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Etude et mise en place d'un système de vidéosurveillance. Cas de l'immeuble Folepe à Bali( Télécharger le fichier original )par Armand Renaud Ngaamou Nana Institut supérieur des technologies et du design industriel - Cameroun - 2011 |
3.2.2 H.264La technique de compression H.264 est conçue pour une transmission vidéo à débit fixe. L'inconvénient du débit fixe est que l'image perd de sa qualité lorsque les objets sont en mouvement. La norme H.264 était initialement destinée aux applications de vidéoconférence et non a la surveillance oü les détails ont plus d'importance que la régularité du débit. 3.2.3 MPEGLa norme MPEG (fondée par le Motion Picture Experts Group à la fin des années 1980) est la plus connue des techniques de transmission directe audio et vidéo. Dans cette section, nous nous limiterons à la partie vidéo de la norme MPEG. Le principe de base du MPEG consiste à comparer entre elles deux images compressées destinées à être transmises sur le réseau. La première des deux images servira de trame de référence. Sur les images suivantes, seuls seront envoyées les zones qui diffèrent de la référence. L'encodeur réseau reconstruit alors toutes les images en fonction de l'image de référence et de la «plage de différence». MPEG-1 : Destiné a l'archivage de vidéos numériques sur cd, la fréquence plafonne a 25 images/s. MPEG-2 : Destinée à la vidéo numérique de qualité supérieure (DVD), à la télévision haute définition (HDTV), aux supports d'enregistrement interactifs (ISM), le format MPEG-2 visait à accroître la technique de compression de la norme MPEG-1 afin de couvrir des images plus grandes et de meilleure qualité, mais aux dépens d'un taux de compression plus faible et d'un débit d'images plus rapide. La fréquence est plafonnée à 25 (PAL)/30 (NTSC) images par seconde, tout comme en MPEG-1. MPEG-4 représente une évolution substantielle par rapport au format MPEG-2. Les outils permettant de réduire le débit d'images de manière a atteindre une certaine qualité pour une application ou une scène déterminée sont beaucoup plus nombreux en MPEG-4. En outre, la fréquence n'est plus limitée a 25 ou 30 images par seconde. Soulignons cependant que la plupart des outils actuels permettant de réduire le débit ne concernent que les applications en temps réel. Ceci est dû au fait que ces outils requièrent des capacités telles que les durées d'encodage et de décodage (temps de latence) les rendent quasiment impossibles a utiliser a d'autres fins que pour l'encodage de films en studio, de films d'animation, etc.
Avantages et limitations respectifs des normes Motion JPEG, MPEG-2 et MPEG-4 De par sa simplicité, la norme très répandue M-JPEG (Motion JPEG), utilisée en standard dans de nombreux systèmes, représente souvent un choix judicieux. Le délai entre la capture de l'image par la caméra, l'encodage, le transfert sur le réseau, le décodage et l'affichage final a l'écran est limité. En d'autres termes, M-JPEG produit un temps de latence plus faible du fait de sa simplicité (compression des images et images individuelles entières). Il convient donc aux applications de traitement d'image et, notamment, a la détection des mouvements et la localisation des objets. Toutes les résolutions d'images disponibles en pratique, depuis les images adaptées aux téléphones portables (QVGA) jusqu'aux images vidéo en taille réelle (4CIF) ou supérieure (mégapixels), sont possibles en M-JPEG. Quels que soient le mouvement ou la complexité de l'image, le système garantit la qualité tout en permettant de choisir entre une qualité supérieure (faible compression) ou inférieure (compression élevée). Quant aux fichiers images, leur petite taille ne réclame qu'un faible débit et n'utilise qu'une faible bande passante. La fréquence d'image peut facilement être réglée afin de limiter la bande passante utilisée sans pour autant nuire à la qualité de l'image. Cependant, le format Motion JPEG génère des volumes de données images assez importants à destination du réseau. Sur ce plan, MPEG présente l'avantage d'envoyer sur le réseau un volume moins important de données par unité de temps (débit) que M-JPEG, sauf à des fréquences peu élevées, comme décrit ci-dessous. Lorsque la bande passante disponible est limitée ou si la vidéo doit être enregistrée à fréquence élevée alors que l'espace de stockage est limité, MPEG s'avère plus indiqué. MPEG offre une qualité d'image relativement élevée pour un débit plus faible. Néanmoins, cette consommation moins importante de la bande passante se fait au prix d'encodages et de décodages plus complexes, qui affectent à leur tour les temps de latence par rapport à M-JPEG. Remarque : MPEG-2 et MPEG-4 sont tous deux soumis à des droits de licence. 1. Résolution d'affichage Analogique ou numérique, la résolution répond aux mêmes critères. Ce qui diffère, c'est la manière de la définir. 1.1 Résolutions NTSC et PAL En Amérique du Nord et au Japon, la toute première norme en matière de vidéo analogique correspond à la norme NTSC (National Télévision System Committee). En Europe, c'est la norme PAL (Phase Alternation by Line). Ces normes proviennent toutes deux de l'industrie télévisuelle. La résolution offerte par la norme NTSC est de 480 lignes, pour une fréquence de rafraîchissement de 60 champs entrelacés par seconde (ou 30 images complètes par seconde). La résolution offerte par la norme PAL est de 576 lignes, pour une fréquence de rafraîchissement de 50 champs entrelacés par seconde (ou 25 images com-
plètes par seconde). Dans les deux cas, la quantité totale d'informations par seconde est la même. Quand on numérise une vidéo analogique, le nombre maximum de pixels pouvant être créés dépend du nombre de lignes TV disponibles pour la numérisation. En NTSC, les images numérisées font au maximum 720x480 pixels. En PAL, leur taille est de 720x576 pixels (Da1). La définition la plus courante est 704x576 (PAL) ou 704x480 (NTSC) pixels en 4CIF, ou 704x240 (NTSC) ou 704x288 (PAL) en 2CIF, soit le nombre de lignes horizontales divisé par 2. Dans la majorité des cas, chaque ligne horizontale s`affiche en double (line doubling) a l`écran, de manière a préserver les rapports de l`image. Cette méthode permet d`éviter le flou de mouvement lié au balayage entrelacé. On utilise aussi parfois un quart d'image CIF ou QCIF (quart de CIF). Figure 3: Résolutions NTSC et PAL 1.2 Resolution VGA L'arrivée des caméras réseau permet désormais de concevoir des systèmes entièrement numériques permettant de dépasser les limitations du NTSC et du PAL. Plusieurs nouvelles résolutions dérivées du monde de l'informatique ont ainsi vu le jour, offrant une flexibilité accrue. Elles font aujourd'hui partie des normes reconnues mondialement. VGA est l'abréviation de Vidéo Graphics Array, un système d'affichage graphique initialement prévu pour les ordinateurs et mis au point par IBM. La résolution est de 640x480 pixels, soit un format fort semblable aux formats NTSC et PAL. La définition VGA convient en principe mieux aux caméras réseau, étant donné que la vidéo est généralement destinée a être vue sur l'écran d'un ordinateur, aux résolutions VGA ou VGA multiplié. Très proche du format CIF par sa taille, le format QVGA (quart de VGA) en résolution 320x240 pixels est aussi fréquemment utilisé. Le format QVGA est parfois aussi appelé résolution SIF
(Standard Interchange Format), que l'on confond facilement avec le format CIF. D'autres résolutions liées au VGA comprennent : XVGA (1024x768 pixels) et 1280x960 pixels, quadruple VGA, qui offrent des résolutions de l'ordre du mégapixel. 1.3 Résolution MPEG La résolution MPEG concerne en général l'une des résolutions suivantes : 704x576 pixels (PAL 4CIF) 704x480 pixels (NTSC 4CIF) 720x576 pixels (PAL ou D1) 720x480 pixels (NTSC ou D1)
Figure 4: Résolutions MPEG 1.4 Résolution en mégapixels Plus la résolution est élevée, plus l'image sera détaillée. Il s'agit-là d'un principe très important à prendre en compte dans les applications de vidéosurveillance, où une haute résolution d'image peut permettre d'identifier un malfaiteur. La résolution maximale en NTSC et en PAL sur caméra analogique, après numérisation du signal vidéo sur enregistreur numérique ou sur serveur vidéo, est de 400 000 pixels (704x576 = 405 504). 400 000 correspond à 0,4 mégapixel. Si l'industrie de la vidéosurveillance a pu pallier a ces limitations jusqu'à aujourd'hui, les caméras réseau permettent dorénavant des résolutions supérieures. Un format mégapixel bien connu est le format 1280x1024, qui offre une résolution de 1,3 mégapixel, soit 3 fois plus qu'une caméra analogique. On trouve également des caméras de 2 et de 3 mégapixels, et des résolutions supérieures devraient voir le jour a l'avenir.
Les caméras réseau ont l'avantage de proposer différents rapports largeur-hauteur. Les systèmes CCTV utilisent le rapport de 4:3, tandis que les écrans de cinéma et les écrans larges ont un rapport de 16:9. Les parties supérieure et inférieure des images étant en général sans intérêt mais occupant tout de même de précieux pixels, ce rapport a l'avantage d'économiser la bande passante et l'espace de stockage. Une caméra réseau permet d'utiliser n'importe quel rapport. Elles permettent en outre de réaliser des mouvements panoramiques/inclinaisons/zooms numériques sans perte de résolution, en laissant à l'opérateur le choix de la partie des images mégapixels a afficher. Aucun mouvement mécanique n'est nécessaire sur la caméra. D`oü une fiabilité accrue. 2. Stockage L'émergence des systèmes de vidéo sur IP implique une utilisation de plus en plus importante d'espace disque. Ceci pose un certain nombre de questions, et notamment celle de savoir quel espace disque sera nécessaire et comment assurer un stockage sûr. Plusieurs approches sont possibles à la question du stockage : - Le stockage sur disque optique : Certains DVR sont équipés de graveur de DVD afin d'enregistrer les données vidéo sur des supports optiques .Mais cette solution peut s'avérer couteuse et fatigante car un agent de maintenance doit toujours être présent. - Le stockage embarque : Ici il est question d'enregistrer les flux vidéo directement sur le disque dur du DVR ou alors sur le disque dur du PC exécutant l'application de gestion vidéo. Avec cette solution ci il reste le problème de l'espace disque généralement réduit dans les PC et aussi celui des crashs de disque dur, aussi est-il mieux d'utiliser des systèmes conçus pour le stockage et fournissant une plus grande sécurité.
- Le stockage déporté : Le stockage déporté fait référence à des structures, des configurations systèmes mises sur pied exprès pour le stockage de données, et offrant une plus grande sécurité pour les données en cas de problème. Il peut s'agir ici par exemple d'un serveur FTP, de configurations RAID disponibles sur le réseau, ou même de simples partages sur le réseau.
Tout système de vidéosurveillance pose certaines questions majeures quant au respect de la vie privée. L'intelligence vidéo et les caméras réseau peuvent apaiser certaines inquiétudes à ce sujet. Contrairement aux caméras en circuit fermé, qui ne transmettent qu`un seul flux vidéo pouvant être intercepté, une caméra réseau est capable de crypter la vidéo qu`elle transmet sur le réseau, de manière a ce qu`elle ne puisse être ni visualisée, ni manipulée d`aucune façon. Le système peut également être configuré pour authentifier la connexion avec des certificats de cryptage qui acceptent uniquement une caméra réseau spécifique, ce qui permet d`éliminer la possibilité de piratage de la ligne. il est également possible d`utiliser des techniques telles que l`estampillage et le tatouage numérique qui per-met l`insertion d`informations numériques. 3. Gestion vidéo 6.1. Gestion vidéo - surveillance et enregistrement La gestion vidéo d'un système de vidéo englobe des activités de visualisation, gérées a l'aide d'un navigateur web ou d'un logiciel de gestion vidéo spécifique, ainsi que des activités d'enregistrement vidéo pouvant être menées a l'aide d'un logiciel de gestion vidéo installé sur PC ou a l'aide d'un enregistreur vidéo sur IP. 6.2. Visualisation via l'interface web Dans un système de vidéo sur IP, la vidéo
peut être visualisée en tout point du réseau
à
navigateur web et de saisir l'adresse IP de la caméra dans la zone d'adresse et de s'y connecter. 6.3. Visualisation via logiciel de gestion vidéo Bien que la vidéo puisse être visualisée directement sur un navigateur web standard, un logiciel de gestion vidéo peut aussi être installé si l'on souhaite bénéficier d'options d'affichage plus spécifiques ou si l'on souhaite pouvoir archiver et gérer les enregistrements vidéo. Il existe sur le marché une multitude de solutions applicatives, allant des solutions indépendantes pour un seul PC aux logiciels client/serveur avancés, fonctionnant en mode multi-utilisateurs. Ces différentes solutions proposent en général des options de vidéosurveillance, de gestion d'événements et d'alertes par sirène ou e-mail par exemple en cas d'alarme. 6.4. Enregistrement vidéo Il y a différentes façons d'enregistrer les séquences vidéo sur IP : Pour les opérations simples, les options proposées sur la caméra réseau sont suffisantes pour enregistrer les images ou la vidéo en fonction d'événements programmés ou dès qu'ils surviennent. Les images sont ensuite chargées sur un serveur FTP ou sur le disque dur d'un ordinateur. Un enregistreur vidéo sur IP peut être utilisé pour rassembler les flux de données en provenance des caméras réseau distantes et des serveurs vidéo et pour les stocker sur un disque dur. L'outil utilisé pour l'enregistrement vidéo sur IP peut être un PC standard en réseau ou un serveur de disques durs équipé d'une application réservée à cet effet. 7. Les technologies réseau IP Le protocole Internet (Internet Protocol, ou IP) est le protocole de communication entre ordinateurs le plus utilisé de nos jours. Il sert de base à la communication par Internet, par messagerie, web et multimédia. L'une des raisons de son succès tient a son adaptabilité. IP convient en effet aussi bien aux infrastructures de petite taille qu'aux entreprises de grande envergure et est accepté par un nombre croissant d'équipements et de technologies puissantes, économiques et éprouvées. Cette partie vous donne un aperçu des différentes technologies IP utilisées, afin de profiter pleinement des systèmes vidéo sur IP. 7.1. Ethernet Aujourd'hui, dans le domaine de la vidéosurveillance, les équipements utilisent largement la technologie TCP/IP et sont généralement connectés entre eux via un réseau Ethernet. Ethernet permet de bénéficier d'un réseau rapide, moyennant un coût raisonnable. La plupart des ordinateurs actuels intègrent en standard une interface Ethernet ou acceptent facilement une carte d`interface réseau (NIC) Ethernet. Principales normes Ethernet:
- Ethernet 10 Mbit/s (10 Mbps) - Fast Ethernet (100 Mbit/s) - Gigabit Ethernet (1000 Mbit/s) 7.2. Power over Ethernet Power over Ethernet (PoE), ou l'alimentation électrique par câble Ethernet, est une technologie qui permet d'alimenter les infrastructures LAN standard. Les équipements réseau, tels que les téléphones IP ou les caméras réseau, sont ainsi alimentés par le même câble que celui qui sert à établir la connexion réseau. Certaines cameras réseaux utilisent ce système d'alimentation car ce n'est pas toujours chose aisée que de trouver des prises électriques à tout point du réseau. 8. Autres fonctionnalités 8.1. Détection de mouvements La détection de mouvements est une façon de définir l'activité d'une scène en analysant les données de l'image et en déterminant les différences entre une série d'images. Détection de mouvements dans les systèmes avec enregistreurs numériques (DVR) Les caméras sont reliées a l'enregistreur numérique qui assure la détection de mouvements sur chaque flux d'images vidéo. L'enregistreur peut ainsi réduire la quantité d'enregistrement vidéo, traiter les enregistrements par ordre de priorité et utiliser le mouvement d'une zone précise de l'image comme terme pour la recherche d'événements. Malheureusement, la détection de mouvements est un processus fort gourmand en ressources, qui peut alourdir considérablement l'enregistrement numérique lorsqu'elle concerne un nombre important de canaux. Détection de mouvements dans les systèmes de vidéo sur IP Intégrée aux caméras réseau ou aux serveurs vidéo, la fonction de détection de mouvements présente d'importants avantages par rapport au scénario évoqué ci-dessus. En particulier, elle est effectuée par la caméra réseau elle-même ou sur le serveur vidéo. On évite ainsi la sollicitation d'autres équipements d'enregistrement du système tout en permettant la mise en oeuvre d'une surveillance axée sur la notion d'événements. Dans ce cas, aucune séquence (ou juste les séquences a basse fréquence) n'est envoyée a l'opérateur ou au système d'enregistrement tant qu'aucune activité n'a été détectée dans la scène. Avantages de la détection de mouvements menée directement sur la «cible» (c'est-à-dire la caméra réseau ou le serveur vidéo) par rapport aux systèmes d'analyse centrale, comme les enregistreurs vidéo numériques : Conservation de la bande passante Moindre consommation des ressources sur le serveur d'enregistrement
Gain d'espace de stockage Possibilité d'interaction de la caméra avec d'autres systèmes via les ports entrée/sortie (par exemple, le déclenchement d'alarmes) 8.2. Entrées et sorties numériques Parmi les caractéristiques propres aux produits de vidéo sur IP, il convient de mentionner leurs entrées et sorties numériques intégrées, pouvant être gérées à partir du réseau. Les sorties peuvent être utilisées pour déclencher différents mécanismes, soit sur un PC distant, soit de façon automatique, suivant un schéma défini sur la caméra. Les entrées peuvent, quant à elles, être configurées de manière à réagir à des capteurs externes, notamment les capteurs à infrarouge ou le bouton-poussoir déclenchant la transmission vidéo. Les entrées et sorties peuvent également être utilisées avec des détecteurs d'alarme par exemple, afin d'éviter les transmissions vidéo inutiles tant que le détecteur fixé a la caméra ne se déclenche pas.
Figure 5: Utilisation des entrées/sorties
numériques - une caméra réseau reliée à un
contact pour porte/fenêtre ou à un Entrées numériques L'éventail d'équipements pouvant être connectés sur le port d'entrée d'une caméra réseau est quasiment infini. La règle de base est que tout équipement capable de passer d'un circuit ouvert a un circuit fermé est susceptible d'être branché sur une caméra réseau ou un serveur vidéo. Sorties numériques
La fonction première d'un port de sortie est de permettre a la caméra de déclencher certains équipements, soit de façon automatique, soit par contrôle distant via un opérateur humain ou une application.
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