História
Tudo começou em 1942, durante a segunda guerra mundial, onde o engenheiro Walter Brunch foi responsável pelo design e instalação de um sistema de televisão de circuito fechado para observar o lançamento dos misseis V2. Apesar desta tecnologia pioneira ter surgido durante a segunda guerra mundial, apenas em Fevereiro de 1949 é que começou a ser comercializada, sendo o seu nome Vericon (Figura 1). Este sistema era composto por câmaras e monitores que apenas permitiam transmissão em direto, ou seja, não possuíam um sistema de gravação de imagens.
Figura 1 - Sistema Vericon
Nos anos seguintes, a tecnologia de CCTV (Closed-Circuit Television) não se espalhou devido às complicações existentes relacionadas com a gravação de imagens. Estas eram gravadas através de fitas magnéticas (Figura 2) que precisavam de ser mudadas manualmente e que eram um processo dispendioso e ambíguo. Foi apenas na década de 70, que esta tecnologia aumentou a sua comercialização através do aparecimento do sistema de gravação VCR (Video Cassete Recorder), o que tornou o processo de gravar e apagar imagens muito mais fácil (Figura 3).
Figura 2 - Ampex VR3000 (reel to reel)
Finalmente na década de 90, foi permitida a vigilância de vários pontos em simultâneo através de multiplexing. Isto permitia que o conteúdo de várias câmaras fosse gravado na mesma cassete. Por esta altura, os sistemas de vídeo vigilância já se encontravam intrínsecos nas grandes cidades como Londres e Nova York.
Foi com o passar do milénio e com o desenvolvimento da tecnologia digital que houve grandes melhorias nos sistemas de videovigilância. Surgiram então os DVR (Digital Video Recorder). Estes tornaram os CCTV mais simples e descartaram a necessidade de guardar cassetes, devido às melhores capacidades de compressão e reduzido custo.
Figura 4 - Multiplexing
Figura 5 - First Alert DC8810-420 (DVR)
Finalmente, com o desenvolvimento da internet, surgiram os NVR’s (Network Vídeo Recorders). Estes sistemas são utilizados nos dias que decorrem e permitem que sejam instalados em qualquer sitio e que o seu conteúdo seja visualizado em qualquer sitio, desde que exista uma ligação à internet.
Figura 6 - Simple NVR-based camera system
Videovigilância
Os sistemas de videovigilância têm vindo a evoluir ao longo do tempo mediante as necessidades que foram surgindo. Com o incremento da criminalidade e a necessidade de constante monitorização de recursos, estes sistemas têm-se vindo a adaptar, tornando-se cada vez mais rápidos e com melhor qualidade de imagem.
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Nos dias de hoje, possuímos dos mais variados sistemas, cada qual com complexidade e tecnologia diferentes. No entanto, esta tecnologia desenvolveu-se ao ponto de interferir com a privacidade que cada cidadão tem direito.
Tecnologia
Sistemas CCTV - DVR
Nas aplicações tradicionais de sistemas CCTV analógico, as câmaras de segurança, localizadas em pontos específicos, capturam um sinal de vídeo analógico e esse sinal é transferido para o gravador de vídeo digital (DVR) através de cabo coaxial ou fibra ótica. O DVR por sua vez converte o sinal analógico em digital e trata do comprimir e armazenar num disco rígido para posterior acesso. É incorporada inteligência ao DVR de modo a ser possível lidar com tarefas como agendamento, deteção de movimento e zoom digital. Por último, os monitores estão ligados ao DVR para ser possível a visualização dos vídeos.
Sistemas baseados em IP
Com a evolução das câmaras analógicas para digitais, os sistemas de videovigilância passam a ser inteiramente digitais. Desde a recepção do vídeo no NVR, o seu armazenamento e a sua visualização.
No mundo do IP, cada câmara na rede captura um sinal analógico mas converte-o imediatamente para digital. Pode existir algum processamento digital dentro da câmara como detecção de movimento e uma pequena compressão.
O gravador digital de vídeo em rede (NVR) executa a mesma função que o DVR no mundo analógico. Captura o sinal de cada câmara, comprime e armazena-o. As principais diferenças estão na resolução do vídeo, que é muito maior neste caso, e no armazenamento que agora passa de formato físico, discos rígidos, para servidores localizados na internet. O software incorporado no NVR depende de produto para produto, mas é capaz de fornecer recursos tais como: pesquisa, selecção de imagens, zooms inteligentes, detecção de movimento, metódos de compressão, agendamentos, etc.
O NVR é também responsável por combinar os fluxos de vídeo enviados pelas câmaras e controlar a sua a
transmissão quer via LAN, quer via internet, para posterior visualização local e remota.
Sistemas híbridos
Cada vez mais os sistemas CCTV estão a adoptar a tecnologia IP, mas a maioria dos sistemas de videovigilância existentes ainda são analógicos. Fazer esta transição pode-se tornar muito dispendiosa pelo que a introdução dos sistemas híbridos é uma mais valia. Os DVR híbridos facilitam a integração do uso da nova tecnologia IP nos sistemas analógicos já existentes, permitindo assim uma implementação CCTV/IP a custos reduzidos.
Deste modo os sistemas fazem uso das duas tecnologias, analógica e IP, reutilizando as câmaras e cablagem analógicas já existentes com as novas câmaras IP, assim consegue-se diminuir os custos de transição de um sistema analógico para IP, permitindo uma evolução gradual. É possível então conciliar o melhor dos dois mundos, o reduzido custo e menor largura de banda do analógico com a elevada qualidade de resolução e melhores funcionalidades do digital. Num caso prático, recorre-se assim ás câmaras analógicas para as áreas menos vulneráveis e às câmaras IP de alta qualidade para áreas importantes.
Codecs
Com a entrada no mundo digital, a tecnologia de compressão e codificação de vídeo tornou-se numa ferramenta fulcral à optimização dos sistemas de videovigilância. A digitalização do vídeo introduziu assim os chamados codecs, estes consistem num conjunto de normas e regras que permitem reduzir o tamanho original dos vídeos de modo a facilitar a sua transmissão pelo canal e o seu armazenamento. De modo geral, todos apresentam um bom desempenho e a sua escolha depende meramente da aplicação e do custo que se pretende investir no sistema, visto que alguns requerem mais trabalho computacional do que outros. Os codecs que predominam esta área são então o H.264, M-JPEG e MPEG-4.
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M-JPEG: O M-JPEG, mais conhecido como Motion-JPEG, é um formato de compressão de vídeo em que cada frame é comprimido individualmente em formato JPEG, deste modo consegue-se obter vídeos de elevada qualidade. Trata-se também de um codec muito resiliente a erros visto que cada frame é comprimido separadamente, ou seja, apenas é explorada a redundância espacial e não a temporal, deste modo se a imagem for danificada ou perdida na transmissão, os restantes frames não serão afectados. Por outro lado, este mecanismo resulta num factor de compressão mais baixo comparativamente com os outros codecs.
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MPEG-4: Nos dias de hoje o Codec MPEG-4 tem vindo a cair em desuso, este foi substituido pelo H.264 que gera um ficheiro com maior fator de compressão permitindo assim um maior tempo de gravação e um menor tempo de transmissão, este permite também uma maior fluídez na reprodução do vídeo em tempo real tornando o sistema de videovigilância mais eficaz, pelo que nao é vantajoso usar a norma MPEG-4.
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H.264: O H.264 rapidamente se tornou o Codec favorito no mundo da vídeovigilância, e é fácil perceber o porquê, nesta área fala-se constantemente na redução da largura de banda, na redução do tamanho dos ficheiros a serem armazenados, na elevada qualidade de vídeo e em monitorizações de alta resolução, e a introdução deste Codec veio melhor todos estes aspetos. Nos sistemas em rede, a largura de banda é talvez o fator mais importante em causa. Se o sistema de vídeovigilância usar mais do que as bandas disponíveis vão ser perdidos vários frames e o vídeo irá apresentar cortes. Comparativamente com os outros codecs o H.264 permitiu uma redução de 80% na taxa de transmissão de bits face ao codec M-JPEG, e uma redução de 30-50% face ao MPEG-4. Havendo uma taxa de transmissão de bits baixa os sistemas de armazenamento também beneficiam, visto que no mesmo espaço conseguem armazenar mais informação, o que é importantíssimo nos sistemas de vídeovigilância. De nada valia diminuir a taxa de transmissão e o tamanho dos vídeos se a qualidade nao fosse boa, pode-se dizer que esta está quase ao nível do M-JPEG e melhor que a do MPEG-4, especialmente no que toca a objetos em movimento (que é fator mais importante nos sistemas de videovigilância, normalmente trata-se de um fundo fixo com um objeto em movimento, por exemplo, pessoas).
Processamento automático
Com o enorme aumento no número de sistemas de videovigilância a serem utilizados pelo mundo inteiro, torna-se humanamente impossível analisar todos os vídeos em tempo real, pelo que é necessário desenvolver mecanismos suficientemente inteligentes para processar automaticamente estes vídeos.
Foi então desenvolvido software que analisa as imagens dos sistemas de videovigilância e que é capaz de detectar o movimento de humanos, veículos, objectos, entre outros. Este mecanismo chamado Machine Vision, baseia-se em machine learning. Trata-se de um processo de aprendizagem em que a máquina vai analisar milhares de imagens em várias situações com diferentes ângulos e posturas, de modo a adquirir conhecimentos sobre os objectos em questão. Desta forma quando se está a realizar a análise do vídeo, o A.I. (Artificial Intelligence) vai consultar os dados previamente processados e comparar se o objecto se identifica com alguma das referências, por exemplo, se tem uma velocidade parecida, se tem dois braços, se tem o mesmo tamanho.
Uma das ferramentas mais importantes neste tipo de sistemas, é o facto de poder funcionar como alerta, o A.I analisa os dados em tempo real e caso detecte alguma uma anomalia, envia uma mensagem de aviso, por exemplo, para um agente policial e este de seguida procede à resolução do problema.
Protocolos de Comunicação
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TCP: Os vídeos codificados em M-JPEG normalmente são transportados baseados no protocolo TCP. O TCP garante a entrega dos pacotes, exigindo confirmação pelo receptor. Em caso de perda, os pacotes perdidos são retransmitidos, o uso de retransmissão pode ser benéfico para redes que tenham problemas de congestionamento de dados. Em caso de renderização a tempo real, a imagem pode parecer agitada quando os pacotes são retransmitidos, mas no caso do MJPEG como cada imagem é codificada sozinha, normalmente o vídeo apresentado é de elevada qualidade.
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UDP/RTP: Por sua vez, os vídeos codificados em MPEG-4/H.264 normalmente são transmitidos com base nos protocolos UDP ou RTP. O UDP não garante a entrega de pacotes e não fornece recursos como a retransmissão de pacotes. O transporte RTP/UDP é mais adequado para redes com pouca perda de pacotes e boa largura de banda. O transporte UDP fornece também entrega multicast, onde um único fluxo de vídeo pode ser recebido em vários terminais, deste modo consegue-se reduzir a carga de processamento no codificador ou nas câmaras IP e também permite uma redução no consumo de largura de banda.
Segurança na comunicação
Com a passagem da transmissão a cabo para via internet dos vídeos de vigilância, surgem agora problemas relacionados com ataques à segurança, como a intercepção de dados ou mesmo a modificação do seu conteúdo. De modo a aumentar o nível de segurança é necessário o uso de normas e protocolos para tornar esta transmissão mais viável. Vários aspectos a ter em conta são:
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Os dispositivos devem usar ligações HTTPS, com certificados. Isso garante comunicações seguras ponta a ponta.
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Os dispositivos devem ter recursos, como Firewalls internas, que permitam desativar certos protocolos que sejam prejudiciais ao sistema, como ICMP, Telnet e FTP.
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Os vídeos transmitidos devem ser encriptados para reduzir a sua acessibilidade e possibilidade de alterações.
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Os dispositivos devem usar alguma forma de Hashing como método de autenticação.
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A maioria das câmaras são instaladas com o nome de usuário e senha padrão, pelo que a alteração destas é uma boa prática.
Ética
Com o desenvolvimento que estes sistemas tiveram, como foi referido anteriormente, começaram a surgir problemas em relação à privacidade que cada individuo tem direito. Por um lado, queria-se uma constante vigilância porque fornecia uma sensação de segurança e tornava o processo de monitorização muito mais fácil, por outro, esta vigilância não podia interferir com actividades pessoais.
Ambas as premissas eram incompatíveis, portanto tiveram de ser definidas leis que tornassem ambas conciliáveis. Adicionalmente, estas leis também foram fortemente justificadas pela crescente invasão de privacidade através de webcams. Com a passagem dos sistemas de vídeo vigilância para a internet, tornou-se possível vigiar pessoas através dos seus computadores pessoais, o que transpõe por completo os limites em relação à privacidade.
Lei nº67/68 – Proteção de Dados Pessoais
A legislação em Portugal expressa claramente que:
“O tratamento de dados pessoais só pode ser efectuado se o seu titular tiver dado de forma inequívoca o seu consentimento…”[]. E devido a esta lei que é costume ver-se cartazes afixados em vários estabelecimentos que indicam que existe um sistema de vídeo vigilância em funcionamento. No entanto, dentro da mesma lei, existem artigos que indicam que existem excepções, por exemplo qualquer instituição pública pode proceder ao tratamento de dados sem notificação:
Aplicações
Os sistemas de videovigilância têm das mais variadas aplicações, desde a simples vigilância de uma loja de conveniência, à vigilância de uma central nuclear ou mesmo, a vigilância das ruas de um país. É fácil perceber que estas aplicações não podem ser classificadas todas no mesmo tipo. Vários tipos de aplicações em que os sistemas de videovigilância se encontram presentes são:
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Prevenção de crimes: é nesta área que os sistemas de videovigilância têm um maior impacto, a utilização destes sistemas permite ao proprietário de um espaço prevenir potenciais criminosos de cometerem roubos, ou mesmo no caso de roubo, proceder à identificação do assaltante.
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Monitorização de Operações: a monitorização das operações internas de um negócio com vigilância por vídeo pode esclarecer as práticas comerciais mais eficientes e apontar as que retardam o processo de produção. Por exemplo, no caso de lojas esta prática torna-se bastante útil, pois permite identificar os locais mais frequentados pelos clientes, bem como localizar os corredores e secções que precisam de ser restabelecidas.
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Segurança Pública: a segurança das pessoas é um factor muito importante a ter em conta em espaços públicos, como em parques, escolas, centros comerciais e outros lugares públicos. Torna-se complicado monitorizar multidões e outro tipo de distúrbios sem qualquer tipo de sistema de monitorização, pelo que o uso de câmaras de videovigilância permite assim um maior nível de segurança.
Mercado e Preços
O mercado da videovigilância encontra-se dividido em três grandes sectores: hardware, software e serviços sendo os Estados Unidos da América o grande líder deste mercado
O mercado dos sistemas de videovigilância tem vindo a aumentar ao longo dos anos, este crescimento deve-se principalmente ao número de crimes, que cada vez é maior, e também à transição do analógico para o digital, que tornou o uso sistemas de videovigilância numa opção mais viável e prática. No ano de 2016 o valor deste mercado foi avaliado em 30.37 biliões de dólares e estima-se que pelo ano de 2022 atinja um valor de cerca de 75.64 biliões [].
Futuro
Desde a sua criação, os sistemas de vídeo vigilância evoluíram bastante e tiveram um enorme impacto na história da segurança. No entanto, o seu desenvolvimento está longe de ter acabado e esperam-se grandes mudanças nos próximos anos.
Aos poucos e poucos, é possível observar a transacção de vários serviços para a Cloud. Já se nota esta transacção nos sistemas de vídeo vigilância como a empresa Eagle Eye Networks, no entanto a capacidade de transmissão e banda larga são os principais problemas para um sistema de larga escala ser totalmente suportado pela Cloud. Quando estes forem incrementados, iremos assistir a uma migração quase total dos sistemas de vídeo vigilância para a Cloud, tanto para gravação como manutenção dos mesmos.
Cloud
Inteligência Artificial
A utilização de algoritmos em sistemas de vídeo vigilância já é discutida há algum tempo. O principal tema gira à volta de reconhecimento fácil. Esta tecnologia é muito embrionária porque existem bastantes requisitos para que esta realidade seja possível, tais como qualidade da imagem (pixeis que representam a cara de uma pessoa), luminosidade, capacidade de distinguir pessoas semelhantes, entre outros. Também existe a possibilidade, de no futuro, um sistema de inteligência artificial poder prever o comportamento de uma pessoa (calcular a probabilidade de uma determinada acção), através da vigilância da mesma.
Complexidade, Tamanho e Resolução
Na contemporaneidade, conseguimos facilmente detectar uma câmara. Daqui a alguns anos isso irá se tornar um processo bastante complicado. Estas tenderão a ser cada vez mais pequenas, com melhor qualidade e cada vez menos perceptíveis. A sua complexidade irá aumentar exponencialmente, por exemplo, teremos câmaras que poderão alternar entre imagem normal, imagem térmica e imagem com raios X, com gravação de cada uma destas componentes ou transmissão em directo. A necessidade das câmaras terem uma ligação física também deixará de existir, estas provavelmente tanto serão alimentadas por energia wireless como transmitirão os seus dados pelo mesmo meio.