Kameras analysieren Bilder in immer kürzerer Zeit, Videomanagementsysteme führen zahlreiche Datenquellen zusammen, und Leitstellen sollen auf Ereignisse möglichst unmittelbar reagieren. Zwischen Aufnahme und Wahrnehmung liegt jedoch eine technische Kette aus Bildverarbeitung, Übertragung, Decodierung und Anzeige. Für Betreiber sicherheitskritischer Videosysteme rückt damit eine Größe stärker in den Fokus, die bislang häufig im Hintergrund bleibt: die Ende-zu-Ende-Latenz.

Moderne Videoüberwachung verspricht Geschwindigkeit. Kameras erkennen Bewegungen, klassifizieren Objekte oder melden definierte Ereignisse. In der Leitstelle entsteht daraus jedoch erst dann eine verwertbare Information, wenn das entsprechende Bild tatsächlich sichtbar ist.

Zwischen Kamerasensor und Bildschirm liegen mehrere Verarbeitungsschritte. Das Bild wird erfasst und verarbeitet, bei IP-Video üblicherweise komprimiert und paketiert, anschließend übertragen, auf der Empfängerseite gepuffert und decodiert und schließlich auf dem Monitor dargestellt. Jeder dieser Schritte benötigt Zeit.

Im technischen Sprachgebrauch wird die Spanne zwischen Bilderfassung und Darstellung als Ende-zu-Ende- oder Sensor-to-Screen-Latenz bezeichnet. Axis unterteilt sie bei netzwerkbasierter Videoüberwachung in drei wesentliche Bereiche: Verarbeitung innerhalb der Kamera, Übertragung über das Netzwerk und Verarbeitung auf der Empfängerseite. Damit ist Latenz weniger eine Eigenschaft einzelner Geräte als ein Merkmal der gesamten Videokette.

Vom Sensor bis zum Bildschirm

Bereits in der Kamera entsteht Verzögerung. Auf die Belichtung folgen Bildverarbeitung und Kodierung; hinzu können interne Puffer kommen. Danach beginnt die Übertragung.
Bei IP-basierten Systemen beeinflussen unter anderem Bitrate, verfügbare Bandbreite, Netzinfrastruktur und Übertragungsprotokoll, wie schnell die Videodaten ihr Ziel erreichen. Switches, Router und weitere Netzwerkkomponenten liegen ebenfalls im Signalweg. In einem entsprechend dimensionierten lokalen Netzwerk kann dieser Anteil gering bleiben. Werden Übertragungswege länger oder steht die erforderliche Bandbreite nicht zuverlässig zur Verfügung, kann die Netzwerklatenz stärker ins Gewicht fallen.

Mit dem Eintreffen der Daten ist der Signalweg noch nicht beendet. Auf der Client-Seite müssen Streams empfangen, gegebenenfalls zwischengespeichert, decodiert und über die Grafikhardware ausgegeben werden. Größere Empfangspuffer können eine gleichmäßige Wiedergabe stabilisieren, erhöhen jedoch zugleich die Zeit zwischen Aufnahme und Darstellung.

Für Betreiber ergibt sich daraus ein wesentlicher Zusammenhang: Die Leistungsfähigkeit einer Kamera allein sagt wenig darüber aus, wie aktuell das Bild ist, das vor dem Operator erscheint.

Echtzeit entsteht im Gesamtsystem

Kameras, Netzwerke, Videomanagement, Clients und Anzeigen bilden eine zusammenhängende Verarbeitungskette. Entsprechend lässt sich auch ihre Reaktionsfähigkeit nicht allein aus Auflösung, Bildrate oder Codec ableiten.

Eine hohe Bildrate kann bestimmte Verzögerungsanteile reduzieren, leistungsfähige Netzwerke können Übertragungszeiten niedrig halten, Client-Hardware und Software beeinflussen Decodierung und Darstellung. Erst das Zusammenspiel bestimmt die tatsächliche Sensor-to-Screen-Zeit.
Für Betreiber ist dies vor allem dort relevant, wo das Livebild unmittelbar in einen operativen Prozess eingebunden ist: bei der Verifikation eines Alarms, in der Perimeterüberwachung, in Verkehrs- und Einsatzleitstellen oder überall dort, wo anhand des Videobildes kurzfristig Entscheidungen getroffen werden müssen.
Der häufig verwendete Begriff „Echtzeit“ erhält damit eine konkrete technische Dimension. Maßgeblich ist nicht allein, wie schnell eine einzelne Komponente arbeitet, sondern welche Verzögerung das Gesamtsystem unter realen Betriebsbedingungen erzeugt.

Direkte Signalwege mit SDI

Neben IP-basierten Architekturen werden in professionellen Videoanwendungen weiterhin direkte digitale Videoschnittstellen eingesetzt. Dazu gehört Serial Digital Interface, kurz SDI. Ursprünglich stark im Broadcast-Umfeld verbreitet, findet die Technik auch in spezialisierten Überwachungsanwendungen Verwendung.

AG Neovo bietet hierfür Monitore mit SDI-Schnittstellen an. Die Geräte unterstützen je nach Modell SD-SDI, HD-SDI und 3G-SDI. Der HX-2402 verarbeitet beispielsweise 3G-SDI nach SMPTE 424M sowie HD-SDI nach SMPTE 292M und unterstützt über 3G-SDI 1080p mit 50 beziehungsweise 60 Bildern pro Sekunde. Ein BNC-Ausgang ermöglicht die Weiterleitung des Signals an weitere Komponenten.

Der strukturelle Unterschied zu einer klassischen IP-Videokette liegt im Übertragungsweg. Für eine direkte SDI-Verbin- dung ist keine IP-Paketierung des Videosignals erforderlich; auf diesem Abschnitt entfällt zudem die für komprimierte IP-Videostreams typische Decodierung auf der Empfängerseite.
AG Neovo beschreibt die SDI-Übertragung seiner Überwachungsmonitore als unkomprimiert und latenzarm. Für 3G-SDI nennt der Hersteller mit RG6-Koaxialkabeln Distanzen bis 100 Meter, für HD-SDI bis 150 Meter und für SD-SDI bis 300 Meter.
Ein allgemeiner Geschwindigkeitsvergleich zwischen SDI- und IP-Systemen lässt sich daraus allerdings nicht ableiten. Die erreichbare Ende-zu-Ende-Latenz hängt von der jeweiligen Gesamtarchitektur ab. Auch IP-basierte Systeme können bei geeigneter Auslegung geringe Verzögerungen erreichen. SDI eröffnet vielmehr eine alternative Architektur mit einem vergleichsweise direkten Signalweg zwischen Quelle und Anzeige.

Wenn Funktionen in das Display wandern

Auf der Empfängerseite verändert sich zugleich die Art, wie Informationen in Leitstellen zusammengeführt werden. CCTV- und NVR-Ausgaben treffen auf Lagebilder, Analyseoberflächen, Prozessdaten und weitere operative Anwendungen.
Traditionell werden diese Quellen auf mehrere Bildschirme verteilt oder über externe Switcher, Matrixsysteme und Multiviewer organisiert. Mit jeder zusätzlichen Komponente wächst jedoch auch die Hardware- und Signalstruktur.
Multi-Input-Displays verlagern einen Teil dieser Funktionen unmittelbar in die Anzeige. Beim von AG Neovo beschriebenen PBP-Konzept können mehrere Quellen direkt mit einem Display verbunden und parallel dargestellt werden. Abhängig vom Gerät stehen Picture-by-Picture- und Picture-in-Picture-Layouts zur Verfügung; professionelle Modelle können bis zu vier Eingangssignale. [RE]

Infobox: Video-Latenz im Blick

– Ende-zu-Ende-Latenz bezeichnet die Zeit zwischen Bilderfassung und sichtbarer Darstellung in der Leitstelle. Sie entsteht entlang der gesamten Videokette – von Kamera und Übertragung bis zu Client und Display.
– Für Betreiber zählt deshalb nicht nur die Leistung einzelner Komponenten, sondern die gemessene Verzögerung des Gesamtsystems.
– SDI überträgt digitale Videosignale direkt und unkomprimiert. Dadurch entfallen auf diesem Übertragungsabschnitt IP-Paketierung sowie die für komprimierte IP-Streams typische Decodierung. Das kann einen kurzen Signalweg begünstigen; die tatsächliche Ende-zu-Ende-Latenz hängt dennoch von der gesamten Systemarchitektur ab.
– PBP/PIP und Input-Failover können die Informationsverfügbarkeit am Arbeitsplatz verbessern, ersetzen jedoch kein vollständiges Redundanzkonzept.
– Praxisfrage: Wie viel Zeit darf zwischen Ereignis und sichtbarer Darstellung vergehen?