídeo inteligente, administração e
segurança; e possibilidades de integração com outros sistemas, como ponto de venda
ou gestão predial.
11.1
Plataformas de hardware
Existem dois tipos diferentes de plataformas de hardware para um sistema de gerenciamento de
vídeo em rede: uma plataforma de PC servidor com um ou mais PCs executando um software de
gerenciamento de vídeo, e uma plataforma baseada em um gravador de vídeo em rede (network
video recorder, NVR), que é um hardware próprio com software de gerenciamento de vídeo previamente instalado.
11.1.1 Plataforma de PC servidor
Uma solução de gerenciamento de vídeo que utilize uma plataforma de PC servidor inclui PCs
servidores e equipamentos de armazenamento que podem ser adquiridos no mercado para obter o
melhor desempenho para o projeto específico do sistema. Essa plataforma aberta facilita a inclusão de funções no sistema, como armazenamento aumentado ou externo, proteção contra vírus e
algoritmos de vídeo inteligentes, paralelamente com um software de gerenciamento de vídeo.
92 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
Uma plataforma de PC servidor também é totalmente dimensionável, permitindo a inclusão de
qualquer quantidade de produtos de vídeo em rede ao sistema conforme a necessidade. O hardware do sistema pode ser ampliado ou atualizado para contemplar o aumento dos requisitos de
desempenho. Uma plataforma aberta também facilita a integração com outros sistemas, como
controle de acesso, gestão predial e controle industrial. Isso permite que os usuários gerenciem
o vídeo e outros controles prediais através de um único programa e uma única interface de
usuário. Para saber mais sobre servidores e armazenamento, consulte o Capítulo 12.
VISUALIZAÇÃO, REPRODUÇÃO
E ADMINISTRAÇÃO
Software cliente
AXIS Camera Station
VISUALIZAÇÃO, REPRODUÇÃO
E ADMINISTRAÇÃO
Acesso remoto através
do software Cliente
AXIS Camera Station
Câmeras analógicas
Cabos
coaxiais
Switch de
rede
I/O
O
AUDI
1
2
3
4
5
REDE IP
INTERNET
6
OUT
IN
Roteador
de banda
larga
Codificador de vídeo da Axis
Câmeras de rede Axis
Software AXIS Camera
Station
BANCO DE DADOS
DE GRAVAÇÃO
SERVIÇO DE VISUALIZAÇÃO,
REPRODUÇÃO, ADMINISTRAÇÃO
E RETAGUARDA
Figura 11.1a Um sistema de vigilância de vídeo em rede que utiliza uma plataforma aberta de PC servidor com um
software de gerenciamento de vídeo AXIS Camera Station.
11.1.2 Plataforma NVR
Um gravador de vídeo em rede é um equipamento com funções previamente instaladas de gerenciamento de vídeo. Nesse sentido, um NVR é semelhante a um DVR. Alguns DVRs, muitas
vezes chamados ‘DVRs híbridos’, também possuem uma função de NVR; ou seja, a capacidade de
também gravar vídeo em rede.
Muitas vezes, os equipamentos de NVR têm tecnologia própria, projetada especificamente para
gerenciamento de vídeo. Eles são dedicados às suas tarefas específicas de gravação, análise e
reprodução de vídeo em rede, e muitas vezes não permitem que nenhum outro aplicativo seja
instalado neles. O sistema operacional pode ser o Windows, UNIX/Linux ou um sistema operacional próprio.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 93
Um NVR é projetado para oferecer um desempenho ideal para um número definido de câmeras,
e normalmente é menos dimensionável que um sistema que utiliza um PC servidor. Isso torna a
unidade adequada a sistemas menores nos quais o número de câmeras permanece dentro dos
limites da capacidade projetada de um NVR. Normalmente, é mais fácil instalar um NVR do que
um sistema que utilize uma plataforma de PC servidor.
Gravador de vídeo em rede (NVR) Axis
PC de
Visualização
AXIS 262 Network Video Recorder
REDE IP
Câmeras de rede Axis
Figura 11.1b Um sistema de vigilância por vídeo em rede que utiliza um NVR.
11.2
Plataformas de software
Diferentes plataformas de software podem ser usadas para gerenciar vídeo. Elas incluem o uso da
interface de Web incorporada, que existe em muitos produtos de vídeo em rede, ou o uso de um
software gerenciamento de vídeo separado, que pode ter uma interface Windows ou de Web.
11.2.1 Funções internas
As câmeras de rede e os codificadores de vídeo da Axis podem ser acessados por uma rede, bastando digitar o endereço IP do produto no campo Address/Location (Endereço/Local) de um navegador em um computador. Assim que uma conexão for estabelecida com o produto de vídeo
em rede, a página inicial do produto, junto com links para as páginas de configuração do produto, será automaticamente exibida no navegador de Web.
A interface de Web interna dos produtos de vídeo em rede da Axis possui funções simples de
gravação; ou seja, gravação manual de fluxos de vídeo (H.264, MPEG-4, Motion JPEG) em um
servidor, com um clique em um ícone, ou gravação iniciada por evento de imagens JPEG individuais em um ou mais locais. A gravação de fluxos de vídeo acionada por eventos é possível com
produtos de vídeo em rede com recursos de armazenamento local. Nesses casos, os fluxos de
vídeo são gravados no cartão SD/SDHC dos produtos. Para aumentar a flexibilidade de gravação
em termos de modos (ou seja, gravações contínuas ou programadas) e funções, é necessário um
software separado de gerenciamento de vídeo. A configuração e o gerenciamento um produto
de vídeo em rede através da sua interface interna de Web funcionarão quando houver apenas
um pequeno número de câmeras em um sistema.
94 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
11.2.2 Software cliente na plataforma Windows
Quando se trata de software separado para gerenciamento de vídeo, os programas clientes na
plataforma Windows são os mais usados. Também há software na plataforma Web à disposição.
Se for usado um software cliente em Windows para gerenciamento de vídeo, ele deverá ser
instalado antes no servidor de gravação. Depois, pode ser instalado um software cliente de visualização no mesmo servidor de gravação ou em qualquer outro PC, seja no local ou na mesma
rede em que o servidor de gravação estiver instalado, ou remotamente, em uma estação de visualização localizada em uma rede separada. Em alguns casos, o aplicativo cliente também
permite que os usuários alternem entre diferentes servidores com o software de gerenciamento
de vídeo instalado, possibilitando, assim, o gerenciamento de vídeo em um sistema de grande
porte ou em muitas localidades remotas.
11.2.3 Software na Web
Um software de gerenciamento de vídeo na Web deve ser instalado antes em um PC servidor que
funcionará como servidor de Web e de gravação ao mesmo tempo. Ele permite que usuários em
qualquer tipo de computador conectado à rede, em qualquer parte do mundo, tenham acesso ao
servidor de gerenciamento de vídeo e, portanto, aos produtos de vídeo em rede que ele gerencia,
com um simples navegador de Web.
11.2.4 Escalabilidade do software de gerenciamento de vídeo
Na maior parte dos casos, a escalabilidade da maioria dos programas de gerenciamento de vídeo,
em termos de número de câmeras e de quadros por segundo, é limitada pela capacidade do
hardware, e não do software. O armazenamento de arquivos de vídeo exige ainda mais do hardware de armazenamento porque ele pode precisar operar ininterruptamente, e não apenas
durante o horário comercial normal. Além disso, o vídeo, por natureza, gera grandes quantidades
de dados, o que exige muito da solução de armazenamento. Para saber mais sobre servidores e
armazenamento, consulte o Capítulo 12.
11.2.5 Software aberto x Software próprio do fornecedor
Fornecedores de produtos de vídeo em rede oferecem software de gerenciamento de vídeo.
Muitas vezes esse software funciona apenas no equipamento de vídeo em rede desse fornecedor.
Também existem programas que funcionam em várias marcas de produtos de vídeo, sendo muitas vezes oferecidos por empresas independentes. Mais de 550 Parceiros de Desenvolvimento de
Aplicativos da Axis oferecem diversas soluções de software. Visite www.axis.com/partner/adp
11.3
Recursos do sistema
Um sistema de gerenciamento de vídeo pode ter muitos recursos diferentes. Alguns dos mais
comuns estão relacionados abaixo:
> Visualização simultânea do vídeo de várias câmeras
> Gravação de vídeo e áudio
> Funções de gerenciamento de eventos, inclusive vídeo inteligente, como detecção de
movimento em vídeo
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 95
> Administração e gerenciamento de câmeras
> Opções de pesquisa e reprodução
> Controle de acesso de usuários e registro (auditoria) de atividades
11.3.1 Visualização
Uma função essencial de um sistema de sistema de gerenciamento de vídeo é permitir que imagens ao vivo e gravadas sejam visualizadas de maneira eficiente e intuitiva. A maioria dos aplicativos de gerenciamento de vídeo permite que mais de um usuário veja em diferentes modos,
por exemplo, visão dividida (para ver câmeras diferentes ao mesmo tempo), tela cheia ou seqüência de câmeras (onde as exibições de diferentes câmeras são apresentadas automaticamente,
uma após a outra).
Menu
Barra de ferramentas
Indicador de gravação
Links para espaços
de trabalho
Visualizar
grupos
Controles de
áudio e PTZ
Registro
de alarmes
Figura 11.3a Tela de visualização ao vivo da AXIS Camera Station.
Muitos programas de gerenciamento de vídeo oferecem também um recurso de reprodução de
câmeras múltiplas, que permite aos usuários ver gravações simultâneas de diferentes câmeras.
Isso permite que os usuários tenham um quadro abrangente de um evento, o que é útil para uma
investigação. Também podem ser disponibilizados os recursos de visualização em vários monitores e mapeamento, que inserem ícones de câmera que representam em um mapa do edifício ou
da área os locais onde as câmeras estão instaladas.
11.3.2 Multi-streaming
Os produtos avançados de vídeo em rede da Axis permitem o multi-streaming, no qual vários
fluxos de vídeo de uma câmera de rede ou de um codificador de vídeo podem ser configurados
96 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
individualmente com diferentes taxas de quadro, formatos de compactação e resoluções, e enviados a diferentes destinatários. Esse recurso otimiza o uso da largura de banda da rede.
Gravação/visualizaç
ão remota em taxa
de quadros e
resolução média
Câmera analógica
I/O
AUDIO
1
2
3
4
5
6
OUT
IN
Codificador de
vídeo
Gravação/visualiz
ação local em
taxa de quadros e
alta resolução
Visualização com
um telefone
celular em taxa
de quadros média
e baixa resolução
Figura 11.3b Vários fluxos de vídeo configuráveis individualmente permitem o envio de vídeos com diferentes taxas
de quadro a destinatários diferentes.
11.3.3 Gravação de vídeo
Com um software de gerenciamento de vídeo como o AXIS Camera Station, é possível gravar
vídeos manu¬almente, continuamente e mediante acionamento automático (por movimento ou
alarme), e as gravações contínuas e acionadas podem ser programadas para horários selecionados durante cada dia da semana.
A gravação contínua normalmente requer mais espaço em disco do que uma gravação acionadas
por alarme. Uma gravação por alarme pode ser acionada, por exemplo, através da detecção de
movimento no vídeo ou de entradas externas, através da porta de entrada de uma câmera ou de
um codificador de vídeo. Com gravações programadas, é possível definir cronogramas de gravações contínuas acionadas por alarme/movimento.
Figura 11.3c Configurações de gravação programada, com uma combinação de gravações contínuas e acionadas
por alarme/movimento aplicadas pelo software de gerenciamento de vídeo AXIS Camera Station.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 97
Assim que o método de gravação for selecionado, a qualidade das gravações poderá ser definida
com a seleção do formato de vídeo (por exemplo, H.264, MPEG-4, Motion JPEG), da resolução,
do nível de compactação e da taxa de quadros. Esses parâmetros afetarão a quantidade de largura de banda consumida, além do espaço de armazenamento necessário.
Os produtos de vídeo em rede podem ter recursos variados de taxa de quadros, dependendo da
resolução. A gravação e/ou visualização em taxa de quadros (considerada como 30 quadros por
segundo no padrão NTSC original e 25 quadros por segundo no padrão PAL) em todas as câmeras em todos os momentos é mais do que exige a maioria das aplicações. As taxas de quadro em
condições normais podem ser estabelecidas um nível mais baixo — por exemplo, de um a quatro
quadros por segundo — para reduzir drasticamente o espaço de armazenamento necessário. Em
caso de alarme — por exemplo, se for acionada uma detecção por movimento no vídeo ou por
um sensor externo— um fluxo separado com taxa de quadros mais elevada poderá ser enviado.
11.3.4 Gravação e armazenamento
A maioria dos programas de gerenciamento de vídeo utiliza o sistema de arquivos padrão do
Windows para armazenamento, para que seja possível usar qualquer drive de sistema ou drive
de rede para armazenamento de vídeo. Um software de gerenciamento de vídeo pode permitir
mais de um nível de armazenamento. Por exemplo, as gravações são realizadas em um disco
rígido principal (o disco rígido local) e o arquivamento ocorre em discos locais, discos de rede ou
discos rígidos remotos. Os usuários podem especificar o tempo de retenção das imagens no
disco rígido principal antes que elas sejam automaticamente excluídas ou transferidas para o
drive de arquivamento. Os usuários também podem evitar a exclusão automática de vídeos
acionados por eventos, marcando-os ou bloqueando-os especialmente no sistema.
11.3.5 Gerenciamento de eventos e vídeo inteligente
Gerenciar eventos é identificar ou criar um evento acionado por estímulos, sejam eles de recursos
internos dos produtos de vídeo em rede ou de outros sistemas, como terminais de ponto de venda
ou software inteligente de vídeo, e configurar o sistema de vigilância por vídeo em rede para reagir
automaticamente ao evento, por exemplo, gravando imagens, enviando alertas e acionando diferentes dispositivos, como portas e luzes.
As funções de gerenciamento de eventos e vídeo inteligente podem atuar juntas para permitir que
um sistema de vigilância por vídeo use a largura de banda de rede e o espaço de armazenamento
de maneira mais eficiente. O monitoramento contínuo ao vivo das câmeras não é necessário, pois
os alertas aos operadores podem ser enviados quando ocorrer um evento. Todas as reações configuradas podem ser acionadas automaticamente, reduzindo os tempos de reação. O gerenciamento
de eventos ajuda os operadores a darem conta de um número maior de câmeras.
As funções de gerenciamento de eventos e de vídeo inteligente podem ser incorporadas e conduzidas em um produto de vídeo em rede ou em um software de gerenciamento de vídeo. Elas tam-
98 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
bém podem ser realizadas por ambos, pois um software de gerenciamento de vídeo pode aproveitar
a função de vídeo inteligente incorporada a um produto de vídeo em rede. Nesse caso, as funções
de vídeo inteligente, como detecção de movimento no vídeo e de adulteração de câmera, podem
ser realizadas pelo produto de vídeo em rede e marcadas para o software de gerenciamento para
que sejam tomadas outras providências. Esse processo oferece diversas vantagens:
>
Permite uma utilização mais eficaz da largura de banda e do espaço de armazenamento, pois
não exige que uma câmera envie imagens de forma contínua a um servidor de gerenciamento
de vídeo para análise de qualquer evento em potencial. A análise é realizada no produto de
vídeo em rede e os fluxos de vídeo são enviados para gravação e/ou visualização apenas
quando ocorrer algum evento.
> Ele não exige que o servidor de gerenciamento de vídeo tenha recursos de processamento
rápido, o que economiza custos. A condução de algoritmos inteligentes de vídeo consome
muita CPU.
>
É possível obter escalabilidade. Se um servidor fosse obrigado a executar algoritmos de vídeo
inteligente, apenas um pequeno número de câmeras poderia ser gerenciado em um determinado
momento. Se as funções inteligentes estiverem “na fronteira”, ou seja, na câmera de rede ou
no codificador de vídeo, o tempo de reação será menor e será possível gerenciar um número
muito grande de câmeras de maneira proativa.
Detector PIR
(infravermelho
passivo)
Computador com
software de
gerenciamento
de vídeo
Câmera analógica
REDE IP
Câmera de
rede Axis
Sirene de alarme
Servidor de
gravação
de vídeo
Casa
Escritório
INTERNET
Telefone
celular
Relê
Figura 11.3d O gerenciamento de eventos e o vídeo inteligente permitem que um sistema de vigilância esteja constantemente alerta, analisando as entradas para detectar um evento. Assim que um evento é detectado, o sistema
pode responder automaticamente com ações, como gravação de vídeo e envio de alertas.
Acionadores de eventos
Um evento pode ser programado ou acionado. Os eventos podem ser acionados por:
> Portas de entrada: A(s) porta(s) de entrada de uma câmera de rede ou de um codificador de
vídeo podem ser conectadas a dispositivos externos, como um sensor de movimento ou um
interruptor de porta.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 99
> Disparo manual: O operador pode usar botões para acionar um evento manualmente.
> Detecção de movimento em vídeo: Quando uma câmera detecta um determinado movimento
na janela de detecção de movimento da câmera, é possível acionar um evento. Para saber
mais sobre detecção de movimento em vídeo, consulte a página 102.
>
Adulteração de câmeras: Este recurso, que permite que uma câmera detecte quando é
obstruída ou movimentada intencionalmente ou quando perde o foco, pode ser usado para
acionar um evento. Para saber mais sobre o alarme ativo de adulteração, consulte a página
102.
> Acionamento por áudio: Isso permite que uma câmera que reconheça áudio acione um
evento se detectar sons abaixo ou acima de um determinado limite. Para saber mais sobre
detecção de áudio, consulte o Capítulo 8.
> Temperatura: Se a temperatura subir ou cair além do intervalo operacional de uma câmera,
um evento pode ser acionado.
Figura 11.3e Criando acionamentos de eventos com a interface de Web de um produto de vídeo em rede da Axis.
Reações
Os produtos de vídeo em rede ou um software de gerenciamento de vídeo podem ser configurados para reagir a eventos de forma contínua ou em determinados horários. Quando um evento
é acionado, estas são algumas das reações mais comuns que podem ser configuradas:
100 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
>
Transmitir as imagens ou a gravação de fluxos de vídeo para locais específicos, com uma
determinada taxa de quadros. Quando a função de acionamento por eventos for usada na
interface de Web dos produtos de vídeo em rede da Axis, apenas imagens JPEG podem ser
transmitidas. Quando for usado um software de gerenciamento de vídeo, um fluxo de vídeo
com um formato de compressão (H.264/MPEG-4/Motion JPEG) e um nível de compactação
especificado pode ser solicitado do produto de vídeo em rede.
> Ativar a porta de saída: A(s) porta(s) de saída de uma câmera de rede ou de um codificador
de vídeo podem ser conectadas a dispositivos externos tais como alarmes. Veja a seguir mais
detalhes sobre as portas de saída.
> Enviar aviso por email: Esse recurso avisa os usuários que ocorreu um evento. Uma imagem
também pode ser anexada ao e-mail.
> Enviar aviso por HTTP/TCP: Esta função envia um alerta a um sistema de gerenciamento de
vídeo, que pode, por sua vez, iniciar gravações por exemplo.
> Ir para um ponto predefinido de PTZ: Esta função pode estar disponível em câmeras PTZ ou
em câmeras PTZ com cúpula. Ela permite que a câmera aponte para uma posição específica,
como uma janela, quando ocorrer um evento.
> Enviar um a mensagem de texto (SMS) com informações sobre o alarme, ou uma mensagem
multimídia (MMS) com uma imagem mostrando o evento.
> Ativar um alerta sonoro no sistema de gerenciamento de vídeo.
> Exibir uma janela instantânea com imagens de uma câmera na qual um evento foi acionado.
> Exibir procedimentos que o operador deve seguir.
Além disso, podem ser criados buffers de imagem antes e depois do alarme, permitindo que o
produto de vídeo em rede envie vídeo com duração e taxa de quadros definidas antes e depois do
acionamento de um evento. Isso pode ajudar a mostrar um quadro mais completo de um evento.
Portas de Entrada/Saída
Um recurso exclusivo de câmeras de rede e codificadores de vídeo, que não existe nas câmeras
analógicas, são suas portas integradas de entrada e saída (E/S). Essas portas permitem conectar
um produto de vídeo em rede a dispositivos externos e gerenciar esses dispositivos através de
uma rede. Por exemplo, uma câmera de rede ou um codificador de vídeo conectado(a) a um
sensor de alarme externo através da sua porta de entrada pode ser instruído(a) a enviar vídeo
apenas quando o sensor for acionado.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 101
Os tipos de dispositivos que podem ser conectados à porta de entrada de um produto de vídeo
em rede são praticamente infinitos. A regra básica é que qualquer dispositivo capaz de alternar
entre um circuito aberto e fechado pode ser conectado a uma câmera de rede ou um codificador
de vídeo. A função principal da porta de saída de um produto de vídeo em rede é acionar dispositivos externos, seja automaticamente ou por controle remoto, por meio de um operador ou de
um aplicativo.
Tipo de dispositivo
Descrição
Uso
Contato de porta
Interruptor magnético simples
que detecta a abertura de
portas ou janelas.
Quando o circuito é interrompido
(porta aberta), é possível enviar
imagens/vídeo e avisos pela câmera.
Sensor que detecta movimentos Quando um movimento é detectado,
Detector de
o PIR interrompe o circuito e é
infravermelho passivo através da emissão de calor.
possível enviar imagens/vídeo e
(PIR)
avisos pela câmera.
Detector de quebra
de vidro
Sensor ativo que mede a
pressão do ar em uma sala e
detecta quedas repentinas de
pressão. O sensor pode ser
alimentado pela câmera.
Quando uma queda na pressão do ar
detectada, o detector interrompe o
circuito e é possível enviar imagens/
vídeo e avisos pela câmera.
Tabela 11.3a Exemplo de dispositivos que podem ser conectados à porta de entrada.
Tipo de dispositivo
Descrição
Uso
Relê de porta
Relê (solenóide) que controla a
abertura e o fechamento de
fechaduras de portas.
É possível controlar a abertura/o
fechamento de uma porta através de
um operador remoto (pela rede) ou
ser uma reação automática a um
evento de alarme.
Sirene
Uma sirene de alarme
configurada para disparar
quando um alarme for
detectado.
O produto de vídeo em rede pode
acionar a sirene quando um
movimento é detectado (usando a
detecção interna de movimento no
vídeo) ou através de “informações” da
entrada digital.
Sistema de alarme/
invasão
Um sistema de alarme que
monitora continuamente um
circuito de alarme normalmente
fechado ou aberto.
O produto de vídeo em rede pode agir
como um componente integrado do
sistema de alarme que serve de
sensor, reforçando o sistema de
alarme com.
Tabela 11.3b Exemplo de dispositivos que podem ser conectados à porta de saída.
102 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
Detecção de movimento em vídeo
A detecção de movimento em vídeo (VMD) é um recurso que existe em todos os sistemas de gerenciamento de vídeo. É uma forma de definir a atividade em uma cena, analisando os dados de
imagem e as diferenças em uma série de imagens. Com a VMD, é possível detectar movimento em
qualquer parte do campo de visão de uma câmera. Os usuários podem configurar várias janelas
“incluídas” (uma área específica do campo de visão da câmera onde deve ser detectado movimento), e janelas “excluídas” (áreas de uma janela “incluída” que devem ser ignoradas). A VMD ajuda
a priorizar as gravações, reduzir a quantidade de vídeo gravado e facilitar a pesquisa de eventos.
Figura 11.3f Configuração da detecção de movimento em vídeo no software de gerenciamento de vídeo AXIS Camera
Station.
Alarme ativo contra adulteração
Esta função de vídeo inteligente, incorporada em muitos produtos de vídeo em rede da Axis,
pode ser usada como acionamento de eventos quando uma câmera é manipulada de qualquer
maneira, por exemplo: redirecionamento, bloqueio, desfocalização, ou pintura por spray, cobertura ou danificação. Sem essa detecção, o uso das câmeras de vigilância pode ser limitado.
11.3.6 Recursos de administração e gerenciamento
Todos os aplicativos de gerenciamento de vídeo permitem incluir e configurar parâmetros básicos de câmera, taxa de quadros, resolução e formato de compactação, mas alguns deles possuem funções mais avançadas, como descoberta de câmeras e gerenciamento total de dispositivos. Quanto maior ficar um sistema de vigilância por vídeo, mais importante será a capacidade
de gerenciar com eficiência os dispositivos conectados à rede.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 103
Os programas que ajudam a simplificar o gerenciamento de câmeras de rede e codificadores de
vídeo em uma instalação muitas vezes oferecem as seguintes funções:
>
>
>
>
>
>
Localização e exibição do estado de conexão de dispositivos de vídeo na rede
Definição de endereços IP
Configuração de uma ou várias unidades
Gerenciamento de atualizações de firmware de várias unidades
Gerenciamento direitos de acesso do usuário
Uma folha de configuração que permite aos usuários ter, em um único lugar, um panorama
de todas as configurações de câmera e gravação.
Figura 11.3g O software de Gerenciamento de Câmeras da AXIS facilita encontrar, instalar e configurar produtos de
vídeo em rede.
11.3.7 Segurança
A segurança é uma parte importante do gerenciamento de vídeo. Um produto de vídeo em rede
ou um software de gerenciamento de vídeo deve permitir a definição ou configuração dos seguintes itens:
> Usuários autorizados
> Senhas
> Níveis diferentes de acesso de usuários, por exemplo:
- Administrador: acesso a todas as funções (no software AXIS Camera Station software,
por exemplo, o administrador pode selecionar a quais câmeras e funções o usuário terá
acesso).
- Operador: acesso a todas as funções, exceto algumas páginas de configuração
- Visualizador: acesso apenas às imagens ao vivo de algumas câmeras
104 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
11.4
Sistemas integrados
Quando o vídeo é integrado a outros sistemas, como ponto de venda e gestão predial, informações de outros sistemas podem ser usadas para acionar funções tais como gravações por eventos
no sistema de vídeo em rede, e vice-versa. Além disso, os usuários podem se beneficiar de ter
uma única interface para gerenciar sistemas diferentes.
11.4.1 Interface de programação de aplicativos
Todos os produtos de vídeo em rede da Axis contam com uma interface de programação de aplicativos (API) em HTTP ou uma interface de rede chamada VAPIX®, que facilita para os desenvolvedores a criação de aplicativos que contemplem o uso de produtos de vídeo em rede. Um software
de gerenciamento de vídeo ou um sistema de gestão predial que utiliza o VAPIX® é capaz de solicitar imagens de produtos de vídeo em rede da Axis, controlar funções de câmeras de rede (por
exemplo, PTZ e relês) e definir ou acessar valores de parâmetros internos. Na verdade, ele permite
que um sistema faça tudo o que a interface de Web do produto de vídeo em rede permite fazer, e
muito mais, como capturar imagens sem compressão no formato de arquivo BMP.
Um fórum setorial global e aberto, chamado ONVIF, foi criado no início de 2008 pelos fabricantes Axis, Bosch e Sony para padronizar a interface de rede dos produtos de vídeo em rede. Uma
interface de rede padronizada aumentará a interoperabilidade e proporcionará maior flexibilidade para os usuários finais na criação de sistemas de vídeo em rede com produtos de vários fornecedores. Para saber mais, visite www.onvif.org.
11.4.2 Ponto de Venda
A introdução do vídeo em rede em ambientes de lojas facilitou a integração do vídeo aos sistemas de ponto de venda (PdV).
A integração permite que todas as transações na caixa registradoras sejam conectadas ao vídeo
real das transações. Ela ajuda a capturar e evitar fraudes e furtos de funcionários e clientes.
Exceções de PdV, como devoluções, valores inseridos manualmente, correções de linhas, cancelamentos de transações, compras de funcionários, descontos, itens com etiquetas especiais,
trocas e reembolsos, podem ser visualmente confirmadas com o vídeo capturado. Um sistema de
PdV com vigilância por vídeo integrada facilita encontrar e confirmar atividades suspeitas.
Podem ser usadas gravações por eventos. Por exemplo, uma transação ou exceção de PdV, ou a
abertura da gaveta de uma caixa registradora, pode ser usada para acionar uma câmera e gravar
e marcar a gravação. A cena anterior e posterior a um evento pode ser capturada utilizando
buffers de gravação pré-evento e pós-evento. A gravação por eventos aumenta a qualidade do
material gravado, além de reduzir o espaço necessário para armazenamento e o tempo necessário para pesquisar incidentes.
Sistemas de gerenciamento de vídeo - Capítulo 11 105
Figura 11.4a Exemplo de uma sistema de PdV integrado à vigilância por vídeo. Esta tela mostra os recibos junto com
vídeos do evento. Imagem cedida por cortesia da Milestone Systems.
11.4.3 Controle de acesso
Integrar um sistema de gerenciamento de vídeo ao sistema de controle de acesso de uma instalação permite que o acesso à instalação e às salas seja registrado em vídeo. Por exemplo, é
possível capturar imagens de todas as portas quando alguém entra ou sai de uma instalação.
Isso permite a verificação visual quando ocorrer algum evento fora do normal. Além disso, também é possível realizar a identificação de eventos de “carona”. A “carona” ocorre quando, por
exemplo, a pessoa que passa seu cartão de acesso permite, conscientemente ou não, que outras
pessoas tenham acesso sem precisar passar o cartão.
11.4.4 Gestão predial
O vídeo pode ser integrado a um sistema de gestão predial (BMS) que controla vários sistemas,
desde aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC) até sistemas de segurança, proteção,
energia e alarme de incêndio.
Veja a seguir alguns exemplos de aplicação:
> Um alarme de falha de equipamento pode acionar uma câmera para exibir imagens de vídeo
a um operador, além de disparar alarmes no BMS.
> Um alarme de incêndio pode acionar uma câmera para monitorar as portas de saída e começar
a gravação para fins de segurança.
106 Capítulo 11 - Sistemas de gerenciamento de vídeo
> O vídeo inteligente pode ser usado para detectar fluxos inversos de entrada de pessoas em
um edifício devido a portas deixadas abertas ou desprotegidas após eventos, como uma
evacuação.
> Informações da função de detecção de movimento em vídeo de uma câmera localizada em
uma sala de reuniões podem ser usadas com sistemas de iluminação e aquecimento para
acender as luzes e desligar o aquecimento assim que a sala ficar vazia, economizando energia.
11.4.5 Sistemas de controle industrial
Muitas vezes, a verificação visual remota é vantajosa e obrigatória em sistemas complexos de
automação industrial. Com acesso ao vídeo em rede através da mesma interface usada para
monitorar um processo, o operador não precisa sair do painel de controle para verificar visualmente uma parte de um processo. Além disso, quando uma operação não funciona corretamente, a câmera de rede pode ser acionada para enviar imagens. Em alguns processos que exigem
uma sala estéril, ou em instalações com produtos químicos perigosos, a vigilância por vídeo é a
única maneira de ter acesso visual a um processo. O mesmo vale para sistemas de rede elétrica
com uma subestação em uma localidade muito afastada.
11.4.6 RFID
Sistemas de rastreamento que utilizam RFID (identificação por radiofreqüência) ou métodos
semelhantes são usados em muitas aplicações para rastrear objetos. Um exemplo é o manuseio
de bagagens em aeroportos, rastreando-as e enviando-as para o destino correto. Se ele for integrado à vigilância por vídeo, haverá provas visuais de perda de bagagens ou de danos causados
às bagagens e as rotinas de procura podem ser aceleradas.
largura de banda e espaço de armazenamento - Capítulo 12 107
Considerações sobre largura de banda e espaço
de armazenamento
A largura de banda de rede e o espaço de armazenamento necessários são fatores
importantes no projeto de um sistema de vigilância por vídeo. Entre os fatores estão
o número de câmeras, a resolução de imagem usada, o tipo e a proporção de compactação, as taxas de quadro e a complexidade da cena. Este capítulo apresenta algumas
diretrizes de projeto de um sistema, além de informações sobre soluções de armazenamento e várias configurações de sistema.
12.1
Cálculos de largura de banda e espaço de armazenamento
Os produtos de vídeo em rede utilizam a largura de banda da rede e o espaço de armazenamento
de acordo com sua configuração. Como já foi mencionado, isso depende dos seguintes fatores:
> Número de câmeras
> Método de gravação (contínuo ou por eventos)
> Número de horas por dia em que a câmera realizará gravações
> Quadros por segundo
> Resolução de imagem
> Tipo de compactação de vídeo: Motion JPEG, MPEG-4, H.264
> Cena: complexidade da imagem (por exemplo, parede branca ou uma floresta), condições de
iluminação e quantidade de movimento (ambiente de escritório ou estações de trem lotadas)
> Tempo previsto de armazenamento dos dados
12.1.1 Largura de banda necessária
Em um sistema de vigilância de pequeno porte, com 8 a 10 câmeras, pode ser usado um switch
de rede básico de 100 megabits (Mbit) sem a necessidade de pensar em limitações de largura de
banda. A maioria das empresas pode implementar um sistema de vigilância desse porte utilizando a rede que já possuem.
108 Capítulo 12 - largura de banda e espaço de armazenamento
Ao implementar 10 ou mais câmeras, a carga da rede pode ser calculada por algumas regras gerais:
> Uma câmera configurada para gerar imagens de alta qualidade com alta taxa de quadros
utilizará aproximadamente 2 a 3 Mbit/s da largura de banda de rede disponível.
> Entre 12 e 15 câmeras, considere o uso de um switch com backbone de alta velocidade
(gigabit). Se for usado um switch para alta velocidade, o servidor em que o software de
gerenciamento de vídeo está instalado deverá ter um adaptador de rede gigabit instalado.
Entre as tecnologias que permitem gerenciar o consumo de largura de banda estão VLANs em
uma rede comutada, Qualidade de Serviço e gravações por eventos. Para saber mais sobre esses
tópicos, consulte os capítulos 9 e 11.
12.1.2 Cálculo do espaço de armazenamento necessário
Como já foi mencionado, o tipo de compactação de vídeo usado é um dos fatores que afetam o
espaço de armazenamento necessário. O formato de compactação H.264 é de longe a técnica mais
eficiente de compactação de vídeo disponível hoje em dia. Sem comprometer a qualidade de imagem, um codificador H.264 pode reduzir o tamanho de um arquivo de vídeo digital em mais de
80%, comparado com o formato Motion JPEG, e até 50% mais do que o padrão MPEG-4 (Parte 2).
Isso significa que serão necessários muito menos largura de banda de rede e espaço de armazenamento para um arquivo de vídeo H.264.
As tabelas abaixo mostram exemplos de cálculos de espaço de armazenamento para todos os
três formatos de compactação. Como diversas variáveis afetam os níveis médios de taxa de bits,
os cálculos não são tão diretos para os formatos H.264 e MPEG-4. Com o Motion JPEG, a fórmula é clara porque esse formato consiste em um único arquivo para cada imagem. O espaço de
armazenamento necessário para arquivos Motion JPEG varia de acordo com a taxa de quadros,
a resolução e o nível de compactação.
Cálculo para o formato H.264:
Velocidade aproximada / 8 (bits em um byte) x 3600s = KB por hora / 1000 = MB por hora
MB por hora x horas de operação diária / 1000 = GB por dia
GB por dia x período de armazenamento previsto = espaço de armazenamento necessário
Velocidade
aproximada
(Kbit/s)
Quadros
por
segundo
MB/
hora
Horas de
operação
5
49,5
8
0.4
15
112,5
8
0.9
270
12
3.2
Câmera
Resolução
Nº 1
CIF
110
Nº 2
CIF
250
Nº 3
4CIF
600
15
GB/dia
Total para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 135 GB
Tabela 12.1a Os números acima são baseados em muita movimentação em uma cena. Se houver menos mudanças em
uma cena, os números podem ser 20% menores. A quantidade de movimento em uma cena pode afetar muito o espaço
de armazenamento necessário.
largura de banda e espaço de armazenamento - Capítulo 12 109
Cálculo para o formato MPEG-4:
Velocidade aproximada / 8 (bits em um byte) x 3600s = KB por hora / 1000 = MB por hora
MB por hora x horas de operação diária / 1000 = GB por dia
GB por dia x período de armazenamento previsto = espaço de armazenamento necessário
Observação: a fórmula não leva em conta a quantidade de movimento, que é um fator importante que pode influenciar o espaço de armazenamento necessário.
Câmera
Resolução
Velocidade
aproximada
(Kbit/s)
Quadros
por
segundo
MB/
hora
Horas de
operação
GB/dia
Nº 1
CIF
170
5
76,5
8
0,6
Nº 2
CIF
400
15
180
8
1,4
Nº 3
4CIF
880
15
396
12
5
Total para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 204 GB
Tabela 12.1b
Cálculo para o formato Motion JPEG:
Tamanho da imagem x quadros por segundo x 3600s = Kilobyte (KB) por hora /1000 = Megabyte
(MB) por hora
MB por hora x horas de operação diária / 1000 = Gigabyte (GB) por dia
GB por dia x período de armazenamento previsto = espaço de armazenamento necessário
Câmera
Resolução
Velocidade
aproximada
(Kbit/s)
Quadros
por
segundo
MB/
hora
Horas de
operação
Nº 1
CIF
13
5
GB/dia
234
8
1,9
No. 2
CIF
13
15
702
8
5,6
No. 3
4CIF
40
15
2160
12
26
Total para as 3 câmeras e 30 dias de armazenamento = 1002 GB
Tabela 12.1c
110 Capítulo 12 - largura de banda e espaço de armazenamento
Uma ferramenta útil para calcular a largura de banda e o espaço de armazenamento necessários é
a AXIS Design Tool, disponível no seguinte endereço: www.axis.com/products/video/design_tool/
Figura 12.1a A AXIS Design Tool possui funções avançadas de gestão de projetos que permitem o cálculo da largura
de banda e do espaço de armazenamento para um sistema grande e complexo.
12.2
Armazenamento em servidor
Dependendo da unidade central de processamento (CPU), da placa de rede e da RAM interna
(Memória de Acesso Aleatório) de um PC servidor, ele pode dar conta de um determinado número de câmeras, quadros por segundo e tamanho de imagens. A maioria dos PCs pode conter entre
duas e quatro unidades de disco rígido, e cada disco pode conter até aproximadamente 300 gigabytes (GB). Em uma instalação de pequeno ou médio porte, o PC em que o software de gerenciamento de vídeo está instalado também é usado para gravação de vídeo. Esse método de armazenamento é chamado “conexão direta”.
Com o software de gerenciamento de vídeo AXIS Camera Station, por exemplo, um único disco
rígido basta para armazenar gravações de seis a oito câmeras. Com mais de 12 ou 15 câmeras,
devem ser usados ao menos dois discos rígidos para dividir a carga. Para 50 câmeras ou mais,
recomenda-se usar um segundo servidor.
12.3NAS e SAN
Quando a quantidade de dados armazenados e a necessidade de gerenciamento ultrapassarem
os limites de um armazenamento por conexão direta, um armazenamento conectado em rede
(NAS) ou uma rede de área de armazenamento (SAN) aumentará o espaço de armazenamento, a
flexibilidade e a capacidade de recuperação.
largura de banda e espaço de armazenamento - Capítulo 12 111
Armazenamento
separado
Interruptor de rede,
roteador de banda larga
ou firewall corporativo
Câmeras de rede Axis
Servidor com software de
gerenciamento de vídeo
Figura 12.3a Armazenamento conectado em rede
O NAS é um único dispositivo de armazenamento diretamente conectado a uma LAN, oferecendo
armazenamento compartilhado a todos os clientes da rede. Um dispositivo de NAS é simples de
instalar e fácil de administrar, constituindo uma solução econômica de armazenamento. Entretanto, ele oferece velocidade limitada para o recebimento de dados, pois tem apenas uma conexão de
rede, e isso pode se tornar um problema em sistemas de alta velocidade. As SANs são redes dedicadas de alta velocidade para armazenamento, normalmente conectadas a um ou mais servidores
através de fibra. Os usuários podem ter acesso a qualquer um dos dispositivos de armazenamento
na SAN através dos servidores, e o espaço de armazenamento pode chegar a centenas de terabytes.
O armazenamento centralizado reduz a administração e proporciona um sistema de armazenamento flexível e de velocidade para uso em ambientes com vários servidores. A tecnologia Fiber
Channel é normalmente usada para transferir dados a 4 gigabits por segundo e permitir o armazenamento de grandes quantidades de dados com alto nível de redundância.
TCP/IP LAN
Server
Server
Fiber Channel
Server
Server
Fiber Channel
Switch Fiber Channel
Fita
Matriz de
discos RAID
Matriz de
discos RAID
Figura 12.3b Uma arquitetura de SAN na qual os dispositivos de armazenamento estão conectados e os servidores
dividem a capacidade de armazenamento.
112 Capítulo 12 - largura de banda e espaço de armazenamento
12.4
Armazenamento redundante
Os sistemas de SAN incorporam redundância ao dispositivo de armazenamento. A redundância
em um sistema de armazenamento permite que vídeos, ou qualquer outro tipo de dados, sejam
gravados simultaneamente em mais de um local. Isso cria um backup para recuperar vídeos caso
uma parte do sistema de armazenamento fique ilegível. Há várias opções para oferecer essa
camada de armazenamento a mais em um sistema de Vigilância por IP, inclusive uma Matriz
Redundante de Discos Independentes (RAID), duplicação de dados, agrupamento (clustering) de
servidores e diversos destinatários de vídeo.
RAID. A RAID é um método de disposição de discos rígidos padrão, disponíveis no mercado, de
forma que o sistema operacional os consulte como um único disco rígido de grande capacidade.
Uma configuração de RAID espalha os dados por várias unidades de disco rígido com redundância
suficiente para que os dados possam ser recuperados em caso de falha de um disco. Existem níveis
diferentes de RAID, desde praticamente nenhuma redundância até uma solução integralmente espelhada na qual não exista interrupção nem perda de dados em caso de falha de um disco rígido.
Figura 12.4a Duplicação de dados..
Duplicação de dados. Este é um recurso comum de muitos sistemas operacionais de rede. Os
servidores de arquivos em uma rede são configurados para duplicar dados entre si, criando um
backup se um servidor falhar.
Agrupamento (clustering) de servidores. Um método comum de agrupamento de servidores é
fazer com que dois servidores funcionem com o mesmo dispositivo de armazenamento, como um
sistema RAID. Quando um servidor falhar, o outro servidor config¬urado de maneira idêntica
assumirá sua função. Esses servidores podem até mesmo ter o mesmo endereço IP, cada um
realizando o “fail-over” de maneira completamente imperceptível para os usuários.
Vários destinatários de vídeo. Um método comum para garantir a Recuperação de Desastres e o
armazenamento remoto de vídeo em rede é enviar simultaneamente o vídeo para dois servidores
diferentes em localidades separadas. Esses servidores podem ser equipados com RAID, operar em
agrupamentos, ou duplicar seus dados com servidores ainda mais afastados. Essa é uma abordagem especialmente útil quando os sistemas de vigilância estiverem em áreas perigosas ou de difícil acesso, como em instalações de trânsito de massa ou instalações industriais.
largura de banda e espaço de armazenamento - Capítulo 12 113
12.5
Configurações de sistema
Sistema de pequeno porte (1 a 30 câmeras)
Um sistema de pequeno porte normalmente consiste em um servidor com um aplicativo de vigilância instalado para gravar as imagens de vídeo em um disco rígido local. O vídeo é visto e gerenciado através do mesmo servidor. Embora a maior parte da visualização e do gerenciamento seja
realizada no servidor, um cliente (local ou remoto) pode ser conectado para a mesma finalidade.
REDE IP
Servidor de aplicações
e armazenamento
Estação de trabalho
cliente (opcional)
Figura 12.5a Sistema de pequeno porte.
Sistema de médio porte (25 a 100 câmeras)
Uma instalação típica de médio porte possui um servidor com armazenamento adicional conectado a ele. Normalmente, o armazenamento é configurado com uma RAID para aumentar a velocidade e a confiabilidade. Normalmente, o vídeo é exibido e gerenciado através de um cliente,
e não do próprio servidor de gravação.
REDE IP
Servidor de
aplicações
e armazenamento
Estação de
trabalho
cliente
Armazenamento RAID
Figura 12.5b Sistema de médio porte.
Sistema centralizado de grande porte (50 a mais de 1000 câmeras)
Uma instalação de grande porte exige alta velocidade e confiabilidade para gerenciar a grande
quantidade de dados e a grande largura de banda. Isso exige vários servidores com tarefas
dedicadas. Um servidor mestre controla o sistema e decide que tipo de vídeo será armazenado
em que servidor de armazenamento. Como há servidores dedicados de armazenamento, é possível realizar o equilíbrio de carga. Nessa configuração, também é possível ampliar o sistema
com a inclusão de mais servidores de armazenamento quando for necessário, e realizar trabalhos de manutenção sem desativar todo o sistema.
114 Capítulo 12 - largura de banda e espaço de armazenamento
REDE IP
Servidor mestre 1 Servidor mestre 2
Servidor de
armazenamento 1
Servidor de
armazenamento 2
Estações de
trabalho
de vigilância
Figura 12.5c Sistema centralizado de grande porte.
Sistema distribuído de grande porte (25 a mais de 1000 câmeras)
Quando várias localidades precisarem de vigilância com gerenciamento centralizado, podem ser
usados sistemas distribuídos de gravação. Cada localidade grava e armazena o vídeo das câmeras locais. O controlador mestre pode visualizar e gerenciar as gravações de cada localidade.
Estação de
trabalho
REDE IP
LAN, WAN,
INTERNET
Servidor de armazenamento RAID
Estações de
trabalho
de vigilância
Estação de
trabalho
Servidor de armazenamento RAID
Figura 12.5d Sistema distribuído de grande porte.
Ferramentas e recursos 115
Ferramentas e recursos
A Axis oferece várias ferramentas e diversos recursos de informação para ajudar a
projetar sistemas de Vigilância por IP. Muitos desses recursos podem ser acessados
no site da Axis: www.axis.com/tools
Calculadora de lentes
Esta ferramenta ajuda a calcular a distância focal da lente necessária para capturar uma
cena específica a certa distância.
Ferramenta de Alcance de Câmera
Esta ferramenta se concentra nos recursos de captura de cenas e reconhecimento de objetos
das câmeras de rede da Axis em diferentes distâncias e em combinação com outras lentes. A
ferramenta também pode ajudá-lo a navegar pelo catálogo de produtos da Axis para encontrar a câmera mais adequada às suas necessidades.
AXIS Design Tool
Esta ferramenta de cálculo por simulação, disponível na Internet ou em DVD, ajuda a determinar a largura de banda e o espaço de armazenamento necessários para projetos específicos de vídeo em rede.
Configurador de Caixas de Proteção Axis
Esta ferramenta ajuda você a encontrar os alojamentos certos e acessórios complementares tais como braçadeiras, fontes de alimentação e cabos para a sua aplicação de câmera
específica.
Vídeo em rede inteligente: compreendendo os modernos sistemas de
vigilância
Este livro de 390 páginas, de capa dura, foi escrito por Fredrik Nilsson e pela Axis
Communications. Ele é o primeiro recurso a abordar detalhadamente os recursos
avançados de redes digitais e vídeo inteligente. Lançado em setembro de 2008, o
livro está disponível na Amazon, na Barnes & Noble e na CRC Press. Você também
pode entrar em contato com seu representante local da Axis.
116
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118 Informações para contato
Informações para contato
www.axis.com/request
MATRIZ, SUÉCIA
Axis Communications AB
Emdalavägen 14
SE-223 69 Lund
Tel: +46 46 272 18 00
Fax: +46 46 13 61 30
BRASIL
Axis Communications
Rua Mario Amaral 172, 13º
Andar, Conjunto 131
04002-020, Sao Paulo
Tel. +55 11 3050 6600
ÁFRICA DO SUL
Axis Communications SA
Pty Ltd.
Hampton Park, Atterbury
House, 20 Georgian Crescent
Bryanston, Johannesburg
Tel: +27 11 548 6780
Fax: +27 11 548 6799
CANADÁ
Axis Communications, Inc.
117 Lakeshore Road East
Suite 304
Mississauga ON L5G 4T6
Tel: +1 800 444 AXIS (2947)
Fax: +1 978 614 2100
Support: +1 800 444 2947
PO Box 70939
Bryanston 2021
CHINA
Shanghai Axis Communications
Equipment Trading Co.,Ltd.
Room 6001, Novel Building
887 Huai Hai Zhong Rd.
Shanghai 200020
Tel: +86 21 6431 1690
ALEMANHA, ÁUSTRIA, SUÍÇA
Axis Communications GmbH
Lilienthalstr. 25
DE-85399 Hallbergmoos
Tel: +49 811 555 08 0
Fax: +49 811 555 08 69
Support: +49 1805 2947 78
ARGENTINA
Axis Communications
Av. Del Libertador 2442, Piso 4,
CP B1636SR Olivos
Buenos Aires
Tel. +54 11 5368 0569
Fax +54 11 5368 2100 Int. 0569
AUSTRÁLIA
Axis Communications Pty Ltd.
Level 27, 101 Collins Street
Melbourne VIC 3000
Tel: +613 9221 6133
Beijing Axis Communications
Rm. 2003, Tower B
Tian Yuan Gang Center C2
Dongsanhuan North Road
Chaoyang District
Beijing 100027
Tel: +86 10 8446 4990
Fax: +86 10 8286 2489
CINGAPURA
Axis Communications
(S) Pte Ltd.
7 Temasek Boulevard
#11-01A Suntec Tower 1
Singapore 038987
Tel: +65 6 836 2777
Fax: +65 6 334 1218
COLÔMBIA
Axis Communications
Carrera 13 No 96-67 Of 308
Bogota, Colombia
Tel: +57 320 303 2849
CORÉIA
Axis Communications Korea
Co., Ltd.
Rm 407, Life Combi B/D.
61-4 Yoido-dong
Yeongdeungpo-Ku, Seoul
Tel: +82 2 780 9636
Fax: +82 2 6280 9636
EMIRADOS ÁRABES UNIDOS
Axis Communications
Middle East
PO Box 293637
DAFZA, Dubai
Tel: +971 4 609 1873
ESTADOS UNIDOS
Axis Communications Inc.
100 Apollo Drive
Chelmsford, MA 01824
Tel: +1 978 614 2000
Fax: +1 978 614 2100
Support: +1 800 444 2947
ESPANHA
Axis Communications
C/ Yunque 9, 1A
28760 Tres Cantos, Madrid
Tel: +34 91 803 46 43
Fax: +34 91 803 54 52
Support: +34 91 803 46 43
Informações para contato 119
Informações para contato
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31/3, of.405
125284, Moscow
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Fax: +7 495 940 6682
FRANÇA, BÉLGICA,
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Antony Parc I
2 à 8 place du Général de
Gaulle, 92160 Antony
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Fax : +33 (0)1 46 74 93 79
HOLANDA
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Glashaven 38
NL-3011 XJ Rotterdam
Tel: +31 10 750 46 00
Fax: +31 10 750 46 99
Support: +31 10 750 46 31
HONG KONG
Axis Communications Limited
Unit 1801, 18/F
88 Gloucester Road, Wanchai
Hong Kong
Tel: +852 2511 3001
Fax: +852 2511 3280
ÍNDIA
Axis Video Systems India
Private Limited
Kheny Chambers
4/2 Cunningham Road
Bangalore 560002
Karnataka
Tel: +91 (80) 4157 1222
Fax: +91 (80) 4023 9111
REINO UNIDO
Axis Communications (UK) Ltd
Suite 6-7, Ladygrove Court
Hitchwood Lane
Preston, Nr Hitchin
Hertfordshire SG4 7SA
Tel: +44 146 242 7910
Fax: +44 146 242 7911
Support: +44 871 200 2071
ITÁLIA
Axis Communications S.r.l.
Corso Alberto Picco, 73
10131 Torino
Tel: +39 011 819 88 17
Fax: +39 011 811 92 60
TAIWAN
Axis Communications Ltd.
8F-11,101 Fushing North Road
Taipei
Tel: +886 2 2546 9668
Fax: +886 2 2546 1911
JAPÃO
Axis Communications K.K.
Shinagawa East 1 Tower 13F
2-16-1 Konan
Minato-ku Tokyo 108-0075
Tel: +81 3 6716 7850
Fax: +81 3 6716 7851
MÉXICO
AXISNet, S.A. de C.V.
Unión 61, 2º piso
Col. Escandón, Mexico City
México, D.F., C.P. 11800
Tel: +52 55 5273 8474
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Sobre a Axis Communications
A Axis é uma empresa de TI que oferece soluções para
instalações profissionais. A empresa é líder do segmento no mercado global e impulsiona a contínua migração
do sistema analógico de vigilância por vídeo para o digital. Seus produtos e soluções, baseados em plataformas de tecnologias novas e abertas, são focados em
vigilância e monitoramento remoto.
Axis é uma empresa Sueca, operando globalmente, com
escritórios em mais de 20 países, e operando através de
parceiros em mais de 70 países. Fundada em 1984, Axis
está na Bolsa dos Países Nórdicos, NASDAQ OMX
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