S nástupom takzvaného internetu vecí (Internet of Things – IoT), ktorý sa v priebehu celého roku 2014 šíril naprieč všetkými sektormi – od inteligentných automobilov po inteligentné domáce spotrebiče (napríklad online pripojené chladničky), si čoraz viac spotrebiteľov a firiem uvedomuje prednosti pripojenia na internet – a rovnako tak by si ich mali uvedomovať aj profesionáli z oblasti zabezpečenia a majitelia spoločností, ktorí sa snažia zaistiť ich bezpečnosť. Ako predpovedalo mnoho profesionálov z oblasti zabezpečenia, nový štandard vysokého rozlíšenia – 4K Ultra HD – je neustále diskutovanou témou a predstavuje ďalší prirodzený krok vo vývoji tohto odboru v pokračujúcom úsilí zabezpečovať detailnejší obraz a širšie pokrytie bezpečnostnými kamerami. Predpokladá sa, že rozlíšenie 4K na dohľad sa plne rozvinie v roku 2015 a v rokoch nasledujúcich.

Kvalita obrazu je základným predpokladom, ale akokoľvek všetci hovoria o 4K, skutočnou výzvou je kvalitu obrazu optimalizovať na konkrétny cieľ dohľadu, a to bez ohľadu na to, ako zlé môžu byť svetelné alebo klimatické podmienky. Práve inovácie v tejto oblasti – technológie zlepšujúce kvalitu obrazu pre vyspelé aplikácie, ktoré ho majú spracúvať, – budú hlavným hybným momentom tohto odvetvia. Pokroky v kvalite obrazu však vytvorili väčší tlak aj na riadenie zdrojov, ktoré ich majú podporovať. Môžu mať napríklad zásadný vplyv na šírku pásma (objem prenášaných dát) a na požiadavku úložnej kapacity, čo si vynúti účinnejšie kompresné metódy.

Video dohľad ako služba a cloud computing

V takej chvíli sa začína stávať užitočným nástrojom video dohľad ako služba na riadenie a archiváciu video záznamov snímaných dohľadovými kamerami na cloudové úložisko. Systémy video dohľadu môžu byť mocným nástrojom pri prevencii alebo vyšetrovaní kriminálnych činov, pokiaľ sú inštalované na miestach, ako sú napríklad nákupné centrá, parky, banky, letiská a iné oblasti hromadnej dopravy. Hnacím motorom niektorých z rýchlo rastúcich nárokov na systémy video dohľadu sú čoraz väčšie obavy o bezpečnosť a ochranu na celom svete.

Podľa štúdie organizácie Transparency Market Research (www.transparencymarketresearch.com/video-surveillance-vsaas-market.html) sa očakáva, že trh s dohľadovými systémami a VSaaS dosiahne do roku 2019 hodnotu 42,81 miliárd USD, pričom v rokoch 2013 až 2019 porastie zloženou ročnou mierou rastu (compound annual growth rate – CAGR) na úrovni 19,1 %. Z hľadiska systémov sa predpokladá, že trh so sieťovým (IP) video dohľadom bude v období, ktorého sa prognóza týka, teda v rokoch 2013 až 2019, rásť veľmi rýchlo, a to so zloženou ročnou mierou rastu 24,2 %. Trh s hardvérom bol v roku 2012 ocenený na 9,49 miliardy USD a jeho odhadovaný rast v období rokov 2013 až 2019 je 17,3 % CAGR. Zahŕňa analógové a IP video dohľadové kamery, záznamové zariadenia, úložiská, kodéry a monitory. Samotný segment záznamových zariadení a úložísk predstavoval v roku 2012 najväčší podiel celkového trhu hardvéru vo výške 37 %, pričom bol nasledovaný dohľadovými kamerami s podielom 32 %, avšak pre budúce roky sa predpokladá oslabenie tohto vodcovského podielu v dôsledku rastúcich preferencií vo využívaní cloudových úložísk (VSaaS). Naopak sa očakáva rast podielu dohľadových kamier v roku 2019 až na 46 %, a to práve vďaka zvyšujúcej sa obľube sieťových dohľadových videokamier, ktoré ponúkajú čoraz vyššiu kvalitu obrazu a dodávajú sa so zabudovanými záznamovými zariadeniami.

Pojem cloud computing bol v ostatných rokoch obľúbenou témou IT špecialistov, no teraz je už táto nová éra z väčšej časti na nás. Či už ide o verejný sektor, kde sa o prenajímaný priestor serverov delí viac zákazníkov, alebo o privátnu sféru, keď sú na serveri výhradne vaše dáta a aplikácie, cloud computing vašu sieť obohacuje o tri výhody – redundanciu, rozšíriteľnosť a prenesenie nákladov z kapitálových výdavkov (capital expenditure – CAPEX) na prevádzkové výdavky (operating expenditure – OPEX). Podľa toho, či je cloud prevádzkovaný interne alebo externe, môžu sa k tomu pridať ďalšie úľavy, napríklad zverenie upgradov, aktualizácií a bezpečnostných záplat (bežnej údržby) do rúk tretej strany.

Rozšíriteľnosť nevstupuje do hry len vtedy, keď je potreba viac kamier, ale tiež umožňuje prístup k vyššiemu výpočtovému výkonu a väčšiemu úložnému priestoru, napríklad ak treba použiť väčšie rozlíšenie alebo rýchlejšiu obnovovaciu frekvenciu. Ak bude potrebné trebárs vykonať analýzu nazbieraných obrazových dát, aby sa preskúmali najobvyklejšie trasy pohybu zákazníkov na predajných miestach, kapacita na ich spracovanie bude vždy k dispozícii
a platí sa za ňu len v prípade skutočnej potreby. Lepšie fungujúce analytické nástroje prevádzkované vzdialene sú súčasne vhodné pre kritické aplikácie týkajúce sa infraštruktúry. Väčší výpočtový výkon napríklad umožní uložiť pol milióna poznávacích značiek automobilov a snímať značky áut idúcich rýchlosťou až 40 kilometrov za hodinu.

Ďalším zaujímavým aspektom VSaaS je skutočnosť, že používateľom ponúka možnosť doplniť ich dohľadové systémy o ďalšie služby, napríklad strážnika alebo vzdialené monitorovacie služby.

Analytické nástroje, business intelligence (BI) a big data

Súčasne sa predpokladá, že sa od roku 2015 budú rozvíjať technológie na priebežné analýzy obrazových dát, od ktorých sa očakáva, že prinesú cenné rozbory nazhromaždených ohromných objemov informácií (štruktúrovaných aj neštruktúrovaných), inak tiež označovaných ako big data. Keďže sieťové kamery dokážu poskytovať obraz s vyšším rozlíšením a môžu byť pripojené nonstop odkiaľkoľvek, bezpečnostné oddelenia dostávajú viac informácií z viacerých zdrojov. Treba preto nasadiť viac analytických funkcií, ktoré by organizáciám pomohli zmysluplne nakladať s nekonečným objemom informácií vrátane neštruktúrovaných dát, akými sú fotografie a video záznamy. Sú potrebné ďalšie a ešte inteligentnejšie aplikácie, aby pomáhali kategorizovať a interpretovať informácie tak, aby mohli byť pretavené do využiteľného nástroja.

Tri veľké R platné pre big data – rozsiahlosť, rýchlosť a rozmanitosť – môžu poskytnúť dôležité informácie v kritických situáciách, len ak budú prinášať správne dáta v správnom čase. Keď začneme od informácií predstavujúcich faktickejšie údaje, napríklad údaje o dohľade, riadiace dáta fyzického prístupu a o kybernetickej aktivite, a vytvoríme medzi nimi užitočné asociácie, môžeme tak znížiť náklady, pretože budeme hľadať len tie najrelevantnejšie informácie.

A práve v tomto bode IP revolúcia premieňa dohľadové kamery z forenzných nástrojov na riešenie problémov po tom, čo k incidentu došlo, na nástroje, ktoré sa stávajú súčasťou proaktívneho reťazca. V spojení s výkonnými analytickými nástrojmi možno snímané video použiť napríklad na to, aby sa odhalili najobvyklejšie trasy pohybu zákazníkov na predajných miestach, čas, ktorý zákazníci strávia najdlhšie pri určitom vystavenom tovare, alebo aby sa predchádzalo tvorbe dlhých radov. Ak prepojíte tieto možnosti s ďalšími zdrojmi štruktúrovaných i neštruktúrovaných dát, akými môžu byť napríklad informácie o dopravnej premávke alebo príchodoch hromadnej dopravy, zoznamy predajných akcií, údaje o cenách vašich konkurentov, informácie zo sociálnych médií, odborník v oblasti analýzy dát z nich môže zručne vyťažiť typické vzorce správania a súvislosti, o ktorých ste nemali ani tušenie, že by mohli existovať. A to je podstatná konkurenčná výhoda.

Kompresia obrazových dát a využitie šírky prenosového pásma

Technológia zaisťujúca kompresiu videa slúži na redukciu a odstránenie nadbytočných obrazových dát, aby sa umožnil efektívny prenos digitálnych video súborov po sieti a ich ukladanie na pevných diskoch počítačov. Vďaka účinným kompresným postupom možno dosiahnuť podstatné zmenšenie objemu týchto súborov s nepatrným alebo takmer žiadnym nepriaznivým dosahom na kvalitu obrazu. Kvalita videa však stále môže utrpieť, ak sa súbor zmenšuje nadmerne uplatnením väčšej miery kompresie pri danej kompresnej technike.

Existuje niekoľko štandardov kompresie videa, medzi ktoré patria formáty a protokoly Motion JPEG, MPEG-4 Part 2 (zjednodušene označovaný ako MPEG-4) a H.264, čo je najnovší a najúčinnejší protokol na kompresiu videa. V súčasnosti ide o štandard v dohľadových video systémoch, ako aj v mnohých ďalších oblastiach, napríklad v zábavnom priemysle.

Súbežne s tým sa neustále vylepšujú aj možnosti kamier, napríklad obrazové rozlíšenie a svetelná citlivosť, ktoré však naopak zvyšujú objem dát z nich získavaných, čím sa kladú aj vyššie nároky na účinnosť kompresie týchto dát. Výrobca dohľadových video riešení musí vyvažovať záťaž vyššieho rozlíšenia vylepšovaním kompresných algoritmov H.264, aby zabezpečil, že náklady na dátové prenosy a úložisko sa nezačnú špirálovito vymykať kontrole. Treba vyvíjať medziodborové úsilie na tvorbu metód potláčania obrazového šumu a redukciu dátového toku paralelne so skúmaním nových spôsobov kódovania videa tak, aby bol výsledný obraz čo najlepší.

Okrem zlepšovania súčasného kompresného protokolu H.264 sa rysuje zaujímavá budúca technológia H.265, ktorá už teraz vzbudzuje záujem vysielacích spoločností. Štandard H.265 dokáže za určitých priaznivých okolností redukovať šírku pásma (objem prenášaných dát) a nároky na úložný priestor podstatným spôsobom (až o 50 %) a možno očakávať, že táto technológia bude v odbore bezpečnostných systémov zavádzaná už počas nasledujúcich rokov. Je pravdepodobné, že sprvu bude uplatnená v špičkových kamerách s vysokým rozlíšením, pričom sa očakáva, že protokoly H.264 a H.265 budú v tomto odvetví koexistovať pomerne dlho.

Kvalitu obrazu v budúcnosti už tma nezaskočí

Prínosy rozlíšenia 4K alebo HD pre kvalitu obrazu dohľadových systémov by sa nemali zamieňať či vnímať rovnako ani v oblasti umeleckej fotografie, ani v zábavnom priemysle. Napríklad pre mestské dohľadové systémy je zásadnou schopnosťou snímanie zreteľného obrazu aj pri extrémne nízkej hladine svetla v noci. Počas minulého roku sa podarilo výrazne zlepšiť technológiu potláčania obrazového šumu, čo v spojení s vyššou svetelnou citlivosťou snímacích senzorov poskytuje obraz vynikajúcej kvality. V súčasnosti by vyspelé sieťové kamery mali používateľom umožniť vidieť detaily a farby aj v silnom šere. Výzvou v tejto oblasti je dosiahnutie snímania farieb aj v noci bez nutnosti použitia umelého prisvecovania. Vďaka najnovším technológiám snímacích senzorov by mal byť dobrý sieťový dohľadový systém schopný toto zabezpečiť.

Ďalším dôležitým aspektom zvyšovania kvality obrazu v úplnej tme je zabudovaný infračervený prístvit (IR), pri ktorom platia nasledujúce všeobecné zákonitosti:

  • pri nasvietení úzkej oblasti je výsledkom „prepálený“ biely obraz v strede záberu, pričom vzdialenejšie oblasti scény nebudú osvetlené správne,
  • pri príliš široko nasvietenej scéne budú osvetlené aj objekty, ktoré nie sú predmetom záujmu, a navyše sa skráti vzdialenosť dohľadu.

Podľa typu použitej kamery môže IR prisvietenie dosiahnuť až do vzdialenosti 40 m, a to pri ekologicky šetrnej nízkej spotrebe energie zabezpečovanej napájaním cez sieťové pripojenie pomocou protokolu Power over Ethernet. To môže byť dôležitý aspekt v organizáciách, ktoré kladú dôraz na znižovanie spotreby z hľadiska nákladov a šetrnosti k životnému prostrediu.

Pri kamerách s diaľkovo ovládaným približovaním a zabudovaným optimalizovaným IR nasvietením sa napríklad uhol tohto nasvietenia upravuje podľa miery priblíženia. Uhol nasvietenia bude sledovať pohyby priblíženia záberu kamery a vždy tak poskytne maximálnu možnú úroveň osvetlenia. Ďalšou možnosťou najnovšej optimalizovanej IR technológie je prispôsobenie nasvietenie podľa pohybu subjektu. Keď je subjekt ďaleko od kamery, je scéna nasvietená v plnej šírke. Ak sa subjekt približuje ku kamere, uhol IR nasvietenia sa začne prispôsobovať, teda zužovať. Ak sa dostane subjekt do blízkosti kamery, bude plne osvetlený, ale nie preexponovaný.

Technológia s označením Wide Dynamic Range (WDR), čiže široký dynamický kontrast, umožňuje zvládnuť spracovanie značne rozdielnych svetelných oblastí v zábere. Pri scéne, kde sú veľmi jasné a súčasne tmavé miesta, alebo pri protisvetle, keď má osoba za sebou jasne osvetlené okno, by bežná kamera vytvorila obraz, kde by boli objekty na tmavých miestach takmer neviditeľné. Technológia širokého dynamického kontrastu WDR tento problém rieši tým, že pomocou rôznych postupov umožňuje zreteľne zobraziť jasné aj tmavé oblasti v zábere.

Forenzný aspekt, ktorý prináša široký dynamický kontrast WDR, mnohí považujú za kľúčovú vlastnosť pri zlepšovaní kvality obrazu snímaného v šere práve preto, že optimalizuje záber na forenzné účely tým, že umožňuje vidieť extrémne vysokú mieru detailov obrazu na tmavých aj jasných miestach scény. Ide o výsledok rokov výskumu a vývoja, vďaka ktorému môžu teraz používatelia využiť prednosti vyspelých algoritmov na optimalizáciu kvality obrazu, pretože umožňuje hladký prechod medzi režimami WDR a snímaním v šere. Tieto funkcie predstavujú najdôležitejšie míľniky umožňujúce dosiahnuť vynikajúcu kvalitu obrazu aj v „dobe temna“.

Záver

Vyššia kvalita obrazu a videa, napríklad s rozlíšením 4K, si logicky vyžiada podporu zodpovedajúcich technológií na pozadí, aby firmy alebo organizácie mohli zo získaných dát vyťažiť čo najvýhodnejšie informácie, ktoré následne môžu premeniť na prínosy nielen v oblasti bezpečnosti, ale tiež pri zvyšovaní efektivity a získavaní konkurenčnej výhody. Tieto aspekty sú kľúčové a nemali by preto uniknúť pozornosti nikomu, kto od dohľadových systémov očakáva v budúcnosti zásadný prínos.

Johan Paulsson
Axis Communications, CTO