Analogico, 960H, TVI, CVI, SDI, IP, come orientarsi?

In passato quando si parlava di sistemi di videosorveglianza i dubbi erano pochi poiché l'unica tecnologia disponibile era quella di tipo analogico, al massimo si poteva essere indecisi sull'installazione di un VCR  Time Lapse o di un più moderno DVR. Oggi, la scienza applicata al settore della videosorveglianza ha dato vita a tutta una serie di tecnologie che differiscono per costi e prestazioni. L'articolo seguente, attraverso una rapida analisi delle varie tecniche, si pone l'obbiettivo di fare un po' di chiarezza e di offrire uno strumento che aiuti i meno esperti ad orientarsi in un mondo così vario ed in continua crescita. 

Videosorveglianza analogica

I sistemi di videosorveglianza analogici basano il loro funzionamento su un tipo di codifica nata per la trasmissione dei segnali TV, ossia quella del video composito in codifica PAL o NTSC. Chi volesse approfondire può leggere questo articolo dove parlo dei segnali video, per adesso ci è sufficiente sapere che questo tipo di codifica è molto rigida ed ha condannato all'obsolescenza i dispositivi che la utilizzano. La rigidità di tali regole di codifica ha limitato e limita ancora oggi la qualità delle immagini ottenute dai sistemi di videosorveglianza analogici, questo perché anche la migliore delle telecamere, equipaggiata con il migliore dei CCD viene costretta a trasmettere un segnale con una risoluzione verticale fissata a 625 linee TV, quindi quello che fa la differenza tra "una buona ed una cattiva telecamera" (in realtà oltre alla risoluzione andrebbero visti anche altri parametri) è la sua  risoluzione orizzontale. Con l'avvento dei DVR (Digital Video Recorder), le cose sono andate anche peggio, infatti questi sistemi ricevono un segnale video composito PAL e lo convertono in un segnale digitale, dalla digitalizzazione di un fotogramma in codifica PAL, qualsiasi risoluzione esso abbia, il massimo risultato ottenibile è un fotogramma in formato D1 con una risoluzione pari a 720x576 pixel, poco meno di 0,42 megapixel.

Archiviazione nei sistemi analogici

VCR (Video cassette recording), Nei VCR Time Lapse il segnale analogico proveniente dalle telecamere veniva memorizzato sul nastro magnetico contenuto all'interno di una cassetta VHS. Il termine Time Lapse, dall'inglese time: tempo e lapse: intervallo (quindi registrazione ad intervallo di tempo), sta ad indicare la caratteristica di funzionamento che differenzia questi apparati dai VCR ad uso domestico. Nei VCR tradizionali il nastro scorreva continuamente ed i fotogrammi venivano impressi ad una velocità di 25 fps (Frame Per Secondo), in questo modo dieci secondi di nastro equivalevano a dieci secondi di ripresa. Nei VCR Time Lapse, invece, la velocità di avanzamento del nastro era legata alla velocità di acquisizione dei fotogrammi, per cui, abbassando il Frame Rate, era possibile registrare più giorni all'interno di una cassetta della durata di poche ore. Oggi i VCR Time Lapse, che hanno dominato la scena per oltre un ventennio, hanno lasciato il passo alle nuove tecnologie, superiori in termini di versatilità ed affidabilità.  (storia)

DVR  (Digital Video Recorder)

Con l'arrivo dei DVR il mondo della videosorveglianza muove i primi passi verso le tecnologie digitali. In questi sistemi infatti il segnale video analogico proveniente dalle telecamere, prima di essere archiviato, deve essere convertito in forma digitale. La conversione si rende necessaria a causa della natura del dispositivo di archiviazione che in questo caso è costituito da un hard disk, il quale, per sua natura, può memorizzare solo dei dati in formato digitale. Di seguito elenco alcune dei vantaggi introdotti con l'utilizzo dei DVR:

Compatibilità Hardware: L'installazione di un DVR non richiede la sostituzione delle telecamere analogiche esistenti, preservando così gli investimenti fatti in precedenza.

Compatibilità software: Le immagini convertite in digitale possono essere trattate al pari di qualsiasi dato informatico, è quindi possibile archiviarle su supporti esterni, inviarle via mail, visualizzarle da remoto ecc..

Affidabilità del supporto: Lo svantaggio delle cassette VHS era che queste venivano sottoposte a parecchi cicli di scrittura e cancellazione, ad ogni ciclo il nastro magnetico si deteriorava fino al punto di rendere le immagini inutilizzabili. Gli Hard Disk sopportano tranquillamente migliaia di cicli senza compromettere la qualità delle immagini.

Spazio di archiviazione: Nei VCR Time Lapse la durata delle registrazioni dipendeva dal frame rate e non andava al di la di qualche giorno, nei nuovi sistemi invece, garante della privacy permettendo, si potrebbe arrivare anche a qualche settimana con un frame rate sicuramente più elevato.

Uscite video: I DVR dispongono di uscite video digitali che li rendono compatibili con i monitor e TV di ultima generazione, inoltre, grazie al web server integrato, possono essere visualizzati anche da remoto, su PC, palmari, telefoni di ultima generazione ecc..

Servizi: I servizi offerti dai sistemi di videosorveglianza sono in continua evoluzione, oggi si parla sempre più spesso di funzioni IV (Intelligent Video), ossia di sistemi che attraverso l'analisi intelligente del video offrono dei servizi come il rilevamento di oggetti abbandonati o rimossi all'interno di un area, l'attraversamento di aree delimitate e altre funzioni alle quali verrà dedicato un articolo a parte. Tra i servizi comunemente offerti dai sistemi tradizionali abbiamo: fasce orarie, gestione degli utenti, gestione allarmi, privacy, aree musk, aree motion ecc..

Servizi di rete: I DVR sono equipaggiati con una scheda ethernet e sono quindi in grado di comunicare con altri dispositivi, sia in ambiente LAN che in ambiente WAN. Una macchina collegata in rete offre molteplici vantaggi, ad esempio l'utente può visualizzare le immagini sia in live che in play, da qualsiasi postazione interna o esterna alla rete, in caso di allarme motion o avaria la macchina può inviare una mail con il fotogramma della telecamera che ha rilevato il movimento o con la descrizione dell'avaria in corso.

Conclusioni

Un sistema di videosorveglianza analogico con risoluzione D1, è consigliabile in tutte quelle situazioni dove non è richiesta un'elevata risoluzione dei fotogrammi e dove si vuole realizzare un impianto a costi più che contenuti. 

 

DVR con tecnologia Effio 960H/WD1

Fino a poco tempo fa la massima risoluzione, ottenibile dalla conversione di un segnale videocomposito in codifica PAL in uno digitale, era il formato D1, pari a 720 X 576 pixel, oggi la nuova tecnologia "EFFIO", introdotta da SONY, consente di avere delle telecamere analogiche, equipaggiate con particolari sensori d'immagine e con DSP di ultima generazione, in grado di offrire delle risoluzioni digitali pari a 960 x 576 pixel, ovviamente tale risoluzione, nota con il nome di WD1 (W=Whide) o 960H, è ottenibile solo in abbinamento a DVR che implementano tale tecnologia.

Tra i vantaggi offerti da questa nuova tecnologia troviamo:

  1. Una maggiore risoluzione, che equivale ad una maggiore possibilità di riconoscere un volto o una targa;
  2. Una maggiore resa dei colori;
  3. Bassi livelli di rumore;
  4. Utilizzo del formato 16/9;
  5. Mantenimento del cablaggio preesistente;

Vidosorveglianza HD-over coax (Alta definizione su coassiale)

Il mercato della videosorveglianza è diventato via via sempre più esigente ed oggi richiede uno standard qualitativo molto elevato, non ottenibile con i sistemi di tipo tradizionale. Una prima risposta a queste esigenze è stata data dai sistemi di videosorveglianza basati sulla tecnologia IP i quali offrono risoluzioni che, allo stato attuale, vanno da 1,3 Mpixel a 8 Mpixel. Gli elementi che compongono un sistema di videosorveglianza IP sono dei veri e propri  apparati di rete e per poter funzionare necessitano del supporto di una infrastruttura di rete appositamente realizzata. Quando si installa un nuovo sistema di videosorveglianza la tecnologia IP è senza dubbio una valida alternativa, di contro, quando ci si trova a dover sostituire o aggiornare un vecchio impianto, i costi e i disagi per la realizzazione di un nuovo cablaggio potrebbero essere tali da far desistere l'acquirente. Per far fronte a queste problematiche e per invogliare gli utenti ad aggiornare il proprio sistema, sono stati sviluppati dei nuovi standard che garantiscono la trasmissione di immagini in alta definizione su cavo coassiale.  Gli standard che si contendono il primato sul mercato della tecnologia HD-over coax sono diversi, ma tutti hanno un obbiettivo comune ossia la trasmissione su cavo coassiale di video in alta definizione, non compresso e a zero latenza (tempo reale). Tra le risoluzioni offerte dai sistemi HD-over coax  troviamo la 720p (1280x720), e la 1080p (1920x1080), la qualità delle immagini è più elevata poiché queste, al contrario di quanto invece avviene nei sistemi ip, non subiscono processi di compressione, inoltre l'assenza di ritardi, introdotti dal processo di compressione, fa si che il video venga trasmesso in tempo reale 25/30 fps. La trasmissione in tempo reale è uno dei vantaggi che in alcune soluzioni potrebbe rendere preferibile l'installazione di un sistema HD-over coax rispetto ad un sistema IP dove lo sfasamento tra la scena riprodotta sul monitor e quella reale può essere anche di qualche secondo.

NB: come per i vecchi sistemi analogici oltre al cavo coassiale vi è la possibilità, mediante l'utilizzo di adattatori (Baloon), di trasmettere il segnale video anche su cavo UTP, STP, ecc..

Vediamo adesso quali sono gli standard più diffusi:

  • HD-TVI (High Definition Transport Video Interface), è uno standard open source sviluppato dalla Canadese techpoint ed implementato nei propri prodotti da diverse aziende come HickVision e HanBang. Questo standard supporta la trasmissione su cavo RG59 di segnali video analogici in alta definizione ( 720p 25/30 fps, 720p 50/60 fps, 1080p 27/30 fps), non compressi e a zero latenza. La tecnologia HD-TVI supporta anche la trasmissione dati in modalità full duplex su cavo coassiale. 
  • AHD ( Analog High Definition), è uno standard sviluppato dalla Koreana NextChip per la trasmissione di segnali video analogici su cavo coassiale. Questo standard supporta le risoluzioni 720p e 1080p e può trasportare il segnale ad una distanza di 500m su cavo RG59, inoltre supporta la trasmissione di segnali audio e video sullo stesso cavo.
  • HD-CVI (High Definition Composit Video Interface), questo è uno standard proprietario sviluppato da Dahua per la trasmissione di segnali video analogici in alta definizione su cavo coassiale. Tra le risoluzioni disponibili troviamo la 720p (1280x720) e la 1080p (1920x1080), ed in più il supporto per la trasmissione di segnali audio e dati su un unico cavo. Di recente Dahua ha immesso sul mercato dei prodotti con tecnologia "UTP EQ Function", questa tecnologia riduce i disturbi nei sistemi realizzati con cavi UTP e consente trasmissioni fino a 1100 m in risoluzione 720p e 800 m in risoluzione 1080p.
  • HD-SDI (High Definition Serial Digital Interface),questa tecnologia, le cui caratteristiche sono definite nello standard SMPTE 292M (Society of Motion Picture and Television Engineers), viene utilizzata in ambito televisivo e cinematografico, per la trasmissione di segnali video in alta definizione. lo standard HD-SDI è stato il precursore delle tecniche di videosorveglianza in alta definizione su cavo coassiale, purtroppo però, un po' per i limiti di connettività (massimo 100 metri su cavo RG59 di elevata qualità), un po' per il costo delle apparecchiature, si è diffuso poco ed oggi, almeno nell'ambito della videosorveglianza, non risulta più conveniente utilizzarlo.

Videosorveglianza IP

Nei sistemi di videosorveglianza IP, le telecamere sono equipaggiate con una scheda ethernet  divenendo a tutti gli effetti dei veri e propri apparati di rete capaci di comunicare sia in ambiente LAN (Local Area Network),  che WAN (Wide Area Networ), attraverso l'utilizzo del protocollo TCP/IP.  Il segnale video generato da una telecamera IP è uno streaming video digitale la cui larghezza di banda dipende dalla qualità dei fotogrammi acquisiti e dal frame rate con cui vengono inviati. Per ciò che riguarda la qualità dei fotogrammi, grazie alle telecamere IP è possibile raggiungere delle risoluzioni molto elevate, da 1,3 a 8 Megapixel, impossibili da ottenere con altre tecnologie. Il supporto utilizzato per la connessione della telecamera è il cavo UTP (Unshield Twisted Pair), Cat5e o superiori, lo stesso cavo viene utilizzato sia per l'invio/ricezione dei segnali (video, audio, dati), che per l'alimentazione dell'apparato stesso (PoE- Power over Ethernet). 

In conclusione possiamo dire che tra i vantaggi offerti da un sistema di videosorveglianza IP abbiamo:

  1. Elevata risoluzione dei fotogrammi,
  2. Massima versatilità offerta dal protocollo TCP/IP,
  3. Possibilità di utilizzare un unico supporto per i segnali e per l'alimentazione.  

La carta vincente dei sistemi di videosorveglianza IP, che li rende preferibili rispetto ad altri tipi di installazione, è proprio l'elevatissima risoluzione dei fotogrammi. Questi sistemi vengono preferiti in quelle situazioni dove si vogliono fare delle inquadrature panoramiche, pensate alla curva di uno stadio, mantenendo la possibilità di ingrandire le immagini senza perdita di dettaglio. 

Tra gli svantaggi invece:

  1. Maggior costo delle apparecchiature,
  2. Distanza di connettività limitata, massimo 100m senza apparati attivi intermedi,  
  3. Ritardo tra la scena riprodotta sul monitor e quella reale (il ritardo viene introdotto dal processo di compressione a cui deve essere sottoposto il segnale prima di essere inviato)
  4. Richiesta di un cablaggio appositamente realizzato.

Il punto 4 merita un po' di approfondimento; L'infrastruttura di rete utilizzata dai sistemi di videosorveglianza IP è tale e quale a quella utilizzata per la connessione in rete di PC, stampanti ed altri apparati. Questa infrastruttura, comunemente detta rete LAN o rete dati, è diffusa a tal punto che viene quasi impossibile pensare ad un edificio che ne sia sprovvisto. In passato, per promuovere i sistemi di videosorveglianza  IP si faceva leva proprio sulla diffusione capillare delle reti LAN, dicendo che ovunque fosse presente un'infrastruttura di rete sarebbe stato possibile installare un sistema di videosorveglianza IP. In realtà le cose non sono proprio così semplici; come dicevo poc'anzi il flusso di dati generato da una telecamera di rete occupa una certa larghezza di banda, che dipende dalla qualità del fotogramma e dal numero di fotogrammi inviati al secondo, questo flusso di dati sommato a quello generato dai vari client presenti sulla rete potrebbe causare, sopratutto nelle reti di vecchia generazione 100 mbit/s, un owerflow ossia un numero di dati in eccesso rispetto a quelli che la rete può processare, in questo caso la rete si "siede" ossia diventa lenta fino a compromettere il normale svolgimento del lavoro da parte degli operatori. Per questo motivo, anche in presenza di una infrastruttura di rete esistente, è sempre meglio realizzarne un'altra parallela dedicata esclusivamente al sistema di videosorveglianza (se vuoi approfondire leggi qui).

 

HDVR (Hybrid Digital Video Recorder),

Gli HDVR  sono degli apparati di registrazione ibridi, vengono detti ibridi in quanto sono capaci di operare contemporaneamente con telecamere di diversa natura, ad esempio analogico/IP, HD/IP ecc.. Ma perché scegliere un sistema ibrido? Uno scenario tipico potrebbe essere quello di un utente che per contenere i costi decide di montare delle telecamere analogiche, nelle aree meno a rischio, e delle telecamere megapixel, nelle aree che richiedono un livello di sicurezza maggiore. Oppure il caso di un utente che, avendo già installato un sistema di tipo tradizionale, volesse passare in modo graduale alla risoluzione megapixel; Un DVR Ibrido gli darebbe la possibilità di installare da subito, magari a seguito di un ampliamento dell'azienda, delle telecamere megapixel e successivamente di sostituire in modo graduale, magari in occasione di un guasto, le telecamere di vecchia generazione. Un aspetto da tenere in considerazione quando si utilizzano gli HDVR è quello della compatibilità,  infatti, fatta eccezione per la tecnologia 960H, supportata da tutti, ogni produttore utilizza dei formati proprietari non compatibili con quelli di altri produttori.

 

Tabella comparativa tra le diverse tecnologie (D1, 960H, HD-TVI, AHD, HD-CVI, HD-SDI, IP).

 

Parametro

Tecnologia 

960H

HD-TVI

AHD

HD-CVI

HD-SDI

IP

Standard

aperto

aperto

aperto

 proprietario

aperto

aperto

architettura

CCD+DSP

CMOS+ISP

CMOS+ISP

CMOS+ISP 

CMOS+ISP

CCD/CMOS+DSP

Segnale video

analogico

analogico

analogico

analogico

digitale

digitale

 Risoluzione

720 TVL

720p-1080p 

720p-1080p 

720p-1080p

1080p

720p-1080p e oltre

Soluzioni ibride

(960h/HD/IP)

no 

si 

si

si

no

no 

Difficolta di realizzazione

media

media

facile

media 

media

alta 

Max. distanza

200m

500m

500m 

500m 

150m

100m 

Tipo di cavo

coassiale 

coassiale 

coassiale 

coassiale

coassiale di qualità elevata 

UTP cat5e o superiori

Segnale

CVBS

CVBS

CVBS

CVBS

SDI

IP

Compressione

no

no

no

no

no

si

Latenza

no

no

no

no

no

si

Costo di realizzazione

basso

basso

basso

medio

alto

alto

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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