Basic Safety & Security-Serie: Video over IP - VoIP

Basic Safety & Security-Serie: Video over IP - VoIP. Alida Anfang und Prof. Albert Einsteiger sind nicht nur pfiffig, sondern auch pädagogisch geschult. In GIT SICHERHEIT widmen sie sich regelmäßig einem speziellen Thema aus Security und Safety. Der Hintergrund: Sicherheitsverantwortliche tragen in Unternehmen eine hohe Verantwortung - es geht um den Schutz von Mitarbeitern, Know-how und Sachwerten. Sie sind es, die letztlich entscheiden, welche Maßnahmen zum Einsatz kommen.

Das moderne Security- & Safety-Management stellt jedoch vielschichtige Anforderungen, die einen hohen Spezialisierungsgrad erfordern. Da ist es nicht einfach, auf allen Gebieten ein Fachmann zu sein. In diesem kleinen Repetitorium erklären Prof. Albert Einsteiger und seine Assistentin Alida Anfang deshalb die wichtigsten Basisbegriffe aus Sicherheit und Arbeitsschutz - jeweils zusammen mit einem Experten. Diesmal berichtet Martin Prestel von VIN - Videotronic Infosystems über das Thema Video over IP.

Die Augen dort haben, wo man selbst gar nicht ist, jederzeit alles sehen zu können, ohne den Ort wechseln zu müssen - und dann das Gesehene jederzeit noch einmal im Detail betrachten zu können, als passierte es gerade jetzt. Das sind, knapp formuliert, die grundlegenden Ideen der Videoüberwachung. Doch die all dies ermöglichende Technik ist ein weites Feld. Vor allem ein Begriff ist derzeit in aller Munde: Video over IP. Wer verstehen möchte, wie das funktioniert, muss zunächst einmal die Unterschiede zur analogen Videoübertragung näher beleuchten, und den Weg des Bildes verfolgen.

Von der Kamera zum Betrachter

Am Anfang dieser Betrachtung steht die Kamera. Durch deren Optik fällt das Licht auf ihren CCD-Sensor. Die Lichtinformationen dieses Chips werden dann in elektrische Signale umgewandelt. Bei der konventionellen Übertragung über Koaxialkabel oder Zweidrahtstrecken sind dies analoge Signale, die von der Kamera abgesetzt werden.

Hier tritt der erste entscheidende Unterschied zur Video-over-IP-Technik zutage. In der IP-Kamera selbst, oder in einem an die Analog-Kamera angeschlossenen Videoserver, befindet sich ein Web-Server. Man kann sich diesen wie einen winzigen PC vorstellen. Dieser ist für die Kommunikation mit der Außenwelt zuständig. Bisweilen steuert er zusätzlich noch die verschiedenen Kamerafunktionen - je nach Systemarchitektur der Kamera. Dieser Server empfängt die elektrischen Signale von der Kamera und bearbeitet sie. Zunächst werden die Bilddaten digitalisiert, das heißt, die analogen Informationen werden in Einsen und Nullen umgewandelt.

Anschließend wird das Bild komprimiert, um Datenmenge und Bandbreite zu sparen. Zum Schluss werden die so aufbereiteten Bildinformationen noch in Datenpakete aufgeteilt, damit sie versendet werden können. Die fertig geschnürten Datenpakete werden über ein Netzwerkkabel in ein IP-Netzwerk übertragen. Dies ist ein klassisches Netzwerk, wie es jeder aus der Firma oder sogar von daheim kennt. Heutzutage bilden das Ethernet, als ein weit verbreiteter Netzwerk-Typ, sowie das Internetprotokoll (IP) die Basis moderner Systemlösungen.

Auch übers Internet

Die Datenpakete können aber auch über das Internet verschickt werden. Im Netzwerk befinden sich neben den Kameras auch die Empfänger der Videosignale. Dabei kann es sich um PC-Arbeitsplätze mit einer Video Management Software handeln, an denen Livebilder betrachtet werden können, oder um digitale Aufzeichnungsrekorder, die die Bilder archivieren.

Damit die Datenpakete den richtigen Empfänger erreichen, müssen sie an die richtige Adresse geschickt werden - in unserem Fall an die richtige IP-Adresse. Alle Netzwerkteilnehmer besitzen eine solche Adresse, auch der Web-Server der Kamera. Jede IP-Adresse ist einzigartig, damit es beim Paketversand nicht zu Missverständnissen kommt.

Ist das Datenpaket schließlich bei dem richtigen Empfänger angekommen, wird es entpackt, und die einzelnen Fragmente werden wieder zu einem Bild zusammengesetzt, das der Benutzer betrachten und speichern kann.

Erst seit Kurzem möglich

Computernetzwerke kennen wir schon seit langem, und können uns ein Arbeiten ohne sie gar nicht mehr vorstellen. Es drängt sich also die Frage auf, weshalb sich Video over IP erst innerhalb der letzten Jahre verstärkt verbreitet hat. Grund hierfür ist vorrangig die vorteilhafte Entwicklung zweier Faktoren, die es ermöglichen, dass Video over IP heutzutage im großen Stil realisierbar ist. Dies sind zum einen die verfügbare Bandbreite und zum anderen die Datenmenge.

Mit dem Begriff Bandbreite bezeichnet man die Menge an Daten, die pro Sekunde über eine Strecke oder ein Netzwerk übertragen werden kann. Wie wichtig Bandbreite ist, kann man ermessen, wenn man sich an die frühen Neunziger erinnert, in denen die Videotelefonie über ISDN beworben wurde. Nicht selten konnte man im Fernsehen Schaltungen zu anderen Gesprächspartnern sehen.

ISDN hat aber nach heutigen Maßstäben eine außerordentlich geringe Bandbreite, und dementsprechend mäßig war die Qualität der Übertragung. Doch seit damals hat die Technik einen großen Sprung gemacht. Die Datenmenge, die heute pro Zeit übertragen werden kann, ist ungleich höher als damals und eröffnet ganz andere Möglichkeiten der Kommunikation.

Verkleinerung der Datenmenge

Der zweite Einflussfaktor ist die Datenmenge, die uns zu dem Thema Kompression führt. Bei der Umwandlung eines analogen in ein digitales Bildsignal wird das Bild in ein Raster von Bildpunkten unterteilt (Pixel). Jedes Pixel, das übertragen wird, verursacht ein Datenaufkommen. Dieses kann erheblich reduziert werden, wenn man weniger Pixel mit ihren jeweiligen Informationen verschickt. Um dies zu erreichen, entnimmt der Kompressionsalgorithmus Pixel, die er als entbehrlich einstuft, oder es werden mehrere Pixel, die sehr ähnlich sind, zu einem großen zusammengefasst. Dies führt dazu, dass ein Bild von der Datenmenge her kleiner wird.

Natürlich leidet die Bildqualität unter solchen Maßnahmen. Die Kunst der Komprimierung besteht darin, so viel Datenmenge wie möglich einzusparen, aber dabei die optische Qualität des Bildes möglichst zu erhalten. Ältere Kompressionsalgorithmen verringerten die Datenmenge pro Bild zwar schon drastisch, aber erst die modernen Varianten wie bspw. MPEG-2 und aktuell MPEG-4 sind in der Lage, mit neuen und verfeinerten Techniken qualitativ hochwertige Videobilder bei sehr geringen Datenraten zu liefern. Somit erntet die Video-over-IP-Technik gleichermaßen die Früchte der Bandbreitenerhöhung und der Datenmengenreduzierung.

Vorteile in der Anwendung

Die wachsende Vielfalt an verfügbaren Technologien und das Zusammenwachsen von IT und klassischer Videotechnik erhöht die Anzahl der möglichen Anwendungsbereiche von modernen Videoüberwachungssystemen, und bringt Anwendern viele Vorteile. So fällt bspw. schnell ins Auge, dass bei der Installation deutlich weniger Kabel verlegt werden müssen, denn in vielen Fällen liegen die Netzwerkstrecken, dank strukturierter Verkabelung, schon fix und fertig in der Wand.

Das spart nicht nur Zeit bei der Installation, sondern auch eine Menge Geld. Außerdem ist die Netzwerkanbindung sehr flexibel. Videoarbeitsplätze können überall dort stationiert werden, wo ein Netzwerkanschluss vorhanden ist. In modernen Gebäuden also fast überall; ohne dass ein neues Kabel verlegt werden muss.

Netzwerkstrecken sind überdies bidirektional. Das bedeutet, dass über diese Kabel nicht nur Videosignale über das Netzwerk übertragen werden, sondern auch bspw. Steuersignale über das Netzwerk zur Kamera gesendet werden können.

Die Idee vom "Augen auch dort haben, wo man selbst nicht ist" kann Video over IP noch weiterspinnen zu einem "Alles sehen, egal wo man ist!": Jedes Netzwerk kann nämlich mit dem Internet verbunden werden. Somit ist es möglich, dass Herr Mustermann, während er im Urlaub ist, einfach und schnell über seinen Laptop nachschauen kann, ob zu Hause alles in Ordnung ist.

Die Entwicklung von Video over IP ist noch nicht abgeschlossen, und es gibt noch einiges zu erwarten. Das Einzige, was noch fehlt, ist eine schneidige Abkürzung, denn VoIP ist leider schon belegt.