Sistemi di videosorveglianza su IP: fruizione attraverso rete locale e web

Introduzione 
aree protette (uffici durante la chiusura, abitazioni durante il periodo di ferie, 
ecc.), mettendo in azione una serie di alert per segnalare quanto sta accadendo 
(invio di e-mail, invio di mms con l’immagine allegata,ecc.). 
Le immagini catturate da una network camera possono essere visualizzate 
utilizzando semplicemente un browser, il quale permette l’accesso alle pagine 
Web. La videosorveglianza su IP, infatti, si è potuta sviluppare in seguito alla 
diffusione del Word Wide Web (Web).  
Il World Wide Web è una rete di risorse di informazioni, basata sull'infrastruttura 
di Internet. Il Web si basa su tre meccanismi per rendere queste risorse 
prontamente disponibili al più vasto insieme possibile di utenti: 
¾ Uno schema di denominazione uniforme per localizzare le risorse sul 
Web (URL).  
¾ Un protocollo per accedere alle risorse denominate sul Web (HTTP).  
¾ Ipertesto, per una facile navigazione tra le risorse (HTML).  
L’obiettivo di questa tesi è quello di illustrare l’evoluzione dai sistema TVCC ai 
sistemi di videosorveglianza su IP, considerando: 
¾ i diversi formati video, video PAL e video progressivo; 
¾ gli algoritmi di compressione, MPEG 4 e Motion JPEG, utilizzati per 
comprimere le immagini, in modo che queste occupino meno spazio e 
banda; 
¾ concetti generali sulle reti LAN e sul protocollo TCP/IP. 
Infine, si vuole illustrare un esempio di applicazione utilizzando una videocamera 
di rete Axis 2110, osservando come sia possibile modificare l’impostazione dei 
parametri e valutando la qualità che si ottiene in presenza di uno o più computer 
che in contemporanea ne visualizzano le riprese.     
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
Capitolo I 
 
L’ evoluzione della tecnologia TVCC 
 
 Le origini del TVCC risalgono agli anni '50. Gli sviluppi realizzati negli 
anni '70,  in particolare i sistemi di registrazione analogici e le telecamere a stato 
solido, trasformarono la sorveglianza da puro concetto ad applicazione pratica.  
Un sistema di videosorveglianza è un insieme di strumenti in grado di accertare e 
valutare un evento attraverso un numero di informazioni visive. Questi sistemi 
hanno una duplice funzione: fornire in tempo reale, al personale preposto alla 
sorveglianza, immagini dell’evento criminoso e consentirne successivamente la 
ricostruzione. A tale scopo, durante l’installazione delle apparecchiature occorre 
determinare l’identificazione personale di ciò che si necessita vedere, 
l’identificazione dell’azione, cioè l’azione che si vuole controllare, il miglior 
angolo di visuale per entrambe le forme di identificazione e infine come la visione 
finale sia in relazione con tutte le scene riprese dalle telecamere facenti parte 
dell’intero sistema.  
Come mostrato in figura, i sistemi tradizionali utilizzano un cavo coassiale a 75 
Ohm e telecamere analogiche. Su questo cablaggio è possibile collegare più 
telecamere ad un multiplexer centralizzato che alimenta più videoregistratori in 
una sala di controllo centrale.  
E’ possibile visualizzare le immagini tramite diversi monitor, piuttosto che un 
unico monitor connesso ad uno switch che commuti verso la telecamera 
desiderata o ancora monitor che mostrino più segnali video in finestre separate. 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
 
Figura 1.1 - Diagramma tipico di sistema analogico TVCC con trasmissione 
coassiale
 
Quindi, gli elementi principali che compongono un sistema video a circuito chiuso 
possono essere identificati in: 
¾ telecamera analogica 
¾ cavo coassiale a 75 Ohm, utilizzato per trasmettere il segnale video 
elettronico dalla telecamera al monitor 
¾ monitor 
Il sistema, inoltre, può comprendere altri elementi, quali unità di brandeggio, 
selettore ciclico, divisore di quadro, multiplexer, illuminatori, registratori VCR e 
registratori digitali. 
 
 
1.1 Telecamere 
Per scegliere la telecamera appropriata ad ogni sistema video occorre 
considerare diversi fattori: 
¾ la sensibilità globale necessaria alla telecamera rispetto alla sua reale 
applicazione 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
 
 
Figura 1.2 – Telecamere di tipo TVCC 
 
¾ l’ammontare di luce utilizzabile sulla scena in relazione alla quantità di 
luce riflessa 
¾ la risoluzione necessaria per identificare il soggetto o determinare 
variazioni e movimenti 
¾ il tipo di alimentazione disponibile 
La prima considerazione riguarda la capacità di ottenere una buona immagine 
video nel contesto reale in cui la telecamera verrà installata; parcheggi notturni o 
interni di magazzini in cui le condizioni di luminosità sono minime (illuminazione 
di scena) sono le zone dove la sensibilità di una telecamera può essere realmente 
testata. L’illuminazione minima di scena indica, perciò, la quantità minima di luce 
richiesta sulla scena per ottenere una buona immagine video. Questa caratteristica 
è solitamente indicata nelle specifiche tecniche di ogni telecamera ed è il primo 
valore da tenere in considerazione. La sua determinazione, tuttavia, trae origine da 
diverse variabili. 
La prima variabile da prevedere è l’indice di riflessione: la luce emessa da una 
sorgente ricade su un soggetto, dove una parte viene assorbita e una parte, grazie 
alla capacità di riflessione dello stesso viene mandata verso la telecamera.  
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
Nella telecamera, una porzione di luce investe CCD, genera una carica e viene poi 
convertita in voltaggio (segnale video). E’ evidente che le caratteristiche di 
riflessione dei diversi materiali influiscono sull’intensità del segnale video.  
Il valore d’ illuminazione minima di scena è riferito ad una superficie con 
riflessione compresa tra l’89 e il 75%. Se la scena da monitorare non ha lo stesso 
grado di riflessione occorre una quantità di luce maggiore sulla scena per fornire 
la stessa quantità di luce riflessa. 
Il segnale video minimo è il segnale utilizzabile per avere una immagine 
apprezzabile. 
 Se si comparano le immagini ottenute da telecamere diverse, si noterà che 
la qualità differisce considerevolmente. Tali variazioni di qualità dipendono da 
svariati fattori e sono apprezzabili in condizioni di bassa qualità. Uno di questi 
fattori è la scelta della lente. 
Esistono tre principali tipi di lenti: 
¾ mono focale, dove la focale (angolo di ripresa) è fissa 
¾ zoom, dove la lunghezza focale deve essere regolata in un certo campo, 
ma il fuoco rimane definito anche quando si varia la lunghezza 
¾ zoom varifocale, dove variando la lunghezza focale le lenti devono 
essere rifocalizzate 
La lunghezza focale, assieme alla dimensione del sensore, determinano l’angolo 
di visuale. Una breve lunghezza focale produce un ampio angolo di visuale, 
mentre una lunghezza focale grande produce una visuale stretta, da teleobiettivo. 
 Spesso le telecamere sono protette dalle custodie per evitare che 
intemperie o sostanze comunemente presenti nell’ambiente (polvere, acqua, 
inquinamento) possano danneggiarle. Alcune di queste  custodie garantiscono 
protezione da eccessive escursioni termiche potenzialmente in grado di 
danneggiare l’elettronica. 
 
 
 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
1.2 Unità di brandeggio 
I sistemi di brandeggio sono stati progettati per fornire all’operatore la 
possibilità di avere a disposizione una telecamera che si muove da una direzione 
all’altra. 
I sistemi di brandeggio sono utilizzati nel 98% delle applicazioni che richiedono 
l’uso di obiettivi zoom, perché questi possono muoversi velocemente verso il 
centro dell’immagine. Se un oggetto posto in un angolo deve essere ingrandito, la 
telecamera dovrebbe potersi muovere per mantenere l’oggetto sotto sorveglianza. 
Tramite comando remoto è possibile il controllo a distanza delle funzioni 
motorizzate di un’ottica e del suo puntamento (direzione) in senso orizzontale e/o 
verticale rispetto al soggetto da inquadrare.  
L’insieme di telecamera e brandeggio, spesso viene indicato come telecamera di 
tipo PTZ (Pan-Tilt-Zoom). Il Pan è il movimento sull’asse orizzontale; il Tilt, 
sull’asse verticale. 
 
 
1.3 Monitor 
Il monitor è il dispositivo che trasforma il segnale video elettronico, 
ricevuto dalla telecamera tramite cavo coassiale, in immagine visibile sullo 
schermo. 
E’ importante ricordare che il monitor, in un sistema TVCC, produrrà una 
immagine in proporzione diretta con il numero di linee della risoluzione del 
segnale in trasmissione. Un monitor a 700 linee di risoluzione riprodurrà 700 
linee se viene utilizzata una telecamera a 1000 linee, ma non potrà migliorare la 
risoluzione di una immagine trasmessa da una telecamera con 300 linee di 
risoluzione. 
Un adeguato sistema non dovrebbe comprendere più monitor da osservare nello 
stesso istante e, comunque, il numero massimo di monitor da guardare da un 
singolo operatore non dovrebbe essere maggiore di quattro. 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
Immagini a colori incrementano il tempo effettivo di osservazione di una scena 
video, poiché diminuiscono l’affaticamento visivo dell’operatore.  
E’ possibile effettuare comandi e regolazioni su un monitor che riguardano: 
¾ luminosità, controllo cha consente la variazione della luminosità 
dell’immagine in funzione della luce dell’ambiente; 
¾ contrasto, controllo che consente di modificare il contrasto tra le parti 
bianche e quelle nere dell’immagine. Regolando correttamente il 
contrasto è possibile ottenere una chiara risoluzione delle gradazioni 
bianche, nere, grigie e dei colori; 
¾ selettore di impedenza, tramite cui è possibile la selezione 
dell’impedenza d’ingresso tra alta e 75 Ω. Il selettore deve essere 
posizionato su alta impedenza quando si realizza un collegamento seriale 
di monitor; su 75 Ω quando si realizza un collegamento ad un solo 
monitor o sull’ultimo dei monitor nel collegamento seriale; 
¾ colore, controllo che consente la regolazione dell’intensità del colore 
dell’immagine video. 
 
 
1.4 Dispositivi di controllo delle immagini multiple 
Quando in un impianto TVCC è necessario controllare più di una 
telecamera, sia in diretta che tramite videoregistrazione, occorre prevedere un 
dispositivo che permetta la visualizzazione multipla delle immagini provenienti 
dalle telecamere, in sequenza o contemporaneamente. Questi dispositivi possono 
essere suddivisi in quattro famiglie principali: 
¾ selettori ciclici 
¾ divisori di quadro (QUAD) 
¾ matrici video 
¾ multiplexer 
 
 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
1.4.1 Selettore ciclico 
 Questo dispositivo consente la visualizzazione in sequenza di immagini 
provenienti da 4, 8, 16 telecamere fornendo uno o due uscite. La visualizzazione 
su monitor avviene tramite selezione della telecamera per mezzo di un pulsante 
sul dispositivo oppure tramite sequenza ciclica automatica delle telecamere 
abilitate. 
Nella sequenza ciclica è sempre possibile programmare i tempi di commutazione, 
cioè i tempi di sosta delle immagini sul monitor. Le versioni più evolute 
dispongono anche di ingressi di allarme, uno per ogni telecamera. In questo modo 
è possibile associare una telecamera predefinita che verrà automaticamente 
selezionata sul monitor al momento dell’allarme. 
 
 
1.4.2 Divisore di quadro (QUAD) 
 Il dispositivo consente la visualizzazione contemporanea di immagini 
provenienti da quattro telecamere su un unico monitor. Le ridotte dimensioni di 
ciascun quadrante riducono notevolmente la qualità dell’immagine singola, non 
permettendo una facile identificazione di ciò che sta riprendendo ciascuna 
telecamera: per questo normalmente è possibile, tramite  pulsante o ingresso di 
allarme associato, visualizzare a schermo intero l’immagine di ciascuna 
telecamera. 
Alcuni modelli sono dotati di ingresso e uscita per il videoregistratore e zoom 
elettronico: il videoregistratore può essere comandato da un’uscita elettrica del 
QUAD a fronte della rilevazione di un allarme. 
Nella visualizzazione in QUAD su monitor, la risoluzione delle immagini sarà 
inferiore o uguale alla metà della risoluzione del monitor, a prescindere dalle 
risoluzioni degli altri dispositivi. 
 
 
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Capitolo I: L’evoluzione della tecnologia TVCC 
1.4.3 Matrici video 
 Il dispositivo consente la gestione di un elevato numero di telecamere e 
monitor. Tale gestione riguarda principalmente la possibilità di inviare le 
immagini di una qualunque telecamera su uno dei qualunque monitor del sistema, 
la capacità di impostare sequenze di immagini di telecamere sui monitor, la 
capacità di comandare direttamente un videoregistratore e la possibilità di 
effettuare registrazioni contemporanee di più telecamere con o senza codifica. 
 
 
1.4.4 Multiplexer 
 Questi dispositivi costituiscono l’evoluzione delle matrici, alle quali 
aggiungono prestazioni e qualità. Un multiplexer ingloba la maggior parte delle 
funzioni di un sistema video come la gestione dell’interfacciamento telecamera/ 
monitor e delle relative sequenze, la gestione automatica degli allarmi, tra cui 
l’activity detection (rilevazione di attività su tutto lo schermo per l’ottimizzazione 
della videoregistrazione) e il motion detection (rilevazione di movimento in una 
zona specificata dello schermo per la gestione dell’anti-intrusione e della 
videoregistrazione). Inoltre è possibile gestire sistemi che azionano brandeggi e 
zoom e controllare le visualizzazioni multi-schermo. 
 
 
1.5 Videoregistratori VCR Time Lapse 
 I registratori Time Lapse hanno la caratteristica di registrare singoli quadri 
dell’informazione video ad intervalli di tempo specifici. Un normale registratore 
registra 50 semiquadri al secondo; la modalità time lapse permette di ridurre la 
velocità di scorrimento del nastro e registrare meno semiquadri al secondo. Per 
aumentare i tempi di registrazione questi dispositivi effettuano la registrazione ad 
intervalli di tempo fissi (da pochi secondi ad alcuni minuti). E’ evidente che più 
lenta è la velocità di registrazione, maggiori saranno le informazioni perse. La 
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