Video Ip

Circuito Cerrado de Televisión CCTV Digital

16 Enero 2008

Julio Llacza C.

0 Introducción tres revoluciones tecnológicas que 1 Las determinaron la vida moderna de hoy ........ 

Los primeros fueron los VCRs - Por muchos años fue la única opción en CCTV, asequible y fiable, requiriendo cambio de cintas, limpieza de cabezales, y programación de mantenimiento periódico.



Los grabadores digitales de video DVRs – Revolucionaron la industria eliminando las cintas de video y pusieron al alcance de la mano voluminosos archivos de video.



Los video grabadores en red NVRs – Son la tercera generación. Utilizando una red IP de vídeo, es el próximo paso en esta evolución de los más rentables y eficientes en el espacio de visualización y soluciones de almacenamiento de vídeo. Los codificadores digitales basados en IP enpujan el video codificado en la red para hacer posible grabaciones en cualquier lugar.

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Introducción El vídeo IP ofrece una serie de ventajas sobre los sistemas analógicos tradicionales. Conveniencia, costo-eficacia y la eficiencia general del sistema de CCTV desempeñan un papel importante en la decisión de cambio hacia IP.

Accesibilidad 

Instalación Simplificada



Menor costo  de grabación

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Como el mercado pugna por reducir la cantidad de personal requerido para operar los sistemas de seguridad, las redes IP permiten mayor centralización. Un solo operador puede monitorear cámaras remotas desde cualquier lugar sobre la red, y el video puede también ser guardado remotamente. Instalación simplificada a menor costo. El cableado coaxial extensivo era demandado y preferido en el sistema analógico. Los sistemas de video en red IP se conectan a través de CAT-5 o sistemas de comunicación inalámbrica que ya existen en muchos edificios. Cuando el video CCTV se mueve en el mundo de RED, esto le permite tomar ventaja de estas tecnologías como el almacenamiento adherido a RED y área de almacenamiento en RED, que pueden mantener grandes cantidades de información. El sistema esta usando servidores de almacenamiento dedicados de alta densidad soportados por un solo disco duro. El video sobre estos servidores pueden luego ser compartidos con cualquiera y donde quiera sobre la RED. 3

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Introducción Además de ........

Confiabilidad 

IP usa los beneficios de la tecnología de Internet para crear un sistema de seguridad mas confiable. Esto puede automáticamente redirigir el trafico del video a un sistema de almacenamiento de respaldo en la eventualidad de producirse una falla de energía o pausa de RED.

Escalabilidad 

Las redes IP ofrecen flexibilidad perfeccionada para ampliación de un sistema de CCTV. Esto no es únicamente adicionar cámaras con facilidad, es también adicionar espacio de almacenamiento y distribuirlo a través de la RED. Además las redes IP son excepcionalmente capaces de soportar múltiples visualizadores. De la misma manera que un servidor de correo puede enviar la misma información a múltiples personas, el switch de RED tiene la habilidad de clonar el video y usar la misma información múltiples veces.

Calidad de Video

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Los sistemas modernos sobre IP usan MPEG4, que hace más eficiente el uso de la RED que M-JPEG. Durante tiempos donde la baja calidad seria suficiente y ayudaría al control del espacio de almacenamiento, IP da la habilidad de personalizar la calidad del video basado en sus necesidades de visualización y capacidad de almacenamiento.

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Introducción Típica configuración de CCTV IP

Cámara Domo PTZ

Codificador de un canal Cámaras fijas

Codificador Multi-canal

RED Monitor análogo Decodificado r Software administrado r de video

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Introducción Típica configuración de CCTV IP con grabación

Cámara Domo PTZ

Codificador de un canal

Cámaras fijas

RED Codificad or Multicanal

Servidor NVR con software

Arreglo de discos RAID-5 Monitor análogo Decodificado r Software administrado r de video Julio Llacza

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Video sobre IP 

Las cámaras analógicas y kilómetros de pesado cable coaxial esta siendo reemplazados por cámaras IP sobre redes alambradas e inalámbricas e Internet

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Los VCRs y DVRs estan siendo sustituidos por estantes (racks) de discos duros adheridos de alguna manera a la RED



Y los cuartos de seguridad estáticos con monitores sobre armarios y estaciones de trabajo con operadores fijos estan siendo reemplazados por teclados de CCTV, monitores y PCs conectados a la RED



En el mundo de CCTV IP, donde quiera que la RED puede alcanzar, Ud. Puede distribuir su infraestructura de cámaras IP o codificadores de video, grabadores de video en RED NVRs, y estaciones de trabajo.

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Video sobre IP CCTV basado en IP no es muy diferente a un regular CCTV análogo, usa apenas algunas palabras y acrónimos familiares al promedio del personal informático, tales como Mbps, Q&S y pixels, firewalls y puertos, bases de datos espejo y Windows 2003 server. Hay todavía cuatro componentes importantes: 

La captura de la imagen.

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La transmisión de la imagen.

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Almacenamiento.

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Administración del video.

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Video sobre IP La única pieza faltante en el rompecabezas es el famoso Switch. La actual elección es usualmente una Matriz Switch porque es confiable y funcionalmente rico. Ultimamente, los sistemas de CCTV se estan haciendo dependientes del Switch de RED IP y del software de administración de video para ejecutar las funciones de Switching. La RED es el Switch ......la traducción entre los dos mundos es: CCTV ANALOGO

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CCTV IP

Cámara Análoga

Cámara IP / Codificador

Matriz Switch Análoga

Switch de RED IP

VCR / DVR

NVR

Coaxial

UTP CAT 5

Líneas de TV

Resolución CIF

Imágenes multiplexadas por seg. Teclado de CCTV

Kilobits por segundo Teclado de CCTV o PC

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MATRI X

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Video sobre IP Qué es Ancho de Banda y por qué es importante?

La RED esta limitado por la cantidad de tráfico que puede transportar – conocido como ancho de banda, que es medido en bits por segundo (bps). La siguiente tabla muestra a los tres reyes de la topología estrella “Ethernet”.

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El video sobre IP consume una gran ancho de banda. Como referencia una cámara podría consumir entre 100 Kbps y 2Mbps – Comparado con el Audio que consume solo 80Kbps. Los factores que afectan el consumo del ancho de banda se muestran en la siguiente tabla.

FACTOR

DESCRIPCION

EJEMPLOS

METODO DE COMPRESIÓN DE VIDEO

COMPRESIÓN TIPICAMENTE TEMPORAL O ESPACIAL

MPEG4, M-JPEG, WAVELET Y MPEG2

RATIO DE IMAGEN (FRAME RATE)

IMAGEN POR SEGUNDO IPS

1-30 IPS

RESOLUCION DE IMAGEN

NUMERO DE PIXELS HORIZONTAL Y VERTICAL

QCIF, CIF, 2CIF, 4CIF (D1)

NIVEL DE ACTIVIDAD DE ESCENA

LA CANTIDAD DE ACTIVIDAD EN EL CAMPO DE VISION DE LA CAMARA

BAJO, MEDIO Y ALTO

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Qué relación existe entre ancho de banda y espacio de almacenamiento en disco? Estan directamente relacionados. Si el video es transmitido a un ratio determinado a travez de la red hacia algún lugar de almacenamiento, esto consumirá espacio exactamente al mismo ratio. Por ejemplo 1 Mbps de video sobre red ocupara 1Megabit de espacio en disco en un segundo

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Arreglos de Discos RAID

Combina espacio físico en disco mejorando la fiabilidad, capacidad y rendimiento.

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Video sobre IP RAID Level 0 requires a minimum of 2 drives to implement

RAID 0 implements a striped disk array, the data is broken down into blocks and each block is written to a separate disk drive I/O performance is greatly improved by spreading the I/O load across many channels and drives Best performance is achieved when data is striped across multiple controllers with only one drive per controller

Not a "True" RAID because it is NOT faulttolerant The failure of just one drive will result in all data in an array being lost Should never be used in mission critical environments

No parity calculation overhead is involved Very simple design Easy to implement

•Video Production and Editing •Image Editing •Pre-Press Applications Julio Llacza

•Any application requiring high bandwidth

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For Highest performance, the controller must be able to perform two concurrent separate Reads per mirrored pair or two duplicate Writes per mirrored pair. RAID Level 1 requires a minimum of 2 drives to implement

Highest disk overhead of all RAID types (100%) - inefficient One Write or two Reads possible per mirrored pair Twice the Read transaction rate of single disks, same Write transaction rate as single disks 100% redundancy of data means no rebuild is necessary in case of a disk failure, just a copy to the replacement disk

Typically the RAID function is done by system software, loading the CPU/Server and possibly degrading throughput at high activity levels. Hardware implementation is strongly recommended May not support hot swap of failed disk when implemented in "software"

Transfer rate per block is equal to that of a single disk Under certain circumstances, RAID 1 can sustain multiple simultaneous drive failures

•Accounting

Simplest RAID storage subsystem design

•Payroll •Financial

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•Any application requiring very high

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Video sobre IP Each bit of data word is written to a data disk drive (4 in this example: 0 to 3). Each data word has its Hamming Code ECC word recorded on the ECC disks. On Read, the ECC code verifies correct data or corrects single disk errors.

"On the fly" data error correction Extremely high data transfer rates possible The higher the data transfer rate required, the better the ratio of data disks to ECC disks Relatively simple controller design compared to RAID levels 3,4 & 5

Very high ratio of ECC disks to data disks with smaller word sizes - inefficient Entry level cost very high - requires very high transfer rate requirement to justify Transaction rate is equal to that of a single disk at best (with spindle synchronization) No commercial implementations exist / not commercially viable

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The data block is subdivided ("striped") and written on the data disks. Stripe parity is generated on Writes, recorded on the parity disk and checked on Reads. RAID Level 3 requires a minimum of 3 drives to impleme

Very high Read data transfer rate

Transaction rate equal to that of a single disk drive at best (if spindles are synchronized)

Very high Write data transfer rate Controller design is fairly complex Disk failure has an insignificant impact on throughput

Very difficult and resource intensive to do as a "software" RAID

Low ratio of ECC (Parity) disks to data disks means high efficiency

•Video Production and live streaming •Image Editing •Video Editing •Prepress Applications Julio Llacza

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Each entire block is written onto a data disk. Parity for same rank blocks is generated on Writes, recorded on the parity disk and checked on Reads. RAID Level 4 requires a minimum of 3 drives to implement

Very high Read data transaction rate Low ratio of ECC (Parity) disks to data disks means high efficiency High aggregate Read transfer rate

Quite complex controller design Worst Write transaction rate and Write aggregate transfer rate Difficult and inefficient data rebuild in the event of disk failure Block Read transfer rate equal to that of a single disk

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Each entire data block is written on a data disk; parity for blocks in the same rank is generated on Writes, recorded in a distributed location and checked on Reads. RAID Level 5 requires a minimum of 3 drives to implement

Highest Read data transaction rate Medium Write data transaction rate Low ratio of ECC (Parity) disks to data disks means high efficiency Good aggregate transfer rate

Disk failure has a medium impact on throughput Most complex controller design Difficult to rebuild in the event of a disk failure (as compared to RAID level 1) Individual block data transfer rate same as single disk

•File and Application servers •Database servers •Web, E-mail, and News servers •Intranet servers •Most versatile RAID level Julio Llacza

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