Von der analogen zur digitalen Videotechnik
Aspekte für eine zeitgemäße Überwachungstechnik
Ohne Zweifel: Zeitgemäße Videoüberwachungstechnik ist IP-basiert. Die Gründe dafür ergeben sich aus der volldigitalen Technik von der Kamera, über Netzwerk, Computer, Speicher und Software bis zum Monitor.
Die analoge Aufnahme- und Speichertechnik ist mit einigen spezifischen Nachteilen behaftet. Erstens wird das analoge Videosignal mit zunehmender Leitungslänge frequenzabhängig gedämpft, d. h. es verliert hochfrequente Anteile, was sich in einer Abnahme der Bildschärfe äußert. Auch die Qualität der Bandaufnahmen verringert sich mit jeder Kopiengeneration und dem Alter der Bänder. Das ist der Grund dafür, dass heutige „analoge“ Kamerasysteme intern mit digitalisierten Bildern arbeiten und diese verlustfrei im Digitalformat speichern. Lediglich die Ausgabe erfolgt als analoges PAL-Signal (PAL; Phase Alternating Line). Die Bezeichnung „analoges Kamerasystem“ ist in diesem Fall daher nicht ganz gerechtfertigt.
Digitale Kameratechnik
Von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU; International Telecommunication Union) wurde 1988 mit dem Videokonferenzstandard H.261 ein CIF (Common Intermediate Format: Gemeinsames Zwischenformat) genanntes Format eingeführt. Dies wurde erforderlich, um die aus den unterschiedlichen vertikalen und horizontalen Auflösungen von PAL- und NTSC-Farbbildfolgen (NTSC; National Television Systems Committee) resultierenden Kompatibilitätsprobleme bei digitalen Videokonferenzen zu verringern. Bezeichnungen und Auflösungen der verschiedenen Zwischenformate zeigt Tabelle 1. Ein Vergleich der CIF-Werte mit SIF-Werten (SIF; Source Input Format; Quelleneingangsformat) von PAL und NTSC zeigt den Zwischenformatcharakter von CIF auch in Hinblick auf weitere Bildparameter wie z. B. die Bildwiederholrate.
Ein Vergleich mit den heute beim hochauflösenden Fernsehen etablierten Digitalstandards Full HD (1 920 × 1 080 = 2 073 600 Pixel) und 4K-UHD (3 840 x 2 160 = 8 294 400 Pixel) macht die für die heutigen technischen Möglichkeiten niedrigen CIF-Auflösungen deutlich. Überwachungskameras mit weniger als 1,3 Megapixel (1 280 x 1 024 = 1 310 720 Pixel) sind deshalb kaum mehr anzutreffen und als untere Auflösungsgrenze zu betrachten, um im Bedarfsfall Gesichter, Kennzeichen oder sonstige Details noch auflösen zu können. Der Trend für hochwertige Überwachungskameras geht heute klar zu den Megapixelformaten.
Die Erfassungseigenschaften einer Kamera sind von ihrem optischen Linsensystem, dem Bildsensor und den Möglichkeiten zur ferngesteuerten Ausrichtung auf einen bestimmten Bildbereich (PTZ; Pan, Tilt, Zoom; Schwenken, Neigen, Vergrößern) bestimmt.
Die Optik ist durch Lichtstärke (max. Blendenöffnung/Brennweite), Brennweite (Bildausschnitt), Bildwinkel (erfasster Bildbereich), Zoom (veränderbare Vergrößerung), Blendenbereich (steuerbare Lichteinfallsöffnung), Infrarotverhalten (Nachtaufnahmen), usw. gekennzeichnet.
Der Bildsensor trägt durch Auflösung (Pixelzahl in vertikaler und horizontaler Richtung), Lichtempfindlichkeit (Mindestlichtstärke im sichtbaren und IR-Bereich), Rauschen (insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen), Dynamik (reproduzierbarer Kontrastumfang), Sättigungsverhalten (Blooming), Bildwiederholrate (Bewegungsunschärfe) usw. zum resultierenden Qualitätsergebnis bei.
Zusammenfassend ist festzustellen: Die Kameraauswahl ist ein komplexer, vom Einsatzzweck bestimmter Optimierungsvorgang, der einiges an Erfahrung erfordert. Insbesondere wegen des Zusammenspiels von Kamerahardware, Übertragungs- und Speichertechnik sowie Auswertungssoftware sind heute auf jeden Fall digitale, IP-basierte Systeme zu bevorzugen.
Ein volldigitales Überwachungssystem besteht aus den Grundkomponenten fernsteuerbare Kamera mit Optik, Bildaufnehmerchip und ggfs. Datenvorverarbeitungs- elektronik, auf dem Internetprotokoll (IP) basiertes Übertragungsnetz sowie Monitoring-, Aufzeichnungs- und Auswerteelektronik (Bild 1). Manchmal sind in eine Kamera zur Alarmauslösung aufgrund akustischer Ereignisse und zur Sprachkommunikation mit Personen im Überwachungsbereich auch Mikrophon und Lautsprecher integriert. Als periphere Ergänzungen können bedarfsgesteuerte Infrarotscheinwerfer und Bewegungsmelder zur Alarmauslösung (PIR-Detektor, Radar, Lichtschranke, Ultraschall- Detektor, Lageänderung, usw.) hinzutreten.
Autor: K. Jungk
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