Studio e realizzazione di un sistema di videocontrollo remoto per cellulari e PDA su piattaforma J2ME

 1 Introduzione 
1.1) Descrizione dell'ente ospitante 
Il lavoro che mi ha portato alla stesura di questa tesi si è svolto presso la TecnoSens 
S.r.l. [1] con sede a Brescia. L'azienda nasce come società agli inizi del 1990 
dall’esperienza pluriennale di un gruppo di ingegneri nel campo della sensoristica. 
Inizialmente la società si occupa di una gamma in evoluzione continua di sensori e   
delle loro applicazioni principali. Agli inizi del 2000, si crea internamente una 
divisione che focalizza la propria attenzione sui prodotti per la videosorveglianza, 
quali telecamere e videoregistratori digitali. Il continuo sviluppo e la diffusione 
capillare di Internet hanno reso indispensabile l'utilizzo di sistemi di sicurezza in rete 
ed è proprio per questo motivo che tutt'oggi questa divisione continua ad espandersi 
ed evolversi nel campo della videosorveglianza in rete. I prodotti commercializzati 
dall'azienda sono prodotti e progettati in oriente (Taiwan e Corea principalmente). 
L'attività principale dell'azienda, oltre alla commercializzazione di questi prodotti, 
consiste nel servizio offerto sia al produttore di tali apparati, sia al distributore locale 
o all'integratore di sistemi che intende utilizzarli. La Tecnosens offre supporto tecnico 
sull'utilizzo e l'installazione del prodotto, ma l'obiettivo principale è quello di 
partecipare attivamente al suo sviluppo e di accrescere continuamente il proprio 
know-how su tali sistemi. Per raggiungere questo obiettivo l'azienda ha instaurato un 
rapporto collaborativo molto stretto con il produttore, partecipando attivamente alla 
progettazione e al testing, in modo tale da avere un prodotto affidabile e conforme 
alle esigenze dei sistemi di sicurezza nazionali. A fine di mantenere sempre alto il 
livello tecnologico, Tecnosens ha istituito un'apposita divisione di R&D (Research & 
Development) incentrata sull'analisi e lo studio dei prodotti commercializzati e sui 
possibili sviluppi degli stessi. 
 
1.2) Argomento della tesi 
L'attività su cui si è strutturata la Tesi si è occupata di sviluppare un’applicazione da 
affiancare ai sistemi di videosorveglianza proposti dall'azienda. L'obiettivo del lavoro 
svolto in questo periodo, è stato quello di condurre un'analisi sul possibile sviluppo di 
applicazioni di videosorveglianza su terminali mobili quali cellulari e PDA, e 
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 1 Introduzione 
sull'integrazione delle stesse con tutte le tipologie di prodotti commercializzati 
dall'azienda. Per poter integrare l'applicazione con i prodotti di videosorveglianza  si 
è reso necessario lo studio della compressione/decompressione JPEG delle 
immagini, in quanto tutti i dispositivi utilizzati rendono disponibili le immagini del sito 
da sorvegliare compresse mediante questa tecnologia. Argomento principale di 
studio ed approfondimento del lavoro svolto è stata l'implementazione della 
decompressione JPEG su terminali mobili, in quanto allo stato dell'arte non erano 
presenti soluzioni adeguate al problema. Il risultato finale consiste in un'applicazione 
di videosorveglianza per terminali mobili compatibile con tutta la gamma di prodotti 
presente in azienda, da utilizzare nei sistemi di videosorveglianza commercializati 
dalla stessa.  
 
1.3) Piano di lavoro 
Nella prima parte del lavoro sono stati studiati i prodotti di videosorveglianza per cui 
l'applicazione era destinata, cercando di evidenziare le possibili integrazioni con 
l'applicazione e i limiti imposti da questi prodotti. In questa fase si è resa necessaria 
l'interazione con il produttore per analizzare a fondo la struttura del sistema e 
renderne possibile l'interazione con  terminali mobili, anche mediante l'apporto di 
piccole modifiche al firmware degli stessi. Si sono quindi definite le specifiche 
dell'applicazione, in base anche allo studio del prodotto effettuato in precedenza. 
Cuore principale del programma si è rivelata la decodifica JPEG dei fotogrammi 
ottenuti dai dispositivi di acquisizione video. Per affrontare tale tema si è reso 
indispensabile un approfondimento sulle metodologie di compressione video e uno 
studio della codifica e decodifica JPEG, che doveva essere poi implementata 
nell'applicazione. Una volta acquisite le conoscenze necessarie sui prodotti e sulle 
tecnologie relative all'elaborazione delle immagini utilizzate e definite le specifiche 
dell'applicazione, si sono esaminate le varie tipologie di terminali mobili presenti sul 
mercato e possibili destinatarie dell'applicazione. Si sono presi in considerazione la 
tipologia di hardware e il sistema operativo su cui erano basati i terminali mobili e si 
sono analizzate le capacità computazionali e le risorse di memoria che i vari 
dispositivi offrivano. Passo successivo è stato lo studio delle principali tecnologie di 
programmazione dei terminali mobili e la selezione della tecnologia da adottare in 
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 1 Introduzione 
base alle esigenze commerciali aziendali e alle richieste tecnologiche che il problema 
presentava. Il linguaggio di programmazione adottato è stato Java su piattaforma 
J2ME. Come ambiente di sviluppo si è scelto NetBeans, una soluzione “free” che 
integra completamente la piattaforma J2ME fornendo anche la possibilità di utilizzare 
una serie di emulatori per i principali produttori di terminali mobili. Successivamente 
si è implementata l'applicazione. Durante questa fase si è preso parte ad alcuni 
meeting organizzati dalla SUN relativi al mondo J2ME, per approfondire le 
conoscenze su questa piattaforma e condividere i problemi di implementazione 
incontrati. La parte finale del lavoro è consistita nel test dell'applicazione su una 
varietà di terminali mobili forniti dall'azienda e da alcuni clienti e alla stesura della 
documentazione sull'installazione e modalità di utilizzo dell'applicazione stessa. 
 
1.4) Struttura della tesi 
La prima parte (Capitolo 2) della tesi descrive lo stato dell'arte dei sistemi di 
videosorveglianza, dei principali apparati impiegati e dei software utilizzati. Segue 
una sintesi sulle principali tecnologie di compressione e trasmissione video. Il 
capitolo seguente (Capitolo 3) sviluppa una panoramica sulle tipologie di terminali 
mobili presenti sul mercato, sulle tecnologie di sviluppo e di comunicazione 
disponibili per questi dispositivi. Viene quindi giustificata la scelta adottata per 
sviluppare il progetto. Il capitolo successivo (Capitolo 4) descrive la progettazione e 
l’implementazione del lavoro. Sempre nello stesso capitolo vengono descritti i risultati 
sperimentali ottenuti nei vari test effettuati.  Negli ultimi capitoli (Capitolo 5-6) trovano 
spazio le considerazioni conclusive, insieme ad alcune indicazioni per futuri 
approfondimenti (Capitolo 6). Conclude l’elaborato un’appendice relativa alla guida 
redatta per l'utilizzo del software e ai report completi sui test effettuati. 
 
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2 Videosorveglianza remota 
 
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 2 Videosorveglianza remota 
In questi ultimi anni la diffusione di Internet e di sistemi di videosorveglianza ha 
portato alla nascita di apparati per l'acquisizione e la distribuzione video in rete. 
Caratteristica peculiare di questi sistemi è la possibilità di trasmettere il segnale video 
tramite TCP/IP in modo tale da renderlo usufruibile da chiunque in qualsiasi 
locazione della rete Internet. Inizialmente tali apparati si limitavano all'acquisizione 
analogica del segnale video e alla registrazione dello stesso in locale su hard disk o 
altro dispositivo di memorizzazione. L'utente poteva visionare i filmati registrati e il 
video live direttamente dalla macchina. Negli ultimi anni questi dispositivi hanno 
integrato la possibilità di remotizzare queste operazioni tramite Internet permettendo 
all'utente di gestire il sistema di videosorveglianza da qualsiasi punto della rete. 
Lo stato dell’arte attuale dei sistemi di video sorveglianza è diviso essenzialmente in 
due approcci distinti, aventi come caratteristica comune il monitoraggio di 
determinate situazioni. Il primo è relativo ai sistemi CCTV “Closed-Circuit TeleVision” 
in cui un addetto ha il compito di controllare una innumerevole quantità di schermi, 
collegati ognuno alle rispettive telecamere e in caso di anomalie agire secondo un 
protocollo stabilito. Il secondo, di più recente applicazione, consiste nell’impiego di 
sistemi di visione artificiale che, applicati alla videosorveglianza, rendono inutile la 
costante presenza di un operatore in quanto, essendo sensibili a determinate 
situazioni anomale, possono generare e gestire autonomamente allarmi. In entrambi 
i casi si tratta di sistemi “wired” (cablati su filo) nei quali l’utente risulta essere 
vincolato dall’ubicazione del terminale. L’ulteriore sviluppo che si sta apportando 
deriva dal fatto che, grazie all’avvento di telefoni cellulari e PDA ad elevate 
prestazioni e con interfacce utente sempre più sofisticate, sia possibile monitorare, 
indipendentemente dalla locazione in cui si trova l’utente ed il suo terminale, una 
serie di situazioni “real-time” che in assenza di una persona fisica sarebbero potute 
essere visionate solo in differita. Nasce quindi un sistema di videosorveglianza 
“wireless” nel quale ai terminali fissi vengono affiancati anche i terminali mobili. Ora, 
in qualunque momento ed in qualunque luogo l’utente si trovi (purché sia presente 
una copertura di rete da parte dei gestori di telefonia mobile) è garantita la visione di 
ciò che succede in un determinato ambiente provvisto di video camere. Si pensi 
all'ipotesi in cui il responsabile sia assente e voglia visionare la situazione. Il soggetto 
avrebbe bisogno di un terminale (PC) provvisto almeno di una connessione ad 
Internet, che non risulta essere sempre disponibile. Il problema viene così risolto 
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 2 Videosorveglianza remota 
mediante l’utilizzo di un terminale mobile sempre a disposizione. 
 
2.1) Apparati di rete per la videosorveglianza 
 
2.1.1) DVR 
Il termine DVR (Digital Video Recorder) indica un dispositivo di acquisizione video 
analogico dalle telecamere dell'impianto, che registrano in formato digitale il video 
acquisito. I DVR utilizzati nel progetto gestiscono contemporaneamente da 4 a 16 
telecamere e utilizzano tutti la compressione MPEG4 per il salvataggio del video su 
hard disk interno. I DVR si differenziano in base alla modalità di funzionamento in 
Simplex, Duplex o Triplex. Le modalità di funzionamento sono descritte di seguito: 
 ξ  Simplex: indica un apparato in grado di svolgere una sola funzione alla volta; 
videoregistrazione multiplexata/codificata oppure videate live multi-schermo 
oppure riproduzione.  
 ξ  Duplex: indica due unità simplex “assemblate” insieme che permettono di 
svolgere due funzioni simultaneamente, tipicamente videoregistrazione 
multiplexata /codificata e visualizzazioni multischermo.  
 ξ  Triplex: tecnologia implementata sui moderni DVR che permette di svolgere 
tre funzioni contemporaneamente cioè registrazione, riproduzione immagini e 
trasmissione via internet simultanea.  
I DVR utilizzati nel progetto sono tutti Triplex. Ad ogni DVR è associato un indirizzo 
IP e una o più porte TCP/IP di comunicazione. Il video viene trasmesso in rete 
tramite uno streaming video in formato proprietario. Da ogni DVR c'è la possibilità di 
scaricare un intraframe dello streaming video di ogni canale tramite un comando http 
GET. Questa funzionalità non era originariamente presente su tutti i DVR ma è stata 
fatta implementare specificatamente per l'applicazione in questione. 
Oltre alle funzionalità principali di registrazione e trasmissione video la maggior parte 
dei DVR permette di gestire eventi di allarme su situazioni di motion (oggetti/persone 
in movimento), perdita video o ingresso digitale esterno registrando per un periodo 
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 2 Videosorveglianza remota 
configurabile dall'utente. Ad ogni DVR è possibile collegare qualsiasi tipo di 
telecamera analogica anche motorizzata. Tramite una porta seriale RS485 è infine 
possibile comandare telecamere motorizzate, sia dal DVR sia da remoto. Le altre 
funzioni aggiuntive dei DVR non sono state prese in considerazione in quanto non 
rilevanti ai fini dell'applicazione da sviluppare. 
La gestione di questi apparati avviene tramite una tastiera frontale e un OSD (On 
Screen Display) o  tramite un'applicazione client. 
Figura 1: MyDVR430 - Icantek 
 
Figura 2: DG116 - Dynacolor 
 
 
2.1.2) Video Server 
Per trasmettere il video su rete TCP/IP, i DVR integrano un particolare server (video 
server) per la trasmissione video che si occupa di generare lo streaming video verso i 
client che ne fanno richiesta. La porta di comunicazione su cui viene generato lo 
streaming video è una porta TCP e il protocollo di trasmissione è RTSP o HTTP in 
base al DVR utilizzato. Questa porta è configurabile dall'utente e in alcuni casi la 
stessa  viene utilizzata non solo per i dati video ma anche per i dati di controllo 
remoto del DVR (interfaccia web). 
Esistono apparati specifici per la sola trasmissione del video analogico acquisito in 
ingresso su rete TCP/IP, denominati Video Server che differiscono dai DVR in 
quanto non registrano il video acquisito in locale ma si occupano solamente della 
codifica e trasmissione dello stesso in rete. Anche questi apparati possono gestire 
eventi di allarme come i DVR generando notifiche ad un server configurabile e 
controllare telecamere motorizzate tramite interfaccia seriale RS485. Alcuni video 
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