Was ist eine Netzwerk-Kamera?

XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
WHITE PAPER
Technologie und Applikationen
Was ist eine Netzwerk-Kamera?
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-1-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
INHALTSVERZEICHNIS
1. EINFÜHRUNG...................................................................................................3
2. WARUM UND WO IST DER EINSATZ EINER NETZWERK-KAMERA
SINNVOLL? ......................................................................................................3
3. HINTER DEN KULISSEN:
DIE TECHNOLOGIE DER NETZWERK-KAMERA..........................................4
4. DIE NETZWERK-KAMERA IN AKTION ..........................................................6
4.1 ANSCHLIEßEN DER KAMERA AN EIN NETZWERK ................................................... 6
4.2 DAS IP-NETZWERK ................................................................................................ 6
4.3 SPEICHERN UND ÜBERTRAGEN DER BILDER ........................................................ 6
4.4 KOMPRIMIERUNGSVERFAHREN UND BILDAUFLÖSUNG ......................................... 6
4.5 LICHTANFORDERUNGEN DER KAMERA.................................................................. 7
5. NETZWERK-KAMERAS – EINE KLASSE FÜR SICH ....................................7
6. KONKRETE ANWENDUNGSGEBIETE FÜR NETZWERK-KAMERAS.........8
6.1 SICHERHEITSÜBERWACHUNG ................................................................................ 8
6.2 FERNÜBERWACHUNG ............................................................................................. 8
6.3 WEB-ATTRACTION ................................................................................................. 9
7. DIE ZUKUNFT DER NETZWERK-KAMERAS.................................................9
INFORMATIONEN ÜBER AXIS.......................................................................... 10
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-2-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
1. Einführung
Wäre es nicht praktisch, alle Personen erfassen zu können, die an einem
Hochsicherheitseingang vorbeigehen, oder einen falschen Alarm, der in Ihrem
Geschäft ausgelöst wurde, bereits von zu Hause aus zu erkennen? Diese und Tausende
anderer bahnbrechender Möglichkeiten sind durch die Einführung der NetzwerkKamera-Technologie kein Zukunftstraum mehr.
Seit 1991 die weltweit erste Webcam an der Universität Cambridge dazu eingesetzt
wurde, den Kaffeepegel in einer Kaffeekanne von einem entfernten Standort aus zu
überwachen, haben sich der Markt und das Einsatzpotenzial für die Netzwerk-KameraTechnologie explosionsartig entwickelt. Banken, Flughäfen und Kasinos verlassen sich
bei ihren Sicherheitslösungen auf Netzwerk-Kameras, um nur einige wenige
professionelle Anwendungsmöglichkeiten zu nennen, die heute gang und gäbe sind. Das
Forschungsunternehmen Frost & Sullivan prognostiziert, dass der globale Markt für
Netzwerk-Kameras bis zum Jahre 2005 einen Wert von ungefähr 441 Millionen Dollar
erreichen wird, was einer mehr als zehnfachen Steigerung in nur fünf Jahren entspricht.
Axis Communications war mit der Entwicklung der weltweit ersten Netzwerk-Kamera im
Jahre 1996 einer der Pioniere der Netzwerk-Kamera-Technologie. Heute nimmt Axis
nicht nur bei Netzwerk-Kameras, sondern auch bei Videoservern weltweit eine
marktführende Position ein.
2. Warum und wo ist der Einsatz einer NetzwerkKamera sinnvoll?
Durch jüngste Fortschritte können Kameras direkt an ein IP-Computernetzwerk
angeschlossen werden. Die Technologie der Netzwerk-Kamera ermöglicht es, eine
Kamera an einem entfernten Ort zu installieren und Live-Videobilder über das
Netzwerk/Internet an einem anderen Ort anzuzeigen. Dabei kann der Zugriff
eingeschränkt werden, so dass nur befugte Personen die Bilder sehen können. Die LiveVideobilder können aber auch auf der Website des Unternehmens weltweit zur
Verfügung gestellt werden.
Wenn ein IP-Netzwerk im Gebäude installiert ist, verfügen Sie bereits über die
erforderliche Infrastruktur für Netzwerk-Kameras. Eine Netzwerk-Kamera bietet
weitreichendere Funktionen als eine herkömmliche, analoge CCTV-Kamera und das zu
wesentlich niedrigeren Kosten. Da Netzwerk-Kameras über Ethernet-Anschlüsse direkt
in das vorhandene Netzwerk eingebunden werden, erübrigen sich die
Koaxialverkabelungen, die bei analogen Kameras erforderlich sind, und die damit
verbundenen hohen Kosten. Wenn bereits Computer vorhanden sind, werden keine
weiteren Geräte für das Anzeigen der Bilder der Netzwerk-Kamera benötigt. Die Bilder
können in einfacher Form über einen Web-Browser auf dem Computerbildschirm oder
bei komplexeren Sicherheitslösungen mithilfe spezifischer Software angezeigt werden.
Wenn bereits analoge Kameras installiert sind, empfiehlt sich der Einsatz eines
Videoservers, damit die Bilder überall angezeigt werden können.
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-3-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
3. Hinter den Kulissen:
Die Technologie der Netzwerk-Kamera
Eine Netzwerk-Kamera verfügt über eine eigene IP-Adresse sowie über integrierte
Verarbeitungsfunktionen für die Netzwerkkommunikation. Alle Komponenten, die zum
Anzeigen von Bildern über das Netzwerk benötigt werden, sind im Gerät enthalten. Eine
Netzwerk-Kamera ist im Grunde eine Kombination aus Kamera und Computer. Sie wird
genau wie andere Netzwerkgeräte direkt an das Netzwerk angeschlossen und kann mit
integrierter Software für Webserver, FTP-Server, FTP-Clients und E-Mail-Clients
aufwarten. Zudem enthält sie einen Alarmeingang und einen Relaisausgang. Technisch
ausgereiftere Netzwerk-Kameras können auch zahlreiche andere, wertsteigernde
Funktionen aufweisen, wie Bewegungserkennung und analoge Videoausgänge.
Netzwerk-Kamera
Network camera
Video
Video
kamera
camera
Specialized
computer
Spezialcomputer
CPU
Die Kamerakomponente der Netzwerk-Kamera erfasst das Bild, das Sie sich als Licht mit
unterschiedlichen Wellenlängen vorstellen können. Das Bild wird in elektrische Signale
umgewandelt, die anschließend vom analogen in das digitale Format konvertiert und an
die Computerfunktion übertragen werden. Dann wird das Bild komprimiert und über das
Netzwerk gesendet.
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-4-
Copyright © 2002, Axis Communications
Netzwerk
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
Sehen wir uns nun die Komponenten der Netzwerk-Kamera genauer an.
Optischer
Filter
Optical
filter
Image
sensor
Bildsensor
(CCD)
(CCD)
EXTRAX chip
ARTPEC chip
consisting of the
consisting of
ARTPEC-Chip
mit Kamera-und
processor,
memory and
ETRAX-Chip
mit Prozessor,
Camera functions
Komprimierungsfunktionen the Ethernet
Speicherinterface
und Ethernet-Schnittstelle
and Compression
Network camera
Netzwerk-Kamera
Linse
Lens
ARTPEC
Compres
sion
CPU
Komprimierung
Kamerafunktionen
Camera
functions
ETRAX
Netzwerk
FLASH
DRAM
Die Linse der Kamera richtet das Bild auf den Bildsensor (CCD). Bevor das Bild den
Bildsensor erreicht, durchläuft es den optischen Filter, der Infrarotlicht entfernt, so dass
die „richtigen“ Farben angezeigt werden. Der Bildsensor konvertiert das Bild, das aus
Lichtdaten besteht, in elektrische Signale. Diese elektrischen, digitalen Signale haben nun
ein Format, das komprimiert und über Netzwerke übertragen werden kann.
Die Kamerafunktionen regeln die Belichtung (Lichtmenge des Bildes), den
Weißabgleich (Farbzusammensetzung), die Bildschärfe und andere Aspekte der
Bildqualität. Diese Funktionen werden vom ARTPEC-Chip erledigt, der von Axis für die
Kamerasteuerung und Videokomprimierung entwickelt wurde (ARTPEC, Axis Real
Time Picture EnCoder). Das digitale Bild wird so komprimiert, dass es weniger Daten
enthält und daher auf effiziente Weise über das Netzwerk übertragen werden kann.
Die Ethernet-Verbindung der Kamera erfolgt über den ETRAX-Chip von Axis, einer
optimierten SoC-Lösung (System-on-Chip) für den Anschluss von Peripheriegeräten an
das Netzwerk. Der ETRAX-Chip kann mit einer 32-Bit-CPU, einem 10/100 MBit
Ethernet-Anschluss, fortschrittlicher DMA-Funktionalität (DMA, Direct Memory
Access) und zahlreichen I/O-Schnittstellen aufwarten. CPU, Flash-Speicher und
DRAM bilden das „Gehirn“ oder die Verarbeitungsfunktionen der Kamera und wurden
konkret für Netzwerkanwendungen konzipiert.
Gemeinsam bewältigen sie die Kommunikation mit dem Netzwerk und dem Webserver.
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-5-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
4. Die Netzwerk-Kamera in Aktion
Wir haben nun die Komponenten kennen gelernt, aus denen die Netzwerk-Kamera
besteht. Aber wie werden Bilder aufgenommen, komprimiert und über das Netzwerk
übertragen, so dass sie an einem entfernten Ort angezeigt werden können?
4.1 Anschließen der Kamera an ein Netzwerk
Bei den meisten CCTV-Überwachungssystemen ist es zwar relativ einfach, die Anzahl
der Kameras und Monitore innerhalb eines Gebäudes zu erhöhen, aber das Anzeigen der
Bilder von einem anderen Standort aus kann sich wesentlich schwieriger gestalten. Wenn
im Gebäude jedoch ein Netzwerk installiert ist, verfügen Sie schon über die erforderliche
Infrastruktur, um Netzwerk-Kameras hinzuzufügen und das Anzeigen der Videobilder
ganz nach Bedarf sowohl zeitlich als auch örtlich dynamisch auszubauen.
4.2 Das IP-Netzwerk
TCP/IP ist heutzutage das am häufigsten eingesetzte Kommunikationsprotokoll für
Computer. Es wird für Internetverbindungen und für so gut wie alle neu installierten
Netzwerke verwendet. In modernen Büros sind Computer in aller Regel über ein
Ethernet-Netzwerk miteinander verbunden, das als LAN (Local Area Network = lokales
Netzwerk) bezeichnet wird. Jedes Gerät im LAN muss eine eindeutige Adresse, die so
genannte IP-Adresse, haben, um eine direkte Verbindung zum Internet herstellen zu
können. Moderne Computer und Netzwerkgeräte zeichnen sich durch eine hohe
Kapazität aus und können daher mit mehreren Geräten gleichzeitig kommunizieren. Eine
qualitativ hochwertige Netzwerk-Kamera, wie beispielsweise ein Gerät von Axis, kann
Bilder an 10 oder mehr Computer gleichzeitig senden. Wenn die mit der NetzwerkKamera aufgenommenen Bilder nicht direkt an einzelne Computer, sondern an einen
externen Webserver gesendet werden, stehen die Videobilder in Echtzeit einem
unbegrenzten Personenkreis zur Verfügung.
4.3 Speichern und Übertragen der Bilder
Für die Internetverbindung kommen viele verschiedene Übertragungsarten in Frage,
wie beispielsweise Standard-, ISDN- oder DSL-Modems, Kabel-TV-Modems,
T1-Verbindungen sowie 10, 100 und 1000 MBit Ethernet-Verbindungen. Zudem stehen
Handymodems und verschiedene Optionen für drahtlose Netzwerke zur Verfügung.
Digitale Bilder können auf Festplatten gespeichert werden, deren Kapazität meist für
mehrere Millionen Bilder reicht. Der Computer kann so programmiert werden, dass alte
Bilder automatisch gelöscht werden, wenn der Festplattenspeicher voll ist, damit so Platz
für neue Bilder entsteht. Auf dem Markt sind heutzutage zahlreiche professionelle
Sicherheitssysteme für eine umfassende Sicherheitsverwaltung verfügbar.
4.4 Komprimierungsverfahren und Bildauflösung
Die Auflösung digitaler Bilder wird in Pixeln (Bildpunkten) gemessen. Je detailreicher
ein Bild ist, desto mehr Daten und somit Pixel enthält es. Detailreiche Bilder erfordern
mehr Festplattenspeicher und eine höhere Bandbreite bei der Übertragung.
Damit Bilder gespeichert und über das Netzwerk übertragen werden können, müssen die
Daten komprimiert werden, da sie andernfalls zu viel Festplattenspeicher oder Bandbreite
in Anspruch nehmen. Wenn nur eine begrenzte Bandbreite zur Verfügung steht, muss die
Menge der gesendeten Daten reduziert werden. Dies ist entweder über eine Verringerung
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-6-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
der Bildübertragungsrate möglich, oder es muss eine niedrigere Bildqualität
hingenommen werden. Verschiedene Komprimierungsstandards regeln das Verhältnis
zwischen Bildübertragungsrate und Bildqualität auf unterschiedliche Weise. Zu den
gängigen Standards gehören JPEG und MPEG, mit denen eine Übertragung
hochqualitativer Videobilder erzielt wird. Dagegen wird mit den H-Standards, die häufig
bei Videokonferenzen eingesetzt werden, keine klare Wiedergabe von Objekten erreicht,
die sich schnell bewegen.
4.5 Lichtanforderungen der Kamera
Eine schlechte Bildqualität ist in den meisten Fällen auf unzureichende Beleuchtung
zurückzuführen. Bei einer schwachen Beleuchtung werden die Bilder grobkörnig und die
Farben glanzlos. Die Lichtmenge wird in Lux gemessen. Starkes Sonnenlicht misst
ungefähr 100.000 Lux, volles Tageslicht 10.000 Lux und Kerzenlicht 1 Lux. Für gute
Bildaufnahmen sind normalerweise mindestens 200 Lux erforderlich.
Helle Bereiche sind zu vermeiden, da die Bilder schnell überbelichtet sind und die
Objekte dann zu dunkel erscheinen. Normalerweise tritt dieses Problem bei der
Aufnahme von Objekten im Gegenlicht auf. Die Kamera stellt die Belichtung zwar so
ein, dass eine angemessene durchschnittliche Lichtmenge für das Bild erreicht wird, doch
wirkt sich der Farbkontrast zwischen Objekt und Hintergrund auf die Belichtung aus.
Kleine dunkle Objekte sollten daher vor einem dunklen Hintergrund aufgenommen
werden, um gute Ergebnisse bei Kontrast und Farbe zu erzielen.
5. Netzwerk-Kameras – eine Klasse für sich
Häufig werden Netzwerk-Kameras und WebCams in einen Topf geworfen, obwohl sie
sich ganz erheblich voneinander unterscheiden. Wie die folgenden Diagramme zeigen,
verfügt eine echte Netzwerk-Kamera über eigene intelligente Funktionen und muss zur
Herstellung einer Netzwerkverbindung nicht an einen PC angeschlossen werden.
PC-WEBCAM
ECHTE NETZWERK-KAMERA
NETZWERKVERBINDUNG
NETZWERKVERBINDUNG
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-7-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
6. Konkrete Anwendungsgebiete für NetzwerkKameras
Die Netzwerk-Kamera-Technologie eignet sich für Tausende von professionellen
Anwendungen mit hohem Stellenwert, und diese sind keineswegs nur in der
Sicherheitsbranche zu finden: Von Büros und dem Einzelhandel über Kasinos bis hin zur
Überwachung von Fertigungsabläufen oder zur Web-Attraction-Anwendung. Im
Folgenden werden einige der vielen kostengünstigen und äußerst produktiven
Anwendungsbereiche für Netzwerk-Kameras beschrieben.
6.1 Sicherheitsüberwachung
Netzwerk-Kameras werden in professionellen Sicherheitssystemen eingesetzt und
ermöglichen es befugtem Personal, Live-Videobilder an einem entfernten Standort zu
überwachen. Die Netzwerk-Kameras lassen sich problemlos in größere und komplexere
Systeme integrieren, können aber auch als eigenständige Lösungen in kleineren
Sicherheitsanwendungen eingesetzt werden.
•
Netzwerk-Kameras können zur Überwachung von Bereichen mit hohem
Sicherheitsbedarf verwendet werden, wie für Gebäude, Kasinos, Banken und
Läden. Videoaufnahmen dieser Bereiche können in zuständigen Kontrollzentren,
auf Polizeiwachen oder vom Sicherheitspersonal an verschiedenen Standorten
überwacht werden.
•
Netzwerk-Kameras können auch auf effiziente Weise anstelle von analogen
Kameras bei der herkömmlichen Kriminalitätsbekämpfung eingesetzt werden,
um beispielsweise öffentliche Anlagen zu sichern.
•
Netzwerk-Kameras eignen sich für die Zutrittskontrolle. Personen und Fahrzeuge
können mit Zeitstempeln aufgezeichnet werden, die die einfache Abfrage und
Überprüfung ermöglichen. Die Aufnahmen können extern gespeichert werden, um
den Diebstahl der Daten zu verhindern.
6.2 Fernüberwachung
Netzwerk-Kameras können ganz einfach an das vorhandene IP-Netzwerk angeschlossen
werden. Der Zugriff auf in Echtzeit aktualisierte, hochqualitative Aufnahmen ist von
jedem Computer im Netzwerk möglich. Kritische Bereiche wie der Server-Raum, der
Empfangsbereich oder ein entfernter Standort können auf kostengünstige und einfache
Weise über das lokale Netzwerk oder das Internet genau überwacht werden.
•
Netzwerk-Kameras verbessern die Überwachung von Einzelhandelsgeschäften,
da ganz einfach überprüft werden kann, ob alles in Ordnung ist. (Servicequalität)
•
Netzwerk-Kameras sind ein nützliches Hilfsmittel in Büros, da die Aktivitäten im
Empfangsbereich, in Konferenzräumen usw. überwacht werden können. Zudem
kann aufgezeichnet werden, welche Personen sich im Server-Raum aufgehalten
haben, so dass bei Problemen gegebenenfalls geeignete Maßnahmen ergriffen
werden können.
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-8-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
•
Die Netzwerk-Kamera
Netzwerk-Kameras eignen sich optimal für die Fertigungsbranche. Sie können
Roboter, Maschinen und Produktionslinien vom Büro oder von zu Hause aus
überwachen und Servicetechnikern den Fernzugriff auf die Kameras gewähren.
Mit Kameras mit Neige-, Schwenk- und Zoomfunktion lassen sich sowohl Großals auch Nahaufnahmen erstellen.
6.3 Web-Attraction
Mithilfe von Netzwerk-Kameras können hochqualitative Live-Videobilder im Internet
angezeigt werden. Live-Video ist eine äußerst effiziente Methode, Personen zum
wiederholten Besuch Ihrer Website anzuregen.
•
Die Netzwerk-Kamera-Technologie eignet sich für so genannte Web-AttractionAnwendungen. Mithilfe dieser Technologie können Sie Ihre Website dynamischer
und interessanter gestalten und somit mehr Besucher anlocken. Wetterkameras und
andere Live-Kameras werden gerne eingesetzt, um die Besucherzahlen von
Websites zu steigern. Die Kameras können im Stadtzentrum, auf dem
Universitätsgelände, auf einem Berg oder am Meer aufgestellt werden und zeigen
aktualisierte Live-Videobilder.
7. Die Zukunft der Netzwerk-Kameras
Vor mehr als 10 Jahren setzten einige einfallsreiche Professoren an der Universität
Cambridge eine frühe Version der Netzwerk-Kamera-Technologie ein, um
sicherzustellen, dass sie nie auf ein Tässchen Kaffee warten mussten. Ein paar Jahre
später, nach der Entstehung des Web, stellten sie die Bilder der Kaffeekanne in das
Internet. Die Kaffeekanne aus Cambridge wurde ein echter Hit, was wohl zumindest
teilweise auf den Mangel an interessantem Webmaterial zurückzuführen war. Ungefähr
2,4 Millionen Besucher konnte die Kaffeekanne aus Cambridge verzeichnen und leitete
somit die erste populäre Anwendung der Netzwerk-Kamera-Technologie ein: WebAttraction. In der Anfangszeit des Markts für Netzwerk-Kameras war die Nachfrage nach
Web-Attraction-Anwendungen unvermindert hoch. Im Laufe der Jahre stieg das Interesse
an Netzwerk-Kameras und das Verständnis der zugehörigen Technologie, und
inzwischen stellen Sicherheitsanwendungen für die Fern- und Sicherheitsüberwachung
den größten Marktanteil im Bereich der Netzwerk-Kameras dar.
Dieses erste Kaffeekannen-Cam ist Lichtjahre von den heutigen Technologien entfernt,
mit denen Videobilder von 100 Netzwerk-Kameras rund um die Uhr aufgenommen und
an beliebigen Orten überwacht werden können. Und die Zukunft der Netzwerk-Kameras
ist genauso grenzenlos. In der Zukunft werden „intelligente“, von immer ausgereifteren
CPUs gesteuerte Kameras nicht mehr nur die Augen, sondern auch das „Gehirn“ des
Sicherheitsmanagements bilden. Diese intelligenten Kameras werden auf Grundlage von
Eingaben Entscheidungen treffen und Maßnahmen ergreifen können, die ihren Wert
steigern, die Sicherheit erhöhen oder andere Aufgaben erfüllen.
Axis White Paper 2002
www.axis.com
-9-
Copyright © 2002, Axis Communications
XXX
WHITE PAPER Axis Communications
Die Netzwerk-Kamera
Informationen über Axis
Axis Communications
Axis entwickelt Lösungen für anwenderfreundliche und sichere Kommunikation über
kabellose und kabelgebundene Netzwerke. Das Unternehmen zählt zu den weltweit
führenden Firmen im Bereich der Netzwerkanbindung und entwickelt Produkte, die in
Bürolandschaften, in der Industrie und in Gebäuden und Anlagen aller Art eingesetzt
werden.
Axis wurde 1984 gegründet und ist an der Börse in Stockholm auf der Attract40-Liste
notiert (XSSE:AXIS). Das Unternehmen hat über 300 Mitarbeiter und operiert weltweit
über Niederlassungen in 15 Nationen und in Zusammenarbeit mit Distributoren und
OEM-Partnern in etwa 70 Ländern. Etwa 95 % der Produktion wird exportiert.
Weitere Informationen über Axis finden Sie unter www.axis.com/de
Kontaktaufnahme mit Axis
[email protected]
Unternehmenshauptsitz, Lund
Axis Communications AB
Emdalavägen 14
SE-223 69 Lund
Tel.: +46 46 272 18 00
Fax: +46 46 13 61 30
Niederlassungen
BOSTON:
Telefon: +1 978 614 20 00
SEOUL:
Telefon: +82 2 780 9636
LONDON:
Telefon: +44 870 162 0047
SHANGHAI:
Telefon: +86 21 6431 1690
MIAMI:
Telefon: +1 305-860-8226
SINGAPUR:
Telefon: +65 6 836 2777
MADRID:
Telefon: +34 91 803 46 43
SYDNEY:
Telefon: +612 9957 6700
HALLBERGMOOS BEI MÜNCHEN:
Telefon: +49 811 555 08 0
TURIN
Telefon: +39 011 841 321
PARIS:
Telefon: +33 1 49 69 15 50
TAIPEI:
Telefon: +886 2 2546 9668
ROTTERDAM:
Telefon: +31 10 444 34 34
TOKIO:
Telefon: +81 3 5531 8041
Axis White Paper 2002
www.axis.com
- 10 -
Copyright © 2002, Axis Communications