Câmeras IP - 1ª parte

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

As câmeras IP estão na moda. A cada dia que passa, surgem mais projetos baseados nessa solução, que vem sendo considerada como a última tecnologia em sistemas de CFTV.

 

A maioria esmagadora dos artigos publicados sobre sistemas IP salientam seus benefícios e vantagens sobre os sistemas analógicos. É certo que a tecnologia IP tem seus benefícios, mas também é essencial conhecer suas limitações.

A origem das câmeras IP

Em primeiro lugar, câmeras IP não são a última tecnologia em sistemas de CFTV. Na verdade, elas surgiram em 1996, logo após a primeira placa de captura.

 

Meu primeiro teste com placas de vídeo-captura foi no final de 1997 e, cerca de 6 meses depois, já tive meu primeiro contato com uma câmera IP, uma Philips NetCam-4.

 

As câmeras IP foram criadas para determinadas situações onde seria impraticável a instalação de um DVR ou pela grande distância entre as câmeras instaladas, que excedia o comprimento máximo permitido para o cabeamento.

 

Tal situação ocorre no monitoramento de estradas, ruas, portos, etc., onde não existe um local adequado para instalação do DVR e as câmeras podem ficar a quilômetros umas das outras.

 

Para atender essa necessidade, pegou-se apenas um canal do circuito de um DVR, que foi instalado dentro do housing de uma câmera analógica, surgindo assim a câmera IP.

 

Ou seja, não existe nenhuma diferença tecnológica entre uma câmera IP e um DVR. Aliás, DVRs também atuam como video servers, permitindo que as imagens de várias câmeras sejam visualizadas remotamente através da rede IP, com a vantagem de gravar localmente as imagens dessas câmeras.

IP não é CFTV

CFTV significa Circuito Fechado de TeleVisão, onde a saída de vídeo da câmera está conectada diretamente ao DVR / monitor através de cabeamento físico.

 

Essa configuração garante que as imagens das câmeras assim conectadas serão enviadas ininterruptamente ao seu destino, 24 horas por dia, o mínimo requerido para sistemas de vigilância.

 

Para as câmeras IP, os módulos são os mesmos, apenas estão distribuídos de maneira diferente:.

No diagrama da câmera analógica, denomina-se sistema de CFTV a área pontilhada, que é um circuito fechado, garantindo que as imagens chegarão ao seu destino e serão gravadas.

 

Já no diagrama da câmera IP, as imagens só serão visualizadas e gravadas após e somente se passarem pela rede. Por esse motivo, sistemas IP não podem ser chamados de CFTV, pois são circuitos abertos, já que dependem de outras variáveis.

 

Enquanto a imagem de uma câmera conectada diretamente a um DVR stand alone é exibida em tempo real, a 30 quadros por segundo, e sem nenhum delay, a imagem de uma câmera IP é digitalizada, montada em pacotes, transmitida pela rede e recebida pelo NVR, para depois ser visualizada. Veja mais detalhes desse processo em Transmissão do Sinal de Vídeo.

 

Pelos diagramas acima também fica bastante óbvio que o custo de uma câmera IP é maior do que o custo de uma câmera analógica, já que existe praticamente um DVR dentro de cada câmera IP.

 

Devido a isso, câmeras IP custam aproximadamente o dobro de uma câmera analógica com as mesmas características.

 

Sem contar que os pacotes de imagens ainda têm que passar por switches edge e core extremamente caros antes de chegarem aos NVRs onde serão gravados.

 

Ou seja, além da câmera IP ser mais cara, o cabeamento existente entre a câmera e seu destino também é muito mais caro e complexo do que em um sistema analógico.

 

Passando por tantos processos, a imagem de uma câmera IP não vai conseguir chegar ao monitor com a mesma taxa de frames e a ausência de delay da solução analógica, o que torna esta última insuperável para situações onde existem operadores monitorando as câmeras ao vivo.

 

O custo mais elevado, a necessidade de maior banda, maior capacidade de processamento, o baixo desempenho e a menor confiabilidade do sistema mostram que câmeras IP não são confiáveis para aplicações sérias (sistemas de vigilância) e por isso foram inicialmente relegadas a funções de monitoramento de ruas, etc., onde a perda temporária das imagens não é tão crítica.

A reviravolta: Como as câmeras IP se tornaram populares

Há cerca de 20 anos atrás, sistemas de CFTV eram coisa de gente grande: Grandes clientes encomendando sistemas a grandes integradores, que utilizavam equipamentos de grandes marcas.

 

Nessa época, apenas dois fabricantes americanos ofereciam speed domes. Quanto às câmeras fixas, a única opção eram as profissionais, do tipo box, com lente à parte.

 

Numa segunda fase, começaram a surgir as primeiras microcâmeras, fabricadas por pequenas empresas asiáticas. Eram de custo bem mais acessível, porém de baixíssima qualidade, o que não incomodou em nada os grandes fabricantes.

 

Porém, com o passar do tempo, esses pequenos fabricantes aprenderam a fazer câmeras de qualidade ― inclusive speed domes ― a ponto de competir em performance com as grandes marcas. Como seu preço era bem inferior, começaram a dominar o mercado, inclusive o de grandes clientes.

 

Para não perder mercado, os grandes fabricantes apelaram para uma tecnologia antiga e esquecida: As câmeras IP, um segmento que esses pequenos fabricantes ainda não dominavam.

 

Mas, como convencer o mercado a pagar mais por uma tecnologia de performance e confiabilidade inferiores?

 

Utilizando a força de sua marca, os grandes fabricantes passaram a convencer o mercado da "superioridade" das câmeras IP, com uma campanha de marketing massiva dizendo que câmeras IP eram a última tecnologia, que as câmeras analógicas estavam ultrapassadas, que IP é o futuro, etc.

 

E essa lavagem cerebral funcionou; as ideias veiculadas foram prontamente acolhidas pelos grandes clientes, que se preocupavam mais com o status da marca que estavam adquirindo; por consultores mal informados e instaladores que visavam um lucro maior no projeto, já que o custo da obra aumentava. E muito.

 

Presenciei várias atrocidades cometidas nesse processo. As piores que vi foram com 2 dos maiores hospitais de São Paulo, que instalaram mais de 1000 câmeras, todas com resolução D1!

 

O que não fazia o menor sentido, já que as câmeras estavam todas em corredores ou salas próximas umas das outras.

 

Um DVR em cada andar, concentrando as câmeras daquele andar, seria muito mais eficiente e bem mais barato. Depois, todos os DVRs seriam conectados à rede, com as imagens visualizadas em um software VMS.

 

Para o cliente, isso seria transparente pois, assistindo as imagens no software remoto, não conseguiria saber se as câmeras instaladas eram IP ou não.

 

Lembro que na época cheguei a fazer uma simulação de quanto custou uma dessas obras e quanto custaria se fosse feita com câmeras analógicas. Como as câmeras IPs e NVRs eram bem mais caros do que agora, deu uma diferença de 20 vezes!!

 

A quebra da barreira megapixel

Quando os fabricantes de sensores conseguiram romper a barreira da baixa resolução dos sistemas analógicos, criando os sensores megapixel, a solução IP era a única saída existente que permitia transmitir imagens com resoluções maiores que VGA (640x480) ou D1 (720x480), que era o limite para o vídeo analógico (CVBS).

 

Foi a evolução do SD (Standard Definition) para o HD (High Definition).

 

Agora sim, a solução IP começava a apresentar alguma vantagem em relação à solução analógica; poder desfrutar de imagens com melhor definição acaba compensando todas as desvantagens descritas acima.

 

E isso fez com que a "doutrinação IP" se difundisse ainda mais.

 

As gambiarras dos sistemas IP

Sim, os próprios fabricantes estão conscientes das grandes limitações das câmeras IP quando utilizadas em sistemas de vigilância.

 

Por isso estão sempre acrescentando novas funções (gambiarras) para resolver (na verdade, tentar contornar) essas limitações, o que vem tornando as câmeras cada vez mais caras. Por exemplo:

 

Incompatibilidade entre sistemas

Em um sistema de CFTV analógico, a compatibilidade é total: Qualquer câmera, de qualquer fabricante, funciona com qualquer DVR.

 

Já no sistema IP, não existiu uma padronização inicial; cada fabricante desenvolveu seu próprio sistema de compressão de imagens e montagem de pacotes de rede, fazendo com que as câmeras de uma determinada marca só funcionassem com o NVR ou software remoto da mesma marca.

 

Tentando padronizar as câmeras IP, foram criados alguns forums tais como o ONVIF (Open Network Video Interface Forum), o PSIA (Physical Security Interoperability Forum) e, mais recentemente, a ONF (Open Networking Foundation).

 

A padronização ONVIF se tornou a mais popular, fazendo com que todo mundo passasse a perguntar, antes de adquirir uma câmera IP, se ela era ONVIF compatível. E a grande maioria dos fabricantes passou a oferecer câmeras ONVIF compatíveis.

 

Parecia então que o problema estava resolvido; agora dá para comprar qualquer câmera IP e ligar em qualquer NVR ou software VMS que ela vai funcionar perfeitamente, certo?

 

Mas não é bem assim. Ser ONVIF compatível significa que apenas alguns poucos recursos de uma câmera de uma determinada marca estarão disponíveis se o NVR ou software remoto forem de outra marca.

 

Prova disso é que se analisarmos qualquer software VMS do mercado, veremos que eles têm uma lista de mais de 3000 câmeras IP, sendo que a maioria delas é ONVIF...

Largura de banda

Em um sistema de CFTV analógico, a imagem é enviada através de um cabeamento físico até o DVR, onde é exibida com a mesma resolução e taxa de frames que saiu da câmera, ou seja, 30 fps. Sem nenhum atraso.

 

E, dependendo da necessidade do cliente, essas imagens também poderão ser gravadas nas mesmas configurações acima.

 

Isso já é difícil de acontecer nos sistemas IP; a largura de banda necessária para se transmitir as imagens de várias câmeras IP simultaneamente obriga o cliente final a fazer uma escolha díficil:

 

- Investir muito em infraestrutura de rede, com switches caríssimos, que acabam inviabilizando o projeto;

 

- Ver as imagens com resolução maior, porém com baixa taxa de frames;

 

- Ver as imagens em tempo real, porém com baixa resolução.

 

Alguns paliativos inventados pelos fabricantes de câmeras IP:

 

- Envio de imagens somente quando for detectado movimento

 

Para economizar banda, as câmeras só enviam as imagens quando detectam algum movimento.

 

Isso pode até ser aceitável para situações de monitoramento, mas será que empresas onde existem operadores visualizando as imagens 24 horas por dia, aceitariam essas condições?

 

O sistema mostrando sempre a última imagem enviada quando foi detectado algum movimento, que só será atualizada quando ocorrer nova movimentação?

 

- Dual streaming

 

A câmera envia 2 streamings de vídeo com resoluções diferentes, um para gravação e outro para visualização.

 

O streaming de gravação pode ser enviado somente quando ocorrer movimento, conforme descrito no item anterior, e o de visualização pode ser contínuo, mas com qualidade e resolução reduzidas, para economizar banda.

 

Se o cliente não se incomodar em monitorar as imagens em baixa resolução...

 

- Áreas com diferentes resoluções

 

Esse é bastante criativo: o cliente define a região de interesse, onde a imagem será enviada em maior resolução; o restante da imagem será enviado em baixíssima resolução, até quadriculado.

 

Uma variação do mesmo recurso é com a aplicação de reconhecimento facial: o rosto das pessoas é mostrado em maior definição enquanto o restante da imagem será enviado em baixíssima resolução.

 

Cabe aqui a mesma pergunta já feita anteriormente: Será que empresas onde existem operadores visualizando as imagens 24 horas por dia, aceitariam essas condições?

 

O sistema mostrando (e gravando) sempre uma parte da imagem quadriculada, com baixa resolução?

 

Baixa confiablidade do sistema

Já comentei que sistemas IP não são confiavéis para aplicações em vídeo vigilância pois, por não serem circuitos fechados, não existe garantia de que as imagens enviadas pelas câmeras chegarão ao seu destino para serem gravadas e/ou exibidas.

 

Cientes dessa falha, os fabricantes inventaram o edge recording, que nada mais é do que um cartão de memória inserido na câmera, com a função de gravar as imagens localmente, caso a rede caia e até que ela se restabeleça novamente.

 

Mas, pelo menos um fabricante fez isso direito: Ele instalou uma porta USB na sua câmera IP, onde se pode conectar um HD externo com alguns Terabytes de capacidade, que gravará todas as imagens o tempo todo, sem atraso e sem restrições de resolução ou qualidade, nem precisando ter um NVR remoto no sistema.

 

A câmera enviará as imagens apenas para um software de monitoramento remoto.

 

Sabe por que essa ideia é brilhante? Por que é uma câmera analógica ligada diretamente à um dispositivo de gravação e à uma placa de rede, ou seja, é um sistema de CFTV dentro de cada câmera...

 

Latência (delay)

Conforme o processo que já expliquei com detalhes em Transmissão do Sinal de Vídeo, a montagem e desmontagem dos pacotes de rede gera um atraso na recepção das imagens no destino, ou seja, a gravação e visualização não acontece em tempo real.

 

Esse tempo pode variar entre menos de um segundo até vários segundos, dependendo do quanto se investiu na infraestrutura de rede.

 

Para câmeras IP fixas, essa limitação pode até ser aceitável, mas não para câmeras móveis do tipo PTZ.

 

Quando o operador move o joystick da mesa controladora, o sinal de comando de movimentação da câmera é quase que imediatamente enviado à câmera PTZ, que também se moverá assim que receber esse comando.

 

Porém, como a imagem tem que passar pelo processo já descrito acima, chegará ao DVR com algum delay, fazendo com que o movimento da câmera seja visualizado com atraso e a uma taxa inferior a 30 quadros por segundo, tornando-se bastante irritante ― senão quase impossível ― a tarefa de se seguir alguém com uma câmera PTZ IP.

 

Tentando contornar isso, os fabricantes e instaladores de câmeras IP criaram algumas "soluções":

 

- Uso dos Presets

 

Gravação de presets para os pontos mais visualizados, evitando que o operador fique tentando encontrar aquele ponto toda vez que precisar.

 

Gravação de ronda com os presets gravados.

 

- Auto tracking

 

Esse é outro recurso que existe há mais de 10 anos e foi resgatado para que uma câmera IP PTZ possa seguir alguém automaticamente, já que manualmente é quase impossível.

 

Outro problema ao se movimentar uma câmera PTZ IP ― principalmente se for Megapixel ― é que, devido ao delay, as imagens ficam borradas durante a movimentação, só se estabilizando quando a câmera para.

 

Como isso está sendo 'resolvido':

 

- Alguns fabricantes congelam a última imagem estática durante a movimentação, só mostrando uma nova imagem quando a câmera para de se movimentar (Como saber se a câmera já está se posicionando no ponto onde queremos se não estamos vendo as imagens?);

 

- Para que o cliente não perceba o problema, alguns instaladores diminuem a velocidade máxima de movimentação até o ponto em que as imagens não borrem durante a movimentação (!).

Ajuste do foco da lente

Em uma câmera analógica é muito fácil ajustar-se o foco da lente com precisão: Você mexe no anel de foco e vê instantaneamente o resultado em um monitor ligado à saída de vídeo composto da câmera.

 

Já nas câmeras IP, devido à latência,a imagem leva algum tempo para se atualizar no monitor, ficando muito difícil e irritante ajustar o foco da lente com precisão

 

Além disso, poucas câmeras IP têm uma saída de vídeo composto para se conectar um monitor.

 

Ou o ajuste é feito pelo rádio, com o auxílio de outra pessoa olhando o monitor, ou se conecta um notebook na saída IP da câmera, algo meio complicado de se fazer em cima de uma escada...

 

Para resolver isso, algumas câmeras têm o recurso de auto-foco, o que as encarece bastante.

O aumento da concorrência

O apoio dos integradores de sistemas de CFTV foi um dos fatores que mais contribuíram para o sucesso das câmeras IP. Porém, eles nem imaginavam o mal que isso iria lhes causar.

Como os integradores atiraram no próprio pé

Uma rede de computadores conectados a um servidor central e à internet é um item essencial para que uma empresa possa operar. Para instalar essa rede, normalmente é contratada uma empresa de infraestrutura de TI.

 

Outro fator também importante para qualquer empresa é um sistema de CFTV, com câmeras instaladas em pontos vitais, protegendo o seu patrimônio. Para executar esse serviço, normalmente era chamada uma empresa de instalação de sistemas de CFTV.

 

Eu disse "era" porque isso acontecia até as câmeras IP se popularizarem; agora as empresas de infraestrutura de TI estão sendo solicitadas pelos seus clientes a também instalarem as câmeras IP. Afinal eles já não estão lá, instalando o cabeamento estruturado?

 

Além disso, quando se trata de dimensionamento da rede, cálculo de largura de banda, escolha dos switches adequados, etc., eles são mais entendidos no assunto do que os integradores de sistemas de CFTV.

 

O fato é que, abraçando as câmeras IP, os integradores acabaram trazendo as empresas de infraestrutura de TI para o seu já concorrido mercado .

 

Pessoalmente, não acho que as empresas de TI estão erradas em pegar mais esse serviço. Afinal, elas nem lutaram por ele; foi dado de mão beijada pelos integradores de CFTV.

Alimentação PoE: O tiro nos 2 pés

A alimentação PoE (Power over Ethernet) foi idealizada para que leigos pudessem instalar pequenos dispositivos na rede, tais como roteadores, switches, repetidores Wi-Fi, etc, sem precisar ter uma tomada perto.

 

Não demorou muito para que os fabricantes de câmeras IP incorporassem a alimentação PoE em suas câmeras.

 

E essa foi mais uma tecnologia que os integradores de sistemas de CFTV abraçaram, agora atirando nos 2 pés, pois se as empresas de infraestrutura de TI ainda viam alguma dificuldade em instalar câmeras IP por elas precisarem de alimentação para funcionar, essa dificuldade deixou de existir.

 

E isso não era necessário; qualquer instalador que se preze sabe usar a lei de ohm para calcular a bitola de cabo mais adequada para alimentar cada câmera.

 

Agora não apenas as empresas de infraestrutura de TI sabem instalar sistemas de CFTV IP, mas até leigos estão fazendo isso sozinhos; basta ver quantas opções de sistemas com câmeras IP e NVR ― do tipo faça você mesmo ― estão sendo oferecidos em home centers.

O grande problema das câmeras PoE

A alimentação PoE consiste basicamente em se enviar 48 Volts DC através de pares vagos dos cabos de rede, podendo assim alimentar dispositivos conectados à rede sem necessidade de tomada externa.

 

No caso das câmeras IP, que normalmente são alimentadas com 12 Volts DC, é instalada uma fonte redutora dentro da câmera para converter os 48 VDC em 12 VDC.

 

Essa redução de 36 Volts (48 - 12) dissipa calor, que vai sobreaquecer câmera, fazendo-a trabalhar fora de suas condições ideais.

 

Apesar de o fabricante especificar que sua câmera pode operar com temperaturas, por exemplo, entre 0 e 50°C, suas características são medidas em temperatura ambiente, entre 22 e 25°C, ou seja, se a câmera operar sobreaquecida, sua performance será prejudicada, podendo até diminuir sua vida útil.

 

Certa vez estava homologando um micro dome IP PoE, que o fabricante alegava ser "tão pequeno que cabe na palma da sua mão".

 

Sim, ele era bem pequeno, porém não consegui colocá-lo na palma da minha mão, de tanto que esquentava!

 

Sendo assim, ao escolher câmeras PoE, recomendo deixá-las ligadas operando plenamente (enviando imagens, com o IR ligado, etc.), por pelo menos 15 minutos, para verificar se aquecem muito.

 

De qualquer forma, o mais recomendado é não utilizar o recurso PoE interno da câmera.

 

Um splitter PoE externo (como o da foto do item anterior) é uma solução mais eficiente, pois evitará que a câmera se sobreaqueça e não será necessário gastar mais em uma câmera com alimentação PoE.

Resolução Full HD sobre cabo coaxial: A pedra no sapato dos sistemas IP

Em 2010 a HDcctv Alliance lançou o padrão HDcctv 1.0, que permitia enviar sinais de vídeo Full HD sobre cabo coaxial.

 

A primeira tecnologia a utilizar esse padrão foi a HD-SDI. As câmeras tinham preço equivalente às câmeras IP, a distância máxima permitida era de 100 m e transmitiam imagens em resolução Full-HD.

 

Mas faltou uma campanha de marketing agressiva para que a tecnologia HD-SDI decolasse.

 

Porém, em 2014, foi lançado o padrão HDcctv 2.0, com câmeras a preços mais convidativos e permitindo maiores distâncias sobre cabos coaxiais e até sobre cabos UTP.

 

Prontamente adotadas pelos fabricantes asiáticos, surgiram então as tecnologias HD-CVI, HD-TVI e AHD, entre outras.

 

Hoje, o HD-cctv já tem uma fatia de 10% do mercado brasileiro e a tendência é crescer cada vez mais, avançando nos mercados analógico e IP.

 

A previsão é que em 2018 o mercado de CFTV esteja dividido em:

 

- HDcctv: 45%

 

- Analógico: 40%

 

- Câmeras IP: 15%

O que é um sistema Full HD

Para um sistema poder ser chamado de Full HD ― o padrão da TV digital atual ― ele precisa trabalhar com imagens a uma resolução de 1920x1080 pixels, 30 fps, de ponta a ponta, ou seja, as imagens visualizadas no monitor também devem ter essa resolução e essa mesma taxa de frames.

 

Os sistemas HDcctv conseguem isso de maneira muito simples, com conexões idênticas as dos sistemas analógicos:

 

CÂMERAS > CABOS COAXIAIS > DVR > MONITOR

 

Uma câmera IP pode ser Full HD; pode facilmente enviar imagens a 30 fps com resoluções até maiores que 1920x1080 pixels (ver artigo Câmera IP 29 Megapixels). Porém, para um sistema IP ser Full HD, é um pouco mais complicado.

 

NÃO IMPORTA O QUE SAI DA CÂMERA; O QUE IMPORTA É O QUE CHEGA NA OUTRA PONTA

 

Dificilmente um sistema IP conseguirá exibir imagens Full HD de várias câmeras.

 

Será necessário muito investimento em switches e capacidade de processamento (servidores) para se chegar perto disso.

 

Sendo assim, para resoluções até 2 Megapixels, fica bastante claro que não vale a pena investir em câmeras IP, pois a solução Full HD sobre cabo coaxial é a melhor escolha em termos de performance, confiabilidade, simplicidade e preço.

Quando compensa usar câmeras IP

Baseado no exposto acima, só é vantajoso usar câmeras IP nas seguintes situações:

 

- Quando se precisa de resoluções acima de 2 Megapixels. Abaixo dessa resolução, o HDcctv é uma melhor opção;

 

- Câmeras 360°. Esse tipo de câmera precisa de no mínimo 5 Megapixels para funcionar adequadamente. Veja o artigo Câmeras Fisheye;

 

- Câmeras isoladas, em locais remotos ou em ruas e estradas;

 

- Câmeras Wi-Fi;

 

- Câmeras via rádio. Porém, se tiver mais de uma câmera concentrada no mesmo local, vale mais a pena instalar um DVR de 4 canais conectado ao rádio.

Conclusão

A essa altura, você pode estar pensando: - Puxa! Esse cara odeia câmeras IP!

 

Não, isso não é verdade, sou totalmente a favor de sistemas IP, só não acho que a solução precise ser IP de ponta a ponta.

 

Sou contra essa tendência do mercado de achar que câmeras IP são adequadas para qualquer situação.

 

Por isso procurei demonstrar neste artigo que câmeras IP são apenas mais uma opção a considerar; cada caso deve ser analisado racionalmente, com grande embasamento técnico, procurando sempre a melhor solução custo/benefício para o cliente, sem se preocupar com modismos.

 

Não acredito em uma solução única, que atenda à todas as situações. Como sabiamente falou Nelson Rodrigues:

 

TODA UNANIMIDADE É BURRA

 

 

Câmeras IP - 2ª parte

 

Como projetar sistemas IP de maneira inteligente e eficiente.

 

Dez/2014

Ago/2015

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