Projektowanie inteligentnych systemów bezpieczeństwa oraz rozwiązań typu door-entry

Kodeki audio i wideo

Na rynku dostępnych jest wiele kodeków do transmisji sygnałów audio i wideo (tabele 1 i 2). Odpowiadają one za konwersję sygnałów pomiędzy postacią analogową i cyfrową. Różnią się ze względu na jakość sygnału, szerokość pasma transmisji i wymagania obliczeniowe. Każda usługa, program, brama medialna czy telefon typowo wspierają kilka różnych kodeków, a podczas transmisji negocjują kodek, który będzie aktualnie wykorzystywany. Pasmo wymagane przez VoIP zależy od wykorzystywanego kodeka.

Rys. 5. Schemat sieci i sposobu działania wideofonów opartych na protokołach internetowych

Rys. 6. Moduł 2N Helios door-entry i video-entry

Czy już mnie widzisz?

Wideofony i systemy bezpieczeństwa to urządzenia najczęściej montowane na ścianach, ławkach, pulpitach lub biurkach. Składają się z kilku charakterystycznych elementów:

• mikrofonu i głośnika podłączonych do wzmacniacza i obwodów konwersji sygnału analogowego na cyfrowy,
• kamery analogowej, cyfrowej lub internetowej,
• wyświetlacza wideo,
• interfejsu Ethernet lub bezprzewodowego LAN,
• urządzeń przetwarzających dane, oferujących funkcjonalność wymaganą przez punkty końcowe (jak np. V2IP).

Procesor takiego urządzenia wspiera kodowanie głosu, oprogramowanie V2IP zaimplementowane w CPU i warstwę aplikacyjną systemu operacyjnego. Oprogramowanie powinno wspierać przetwarzanie sygnałów audio i wideo oraz kontrolę połączeń SIP (rys. 4). Wykorzystywane systemy operacyjne to najczęściej Linux i Win CE. Jądro systemu operacyjnego zarządza CPU, modułami I/O i kontrolerami urządzeń peryferyjnych (kodeki audio, kamery, wyświetlacze).

Linux udostępnia standardowe interfejsy audio: OSS (Open Sound System) i ALSA (Advanced Linux Sound Architecture) oraz wideo: V4L2 (Video for Linux 2). Wielu producentów półprzewodników dostarcza referencyjne platformy scalone, które projektant może wykorzystać w fazie projektowania sprzętu. Zazwyczaj obejmują one większość urządzeń peryferyjnych. Ponadto zawierają BSP (Board-Support Package) w kodzie źródłowym, tak więc projektanci mogą korzystać z platform odniesienia jako punktu wyjścia do projektowania oprogramowania i sprzętu.

Przykładem ciekawego rozwiązania typu door-entry jest 2N Helios IP zapewniający środowisko komunikacji oparte na protokole SIP i kodeku H.264. Produkty tej serii doskonale nadają się do prywatnych zastosowań w apartamentach, oferując zabezpieczanie hasłem budynków i pomieszczeń. Umieszcza się je również w firmach, kompleksach mieszkalnych, rezydencjach, ośrodkach naukowych czy placówkach medycznych.

Wbudowana w wideofon kamera zapewnia podgląd osób wchodzących do budynku. Obraz z kamery może być przesyłany zarówno na PC, notebook, jak i inny wideofon czy telefon w obrębie sieci LAN (rys. 5). Na rynku telekomunikacyjnym znajduje się wiele produktów typu door-entry. Znaczna ich część jest dostępna w przystępnej cenie. Coraz częściej myśli się o wzbogaceniu tego typu rozwiązań o systemy rozpoznawania twarzy, obrazów i linii papilarnych, co pozwoliłoby na identyfikację wchodzących osób.

Podstawowe bloki funkcjonalne

Do prawidłowego funkcjonowania urządzeń końcowych w czasie rzeczywistym wymagane jest, by wszystkie elementy sieci VoIP oraz moduły video over IP działały zgodnie z wykorzystywanymi przez nie aplikacjami. Elementy V2IP muszą mieć możliwość elastycznej konfiguracji oraz udostępniać tryb pracy o niewielkim poborze mocy podczas współpracy z wyższymi warstwami systemu. Można to osiągnąć, korzystając ze szkieletu, struktury składającej się z oddzielnych modułów zorientowanych na wykonywanie określonych zadań (rys. 8).

Celem takiej struktury jest pomoc projektantom w rozwijaniu produktów. Aplikacje czasu rzeczywistego zarządzają określonymi modułami, przetwarzają dane przychodzące i wychodzące oraz determinują zachowanie innych modułów za pomocą interfejsów programowych API. Urządzenia końcowe wyposażone są zazwyczaj w graficzne interfejsy użytkownika ułatwiające obsługiwanie sprzętu oraz zapewniające dostęp do rozszerzonych funkcjonalności, jak np. przekierowywania połączeń, zarządzania wiadomościami czy dostępu do poczty głosowej.

Ponieważ usługi GUI najczęściej aktywowane są zdarzeniem, zachowują się nieco inaczej niż aplikacje czasu rzeczywistego. Dlatego w projektowanym elemencie wykorzystuje się router zdarzeń będący swego rodzaju mostem, elementem komunikacyjnym pomiędzy tymi dwiema warstwami. W takim routerze stosuje się protokoły zarządzające mechanizmami kolejkowania wiadomości między systemami real-time i event-driven.

Rys. 7. Benolli Smart System Door Station wyposażony w kolorowy panel dotykowy 6". Zapewnia komunikację w trybie duplex głosu i wideo przez IP oraz kamerę pracującą w trybie dziennym i nocnym

Rys. 8. Struktura projektowa warstw voice over IP, modułów video over IP oraz interfejsu GUI

Częste jest wykorzystywanie już gotowego oprogramowania i kodów źródłowych zapewniających funkcjonalności GUI oraz usługi aplikacji czasu rzeczywistego. Sieci IP przezwyciężają niedogodności rozwiązań typu punkt-punkt analogowych rozwiązań door-entry czy systemów bezpieczeństwa. Dzięki sieciom IP wiele punktów końcowych wykorzystuje to samo okablowanie do transmisji sygnałów audio, wideo i danych, jak również kontroli i zarządzania urządzeniami poprzez IP.

Wzrost popularności VoIP oraz V2IP wśród konsumentów powoduje redukcję kosztów oraz zwiększanie funkcjonalności rozwiązań bezpieczeństwa. Jednak całkowite przejście z systemów analogowych do sieci z komutacją pakietów w najbliższej perspektywie nie jest rzeczą trywialną. Główną rolę odgrywać tu będą producenci rozwiązań półprzewodnikowych oferujący gotowe, standardowe platformy do projektowania układów.

Dostawcy oprogramowania zapewniają kody źródłowe z zaimplementowanymi aplikacjami, zwłaszcza specjalistycznymi partiami dotyczącymi V2IP. Wymaga się zatem podejścia do tworzenia oprogramowania uwzględniającego wysoko zoptymalizowane kodeki audio i wideo, mechanizmy anulowania echa czy kontroli połączeń jako zestawu oddzielnych modułów, ale zintegrowanych w jednym systemie. Standardowa platforma wykorzystywana przez projektantów zredukuje nakłady finansowe na rozwój nowych produktów, istotnie skróci czas ich realizacji i spowoduje szybsze wprowadzanie na rynek nowych, atrakcyjnych rozwiązań.

Katarzyna Ławniczuk