contribuȚii privind tratarea unitarĂ a...

UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAȘOV Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor

ing. Dominic Mircea KRISTÁLY

CONTRIBUȚII PRIVIND TRATAREA UNITARĂ A ECHIPAMENTELOR DE CAPTURĂ DIN

SISTEMELE DE SUPRAVEGHERE VIDEO

CONTRIBUTIONS REGARDING THE UNIFIED TREATMENT OF CAPTURE EQUIPMENT FROM

VIDEO SURVEILLANCE SYSTEMS

REZUMATUL TEZEI DE DOCTORAT SUMMARY OF THE PHD THESIS

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC: Prof. univ. dr. ing. Francisc SISAK

BRAȘOV 2011

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI ŞI SPORTULUI UNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAŞOV BRAȘOV, B-dul EROILOR, Nr. 29, 500036 Tel +40 268 413000, Fax +40 268 410525

D-nei/lui:

COMPONENŢA Comisiei de doctorat

numită prin Ordinul Rectorului Universității Transilvania din Brașov nr. 4531/25.02.2011

Președinte: Conf. univ. dr. ing. Carmen GERIGANProdecan al Facultății de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor Universitatea Transilvania din Brașov

Conducător științific: Prof. univ. dr. ing. Francisc SISAKUniversitatea Transilvania din Brașov

Referenți: Prof. univ. dr. ing. Dorian COJOCARUUniversitatea din Craiova

Prof. univ. dr. ing. Teodor BORANGIUUniversitatea Politehnica din București

Prof. univ. dr. ing. Sorin Aurel MORARUUniversitatea Transilvania din Brașov

Susținerea publică a tezei de doctorat va avea loc în data de 1 aprilie 2011, începând cu ora 11:00, în sala V III 9, aflată la etajul 3 al corpului V al Universității Transilvania din Brașov, str. Mihai Viteazul, nr. 5.

Eventualele aprecieri sau observații asupra conținutului lucrării, vă rugăm să le transmiteți, în timp util, pe adresa Catedrei de Automatică, Corpul V al Universității Transilvania din Brașov, str. Mihai Viteazul, nr. 5, 500174, Brașov, sau pe adresa de e-mail [email protected] .

PREFAȚĂ Această teză de doctorat reprezintă o coagulare a preocupărilor și pasiunilor mele de mai mulți ani, canalizate în direcția supravegherii video, ca parte integrantă a domeniului vast al Ingineriei electrice.

Am încercat să acopăr cât mai multe aspecte legate de sistemele de supraveghere video, propunându-mi ca scop final obținerea unui sistem software complex, scalabil, flexibil și sigur, împreună cu modalitățile prin care echipamente de captură a imaginii din diferite alte sisteme să poată fi accesate dintr-o interfață comună.

Interesul meu pentru criptosisteme a determinat acordarea unei atenții deosebite modului de obținere a securității datelor și prezentarea metodelor steganografice ce pot asigura nerepudierea înregistrărilor dintr-un sistem de supraveghere video și care oferă un mecanism de verificare a integrității acestora.

Preocuparea privind metodele de compresie a datelor și interesul pentru formatele de fișiere video, dublate de cercetările în domeniul video-detecției de mișcare și prelucrare a imaginilor, m-au făcut să mă aplec și asupra modului de stocare a informației video furnizate de aceste sisteme de supraveghere, și a beneficiilor care pot fi obținute prin prelucrarea corespunzătoare a acesteia.

În continuare vreau să mulțumesc tuturor celor care m-au ajutat și susținut în activitatea de întocmire a acestei lucrări. Astfel:

Adresez, cu deosebită considerație, sincere mulțumiri domnului prof. dr. ing. Francisc Sisak, în calitate de conducător științific, pentru implicarea și recomandările competente făcute și pentru tot sprijinul acordat pe întreaga perioadă de elaborare a acestei lucrări.

De asemenea, doresc să mulțumesc domnului prof. dr. ing. Sorin Aurel Moraru, pentru îndrumare și susținere în realizarea testelor de verificare a soluțiilor propuse.

Mulțumesc cadrelor didactice şi personalului de la Catedra de Automatică pentru sprijinul pe care mi l-au oferit pe tot parcursul realizării tezei de doctorat.

Aduc mulţumiri tuturor celor care, direct sau indirect, m-au ajutat și m-au încurajat pe parcursul anilor în care a fost elaborată această teză de doctorat.

Nu în ultimul rând, vreau să mulțumesc familiei mele, care m-a susținut și mi-a dat puterea de a finaliza această lucrare.

Brașov, martie 2011

Contribuții privind tratarea unitară a echipamentelor de captură din sistemele de supraveghere video

MSc ing. Dominic Mircea Kristály – Rezumatul tezei de doctorat 3

Cuprins

Teză

Rez

umat

LISTĂ DE ACRONIME 7 -LISTĂ DE FIGURI 11 -LISTĂ DE TABELE 15 -PREFAȚĂ 17 11. INTRODUCERE 19 9 1.1. ACTUALITATEA SUBIECTULUI 19 9 1.2. MOTIVAREA TEZEI 19 9 1.3. SCOPURI URMĂRITE 20 10 1.4. ORGANIZAREA LUCRĂRII 20 102. SISTEME DE SUPRAVEGHERE VIDEO. COMPONENȚĂ. EVOLUȚIE 23 11 2.1. ARHITECTURA UNUI SISTEM DE SUPRAVEGHERE VIDEO MODERN 24 - 2.2. CAMERE VIDEO 25 - 2.2.1. Tipuri de camere video utilizate în sistemele de supraveghere 26 - 2.2.1.1. Camere video clasice 26 - 2.2.1.2. Camere de tip dom 26 - 2.2.1.3. Camere video compacte 26 - 2.2.1.4. Camere video discrete 27 - 2.2.1.5. Camere video cu adresă IP 27 - 2.2.2. Elemente constructive ale camerelor video 28 - 2.2.3. Senzori de imagine 31 - 2.2.3.1. Senzori CCD 31 - 2.2.3.2. Senzori CMOS 37 - 2.2.4. Norme video 39 - 2.2.5. Semnalul video compozit 41 - 2.3. CARACTERISTICI GENERALE ALE CAMERELOR VIDEO 41 - 2.3.1. Rezoluție 41 - 2.3.2. Sensibilitate 43 - 2.3.3. Raportul semnal-zgomot 44 - 2.3.4. Compensarea luminii de fundal 44 - 2.3.5. Amplificare automată 44 - 2.3.6. Iris electronic 45 - 2.3.7. Viteza obturatorului 45 - 2.3.8. Balanța de culori 46 - 2.3.9. Sincronizare 46 -


4 MSc ing. Dominic Mircea Kristály – Teză de Doctorat

2.3.10. Detecția de mișcare 47 - 2.3.11. Zone de mascare 47 - 2.3.12. Camere de zi/noapte 47 - 2.4. MEDII DE TRANSMISIE A SEMNALULUI VIDEO 48 - 2.4.1. Cablul coaxial 48 - 2.4.2. Pereche torsadată 49 - 2.4.3. Fibra optică 50 - 2.5. TEHNICI DE REDARE A IMAGINILOR 52 - 2.5.1. Scanarea întrețesută 52 - 2.5.2. Scanarea progresivă 53 - 2.5.3. Comparație între scanarea întrețesută și scanarea progresivă 53 - 2.6. DISPOZITIVE DE ACHIZIȚIE A FLUXURILOR VIDEO 55 - 2.6.1. Quad-uri, multiplexoare și matrice video 55 - 2.6.2. Plăci de achiziție video 56 - 2.6.3. Server video 56 - 2.7. DISPOZITIVE DE ÎNREGISTRARE A FLUXURILOR VIDEO 57 - 2.7.1. Înregistratoare video analogice 57 - 2.7.2. Înregistratoare video digital 57 - 2.8. EVOLUȚIA SISTEMELOR VIDEO DE SUPRAVEGHERE 60 - 2.8.1. Sisteme analogice CCTV care folosesc VCR 60 - 2.8.2. Sisteme analogice CCTV care folosesc DVR 61 - 2.8.3. Sisteme analogice CCTV care folosesc DVR rețea 62 - 2.8.4. Sisteme video rețea care folosesc servere video 63 - 2.8.5. Sisteme video rețea care folosesc camere video cu adresă IP 64 - 2.9. ARHITECTURI SOFTWARE UTILIZATE PENTRU GESTIUNEA SISTEMELOR VIDEO DE SUPRAVEGHERE 64 - 2.9.1. Sisteme care înglobează plăci de captură video 64 - 2.9.2. Sisteme rețea cu servere video 66 - 2.9.3. Sistemele rețea care folosesc camere video cu adresă IP 67 - 2.9.3.1. Cadru 67 - 2.9.3.2. Rezoluție 67 - 2.9.3.3. Lățimea de bandă (bandwidth) 67 - 2.9.3.4. Rata de transfer (bitrate) 68 - 2.9.3.5. Latență 68 - 2.9.3.6. Streaming media 68 - 2.10. APLICAȚII SOFTWARE CE PERMIT CONECTAREA LA MAI MULTE TIPURI DE CAMERE 69 11 2.11. TENDINȚELE ACTUALE ÎN DOMENIUL SUPRAVEGHERII VIDEO 69 - 2.12. CONCLUZII 71 -3. ARHITECTURA PROPUSĂ. TEHNOLOGII. DEZVOLTAREA SISTEMULUI 73 13 3.1. MOTIVAȚIA ALEGERII LIMBAJULUI JAVA PENTRU DEZVOLTARE 74 - 3.1.1. Scurt istoric 74 -



3.1.2. Avantajele principale ale limbajului Java 74 - 3.1.2.1. Independent de platformă 74 - 3.1.2.2. Simplu 75 - 3.1.2.3. Orientare pe obiecte 75 - 3.1.2.4. Distribuit 75 - 3.1.2.5. Robust 76 - 3.1.2.6. Fire de execuție 76 - 3.1.2.7. Garbage Collection 76 - 3.1.2.8. Flexibil 77 - 3.2. STRUCTURA SISTEMULUI PROPUS 77 14 3.3. PARADIGMA DE PROIECTARE MVC ÎN CONTEXTUL JAVA 79 15 3.3.1. Model 79 16 3.3.2. View 80 16 3.3.3. Controller 81 16 3.4. TEHNOLOGII ȘI PRODUSE UTILIZATE ÎN SISTEMUL DEZVOLTAT 82 17 3.4.1. Java Servlet 82 17 3.4.2. Java Server Pages – generarea paginilor web dinamice 84 17 3.4.3. JDBC – Suport pentru baze de date în limbajul Java 86 17 3.4.4. IBM Websphere – serverul de aplicații 87 17 3.4.5. MySQL – serverul de baze de date 87 17 3.4.6. Eclipse – mediul de dezvoltare 88 18 3.5. ARHITECTURA SOFTWARE A SISTEMULUI DEZVOLTAT 88 18 3.6. BAZA DE DATE A SISTEMULUI DEZVOLTAT 93 21 3.7. INTERFAȚA UTILIZATOR ȘI MODUL DE GESTIUNE A SISTEMULUI REALIZAT 96 22 3.7.1. Utilizatori 98 - 3.7.1.1. Adăugarea unui utilizator 98 - 3.7.1.2. Modificarea unui utilizator 100 - 3.7.1.3. Eliminarea unui utilizator 100 - 3.7.2. Profile 100 - 3.7.2.1. Asociere utilizatori la profil 100 - 3.7.2.2. Asociere funcții la profil 101 - 3.7.3. Sesiuni 102 - 3.7.4. Noutăți 103 - 3.7.5. Schimbare parolă 103 - 3.7.6. Hartă sistem 105 - 3.7.7. Reiniţializare platformă 105 - 3.7.8. Module 105 - 3.7.8.1. Adăugarea unui modul 106 - 3.7.8.2. Modificarea unui modul 106 - 3.7.8.3. Eliminarea unui modul 107 -



3.7.8.4. Ordinea în meniu 107 - 3.7.9. Funcţii 107 - 3.7.9.1. Adăugarea unei funcții 107 - 3.7.9.2. Modificarea unei funcții 108 - 3.7.9.3. Eliminarea unei funcții 108 - 3.7.9.4. Ordinea în meniu 109 - 3.8. IMPLEMENTAREA UNUI MODUL DE GESTIUNEA A CAMERELOR DE SUPRAVEGHERE 109 24 3.8.1. Tabele suplimentare 110 25 3.8.2. Testarea soluției propuse 111 25 3.9. POSIBILITĂȚI DE VALORIFICARE A SISTEMULUI DEZVOLTAT 113 27 3.10. CONCLUZII 113 -4. DETECȚIA VIDEO A MIȘCĂRII 115 27 4.1. SISTEMUL VIZUAL UMAN 117 - 4.1.1. Vederea umană 117 - 4.1.2. Ochiul 118 - 4.1.3. Observatorul standard 119 - 4.1.4. Proprietățile luminii 119 - 4.2. MODELE DE CULOARE 122 - 4.2.1. Diagrama culorilor primare standard 123 - 4.3. REPREZENTAREA IMAGINILOR ÎN SISTEMELE DE CALCUL 125 28 4.4. TRANSFORMĂRI ÎN SPAȚIUL CULORILOR 127 30 4.4.1. Transformarea RGB – YUV 127 30 4.4.2. Transformarea YUV – RGB 128 31 4.4.3. Transformarea RGB – YCbCr 129 31 4.4.4. Transformarea YCbCr – RGB 129 31 4.5. METODE DE VIDEO-DETECȚIE A MIȘCĂRII 129 31 4.5.1. Video-detecția mișcării prin compararea cadrelor 130 - 4.5.2. Video-detecția mișcării prin compunerea fundalului 132 - 4.5.3. Vederea artificială 132 - 4.6. ELEMENTE DE PRELUCRARE A IMAGINILOR 133 - 4.6.1. Prelucrarea la nivel de pixeli a imaginilor 133 - 4.6.1.1. Histograma unei imagini 134 - 4.6.1.2. Modificarea luminozității cu ajutorul funcției exponențiale 135 - 4.6.1.3. Egalizarea neadaptivă uniformă a histogramei 136 - 4.6.2. Produsul de convoluție 136 - 4.6.2.1. Produsul de convoluție în procesarea imaginilor 137 - 4.6.2.2. Implementarea produsului de convoluție utilizând limbaje

de programare de nivel înalt

138 - 4.6.2.3. Filtrări ce utilizează produsul de convoluție

140 -



4.7. ALGORITMI PENTRU VIDEO-DETECȚIA MIȘCĂRII 142 32 4.7.1. Algoritm bazat pe metoda comparației între cadre 142 32 4.7.2. Algoritm bazat pe metoda compunerii fundalului 143 33 4.7.3. Aplicaţie de detecţie a mişcării folosind o cameră web 143 33 4.8. CONCLUZII 145 -5. COMPRESIA FLUXURILOR VIDEO 147 34 5.1. FORMATUL MOTION JPEG 148 35 5.2. STANDARDUL MPEG-4 149 36 5.2.1. Scurt istoric al standardelor MPEG 150 - 5.2.1.1. MPEG-1 150 - 5.2.1.2. MPEG-2 150 - 5.2.1.3. MPEG-4 150 - 5.2.1.4. Evoluția standardelor 151 - 5.3. STANDARDUL AVC 152 36 5.3.1. Codarea și decodarea datelor video 152 37 5.3.2. Organizarea internă a conținutului 153 38 5.3.2.1. Secvență video 154 - 5.3.2.2. Grup de imagini 154 - 5.3.2.3. Imagine 154 - 5.3.2.4. Secțiune 154 - 5.3.2.5. Macroblocuri 154 - 5.3.2.6. Blocuri 154 - 5.3.2.7. Organizarea datelor audio 155 - 5.3.3. Tipuri de cadre 155 38 5.3.3.1. Cadre I 155 38 5.3.3.2. Cadre P 155 39 5.3.3.3. Cadre B 155 39 5.3.3.4. Cadre D 156 - 5.3.4. Structura fluxului video 156 - 5.3.5. Profile predefinite 157 - 5.3.6. Comparație între bitrate-ul M-JPEG, MPEG-2 și AVC 158 39 5.3.7. Avantaje și dezavantaje ale AVC în implementări 158 40 5.3.8. Patente utilizate de CODEC-urile AVC 159 40 5.4. CONCLUZII 159 -6. ASIGURAREA SECURITĂȚII INFORMAȚIILOR DIN SISTEM 161 41 6.1. PROTOCOL CRIPTOGRAFIC. PERSONAJE 163 - 6.2. SISTEME CRIPTOGRAFICE SIMETRICE 164 - 6.2.1. Algoritmul AES 165 - 6.2.1.1. Pasul SubBytes 166 - 6.2.1.2. Pasul ShiftRows 166 -



6.2.1.3. Pasul MixColumns 167 - 6.2.1.4. Pasul AddRoundKey și planificarea cheilor 167 - 6.2.2. Comparație între algoritmii criptografici simetrici 168 41 6.3. SISTEME CRIPTOGRAFICE ASIMETRICE 170 - 6.3.1. Algoritmul RSA 172 - 6.4. FUNCȚII IREVERSIBILE 172 - 6.4.1. Funcții ireversibile de tip hash 173 - 6.4.2. Coduri de identificare a mesajelor 174 - 6.5. CRIPTOSISTEME HIBRIDE 174 - 6.6. STEGANOGRAFIA 176 41 6.6.1. Steganografia digitală. Tehnica LSB 177 42 6.6.1.1. Utilizarea tehnicii LSB pentru ascunderea mesajelor în

fișiere bitmap

178 42 6.6.1.2. Utilizarea tehnicii LSB pentru ascunderea mesajelor în

fișiere H.264

180 44 6.7. SECURIZAREA CANALELOR DE COMUNICAȚIE 183 - 6.8. CONCLUZII 184 -7. CONCLUZII 187 46 7.1. CONTRIBUȚII ORIGINALE 192 50 7.2. DIRECȚII VIITOARE DE EXTINDERE A CERCETĂRII 193 51BIBLIOGRAFIE 195 52ANEXA 1 – CODUL SURSĂ JAVA PENTRU TESTAREA VITEZEI ALGORITMILOR DE CRIPTARE 201 -ANEXA 2 – TEMPLATE-UL STANDARD TEMPLATE.JSP 203 -ANEXA 3 – CODUL SURSĂ PENTRU CALCULUL MATRICEI DCT CUANTIFICATE 207 -



1. Introducere

1.1. Actualitatea subiectului

Supravegherea se referă la monitorizarea comportării oamenilor, obiectelor sau proceselor. Motivele pentru care se utilizează sistemele de supraveghere sunt foarte variate: cercetare, observare sau control al obiectivelor care nu prezintă încredere, și asigurarea securității și controlul social când se monitorizează sisteme ce prezintă un grad înalt de încredere.

Din ce în ce mai multe companii, organizații și instituții aleg pentru supravegherea activității și a obiectivelor soluția monitorizării video. Implementarea unui astfel de sistem are rezultate imediate: angajații devin mai conștienți de îndatoririle pe care le au și sunt mai atenți la felul în care își îndeplinesc sarcinile, sunt eliminați timpii morți din procesul de producție, pot fi depistate și corectate greșeli, totul conducând la eficientizarea activității și reducerea, până la eliminare, a pierderilor. Nu trebuie ignorat nici aspectul asigurării mai facile a securității bunurilor și a persoanelor.

Având în vedere toate aceste considerente se poate afirma, fără rezerve, că domeniul supravegherii video este unul de actualitate și de mare interes în societatea modernă, iar orice contribuție ce aduce îmbunătățiri sau inovare este bine venită.

1.2. Motivarea tezei

Majoritatea soluțiilor de supraveghere video existente pe piață au particularități dependente de producător și de generația tehnologică căreia aparțin, prin urmare extinderea sistemelor poate fi dificilă. De asemenea, interconectarea între sistemele de supraveghere produse de firme diferite este, de multe ori, imposibilă.

Fiecare soluție de supraveghere are propriul său software de management, cu propria sa interfață utilizator (GUI) și propriul mod de lucru, ceea ce conduce la o gestiune greoaie, atât a sistemelor în ansamblu, cât și a înregistrărilor acestora. Personalul însărcinat cu gestiunea sistemului trebuie instruit pentru a se familiariza cu particularitățile tuturor sistemelor utilizate în organizație, ceea ce generează costuri suplimentare.

Se pot identifica mai multe configurații fizice pentru sistemele de supraveghere, fiecare cu particularități ce se reflectă direct în proiectarea și dezvoltarea software-ului de gestiune.

Un software de gestiune a sistemelor de supraveghere video unificat poate ușura cu mult sarcinile de întreținere și consultare.



1.3. Scopuri urmărite

Scopul principal al tezei este de a propune o arhitectură pentru un sistem software de gestiune unificat, care să permită interconectarea mai multor tipuri de sisteme de supraveghere video, respectiv echipamente de captură.

Se vor prezenta tehnologiile, tehnicile și algoritmii ce se pot utiliza la dezvoltarea sistemului propus și modul în care se pot implementa componentele din arhitectura propusă. Vor fi propuse tehnologii din sfera gratuit (free) și open-source. Vor fi prezentate rezultatele unor teste practice pentru a dovedi fezabilitatea celor mai importante componente, în variantele propuse în cadrul arhitecturii.

O atenție deosebită s-a acordat modurilor de securizare a datelor gestionate de sistem, a mecanismului de video detecție a mișcării și a compresiei fluxurilor video.

1.4. Organizarea lucrării

Prezenta lucrare este împărțită în 7 capitole, după cum urmează:

Capitolul I oferă motivarea alegerii temei, importanța și semnificația subiectului ales și scopurile urmărite de prezenta lucrare.

Capitolul II prezintă detalii constructive ale elementelor componente dintr-un sistem de supraveghere video, împreună cu evoluția lor. Sunt prezentate arhitecturile hardware și software întâlnite în sistemele de supraveghere video.

Capitolul III prezintă modul în care s-a proiectat și realizat un sistem software bazat pe paradigma MVC și tehnologii Java. Sunt prezentate modalitățile de interconectare a mai multor sisteme de supraveghere și rezultatele unor teste de verificare a conceptului.

Capitolul IV prezintă clasele de algoritmi utilizați în video-detecția mișcării. Este propus un algoritm de detecție a mișcării prin compararea cadrelor. Sunt detaliate elementele teoretice care stau la baza tehnicilor descrise.

Capitolul V descrie principalele formate utilizate de camerele video digitale și de serverele video pentru transmisia și stocarea fluxurilor video. Sunt prezentate formatele Motion JPEG și AVC/H.264/MPEG-4 Part 10, împreună cu avantajele și dezavantajele lor.

Capitolul VI prezintă metodele prin care se asigură securitatea datelor digitale în sistemele de calcul. Este detaliat algoritmul pentru criptarea AES. Capitolul detaliază metodele steganografice digitale, utilizate ca un strat suplimentar de protecție și verificare a integrității fluxurilor video, cu aplicație pe formatul H.264.



Capitolul VII sumarizează concluziile tuturor capitolelor și evidențiază contribuțiile personale și direcțiile de extindere ale cercetării.

Lucrarea conține două anexe:

Anexa 1 – Codul sursă Java pentru testarea vitezei algoritmilor de criptare Anexa 2 – Template-ul standard template.jsp Anexa 3 – Codul sursă pentru calculul matricei DCT cuantificate

2. Sisteme de supraveghere video. Componență. Evoluție

Sistemele de supraveghere video au devenit o componentă vitală pentru asigurarea siguranței și securității. Nevoia monitorizării video și înregistrarea evenimentelor a devenit din ce în ce mai importantă, odată cu creșterea riscului de securitate. Ca rezultat, multe organizații implementează astfel de sisteme pentru o gamă largă de aplicații.

Trebuie menționat că aceste sisteme completează sistemele tradiționale de securitate și siguranță (detecție efracție, control acces, detecție incendiu), sistemele de supraveghere video funcționând în relație de colaborare cu acestea, asigurând elementul de monitorizare în timp real și posibilitatea de vizualizare post-eveniment precum și înregistrarea, afișarea și transmisia informației video către diverși beneficiari ai acesteia.

Progresul rapid înregistrat de rețelele de date și tehnologiile electronice și software au condus la o diversificare a metodelor prin care pot fi implementate sistemele de supraveghere video. Industria CCTV și-a schimbat foarte multe din principiile de bază, trecând de la sistemul complet analogic la cel complet digital, centrat în jurul conceptului de rețea.

Sistemele actuale pot utiliza tehnologiile oferite de sistemele de calcul de tip PC (Personal Computer). Astfel, caracteristici tipice acestora sunt folosite pentru a oferi facilități noi față de tehnologia clasică (analogică), cum ar fi: vizualizarea la distanță, stocare în formate digitale pe harddiskuri (HDD), multitasking (supravegherea on-line, înregistrarea și consultarea arhivelor pot fi folosite simultan).

Există pe piață sute de modele de DVR-uri, produse de companii binecunoscute, dar și produse ale unor companii mici, dar specializate mai ales în această direcție. Acestea din urmă permit conectarea unui număr limitat de modele de camere video, oferite de anumiți producători.

2.1. Aplicații software ce permit conectarea la mai multe tipuri de camere

Tabelul următor prezintă o comparație între sisteme software pentru supravegherea video.



Tabelul 1 Comparație între sisteme software pentru supraveghere video



3. Arhitectura propusă. Tehnologii. Dezvoltarea sistemului

După cum s-a menționat și în primul capitol, scopul tezei este de a propune o arhitectură pentru un sistem software unificat, care să permită interconectarea mai multor tipuri de echipamente de captură video. În continuare sunt prezentate tehnologiile care au fost utilizate în dezvoltarea sistemului și modul în care sunt implementate componentele din arhitectura propusă. Tehnologiile sunt alese din sfera gratuit (free) și open-source.

Datorită complexității unui astfel de sistem software, tehnologiile utilizate în realizarea acestuia trebuie alese dintre cele consacrate, care și-au demonstrat fiabilitatea și dependabilitatea.

Urmând această idee și ținând cont de experiența autorului în lucrul cu tehnologiile Java și avantajele incontestabile pe care le oferă acest limbaj, sistemul a fost dezvoltat în jurul acestei platforme. Am utilizat aplicațiile, tehnicile și instrumentele oferite de Java. Deoarece doresc ca sistemul să poată fi accesat din internet, acesta va fi dezvoltat ca o aplicație web, folosind versiune EE (Enterprise Edition) a Java.

Un astfel de sistem trebuie să ofere facilități precum:

Gestiunea echipamentelor de captură: identificarea, adăugarea, configurarea echipamentelor individual, gruparea logică a mai multor echipamente;

Vizionarea în timp real și concomitent a fluxurilor video provenite de la mai multe echipamente de captură;

Stocarea fluxurilor video preluate de la mai multe echipamente de captură în fișiere, pentru acele echipamente care nu sunt capabile să o facă singure;

Înregistrarea detaliilor despre informația stocată; Vizualizarea înregistrărilor efectuate pentru anumite camere; Controlul funcțiilor specifice fiecărui echipament: PTZ, NV etc. Înregistrarea evenimentelor primite de la echipamentele care suportă această facilitate; Controlul ieșirilor oferite de anumite echipamente de captură; Detecția mișcării pentru echipamentele care nu au integrată această funcționalitate; Înregistrarea evenimentelor generate de facilitățile de detecție a mișcării, ROI etc; Transmiterea de alerte în cazul apariției unor evenimente; Accesul la distanță pentru vizualizarea înregistrărilor și configurarea sistemului; Asigurarea accesului securizat, pe nivele, la toate facilitățile sistemului.

Trebuie să menționez că această lucrare nu își propune să realizeze un sistem software de supraveghere video complet, ci să formuleze și să testeze anumite mecanisme ce pot fi folosite de un astfel de sistem în scopul interconectării unor sisteme de supraveghere video de sine stătătoare, oferind o interfață comună de comunicație cu utilizatorul.



3.1. Structura sistemului propus

Schema bloc a sistemului propus este prezentată în Figura 1. Precizările făcute asupra blocurilor din schemă consideră scenariul în care există mai multe sisteme de supraveghere, diferite, pe care doresc să le unific folosind platforma propusă.

Figura 1 Schema bloc a sistemului propus

Blocurile care apar în schemă au următoarele semnificații:

CAMERA: Camerele de supraveghere pot fi de orice tip și se pot afla, din punct de vedere geografic, oriunde.

VOFL: vizualizare off-line (vizualizarea înregistrărilor). VONL: vizualizare on-line (vizualizare în timp real). Records registry: registrul de înregistrări conține date referitoare la înregistrările efectuate de

fiecare cameră. Acest registru poate fi menținut de fiecare sistem, separat, în orice format (fișier text, bază de date etc).



WREC (Write recordings): modulul de înregistrare preia fluxul video, îl prelucrează, dacă este necesar, și apoi îl stochează în fișiere. Acest modul este deja integrat în camerele cu IP, care pot stoca informația pe site-uri FTP. Ieșirea acestui bloc este preluată, la cererea utilizatorului, și de VONL. Modalitățile de compresie a fluxului video și securizare a acestuia sunt dezvoltate în Capitolul 5 și, respectiv, Capitolul 6. Sistemul propus nu impune nici locul, nici modul în care sunt stocate înregistrările. De regulă, fluxul video este împărțit în secvențe de durată fixă (de exemplu, 10 minute) pentru a facilita gestiunea fișierelor suport și a spori robustețea sistemului.

RREC (Read recordings): regăsesc și preiau înregistrările cerute de utilizator și le oferă VOFL. STORAGE: stochează înregistrările. Este un mediu distribuit. Fiecare sistem poate salva oriunde

înregistrările. PTZ-I-NV: controlul facilităților PTZ (Pan/Tilt/Zoom), a irisului și NV (night vision). I/O Alarm: modul de intrări/ieșiri generale. Acest modul nu este inclus în sistemul software

realizat. Analytics: efectuează prelucrări pentru extragerea informațiilor suplimentare din fluxul video.

Pentru ilustrare, în Capitolul 4 se prezintă metodele de video-detecție a mișcării. Evenimentele detectate sun centralizate în registrul de evenimente.

Event registry: registrul de evenimente reține evenimente provenite de la intrările de alarmă sau de la modulul Analytics.

Event com (Event communication): supraveghează registrul de evenimente, iar în cazul apariției unui eveniment nou poate trimite mesaje către adrese email sau SMS-uri prin rețeaua GSM.

Administration module: se ocupă cu gestiunea internă a sistemului (entități, relații). Management registry: conține datele despre utilizatorii și configurația sistemului. Connectors registry: ține evidența conectorilor necesari comunicării cu fiecare tip de

echipament de captură. Camera registry: conține lista tuturor echipamentelor de captură și detaliile despre modul de

acces al fiecăreia dintre ele. Web GUI (Web Graphic User Interface): reprezintă interfața cu utilizatorul a sistemului.

Canalele de comunicație pot fi, de asemenea, de orice natură (cablu coaxial, cablu UTP, wireless etc).

Următorul pas în atingerea obiectivelor propuse constă în alegerea unei arhitecturi software pentru sistem. Cea mai utilizată paradigmă de proiectare a sistemelor software complexe, la ora actuală, este MVC – Model View Controller, datorită mentenabilității și scalabilității conferite oricărei aplicații software ce o respectă.

3.2. Paradigma de proiectare MVC în contextul Java

MVC este o paradigmă de proiectare care, pentru a asigura o mentenanță facilă și o scalabilitate crescută aplicațiilor, prevede împărțirea funcțională a codului unei aplicaţi în trei părţi: Model, View şi Controller, de aici și denumirea de MVC.



Java oferă câte o tehnologie pentru fiecare din cele trei părți, și anume: JavaBeans – pentru Model, JSP – pentru View şi Servlet – pentru Controller. Figura 2 prezintă, schematic, rolurile acestor tehnologii.

Figura 2 Arhitectura MVC în contextul tehnologiilor Java

3.2.1. Model

Modelul înglobează logica unei aplicaţii (business logic). Această încapsulare facilitează testarea, îmbunătăţeşte calitatea şi promovează reutilizarea codului.

Ca o limitare a acestui strat, secţiunea de acţiuni este dependentă de protocol, deoarece trebuie cunoscute metodele de acces la datele oferite de sistem. [KRI5]

3.2.2. View

Această componentă încapsulează partea de prezentare a rezultatelor returnate de logica aplicaţiei prin Model. De asemenea, oferă interfaţa utilizator, şi aceasta dependentă de protocol.

JSP (Java Server Pages) este cel mai natural mod de a implementa această componentă a arhitecturii.

Alături de JSP se pot folosi și EL (Expression Language) și JSTL (Java Server Pages Standard Tag Library) pentru o separare completă a codului aplicației de partea de prezentare. [KRI6]

3.2.3. Controller

Această componentă reprezintă puntea care creează unitatea arhitecturii. Este responsabilă cu primirea evenimentelor, determinarea acţiunilor ce trebuie urmate, chemarea procedurilor şi alcătuirea răspunsului potrivit situaţiei.

Implementarea Controller-ului s-a realizat prin tehnologie Java Servlet.



3.3. Tehnologii și produse utilizate în sistemul dezvoltat

3.3.1. Java Servlet

În termeni simpli, un servlet este o bucată de cod care adaugă funcţionalitate la un server (de obicei un web server), la fel ca CGI-ul şi proprietarii de extensii de server cum sunt NSAPI şi ISAPI.

3.3.2. Java Server Pages – generarea paginilor web dinamice

Java Server Pages (JSP) este o tehnologie care oferă o metodă flexibilă de creare a paginilor dinamice din punct de vedere al conţinutului.

3.3.3. JDBC – Suport pentru baze de date în limbajul Java

Setul de funcţii JDBC a fost proiectat pentru a permite dezvoltatorilor de aplicaţii să dezvolte cât mai uşor cu putinţă interfeţe care să lucreze cu baze de date, fără a fi nevoiţi să-şi rescrie programele în permanenţă.

Pentru a obţine aceste deziderate, firma producătoare – Sun – împreună cu divizia însărcinată cu limbajul Java – Java Soft, au conlucrat împreună cu producători de sisteme de gestiune a bazelor de date, pentru a reuşi să sintetizeze un set de librării pentru lucrul cu bazele de date, care să nu ţină seama de tipul de baze de date cu care se lucrează, creându-se astfel o interfaţă comună pentru aplicaţii, indiferent de tipul de baze de date pentru care sunt scrise aplicaţiile.

Interogarea oricăror baze de date se poate face în limbajul standard SQL.

3.3.4. IBM Websphere – serverul de aplicații

După cum am menționat anterior, sistemul va fi dezvoltat ca o aplicație web, ceea ce implică utilizarea unui container (servlet engine) pentru aceasta. Am ales IBM Websphere Application Server - Community Edition (WASCE), versiunea 2.1.1.3, un server web bazat pe Apache Tomcat.

3.3.5. MySQL – serverul de baze de date

MySQL este un SGBD (Sistem de gestiune a bazelor de date) open-source oferit de Oracle pentru gestiunea unor baze de date relaționale.

Toate datele utilizate de sistem sunt stocate într-o bază de date relațională MySQL. S-a folosit versiunea MySQL Community Server 5.1.

Conexiunile la server sunt gestionate de mecanismul de fond de conexiuni al serverului Websphere.



3.3.6. Eclipse – mediul de dezvoltare

Pentru realizarea sistemului s-a folosit mediul de dezvoltare Eclipse (eclipse.org), mediu creat în limbajul Java și susținut de IBM. Eclipse oferă toate instrumentele necesare dezvoltării, printre altele, de aplicații web complexe, într-o interfață utilizator coerentă și ergonomică. De asemenea, oferă suport pentru gestionare instanțelor de servere de aplicații Websphere.

3.4. Arhitectura software a sistemului dezvoltat

Figura 3 prezintă arhitectura software a sistemului propus și dezvoltat:

Figura 3 Arhitectura software a sistemului dezvoltat

După cum se observă, toate elementele, mai puțin SGBD-ul, sunt încapsulate de serverul de aplicații Websphere. Legătura cu baza de date este intermediată de fondul de conexiuni oferit de WASCE. Sistemul dezvoltat, botezat EYE, folosește un singur fond de conexiuni, denumit EYE_MYSQL, legat la baza de date a sistemului – eye_db. O referință la acest fond este plasat în spațiul JNDI, de unde poate fi preluată de sistem, la pornire (inițializare).

Din arhitectura software de mai sus se observă prezența unor listener-e. Aceste clase detectează schimbări în starea unor obiecte, astfel că se pot executa bucăți de cod pentru tratarea evenimentului apărut. Sistemul EYE este dotat cu 3 astfel de listener-e:

ContextListener: detectează momentul pornirii sistemului, când inițializează mecanismul de log-are a sistemului, și momentul opririi sistemului, când distruge toate sesiunile active.



ContextAttributeListener: detectează introducerea în contextul aplicației a unui atribut. Acest mecanism este utilizat pentru monitorizarea activității utilizatorilor în sistem. Dacă un obiect de tip monitoring apare în context este automat introdus în baza de date.

SessionListener: detectează sesiunile expirate și le elimină din tabela de sesiuni a bazei de date.

Modulul CacheFactory este foarte important, fiindcă el conține toate datele de configurare ale sistemului și listele tampon (cache) cu toate modulele, funcțiile, profilele, constantele și legăturile dintre ele utilizate de EYE. Existența acestor liste tampon nu este obligatorie, dar prezența lor asigură performanțe superioare în cazul sistemelor cu mulți utilizatori și/sau multe accesări în unitatea de timp. Inițializarea CacheFactory-ului se realizează în momentul inițializării servlet-ului EyeServlet.

Accesul la facilitățile sistemului se realizează numai după autentificarea utilizatorului, printr-un mecanism ce utilizează perechea nume de utilizator și parolă. Websphere permite utilizarea protocolului HTTPS pentru comunicația în rețea, deci și aspectul de securitate privind transferul de date între client și server este îndeplinit.

Sistemul dezvoltat permite definirea mai multor tipuri de utilizatori (denumite profile), cu atașarea drepturilor de acces. Un utilizator poate avea asociate mai multe tipuri de profile, iar drepturile sunt aditive, astfel că regulile de acces se compun din toate regulile asociate profilelor utilizatorului.

Filtrele sunt un mecanism al Java EE prin care obiectul cerere (ServletRequest) poate fi verificat și, eventual, prelucrat înainte de a ajunge la servlet. Acest filtru poate respinge cereri, degrevând servlet-ul de anumite verificări. O cerere sosită la sistemul realizat trebuie să treacă de 3 filtre:

De sesiune (SessionFilter), care are rolul de a construi structurile de date necesare alcătuirii view-urilor fiecărui utilizator în parte (de exemplu, construcția meniului afișat);

De autorizare (AuthorizationFilter), care are rolul de autorizare a utilizatorilor care emit cereri.

De monitorizare (MonitoringFilter), care are rolul de a plasa în contextul aplicației web obiecte de monitorizat.

Dacă cererea a trecut de cele trei filtre, ajunge la servlet-ul EyeServlet – controllerul arhitecturii. În funcție de parametrul action al cererii, servlet-ul selectează clasa Manager corespunzătoare și, prin mecanismul de reflecție al Java, lansează în execuție clasa Manager.

O clasă Manager încapsulează logica de program a unei funcții (acțiuni) și trebuie, în mod obligatoriu, să implementeze interfața IManager. După cum se poate observa din declarația interfeței, o clasă Manager returnează o instanță a clasei Vector. Acest obiect conține rezultatele execuției logicii de program a funcției respective. Primul element al listei conține informații necesare selectării și generării view-ului, sub forma unei instanțe a bean-ului TemplateBean, iar al doilea conține răspunsul la cererea utilizatorului, sub forma unei instanțe a clasei HashMap. Extragerea celor două instanțe se realizează cu ajutorul constantelor definite în interfața IManager. (Tabelul 2)



IManager.java package eye; import java.util.Vector; import javax.servlet.http.HttpServletRequest; import javax.servlet.http.HttpServletResponse; public interface IManager { public int MANAGER_TEMPLATE = 0; public int MANAGER_DATA = 1; public Vector processRequest( HttpServletRequest request,

HttpServletResponse response); } Tabel 2 Interfața IManager

În funcție de opțiunile referitoare la template-ul utilizat pentru generarea răspunsului, se trimite HashMap-ul de răspuns către o pagină JSP pentru a genera pagina HTML de răspuns. Pentru o mai bună înțelegere a mecanismului, Figura 4 arată modul de compunere a unei pagini conform template-ului standard al sistemului. Astfel, proprietățile header, menu, content și footer specifică ce fișier JSP va fi încărcat în secțiunile definite de template. Informațiilor primite de la servlet în paginile JSP sunt preluate folosind EL și JSTL.

Figura 4 Secțiunile template-ului template.jsp



3.5. Baza de date a sistemului dezvoltat

Așa cum s-a precizat, sistemul utilizează o bază de date MySQL pentru stocarea datelor necesare gestiunii. Structura minimală a acestei baze de date este redată în Figura 5.

Figura 5 Structura bazei de date a sistemului dezvoltat



Rolurile tabelelor sunt:

eye_user: reține informațiile despre utilizatorii sistemului; parola nu este reținută în clar, ci se stochează doar hash-ul SHA-1;

eye_sessions: ține o evidență a sesiunilor active din sistem. Un administrator are posibilitatea de a încheia forțat sesiunea unui utilizator;

eye_profiles: conține profilele de utilizatori: eye_users_profiles: stabilește apartenența utilizatorilor la profile; eye_modules: reține modulele sistemului; acestea corespund opțiunilor afișate în meniul

principal (orizontal) din interfață, dacă au valoarea atributului menu_visibility diferită de 0; eye_functions: stochează informații referitoare la acțiunile posibile din sistem; acestea

corespund meniurilor secundare (verticale) din interfață, dacă au valoarea atributului menu_visibility diferită de 0; acestea sunt acțiunile recunoscute de controller – servlet-ul EyeServlet; atributul monitored specifică dacă accesul la o funcție este monitorizat;

eye_profile_functions: reține drepturile de acces a utilizatorilor asociați profilelor la funcții; eye_monitoring: stochează datele de monitorizare a utilizării funcțiilor sistemului de către

utilizatori; eye_constants: conține constante ce sunt utilizate de funcții, cum ar fi calea directorului pentru

fișiere temporare; eye_news: stochează datele despre anunțurile publice din sistem, care sunt afișate pe prima

pagină.

3.6. Interfața utilizator și modul de gestiune a sistemului realizat

Pentru a accesa facilitățile sistemului, utilizatorul trebuie să deschidă într-un browser web (Mozilla Firefox, Google Chrome, Microsoft Internet Explorer, Safari etc.) pagina unde se află instalat sistemul (respectiv serverul de aplicații Websphere). Poate fi, de exemplu, pentru o instalare locală: http://localhost:8080/EYE. Portul poate fi configurat să fie 80, pentru a nu încălca vreun protocol de securitate intern sau vreo regulă de firewall.

Menționez că pentru realizarea interfeței HTML și asigurarea interactivității întregului sistem am folosit tehnologii din sfera Web 2.0 . Ca instrumente practice am folosit bibliotecile javascript JQuery și JQueryUI.

Interfața grafică prezentată utilizatorului este redată în Figura 6Figura . Această pagină permite utilizatorului să se autentifice în sistem și să aibă acces la facilitățile oferite.

În cazul autentificării reușite, se deschide pagina de Home a sistemului. Se observă meniul principal, cu trei opțiuni: Acasă, Supraveghere online și Administrare, lista cu anunțuri (Noutăți) și, în colțul din dreapta-sus – link-ul pentru deconectare (LogOff). (Figura 7)



Figura 6 Pagina de întâmpinare a sistemului realizat

Figura 7 Pagina de întâmpinare a utilizatorului autentificat



Prima opțiune (Acasă) revine la pagina de întâmpinare de oriunde din sistem. Opțiunea Supraveghere online conține două funcții sunt descrise spre sfârșitul capitolului. Meniul Administrare permite gestiunea și configurarea sistemului.

3.7. Implementarea unui modul de gestiunea a camerelor de supraveghere

Primul pas în implementarea acestui modul constă în crearea unui cadru pentru definirea obiectului cameră și stabilirea modului de interacțiune cu ea.

Având în vedere concluziile capitolului anterior, propun, pentru uniformizarea echipamentelor de captură, utilizarea tehnologiei Java Applet și a API-ului JMF (Java Media Framework). Astfel, un applet poate încapsula toată comunicația necesară cu alte elemente ale sistemelor de supraveghere, funcție de tipul lor. Acest applet va funcționa ca un conector între sistemul EYE și alte sisteme de supraveghere. Acești conectori vor fi înregistrați în sistem și vor fi folosiți pentru orice echipament de captură compatibil.

Datele despre fiecare echipament de captură utilizat va fi stocat în sistemul EYE sub forma unui șir de caractere XML, corelat cu un identificator unic în sistem. În momentul în care se dorește accesarea echipamentului, se trimite către client conectorul (appletul) și XML-ul de configurare al echipamentului. Acest XML poate avea orice formă, structura sa depinzând de capabilitățile și nevoile echipamentului de captură.

De exemplu, pentru o cameră cu adresă IP, va trebui reținută adresa, eventual date de autentificare, protocolul de transport al fluxului video, portul de comunicație, informații legate de capabilități PTZ/I/NV etc. Conectorul este cel care trebuie să cunoască modul de utilizare al XML-ului pentru a-și extrage toate informațiile necesare îndeplinirii tuturor atribuțiilor.

Un al doilea pas constă în oferirea unei interfețe de comunicație cu utilizatorul. Și acest lucru este posibil prin utilizarea unui applet Java. Există două posibilități de implementare: prima impune includerea tuturor controalelor grafice în applet, astfel conectorul devenind un player multimedia; a doua presupune stabilirea unei interfețe pe care să o implementeze toți conectorii pentru funcțiile comune echipamentelor de captură (vizualizare on-line, vizualizare off-line – cu opțiunile play, pause, stop, increase speed, decrease speed, export etc.), sistemul EYE oferind interfața de control utilizatorului și intermediind transferul de evenimentele între utilizator și conector cu ajutorul mecanismului de comunicație Javascript - Java.

La prima variantă există riscul de a rezulta o interfață neomogenă și dificil de utilizat. Se poate rezolva problema dacă se stabilește un șablon și reguli de construire a interfeței conectorului. A doua variantă are neajunsul de a nu permite utilizarea unor funcții mai avansate oferite de anumite echipamente de captură.

Din combinația celor două variante poate rezulta o a treia – hibridă: facilitățile comune tuturor camerelor să fie controlate printr-o interfață bazată pe Javascript, iar facilitățile avansate să fie oferite de interfața grafică a conectorului. Propun utilizarea acestei a treia variante.



3.7.1. Tabele suplimentare

Pentru reținerea datelor despre obiectul cameră este nevoie de extinderea bazei de date cu încă două tabele. Figura 8 prezintă structura acestor tabele.

Figura 8 Tabele suplimentare pentru evidența conectorilor și a camerelor

Tabelul eye_camera ține evidența camerelor. Proprietatea id reprezintă identificatorul unic al camerei, params stochează șirul XML, iar id_conector specifică conectorul necesar pentru a manipula camera.

Tabelul eye_conectors ține evidența conectorilor înregistrați în sistem. Câmpul id îi identifică în mod unic, archive specifică arhiva JAR necesară accesului la un echipament de captură, iar code – locul de unde se lansează în execuție conectorul.

3.7.2. Testarea soluției propuse

Pentru a testa cele expuse anterior, am creat un nou modul în sistemul EYE – Supraveghere online – care îmi permite să preiau fluxul video oferit de un server creat de David Fisher (Femto Web Server) cu ajutorul JMF, care funcționează cu orice echipament ce oferă suport vfw (video for windows).

Conectorul primește adresa IP a serverului și portul de comunicație (prin șirul XML).

Conectorul este încărcat de funcția Live webcam din modulul Supraveghere on-line. S-a efectuat testul cu două instanțe de server, conectate la câte două camere web. (Figura 9)

Conectorul utilizat în test oferă și un panou de configurare a parametrilor fluxului (de exemplu, framerate).

Testarea posibilității de comunicare între un applet Java și un script Javascript a fost realizată într-o nouă funcție, Control JS, a aceluiași pachet.

Pentru a permite comunicația, baliza HTML object trebuie să permită explicit acest lucru, prin atributul mayscript.

Exemplul creat oferă utilizatorului 3 butoane: START, PAUSE și STOP. La apăsare oricărui buton, appletul afișează ce buton a fost apăsat. (Figura 10)



Figura 9 Conectarea la un server video

Figura 10 Testarea comunicării între Applet Java și Javascript



3.8. Posibilități de valorificare a sistemului dezvoltat

Datorită excelentei flexibilități a sistemului creat, acesta poate fi folosit și în alte domenii, permițând crearea cu ușurință de module și funcții noi care se integrează perfect cu cele deja existente. Utilizarea unor tehnologii puternice, precum cele din familia Java, și proiectarea atentă, au permis obținerea unui sistem de tip platformă care suportă un număr foarte mare de utilizatori, fără scăderea performanțelor sau a timpului de răspuns, cu posibilitatea de a funcționa continuu, ceea ce-l califică pentru implementarea sistemelor de tip 24/7. Acest sistem se poate dovedi eficient în aplicații de monitorizare sau de tip portal.

4. Detecția video a mișcării

Sistemele de video-detecția mișcării sesizează schimbări de natură geometrică în scena supravegheată prin intermediul luminozității pixelilor din imagine.

Un inconvenient major al sistemelor de supraveghere video clasice este că fluxurile video trebuie monitorizate de personalul de pază, ei fiind cei care semnalează intrările neautorizate. De asemenea, unitatea centrală înregistrează neîntrerupt, ceea ce duce la o nevoie de spațiu de stocare mare. Mai mult, înregistrările realizate de aceste sisteme sunt foarte greu de organizat și consultat atunci când se dorește identificarea unui eveniment.

Inconvenientele menționate anterior pot fi eliminate, în mare parte, prin implementarea unor metode de detecție a mișcării. O primă soluție este de a adăuga la arhitectura generală senzori de mișcare ce vor comanda începerea sau întreruperea înregistrării. De asemenea, acestea pot comanda și alte sisteme, cum ar fi alarme, blocarea ușilor, etc. Arhitectura unui astfel de sistem este prezentată în Figura 11.

Figura 11 Arhitectura unui sistem de supraveghere cu video-detecția mișcării



Un astfel de sistem este foarte util fiindcă permite împărțirea pe zone a ariei supravegheate, intervențiile fiind mult mai eficiente (se poate ști exact zona în care a avut loc un eveniment).

În cazul supravegherii incintelor permanent luminate se poate renunța la senzorii de mișcare, putându-se extrage aceleași informații prin prelucrarea imaginilor primite de la camere. O arhitectură posibilă este prezentată în Figura 12.

Figura 12 Arhitectura unui sistem de supraveghere cu video-detecția mișcării

Echipamentul de captură poate fi o cameră video digitală sau o placă de captură la care este conectată o cameră video analogică. Echipamentul de captură oferă „materia primă” – o matrice bidimensională de puncte colorate (pixeli), care reflectă imaginea reală.

Sistemul de calcul prelucrează imaginea și, pe baza datelor colectate anterior și a unui algoritm implementat într-o aplicație software, extrage informații despre mișcările apărute. Sistemul de calcul comunică mai departe cu modulul de ieșire, putând să-i comande înregistrarea pe bandă magnetică sau pe harddiskuri a imaginilor, stocarea datelor referitoare la data și ora unui eveniment înregistrat, comutarea unor ieșiri binare ce vor închide diferite circuite electrice/electronice etc.

4.1. Reprezentarea imaginilor în sistemele de calcul

Ochiul uman percepe lumina prin stimularea a trei pigmenți vizuali aflați în retină. Acești pigmenți au o sensibilitate ridicată la lungimi de undă de 630 nm (roșu - Red), 530 nm (verde - Green) și 450 nm (albastru - Blue). Omul percepe culoarea luminii prin combinarea intensităților dintr-o sursă de lumină. Acest sistem stă la baza formării culorilor pe monitoarele video color și este cunoscut ca modelul RGB. Culorile primare ale modelului RGB sunt aditive, deoarece pentru obținerea unei culori se însumează efectul fiecărei culori primare. Gama de culori acoperită de un monitor color este dată de cromatica celor trei tipuri de fosfor care acoperă monitorul. Reprezentarea grafică a acestui model se poate face pe baza unui cub în sistemul de axe R, G, B, așa cum se arată în Figura 13.

Având în vedere aceste considerente, reprezentarea unei imagini în sistemele de calcul va trebui să conțină intensitățile celor trei componente. Cum memoria calculatoarelor este limitată, au fost puse la punct mai multe standarde de reprezentare a culorilor, ele diferind prin numărul de biți alocați stocării nivelului de intensitate a fiecărei componente – R, G, B. Această dimensiune a reprezentării a fost denumită adâncimea culorii (color depth) – numărul de biți necesari memorării culorii unui pixel (punct); exprimarea acestei mărimi se face în biți per pixel (bpp). Adâncimea culorii stabilește numărul de culori pe care le poate



afișa un dispozitiv de afișare. De exemplu, dacă avem o adâncime de 24 bpp, vom putea utiliza 224

(16.777.216) culori diferite.

Figura 13 Reprezentarea tridimensională a modelului RGB

O imagine este caracterizată de rezoluția sa – dimensiunea în pixeli pe orizontală și verticală (lățimea și înălțimea) – și adâncimea culorii – factor ce determină cantitatea de memorie necesară stocării imaginii respective. Presupunând că avem o imagine cu rezoluția de 100×50 de pixeli și o adâncime a culorii de 24 bpp, ea va ocupa 100×50×24bpp=120.000b, adică 15.000 octeți.

De exemplu, sistemul de operare Microsoft Windows utilizează, în lucrul cu dispozitivele de afișare, formatul bitmap („harta de biți”), care suportă adâncimi ale culorii de la 1bpp (imagini monocrome) la 32bpp (imagini TrueColor). Sistemele actuale de achiziție de imagini stabilesc o adâncime a culorii de 24bpp, adică un pixel ocupă 24 de biți, câte 8 (un octet) pentru fiecare componentă a culorii. Prin urmare, fiecare componentă va avea maxim 256 de nivele de intensitate. Valoarea 0 (zero) va simboliza absența componentei respective, iar valoarea 255 – intensitatea maximă a acesteia.

Se mai folosesc și alte reprezentări ale imaginilor care, în locul tripletului RGB, utilizează un sistem de referință diferit. Componentele acestor modele/spații de culoare pot fi obținute din combinații liniare ale componentelor RGB. Cele mai utilizate, mai ales în compresia, sunt spațiul YUV și YCrCb/YPrPb, unde Y este numită luminanța, iar U, respectiv Cr/Pr și V, respectiv Cb/Pb – componentele culorii (crominanța). Componenta Y reprezintă imaginea în nuanțe de gri (grayscale), iar componentele U, respectiv Cr și V, respectiv Cb dau culorile imaginii.



4.2. Transformări în spațiul culorilor

4.2.1. Transformarea RGB – YUV

După cum a fost menționat anterior, modelul RGB separă culoarea în trei planuri – Roșu (R), Verde (G) și Albastru (B). Fiecare plan conține atât detalii despre imagine, cât și despre prezența culorilor.

Modelul YUV separă detaliile imaginii de datele despre culoare. Astfel, planul Y, numit luminanță, este cel care stochează detaliile imaginii ca o versiune în tonalități de gri a acesteia. Planurile U și V, numite crominanțe, vin doar să ofere datele despre culori și poziționarea acestora în imagine. Din componentele U și V nu se poate obține nici o un fel de detaliu din imaginea originală.

Transformarea modelului RGB în spațiul culorilor YUV se poate face ușor, printr-o transformare liniară, după cum arată ecuația matriceală (1)Error! Reference source not found..

−−−−=

BGR

VUY

100.0515.0615.0436.0289.0147.0114.0587.0299.0

(1)

Pentru ilustrarea acestei transformări am implementat o aplicație Windows care afișează cele trei componente (Y, U și V) provenite dintr-o imagine de tip bitmap. Rezultatul transformării unei imagini de test este prezentat în Figura 14.

Figura 14 Componentele YUV



Se poate observa că luminanța conține detaliile imaginii (contururi, luminozitate), componentele crominanței apărând ca umbre vagi ale imaginii originale. Acest aspect al crominanței permite comprimarea eficace a imaginilor în sistemele de calcul, prin reținerea selectivă a valorilor componentelor U, respectiv V, ocupând astfel un volum mai mic. Comprimarea de acest tip duce la pierderi de culoare, dar modificarea imaginii este greu observabilă.

4.2.2. Transformarea YUV – RGB

Transformarea inversă este dată tot de o ecuație matricială, așa cum arată ecuația (2).

−−−

−=

VUY

BGR

626260004813762.0434340319996843.21565665805003156.0414143946101641.01

717171398279671.1707070000394570.01(2)

4.2.3. Transformarea RGB – YCbCr

Spațiul de culoare YCbCr, la fel ca și spațiul YUV, separă imaginea în trei planuri: luminanță (Y) și crominanțe (ecuația ( 3)). Acest spațiu de culoare este utilizat în formatele de fișiere JPEG și MPEG.

= 0.299 0.587 0.114−0.1687 −0.3313 0.50.5 −0.4187 −0.0813 + 0128128 (3)

4.2.4. Transformarea YCbCr – RGB

Transformarea YCbCr – RGB se realizează pe baza ecuației (4). [JPEG]

= 1 0 1.4021 −0.34414 −0.714141 1.772 0 − 128− 128 (4)

4.3. Metode de video-detecție a mișcării

Sistemele de video-detecție a mișcării funcționează după un principiu foarte simplu: comparația între două imagini, preluate de la același senzor, la momente de timp diferite. Acest lucru presupune ca programele create în scopul detecției de mișcare să gestioneze o zonă tampon care să rețină imaginea de referință.

În funcție de momentul în care este preluată imaginea de referință, se pot distinge două metode principale de video-detecție:

Video-detecție prin compararea cadrelor; Video-detecție prin compunerea fundalului.



O modalitate aparte de video-detecție o constituie vederea artificială, un domeniu relativ nou cu aplicații interesante nu numai în video-detecție.

4.4. Algoritmi pentru video-detecția mișcării

4.4.1. Algoritm bazat pe metoda comparației între cadre

În continuare voi prezenta un algoritm propriu de detecție a mișcării. Algoritmul primește la intrare un cadru în format RGB, la adâncimea de culoare de 24 bpp. Ieșirea acestuia va consta în coordonatele zonelor care s-au modificat față de cadrul anterior. Diagrama de principiu este redată în Figura 15.

Figura 15 Algoritm bazat pe metoda comparației între cadre

Cadrul sursă este convertit la spațiul de culoare YUV. Dacă algoritmului i se oferă la intrare imaginea direct în format YUV, atunci transformarea în spațiul culorilor RGB-YUV nu va mai fi necesară.

Din imaginea YUV se renunță la informațiile referitoare la culori (deci la componentele U și V), păstrându-se doar componenta Y – luminanța (versiunea în tonalități de gri - grayscale). Aplicând un filtru prag versiunii grayscale pentru intensitatea luminoasă, imaginea se va transforma într-o matrice bidimensională compusă numai din 0 și 1, așa cum reiese din ecuația (5).

≥<

=′cpccpc

cxy

xyxy ,1

,0 (5)

, unde cțxy reprezintă valoarea elementului de coordonate (x,y) al matricei, cxy – nivelul de intensitate al pixelului de coordonate (x,y), cp – nivelul de intensitate luminoasă prag

Numărând aparițiile valorilor 1 sau 0 pe rânduri și coloane, se obțin două histograme spațiale, Hh și Vh, care sunt comparate cu cele obținute, prin același procedeu, din imaginea anterioară. Histogramele curente sunt memorate în scopul comparării cu cele obținute din prelucrarea următorului cadru. Comparația va permite mici diferențe între valorile histogramelor, pentru a nu genera alarme false.



Orice modificare apărută în cadrul curent va determina modificarea histogramelor spațiale față de cele ale cadrului curent (adică vor fi mai multe sau mai puține valori de 1/0). Detectarea liniilor, respectiv coloanelor, consecutive ce s-au modificat, poate specifica exact locul unde a apărut modificarea, și anume la intersecția coloanelor cu liniile.

Pentru a elimina alarmele false, imaginea poate fi prelucrată înainte de aplicarea funcției prag, pentru a elimina detaliile nesemnificative care ar putea fi provocate de perturbații sau zgomotul senzorului de imagine. Astfel se pot folosi filtre morfologice cum ar fi dilatarea culorii, blur etc.

Acest algoritm necesită o intensitate constantă a luminii pentru a funcționa corect. Se poate, totuși, adăuga un strat suplimentar de procesare pentru a reduce efectul unui astfel de fenomen. Acest strat va aplica un filtru UNAHE (egalizarea uniformă neadaptivă a histogramei), eliminând o parte din diferența de intensitate luminoasă dintre cadre. [KRI1]

4.4.2. Algoritm bazat pe metoda compunerii fundalului

Majoritatea algoritmilor din această clasă sunt foarte complicați și foarte costisitori din punct de vedere al implementării. În lucrarea de față se prezintă un algoritm mai simplu, obținut pornind de la o soluție clasică de implementare, dar cu performanțe bune.

Algoritmul pleacă de la un cadru în format RGB la o adâncime a culorii de 24 bpp, numit în continuare imagine curentă. Versiunea în tonalități de gri (grayscale), obținută ca și în cazul algoritmului precedent printr-o transformare RGB-YUV și renunțarea la componentele U și V, va fi numită cadru curent. În plus va mai există o imagine numită cadru fundal (background), care va fi tot o versiune grayscale; acesta va fi cadrul cu care se vor compara noile cadre.

La început, conținutul primul cadru va fi copiat direct în cadrul fundal. După aceea, noile cadre se vor compara cu primul. Apare însă o problemă la modificarea fundalului (adăugarea sau eliminarea de obiecte) care va determina semnalarea de alarme până la reinițializarea algoritmului.

Problema se rezolvă prin actualizarea cadrului fundal, dar nu deodată, ci progresiv, astfel că acest cadru va tinde către cadrul curent (din punct de vedere al conținutului). Această tindere către cadrul curent se poate realiza prin modificarea intensității luminoase cu una sau mai multe unități în sensul reducerii diferenței dintre valorile pixelilor aflați la aceleași coordonate, la fiecare cadru primit.

Puterea de calcul pentru această abordare este destul de mare. Pentru a o reduce, se pot face câteva filtrări care să reducă numărul de culori din cadrele achiziționate, cum ar fi dilatarea culorii.

4.4.3. Aplicaţie de detecţie a mişcării folosind o cameră web

Cei doi algoritmi prezentaţi anterior au fost implementaţi de autor într-o aplicaţie pentru Windows.

Meniul Sursa permite selecţia echipamentului de achiziţie a imaginii. În acest moment recunoaşte doar camerele web cu drivere compatibile WDM. Odată selectată sursa, se realizează conexiunea şi începe



achiziţia de imagini. Imaginile sunt afişate pe suprafaţa de lucru. Tot din această opţiune de meniu se poate părăsi aplicaţia.

Evidenţierea detecţiei mişcării se face prin suprapunerea peste imaginea originală a unei măşti ce colorează în roşu zonele unde a fost detectată mişcare Figura(Figura 16).

Figura 16 Evidențierea zonelor cu mișcare

5. Compresia fluxurilor video

După ce semnalul video analog este digitizat în concordanță cu standardul ITU-R BT.601 (CCIR 601), este necesară o rată de transfer de 116 Mbit/s pentru transmisia imaginilor. Această valoare nefiind practic de folosit în rețelele de date, acestui flux video i se aplică diverse tehnici de compresie, astfel încât, în urma acestui proces să rezulte o valoare a ratei de transfer care să poată fi folosită în mod rezonabil pentru transmisia și stocarea datelor.

Compresia poate fi făcută în două moduri: cu pierdere de informație sau fără pierdere de informație.

În compresia fără pierderi, după decompresie se obține o imagine identică cu cea inițială; prețul plătit constă în rata de compresie foarte mică. Acest lucru înseamnă valori mari de transmis și stocat. Printre formatele cunoscute de compresie fără pierderi se pot menționa GIF, TIFF și PNG.

Compresia cu pierderi funcționează pe principiul eliminării din imagine a elementelor invizibile ochiului uman sau puțin semnificative. Prin aceasta metodă se crește rata de compresie foarte mult, astfel încât se obțin volume de date ce pot fi transferate și stocate în condiții optime.

Cele mai utilizate tehnici de compresie a fluxurilor video provenite de la sistemele video de supraveghere sunt: Motion JPEG și MPEG (MPEG-2 și MPEG-4).



Daca se dorește un sistem robust și flexibil, latență scăzută, frame rate mai mic de 5 fps, iar calitatea imaginii este mai importantă decât frame rate sau lățimea de bandă, soluția este M-JPEG.

Dacă se dorește o calitate foarte mare a imaginii, frame rate fix de 25 fps, iar lățimea de bandă disponibilă este foarte mare și garantată, atunci soluția este MPEG-2.

Dacă se dorește un frame rate mai mare de 5 fps, latența mare nu este o problemă, iar lățimea de bandă este mică și garantată, atunci soluția este MPEG-4. [IPSS]

5.1. Formatul Motion JPEG

Principiul Motion JPEG (prescurtat M-JPEG) constă în a aplica succesiv algoritmul de compresie JPEG diferitelor imagini ale unei secvențe video (Figura 17).

M-JPEG codează separat fiecare imagine a secvenței, permițând astfel accesul aleator la oricare parte a unui fișier video. Bitrate-ul său de 8 până la 10 Mbps îl face folositor în studiourile de montaj digital. Are avantajul că fiecare imagine din secvența are aceeași calitate a imaginii.

Figura 17 M-JPEG: Cadrele sunt comprimate individual

Practic, aceasta este o tehnică de compresie care face uz de similarități în interiorul unei imagini.

Principalele caracteristici ale M-JPEG sunt:

în cazul lățimilor de bandă mici, aspectul prioritar dat unei imagini este rezoluția (imaginile își păstrează calitatea, dar la unele din imagini se renunță)

latență minimă în procesarea imaginilor imaginile au dimensiuni (în octeți) apropiate este un format răspândit la ora actuală

O frecvență a cadrelor de 16 fps este suficientă pentru a oferi observatorului uman senzația de mișcare continuă. Cum fiecare cadru este o imagine comprimată JPEG, se garantează aceeași calitate pentru toate cadrele, nivel de calitate determinat de gradul de compresie stabilit pentru algoritmul JPEG.



Se pot identifica următoarele avantaje principale ale M-JPEG:

pot fi utilizate ca probe în instanță (imaginea este integrală, nu rezultat al unei compuneri de părți individuale)

vizualizarea cadru-cu-cadru rezultă în mai multe cadre utile când estr folosit împreună cu fluxuri audio provoacă mai puține probleme de întârzieri pentru lățimi de bandă mici, se acordă prioritate rezoluției imaginii, deci calității acesteia mai ușor de lucrat în cazul editării cu aplicații de prelucrare de imagini tehnologia necesară implementării este ieftină, ceea ce reduce costul unei camere sau server

video

M-JPEG este preferat în detrimentul altor metode de compresie atunci când imaginile trebuie să poată fi folosite în instanță (cadrele provenite din MPEG-4 pot fi respinse) sau bugetul nu permite achiziționarea de camere MPEG-4 sau când calitatea imaginilor este importanță, iar lățimea de bandă este redusă. [WONS]

5.2. Standardul MPEG-4

Standardul MPEG-4 (ISO / IEC 14496) a fost finalizat în octombrie 1998 și a ajuns la nivelul de standard internațional (IS) în primele luni ale anului 1999.

MPEG-4 pune la dispoziție elementele tehnologice standardizate necesare producerii, distribuirii și accesului la conținut în aceste trei domenii. Standardul MPEG-4 oferă un set de tehnologii pentru a satisface nevoile autorilor, furnizorilor de servicii de rețea și a utilizatorilor finali.

În prezent, standardul MPEG-4 are 10 părți (secțiuni) care conțin specificații, unelte, limbaje de codare, algoritmi de compresie a sunetului și a imaginii, algoritmi de testare, proceduri de transport și gestionarea în cadrul rețelelor. Fiecare din aceste părți este definită prin identificatorul ISO/IEC 14496 – 1...10. Ultima parte elaborată o constituie standardul ITU-T H.264 sau AVC (Advanced Video Coding) care a fost dezvoltat de către VCEG (Video Coding Experts Group) sau ITU-T SG16 Q.6 .

5.3. Standardul AVC

H.264, MPEG-4 Part 10, sau AVC (de la Codare Video Avansată – Advanced Video Coding), este un standard de codare video digitală care se remarcă printr-o rată de compresie ridicată. A fost descris de către Video Coding Experts Group (VCEG), de la ITU, împreună cu Moving Picture Experts Group (MPEG), de la ISO/IEC, ca produs colectiv al parteneriatului cunoscut sub numele de Joint Video Team (JVT).



Standardul ITU-T H.264 și standardul ISO/IEC MPEG-4 Part 10 (fostul, ISO/IEC 14496-10) sunt identice din punct de vedere tehnic. Documentul pentru prima versiune a standardului a fost finalizat în mai 2003. [WIK7][WIEG]

H.264 este numele corespunzător liniei de standarde video H.26x a ITU-T, iar AVC se înrudește cu partea MPEG a colaborării care a definitivat standardul, și asta după ce eforturile inițiale din ITU-T denumeau standardul H.26L. De obicei, standardul este numit H.264/AVC (sau AVC/H.264 sau H.264/MPEG-4 AVC sau MPEG-4/H.264 AVC) pentru a sublinia moștenirea comună. Numele H.26L, care face referință la istoria ITU-T, este mult mai puțin cunoscut, dar se folosește totuși. Ocazional, el mai este numit și "codecul JVT", evocând organizația JVT care l-a dezvoltat. Acest parteneriat și multiplele denumiri nu sunt un lucru nou, pentru că și CODEC-ul video cunoscut sub numele de MPEG-2 a apărut, de asemenea, din parteneriatul dintre MPEG și ITU-T, iar CODEC-ul video MPEG-2 este cunoscut în comunitatea ITU-T drept H.262. [WIK7][ITUH][ORZA]

5.3.1. Codarea și decodarea datelor video

Standardul AVC nu definește un CODEC în mod explicit, ci sintaxa fluxului video și metodele de a-l decoda. Elementele unor astfel de CODEC-uri sunt prezentate în figura 18 și figura 19.

Figura 18 Schema bloc a unui codor H.264

Blocurile prezente în schema codorului sunt: ME – Motion estimation (estimarea mișcării), MC – Motion compensation (compensarea mișcării), T – transformare (utilizând DCT), Q – cuantificare (ai coeficienților DCT), Filter – filtru de-block, iar P – predicție. Codorul include două căi: una directă și una de reconstrucție, cea din urmă fiind utilizată pentru a construi imagini ce vor fi utilizate pentru predicție (inter- sau intra-). NAL reprezintă nivelul Network Abstraction Layer – aici se va trimite fluxul de biți.



Figura 19 Schema bloc a unui decodor H.264

5.3.2. Organizarea internă a conținutului

Un câmp, al unei imagini întrețesute, sau un cadru, al unei imagini progresive sau întrețesute, este comprimat pentru a produce o imagine codată. Fiecare imagine codată are un număr (specificat în fluxul de biți), care nu este neapărat legat de ordinea de decodare, iar fiecărui câmp codat al unui cadru progresiv sau întrețesut i se asociază un număr de ordine care definește ordinea de decodare a câmpurilor. Imaginile codate anterior (denumite și imagini referință) pot fi utilizate pentru o inter-predecție a imaginilor codate viitoare.

O imagine codată este construită dintr-un număr de macroblocuri, fiecare conținând 16 x 16 valori ale luminanței (Y), împreună cu valorile crominanțelor (8 x 8 Cb și 8 x 8 Cr). În cadrul fiecărei imagini, macroblocurile sunt grupate, în ordinea de afișare, în secțiuni (slices). Secțiunile pot fi de mai multe tipuri: I, P, B, D, SP și SI. Mai multe secțiuni formează o imagine (picture). Mai departe, un număr de 12 până la 15 imagini formează un grup de imagini (GOP – Group of pictures). Mai multe grupuri de imagini formează o secvență. (Figura 20) [RICH]

Figura 20 Organizarea internă H.264

5.3.3. Tipuri de cadre

5.3.3.1. Cadre I

Aceste imagini sunt codate independent de contextul lor, utilizând numai codarea JPEG, fără a se ține seama de imaginile vecine. Ele permit accesul aleatoriu în flux/fișier. Astfel de imagini sunt necesare într-un



video MPEG, deoarece sunt cele care asigură coerența imaginii; celelalte tipuri de secțiuni sunt descrise în funcție de cadrele vecine. Sunt utile, în special, pentru fluxurile video transmise în timp real și sunt indispensabile în caz de eroare la recepție. Într-un video MPEG sunt una sau două astfel de imagini pe secundă. Au un procent de compresie moderat, tipic de 2 biți pe pixel codat. Mai sunt denumite cadre cheie.

5.3.3.2. Cadre P

Aceste cadre sunt definite în comparație cu imaginea precedentă. Au inconvenientul de a propaga erorile, prin faptul că reutilizează informațiile din imaginile precedente. Codorul caută diferențele imaginii față de precedenta și definește blocuri, denumite macroblocuri, care se suprapun peste imaginea precedentă. Algoritmul compară cele două imagini, bloc cu bloc, plecând de la un prag - diferență. În cazul în care blocul imaginii precedente este diferit de cel al imaginii curente, îi aplică o compresie JPEG și îl include în cadru. Față de cadrele I (care sunt comprimate direct), cadrele P necesită întotdeauna prezența în memorie a imaginii precedente.

5.3.3.3. Cadre B

La fel ca și cadrele P, cadrele B sunt obținute prin diferențele față de o imagine de referință, numai că această diferență se poate efectua fie pe imaginea precedentă, fie pe următoarea, obținându-se o compresie mai bună, dar inducând o întârziere (pentru că trebuie cunoscută imaginea următoare) și obligând păstrarea în memorie a trei imagini (cea precedentă, cea actuală și următoarea).

5.3.4. Comparație între bitrate-ul M-JPEG, MPEG-2 și AVC

Figura 21 Comparație între M-JPEG, MPEG-2 și AVC



5.3.5. Avantaje și dezavantaje ale AVC în implementări

Avantaje:

compresie mare: necesită lățime de bandă mică pentru aplicații unde framerate-ul este mai mare de 5 fps.

cerințe mici pentru spațiul de stocare la framerate mai mare de 5 fps. la framerate constant: dacă lățimea de bandă disponibilă scade, framerate-ul este menținut cu

costul scăderii calității imaginii. Acesta este un beneficiu pentru aplicațiile de monitorizare, dar nu pentru aplicațiile de supraveghere / înregistrare.

la bitrate constant (CBR): simplifică proiectarea rețelei și necesarul de lățime de bandă.

Dezavantaje:

proiectat pentru vizualizare în timp real, nu pentru înregistrare și analiză. compresie complexă: necesită resurse de procesare relativ mari pentru decompresie. latență mare. reziliență scăzută la pierderea pachetelor: cadrele I, P, B necesită resincronizare și se pierd date. robustețe scăzută: daca lățimea de bandă scade sub un anumit prag, atunci tot fluxul video este

pierdut. în modul CBR (Constant bitrate), calitatea imaginii este foarte slabă când apar congestii în rețea

sau mișcare în cadru. necesită licență.

5.3.6. Patente utilizate de CODEC-urile AVC

Tehnicile utilizate în codarea fluxurilor video de standardul AVC sunt supuse unor patente, astfel că nu pot fi folosite în mod liber și gratuit. Figura de mai jos prezintă situația patentelor implicate în standardul AVC.

Figura 22 Situația patentelor utlizate de CODECuri AVC

Pentru a păstra un cost redus pentru un codor H.264, recomand utilizarea numai a cadrelor I și P (care coincid cu secvențele I și, respectiv, P). Această strategie are și avantajul că necesită o putere de calcul mai mică, deci funcționează la o viteză mai mare.



6. Asigurarea securității informațiilor din sistem

6.1.1. Comparație între algoritmii criptografici simetrici

Limbajul de programare Java oferă un API specializat pentru criptografie, reprezentat de pachetul javax.crypto [JCRY]. Clasele acestui pachet permit criptarea datelor binare cu ajutorul algoritmilor: AES, Blowfish, DES, Triple DES (DESede), RC2, RC4, RC5, dar și RSA.

Graficul de mai jos prezintă o comparație realizată de autorul tezei privind vitezele de execuție a diferiților algoritmi simetrici implementați de API-ul Java dedicat.

Pentru teste s-au folosit chei de 128 de biți pentru RC4, AES și Blowfish, de 56 de biți pentru DES și de 112 de biți pentru Triple DES.

Timpii din grafic sunt exprimați în milisecunde și reprezintă o medie aritmetică a 10 timpi obținuți în urma a 12 rulări succesive din care s-au eliminat timpul minim și maxim.

Se observă că algoritmul RC4 este cel mai rapid, dar destul de aproape de AES, care oferă o securitate mai bună, prin urmare e de preferat de alegerea ultimului în aplicații.

Figura 23 Comparație a vitezelor de execuție a algoritmilor simetrici în Java

6.2. Steganografia

Steganografia este arta de a ascunde un mesaj în alt mesaj cu scopul de a transmite o informație secretă unui partener, fără ca o terță parte să conștientizeze esența comunicației. Astfel, o simplă scrisoare privind starea vremii poate ascunde un întreg plan de atac.

Prima lucrare care tratează această știință a fost scrisă de starețul Ioanne Trithemio (Johannes Trithemius) în anul 1500 – Steganographia.

0

20

40

60

80

100

25 MB 50 MB 75 MB 100 MB 200 MB 400 MB

RC4 (128b)

AES (128b)

Blowfish (128b)

DES (56b)

Triple DES (112b)



Johannes Trithemius a fost cel care a dat numele de steganografie acestei științe, termenul provenind din limba greacă, traducerea aproximativă fiind „scris ascuns”. Deși la prima vedere lucrarea pare o colecție de mituri asupra magiei angelice, ea conține un sistem sofisticat de criptare. Autorul susține că scrierea conține un sistem de învățare rapidă, o sinteză a științei de la acea vreme (alchimie, astrologie etc), elemente de magie, „arta memoriei” și o metodă de transmitere a mesajelor fără simboluri sau mesager. Se presupune că starețul a distrus porțiunile radicale (legate – din câte se cunoaște astăzi – de instrucțiuni în ceea ce privește profeția/divinația). Lucrarea a circulat și înainte de publicarea primei ediții, în variante manuscris. În prezent, există o singură traducere parțială, în limba engleză, realizată de Fiona Tait și Christopher Upton și publicată de Adam McLean. [ESOT]

Trebuie precizat faptul că steganografia nu înlocuiește criptografia, ci oferă un strat de protecție suplimentar acesteia din urmă.

„Trucurile” ascunderii mesajelor au fost utilizate din cele mai vechi timpuri, mai ales în timpul războaielor. Primul document ce descrie astfel de tehnici aparține lui Herodot; în Grecia antică se scria pe tăblițe de lemn acoperite cu ceară, iar pentru ca un mesaj să treacă neobservat era încrustat în lemn, apoi tăblița era acoperită cu ceară, strat pe care se putea inscripționa alt mesaj.

În timpul celui de-Al Doilea Război Mondial metoda steganografică utilizată, aproape în exclusivitate, era scrierea cu cerneluri invizibile. Astfel, o scrisoare care părea banală putea conține diferite mesaje între rânduri. Substanțele utilizate în acest scop au evoluat de la cele mai banale ca laptele, oțetul, sucul de fructe, la substanțe chimice tot mai sofisticate.

Printre metodele întrebuințate de spionii germani în timpul aceluiași război se numără microfotografiile (fotografii de mărimea unui caracter) și spargerea textelor în litere și așezarea lor într-o anumită poziție în cuvintele unui text ce nu trezea nicio suspiciune.

6.2.1. Steganografia digitală. Tehnica LSB

Denumirea LSB provine de la notația celui mai puțin semnificativ bit dintr-o reprezentare binară (LSB – least significant bit). Aceasta este tehnica cea mai utilizată pentru implementarea steganografiei în mașinile de calcul actuale.

Tehnica LSB profită de modul de stocare a datelor digitale în formatele de fișiere. Astfel, utilizează cele mai puțin semnificative poziții din reprezentările binare ale mesajului purtător pentru a stoca altă informație decât cea originală. Aceste operații trebuie făcute, însă, cu grijă, pentru a nu schimba tipul mesajului purtător. [ARTZ]

6.2.1.1. Utilizarea tehnicii LSB pentru ascunderea mesajelor în fișiere bitmap

Sistemul de operare Microsoft Windows utilizează, în lucrul cu dispozitivele de afișare, formatul bitmap (hartă de biți), care suportă adâncimi ale culorii de la 1bpp (imagini monocrome) la 32bpp (imagini TrueColor). Fiecărei componente RGB îi este alocat un octet, adică poate avea 256 de nivele de intensitate.



O valoare nulă va indica absența componentei respective din culoare, pe când o valoare egală cu 255 va semnala o luminozitate maximă a componentei respective. Fiecare pixel din imagine (din harta de biți) va fi reprezentat de culoarea sa, deci de tripletul RGB corespondent culorii.

În spațiul tridimensional RGB, unui pixel i se poate atașa un punct C(r,g,b). Ideea este de a selecta un punct aflat în vecinătatea acestuia, coordonatele noului punct înglobând câte o parte din mesajul secret. Având în vedere faptul că fiecare coordonată poate lua 256 de valori distincte, o abatere de câteva unități nu modifică observabil imaginea purtătoare.

Măsura alterării imaginii este dată de coeficientul de distorsiune, a cărui mod de calcul este dat de ecuația:

))max((log2 drceild = (6) , unde max(rd) este valoarea absolută maximă a distorsiunii la nivelul întregului fișier imagine, iar funcția ceil() are semnificația rotunjirii la întreg spre valoarea mai mare.

Coeficientul de distorsiune se măsoară în biți / octet, iar valoarea maximă este 8. Dacă se obține o valoare mai mare de 8 , atunci fișierul secret nu poate fi mascat de imaginea purtătoare. Cu cât coeficientul de distorsiune este mai mic, cu atât imaginea rezultată va fi mai asemănătoare cu cea originală.

Dimensiunea maximă a mesajului ce poate fi ascuns într-o imagine bitmap se calculează pe baza rezoluției imaginii și a adâncimii de culoare utilizată. Presupunând că imaginea are lățimea de W pixeli, înălțimea de H pixeli și adâncimea de culoare de 24bpp, atunci dimensiunea în memorie este de HW ⋅⋅3octeți. Dacă se stabilește un coeficient maxim de distorsionare dmax, atunci dimensiunea maximă a mesajului

ce poate fi ascuns în acea imagine este de max3 dHW ⋅⋅⋅ octeți .

Acest sistem de protecție a mesajelor poate fi util la crearea unor felicitări electronice care să conțină, ascunse în imagine, textul expeditorului sau chiar fișiere audio, fără a modifica aspectul fotografiei. Astfel se poate reduce în mod simțitor și dimensiunea fișierului ce le stochează.

Pentru a testa această metodă a fost creată, de către autor, aplicația software Morgana. Aceasta oferă posibilitatea ascunderii unui fișier într-o imagine, exploatând modul de reprezentare a culorilor în sistemele de calcul actuale. De asemenea, există posibilitatea criptării prealabile a fișierului ce va fi mascat de imaginea purtătoare utilizându-se un algoritm de criptare simetric.

Tabelul de mai jos prezintă câteva exemple de înglobare a unui fișier într-o imagine. Imaginea a reprezintă originalul. Imaginea b conține un fișier de 76.288 octeți, ceea ce rezultă într-un coeficient de distorsiune de 1 bit/octet. Modificările nu sunt observabile cu ochiul liber. Imaginea c încorporează un fișier de 221.696 octeți, ceea ce se traduce într-o distorsiune de 6 biți/octet. Imaginea rezultată este vizibil diferită de cea originală. Imaginile prezentate în Tabelul 2 au fost obținute cu ajutorul aplicației Morgana.

Figura 24 prezintă interfața utilizator a aplicației.



Imagine

Notație: a b c Dimensiune fișier rezultat: 308.754 octeți - original 308.754 octeți 308.754 octeți

Dimensiune fișier ascuns: - 76.288 octeți 221.696 octeți

Coeficient de distorsionare: 0 biți/octet - original 1 bit/octet 6 biți/octet

Tabel 2 Comparație între modificările vizuale produse de alegerea unui coeficient de distorsiune

Figura 24 Interfața utilizator a aplicației Morgana

6.2.1.2. Utilizarea tehnicii LSB pentru ascunderea mesajelor în fișiere H.264

Codoarele H.264 (AVC) utilizează compresia pentru a reduce dimensiunea fluxului de date rezultat. Această compresie se aplică exclusiv unei imagini date, fără a ține cont de imaginile vecine. Se pot utiliza diferite tehnici: RLE (Run Length Encoding), JPEG, Vector Quantization. AVC folosește compresia JPEG.

Pentru a realiza acest lucru, trebuie parcurse etapele:

1) Trecerea în spațiul de culoare YCbCr. 2) Reducerea numărului de valori pentru crominanțe (subsampling). Tabelul 3 prezintă imaginea

originală, luminanța și crominanțele (după reducerea numărului de valori). Această reducere se realizează printr-un proces de selecție din imaginea originală.



Imagine originală Y Cb Cr

Tabel 3 Trecerea în spațiul YCbCr și reducerea numărului de valori pentru crominanțe

3) Aplicarea transformata cosinus discretă (DCT) pe blocuri de 8x8 pixeli. Tabelul 4 oferă un exemplu de astfel de transformare.

Valori pixeli Coeficienți DCT Tabel 4 Exemplu de aplicare a transformatei DCT pe un bloc de 8x8 pixeli

4) Cuantificarea coeficienților rezultați: matricea coeficienților este cuantificată pe baza unui tabel de cuantificare. Acest tabel este fix pentru fiecare nivel de calitate (în cazul JPEG – 100 de nivele). Cu cât valorile din acest tabel sunt mai mari, cu atât calitatea imaginii va scădea, deoarece astfel eliminăm detalii. Tabelul 5 prezintă un exemplu de cuantificare, după un tabel de cuantificare definit de standardul JPEG (pentru gradul de calitate 80).

Coeficienți DCT Tabel de cuantificare Coeficienți DCT cuantificați Tabel 5 Cuantificarea coeficienților DCT



Tabela coeficienților DCT cuantificați va fi cea care va fi modificată, astfel încât să încorporeze un mesaj secret. Se vor modifica pozițiile cel mai puțin semnificative ale coeficienților a căror module sunt mai mari decât 1. Din exemplu prezentat în Tabelul 6 se poate observa că unele valori nu se modifică deloc, deoarece LSB-ul coincide cu biții mesajului de ascuns. Comprimările ulterioare sunt fără pierderi, deci valorile acestor coeficienți vor putea fi recuperați din fluxul de biți rezultat. [LEEH]

AF B9 93 35 05 15 F2 EB DD 04 01 01 FA FB F9 FF 06 02 FE FF 00 00 00 DF 01 03 02 01 01 EF 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 EF EF 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

AF B9 92 35 05 15 F3 EA DC 04 01 00 FA FB F8 FE 06 03 FE FF 00 00 00 DE 01 02 03 01 01 EE 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 EE EF 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

00 01 00 01 01 01 01 00 00 00 01 01 00 01 00 00 00 01 00 01 00 00 00 00 01 00 01 01 01 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

Coeficienți DCT cuantificați Coeficienți DCT modificați prin încorporarea mesajului

Valorile LSB-urilor

Tabel 6 Exemplu de modificare a coeficienților DCT

Secvența de biți ascunsă în matricea coeficienților DCT este: 010111100001000101001001.

5) Comprimarea, fără pierderi, după o schemă simplă de tip RLE aplicată blocurilor parcurse în zigzag.

6) Comprimare cu ajutorul codurilor Huffman. [JSTE][STAL]

Această tehnică este propusă de autorul tezei pentru a insera în fluxul video a datei și orei înregistrării fiecărui cadru. Pentru a simplifica procedeul, data și ora se pot introduce numai în cadrele cheie, acestea fiind păstrate în întregime în flux. Alături de informațiile despre momentul capturii imaginilor se poate păstra o sumă de control (un hash) a unui număr limitat de biți ce preced cadrul purtător și, eventual, un cod de identificare al camerei de unde provine înregistrarea. În acest fel se asigură o protecție suplimentară înregistrărilor și se poate asigura integritatea și nerepudierea lor; nu se pot elimina cadre din fluxul video și nu se pot înlocui secvențe fără ca informațiile stocate prin metode steganografice să devină corupte și să indice intervalele de timp lipsă. Se elimină astfel și necesitatea înglobării în imagine a informațiilor de dată și oră.

7. Concluzii

Industria supravegherii video a evoluat foarte mult, de la stadiul de sisteme CCTV analogice care necesitau observatori umani, la sisteme complet digitale care înglobează: camere inteligente ce pot fi controlate de la distanță, dotate cu detecție de mișcare și capabile de comunicație cu alte echipamente; servere video ce convertesc orice cameră analogică într-una digitală; servere de fișiere ce pot stoca luni întregi de înregistrări; interfețe web pentru vizualizare, monitorizare și configurare de la distanță.



Sistemele noi de supraveghere video includ și sisteme de calcul pentru gestiunea de la distanță a înregistrărilor, stocarea acestora; gestiunea și configurarea sistemelor și înlocuiesc cu succes DVR-urile.

Sistemele de supraveghere moderne oferă înregistrare declanșată de evenimente (intrări de alarmă, detecție de mișcare), programată, continuă; permit selectarea individuală a modului de înregistrare și a calității imaginii pentru fiecare cameră/canal; oferă detecție de mișcare pentru o anumită regiune a imagini (ROI – Region of Interest) sau pentru întreaga imagine; permite interfațare cu tastaturi/controllere de comandă a camerelor mobile; oferă conectivitate în rețea LAN, RS-232, RS-485 etc.

Diferiți producători de sisteme de supraveghere video folosesc aplicații software diferite, construite pe arhitecturi diferite, și formate proprietare pentru stocarea datelor referitoare la sistem. Încercarea de a le interconecta se poate dovedi foarte complicată, iar în cele mai multe cazuri – imposibilă.

Utilizarea formatelor proprietare are scopul, în primul rând, de protejare a afacerii (astfel că e dificilă utilizarea altor aplicații software decât cele oferite de producător sau de partenerii / colaboratorii lui) și joacă un rol în asigurarea securității. Majoritate producătorilor, fiind specializați mai mult pe partea de hardware, oferă aplicații software de slabă calitate, construite pe tehnologii învechite sau exotice, nerecunoscute ori obscure, forțând utilizatorul să le folosească prin politica de întrebuințare a formatelor proprietare.

Există pe piață câteva soluții puternice care adresează această problemă a interconectării mai multor echipamente și sisteme provenite de la producători diferiți, dar și acestea au anumite limitări: aceste soluții funcționează doar pe sisteme Microsoft Windows, unele chiar necesită sisteme de operare din gama Windows Server, ceea ce se traduce în costuri mari de implementare. Majoritatea soluțiilor oferă doar aplicații client de tip desktop, utilizarea lor necesitând instalarea pe mașina client, ceea ce poate contravine politicii de securitate a beneficiarilor. O mare parte din aplicațiile care oferă vizualizare la distanță, prin intermediul browserelor web, utilizează tehnologia ActiveX a Microsoft, care este implementată numai de browserul Internet Explorer. Unele dintre soluții nu permit utilizarea tuturor funcționalităților oferite de camerele IP, de exemplu, deoarece driverul folosit nu are implementate rutinele necesare.

Soluțiile dezvoltate pentru sistemul de operare Linux sunt puține și oferă suport pentru un număr redus de echipamente de captură.

Necesitățile impuse un sistem care să permită interconectarea mai multor sisteme de supraveghere a determinat luarea în considerare a unei paradigme de proiectare consacrate – MVC, care asigură o mare flexibilitate și scalabiliate.

Alegerea tehnologiilor Java a adus încă un plus de flexibilitate, permițând sistemului propus și dezvoltat să ruleze pe orice sistem de operare, într-un mod sigur și eficient.

Alegerea serverului de aplicații Websphere ca servlet engine pentru sistemul realizat a permis utilizarea instrumentelor specifice, reducând timpul de dezvoltare și crescând eficiența sistemului per ansamblu.



Utilizarea filtrelor și a listener-elor au degrevat de unele sarcini de verificare controllerul sistemului (servlet), făcându-l mai rapid și mai sigur.

S-au implementat toate funcțiile necesare gestionării sistemului și s-a prezentat modul de configurare a acestuia, folosind funcțiile dezvoltate.

Sistemele de supraveghere video pot utiliza imaginile capturate de la camere nu doar pentru a le stoca, ci și pentru a extrage informații din acestea. Aceste informații pot determina declanșarea unor alarme sau chiar ajută la controlul procesului de înregistrare a imaginilor, în scopul reducerii spațiului necesar stocării. Mișcarea este un tip de informație ce poate fi extrasă din fluxul video.

Există trei clase mari de metode de detecție a mișcării:

comparația între cadre: presupune comparații cu prag la nivel de pixeli între două cadre, de regulă consecutive, din fluxul video.

compunerea fundalului: presupune comparația cadrului curent cu un cadru de referință. Unii algoritmi de acest tip permit și modificare în timp a referinței pentru a se adapta schimbărilor produse pe fundal.

vederea artificială: este un tip special de detecție. Imaginea este oferită ca intrare unei rețele neuronale care poate clasifica și, eventual, identifica obiectele din cadru. Aceste rețele pot identifica situații potențial periculoase, cum ar fi incendii, altercații, accidente etc.

Comparațiile între pixeli nu sunt realizate pe cadrul original (în culori), ci pe o versiune în tonalități de gri (gayscale). Aceasta din urmă este, de fapt, luminanța imaginii, obținută printr-o transformare liniară a intensităților componentelor RGB ale pixelilor. Luminanța conține toate detaliile geometrice ale unui cadru, fără informație despre culoare.

Metodele de detecție nu pot fi utilizate pentru orice flux video, deoarece au nevoie de o luminozitate constantă, umbrele determinate de scăderea sau schimbarea iluminării scenei putând fi confundate cu obiecte în mișcare. Totuși, sunt permise variații ale iluminării, acestea fiind compensate de prelucrări ale scenei. Prelucrările folosite sunt transformări ale histogramei. Se mai folosesc și filtre spațiale cu scopul de a evidenția sau elimina detalii dintr-un cadru. De regulă, filtrele spațiale se bazează pe produsul de convoluție.

Majoritatea camerelor de supraveghere digitale și serverele video folosesc două tipuri de codare/comprimare a fluxurilor video: Motion JPEG și/sau MPEG-4 (part 10) / AVC / H.264.

Formatul Motion JPEG reține fluxul ca o succesiune de imagini JPEG. Astfel, calitatea și spațiul ocupat de fiecare cadru sunt constante. De asemenea, permite vizualizarea cadru-cu-cadru, fără diferență de calitate între cadre. Necesită o lățime de bandă mai mare pentru transmiterea în rețea, de aceea e posibilă pierderea unor cadre în cazul unei congestii. Puterea de calcul necesară comprimării este moderată, iar echipamentele ce folosesc acest format sunt mai ieftine.

Formatul AVC / H.264 elimină blocurile care se repetă în două sau mai multe cadre consecutive din fluxul video, obținând astfel o reducere masivă a spațiului necesar stocării înregistrării. Blocurile rămase



sunt comprimate după schema JPEG. Datorită modului de reconstrucție a imaginilor, are o reziliență scăzută la erori, pierderea unui singur cadru putând determina pierderea mai multor cadre, acestea nemaiputând fi reconstruite. Acest format necesită o lățime de bandă mai mică și ocupă mai puțin spațiu la stocare, însă are nevoie de o putere de calcul mai mare, iar echipamentele care îl folosesc sunt mai scumpe.

De asemenea, tehnicile utilizate în codarea și decodarea fluxurilor video AVC sunt supuse unor patente. Pentru a păstra un cost redus pentru un codor H.264, se recomandă utilizarea numai a cadrelor I și P. Această strategie are și avantajul că necesită o putere de calcul mai mică.

Asigurarea securității datelor și securizarea canalelor de comunicație este o problemă complexă, ce necesită implementarea unor mecanisme suplimentare în arhitectura unui sistem (de exemplu un sistem de management al cheilor) și presupune respectarea cu strictețe a unor standarde și protocoale de securitate. Aceste modificări de arhitectură se traduc, în practică, în costuri mai ridicate de implementare și creșterea timpului de răspuns a unor elemente implicate în procesul de securizare.

Securizarea transportului de date se poate realiza prin crearea unui canal securizat (de exemplu VPN), prin care datele pot circula în starea lor originală, sau securizarea datelor transportate prin criptarea lor, într-un mod asemănător securizării datelor stocate. Criptarea datelor implică utilizarea unui criptosistem simetric, asimetric sau hibrid.

Din punctul de vedere al nivelului de securitate oferit, criptarea asimetrică oferă o protecție superioară prin utilizarea a două chei separate pentru criptare (cheia publică) și decriptare (cheia privată). Astfel se elimină necesitatea schimbului de chei la începutul unei sesiuni de comunicație, iar managementul cheilor este mai facil, putându-se utiliza tabele centralizate de chei publice. Algoritmii implicați în acest mod de criptare, însă, sunt mai complicați, necesitând putere de calcul mai mare, și introduc întârzieri în sisteme. Pentru volume mari de date, așa cum este situația fluxurilor video, nu este recomandată utilizarea acestei metode de criptare.

Criptarea simetrică este cea mai veche, dar și cea mai rapidă metodă de securizare a datelor. Odată cu creșterea puterii de calcul a sistemelor de calcul au apărut algoritmi mai puternici de criptare care oferă o protecție foarte bună a datelor, la viteze de criptare mari. Algoritmii de criptare simetrici moderni folosesc chei de lungime fixă, pe care le combină, prin operații logice la nivel de bit de tip XOR, cu blocuri, tot de lungime fixă (de regulă de 16 octeți) din mesajul original sau cu valori pseudo-aleatoare. Datorită vitezei superioare și a simplității implementării algoritmilor, criptarea simetrică este folosită în majoritatea aplicațiilor actuale. Vulnerabilitatea majoră a criptării simetrice provine din necesitatea transmiterii cheii secrete în momentul inițierii unei comunicații. Pentru a reduce riscul dezavuării cheii unei terțe părți, este bine ca participanții la comunicație să cunoască în prealabil cheia secretă sau să o primească prin alte metode securizate, care să garanteze secretul acesteia. Utilizarea criptării simetrice este indicată în securizarea datelor voluminoase.

Criptosistemele hibrid se bazează atât pe criptarea simetrică, cât și pe cea asimetrică. Această criptare rezolvă problema transmiterii cheii către partenerul de comunicație în criptarea simetrică.



Criptosistemul utilizează o cheie de sesiune care este criptată asimetric cu cheia publică a partenerului. Astfel, chiar dacă este interceptată, ea nu poate fi decriptată. Criptosistemul hibrid se folosește în continuare de această cheie pentru a cripta simetric datele. Este o care se poate aplica în orice aplicație.

Un strat suplimentar de securitate este oferit de steganografia digitală, prin oferirea unor mecanisme de testare a integrității datelor. Metodele steganografice exploatează particularități ale formatelor de fișiere și a modului de organizare a fluxurilor de biți pentru a ascunde texte, date binare sau fișiere întregi în mesajul purtător, fără a-l deteriora sau a-l modifica într-un mod vizibil. Metoda LSB (Least Significant Bit) este cea mai utilizată în steganografia digitală și presupune stocarea datelor în biții cei mai puțin semnificativi ai unui mesaj purtător. Dacă mesajul purtător este un fișier bitmap necomprimat, se pot utiliza biții cei mai puțin semnificativi ai valorilor nivelelor de intensitate pentru componentele RGB. În cazul fluxurilor video H.264 / AVC / MPEG-4 part 10, biții cei mai puțin semnificativi ai coeficienților DCT (Discrete Cosinus Transform) cuantificați sunt cei care vor prelua biții mesajului secret. Astfel se pot încapsula date referitoare la sursa de proveniența a fluxului, a datei calendaristice, a momentului zilei sau chiar o sumă de control sau un hash al cadrelor anterioare. Aceste informații pot oferi informații despre integritatea unei înregistrări și garantează nealterarea fluxului video. Același procedeu steganografic se poate utiliza și pentru formatul Motion JPEG, modul de comprimare fiind identic.

7.1. Contribuții originale

Pentru o a avea o cât mai bună imagine a ceea ce face și conține un software bun pentru supraveghere video, am realizat o comparație a soluțiilor existente pe piață, iar rezultatele le-am sintetizat în Tabelul 1.

Am proiectat și realizat un sistem bazat pe principiile MVC (Model-View-Controller) și tehnologiile Java EE (Servlet, JSP, EL, JSTL, JDBC, Java Beans, Applet, JMF).

Am propus utilizarea tehnologiei Java Applet pentru realizarea unor conectori pentru interconectarea unor sisteme de supraveghere, respectiv echipamente de captură, fără a înlocui mecanismele proprii. Am arătat că există trei modalități de proiectare și implementare a acestor conectori: includerea tuturor controalelor grafice necesare controlului echipamentului de captură în applet, implementarea de către applet a unei interfețe standardizate care permite controlul din Javascript a funcționării applet-ului sau utilizarea unei interfețe cu Javascript pentru control de bază și includerea de controale grafice în applet pentru facilități speciale. Am testat propunerea cu ajutorul unui applet care se conectează la un server video pentru a aduce imagini în timp-real.

Pentru demonstrarea funcționării controlului din Javascript al unui applet, am creat o funcție în sistemul realizat care permite afișarea unor texte într-un applet prin apelul unor funcții Javascript.

Pentru ilustrarea modului în care se face conversia între spații de culoare am dezvoltat o aplicație Windows care afișează componentele YUV obținute dintr-o imagine de tip bitmap.



Am descris pe larg un algoritm propriu de detecție a mișcării, din clasa celor care se bazează pe compararea de cadre succesive, și o variantă de algoritm de detecție a mișcării prin compunerea fundalului.

Am dezvoltat o aplicație Windows pentru a testa eficacitatea algoritmilor de detecție a mișcării prezentați.

Pentru a avea o imagine de ansamblu a capabilităților oferite de standardul AVC, am alcătuit o sinteză privind structurarea fluxurilor video. De asemenea, am sintetizat avantajele și dezavantajele utilizării formatelor M-JPEG și H.264 și am indicat situațiile în care este recomandată utilizarea unui format în defavoarea celuilalt.

În scopul întregirii imaginii formate, am adăugat și situația patentelor referitoare la tehnicile utilizate de CODEC-urile H.264 (Figura ).

Pentru a alege algoritmul de criptare simetric care oferă siguranță ridicată și este capabil să cripteze rapid volume mari de date, am efectuat un test de viteză a algoritmilor implementați pe platforma Java SE, versiunea 6 (update 22).

Pentru a oferi un strat suplimentar criptării și un mijloc de verificare a integrității datelor digitale, am prezentat un studiu original privind tehnica steganografică LSB. Testarea tehnicii prezentate am realizat-o prin dezvoltarea unei aplicații Windows care permite ascunderea unui fișier într-o imagine de tip bitmap. Totodată, am implementat în această aplicație și un algoritm propriu de criptare simetrică ce folosește chei de dimensiuni variabile.

Extinzând tehnica și pentru fluxurile și fișierele video H.264 și M-JPEG, am prezentat modalitatea de inserare a unor mesaje în matricea coeficienților DCT cuantificați și am oferit un exemplu concret, pentru un bloc de 8x8 pixeli.

7.2. Direcții viitoare de extindere a cercetării

Voi studia posibilitățile și modurile de îmbunătățirea a sistemului EYE, astfel încât să funcționeze și în clustere de servere de aplicații și realizarea unui mecanism de load balancing atunci când există mai multe instanțe ale sistemului într-un cluster.

Voi continua studiul metodelor steganografice și voi încerca dezvoltarea unui CODEC H.264 simplu, care să folosească numai cadre I și P, și care să permită includerea unei părți din informația audio în tabela coeficienților DCT, în scopul reducerii lățimii de bandă necesară transmiterii în rețele LAN/WAN.



Bibliografie

1 [ARTZ] Artz, D., Digital Steganography: Hiding Data within Data, Los Alamos National Laboratory,

IEEE INTERNET COMPUTING, Mai-Iunie 2001 2 [BACI] Baciu, R., Volovici, D., Sisteme de prelucrare grafică, Editura Albastră, 1999,

ISBN 973-9215-99-8 3 [BERG] Bergsten, H., Java Server Pages, Ed. O’Reilly, 2001 4 [BROW] Brown, S., ş.a., Professional JSP 2nd Edition, Ed. Wrox Press Ltd., 2001 5 [COHE] Cohen, M.F., Wallace, J.R., Radiosityand realistic image synthesis, Academic Press Inc.,

Cambridge, MA, 1993 6 [DAVS] Davson, L. H., The Physiology of the Eye, 1949, McGraw-Hill (Blakiston), New York 7 [DIHE] Diffie, W., Hellman, M., Multi-user cryptographic techniques, AFIPS Proceedings 45, 1976 8 [ENGL] Englander, R., Developing Java Beans, Ed. O’Reilly, 19979 [ERHF] Erhardt-Ferron, A., Theory and applications of digital image processing, 2000, University

of Applied Sciences Offenburg, versiune electronică 10 [FERG] Ferguson, N., Schneier, B., Practical Cryptography, Wiley, 2003 11 [GONZ] Gonzales, R.C., Woods, R., Digital Image Processing, Prentice Hall PTR, 2002 12 [HACH] Hachman, M., ARM Cores Climb Into 3G Territory, 2002, Extreme Tech 13 [HORT] Horton, I., Begining Java, Ed. Wrox Press, 1997 14 [HUNT] Hunt, R.W.G., Measuring Color, 2nd Edition, Ellis Horwood, West Sussex, Anglia, 1991 15 [JOHN] Johnson, N.F., Duric, Z., Jajodia, S., Information Hiding: Steganography and Watermarking

-Attacks and Countermeasures, Kluwer Academic Publishers, 2000 16 [KATZ] Katz, J., Lindell, Y., Introduction to Modern Cryptography, CRC Press, 2007 17 [KLEI] Klein, A., Attacks on the RC4 stream cipher, Designs, Codes & Cryptography, 2008 18 [KRI1] Kristály, D.M., Ungureanu, D., Moraru, S.A., Motion Detection And Surveillance,

Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 127-131, ISBN 954-438-567-3

19 [KRI2] Kristály, D. M., Sisak, Fr., Bujdei, C., Sintea, S., Ungureanu, D., Coding A Library For The Creation Of Audio And Video Stream Files For The Internet Using Open Source Projects, Annals of DAAAM for 2008 & Proceedings of the 19th International DAAAM Symposium, ISBN 978-3-901509-68-1, ISSN 1726-9679, pp. 729-730, 22-25 Octombrie 2008, Trnava, Slovacia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria 2008

20 [KRI3] Kristály, D.M., Sisak, Fr., Truican, I., Moraru, S.A., Sandu F., Web 2.0 technologies in web application development, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM - Athens, Greece, 15-19 May 2008

21 [KRI4] Kristály, D.M., Sisak, Fr., Bujdei, C., Perniu, L., Truican, I., Butterfly – a web-oriented content management system based on web 2.0 concepts and technologies, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISBN 3-901509-58-5, ISSN 1726-9679, pp. 405-406, 24-27th October 2007, Zadar, Croaţia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria



22 [KRI5] Kristály, D.M., Moraru, S.A., Java Technologies for Model-View-controller Architecture, The 10th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment OPTIM’06, Bran-Moeciu-Braşov, 2006, Book 3, pp. 175-178, ISBN 973 635 705-8, 978 973 635 705-3

23 [KRI6] Kristály D.M., Crăciun A.V., Pelcz A., Trican I., MVC Architecture in web applications developement, Proceedings of the 14th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2005, Sozopol, Bulgaria, Technical University of Sofia & Technical University Delft, Book 4, pp. 73-77, ISBN 954-438-520-7

24 [LEEH] Lee, Y.K., Hwang, S.Y., Ou, Z.H., A novel quantity based on clipping statistics for JSteg steganalysis, 8th IASTED Int. Con. on Signal & Image Processing (SIP 2006), August 14-16, 2006, Honolulu, Hawaii, USA

25 [LYON] Lyon, D.A., Image processing in Java, Prentice Hall PTR, 199926 [MUST] Mustica, M., Moraru, G., Grigorescu, C., Kristály D.M., Portal-type applications for web

campus, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM (Association for Computer Machinery) - Athens, Greece, 15-19 May 2008

27 [NETR] Netravali, A., Haskell, B., Digital pictures, Plenum press, NY, 1988 28 [OPRE] Oprea, D., Protecţia şi securitatea sistemelor informaţionale, Ed. Polirom, laşi 29 [ORZA] Orza B., Codarea și comprimarea informațiilor multimedia, Ed. Albastră, Cluj-Napoca,

2007, ISBN 978-973-650-212-5 30 [PAAR] Paar, C., Pelzl, J., Understanding Cryptography, A Textbook for Students and Practitioners,

Springer, 2009 31 [PIRE] Pirenne, M. H., Vision and the Eye, 2nd Edition, 1967, Associated Book Publishers, Londra 32 [PRAT] Pratt, W.K., Digital Image Processing: PIKS Inside, 3rd Edition, 2001, Ed. John Wiley &

Sons, versiune electronică, ISBN 0-471-22132-5 33 [RICH] Richardson, I.E.G., H.264 and MPEG-4 Video Compression: Video Coding for Next-

generation Multimedia, John Wiley & Sons, 2003, ISBN: 0-470-84837-5 34 [RIVE] Rivest, R., Shamir, A., Adleman, L., A Method for Obtaining Digital Signatures and Public-

Key Cryptosystems, Communications of the ACM, vol. 21, 1978 35 [RUST] Rusty Harold, E., Java Network Programming, Ed. O’Reilly, 2000 36 [SCH1] Schneider, F.B., Hashes and Message Digests, Cornell University, 2010 37 [SCH2] Schneier, B., The Blowfish Encryption Algorithm - One Year Later, Dr Dobb's Journal, 1995 38 [SCUT] Scutaru, Gh., Scapolla, A.M., Mustica, M., Kristály, D.M., Individualized Learning Enhanced

by Virtual Reality, The 11th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment OPTIM’08, Braşov, 2008, vol. 4, pp. 175-180, ISBN: 978-1-4244-1544-1

39 [SHAM] Shamma, Spatia land temporal processing in central auditory networks, Methods in nuronal modeling, Koch and Segev., MIT, 1989

40 [STAL] Stallings,W., Cryptography and Network Security, 4th edition, Prentice Hall, 2005, ISBN 0-13-187319-3

41 [TAYL] Taylor, A., JDBC Developer’s Resource, Ed. Prentice Hall, 199742 [TRUI] Truican, I., Dan, St., Kristály, D.M., Bujdei, C., Securing the network for industrial

infrastructure, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISBN 3-901509-58-5, ISSN 1726-9679, 24-27th October 2007, Zadar, Croaţia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria

43 [WEHM] Wehmeir, U., Dong, D., Koch, C., Essen, D., Modeling the mammalian visual system, Methods in neuronal modeling, Koch and Segev., MIT, 1989



44 [WIEG] Wiegand, T., Sullivan, G., Bjontegaard, G., Luthra A., Overview of the H.264 /AVC Video Coding Standard, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, 2003

45 [WILL] Williams, L.G., The Effect of target specification on objects fixated during visual search, Perception and Psychophysiscs, vol. 1, 1966

46 [AXIS] www , AXIS, http://www.axis.com/ 47 [CIPH] www, Ciphers, http://www.javamex.com/tutorials/cryptography/ciphers.shtml 48 [ESOT] www, Esoterica Archives, http://www.esotericarchives.com/ 49 [I3EC] www, IEEE 1363: Standard Specifications for Public-Key Cryptography,

http://grouper.ieee.org/groups/1363 50 [ITUH] www, ITU – H.262, http://www.itu.int/rec/T-REC-H.262 51 [JCRY] www, Crypto Java API,

http://download.oracle.com/javase/1.4.2/docs/guide/security/jce/JCERefGuide.html52 [JSTE] www, JSTEG, http://www.guillermito2.net/stegano/jsteg/index.html 53 [MPEF] www, MPEG Industry Forum,http://www.m4if.org 54 [MSEN] www, Microsoft Technet, http://technet.microsoft.com/en-us/library/cc962028.aspx 55 [NIST] www, NIST – National Institute of Standards and Technologies, Computer security

resource center, http://csrc.nist.gov56 [PARD] www, PARDEL, http://algoritmi.pardel.net 57 [SALL] www, MPEG-2, http://www.salle.url.edu/Eng/elsDTA/elsVideo/tutorialtvd/3aPart.html 58 [WCBS] www, c-bit Solutions, http://www.supraveghere-video.ro/ 59 [WIK1] www, CCD, http://en.wikipedia.org/wiki/Charge-coupled_device 60 [WIK2] www, ARM, http://en.wikipedia.org/wiki/ARM_architecture 61 [WIK3] www, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Active_pixel_sensor 62 [WIK4] www, MAC, http://en.wikipedia.org/wiki/Message_authentication_code 63 [WIK5] www, AES, http://ro.wikipedia.org/wiki/AES 64 [WIK6] www, Corp Galois, http://ro.wikipedia.org/wiki/Corp_finit 65 [WIK7] www, H.264/MPEG-4 AVC, http://en.wikipedia.org/wiki/H.264/MPEG-4_AVC 66 [WIK8] www, DCT JPEG, http://en.wikipedia.org/wiki/JPEG#Discrete_cosine_transform 67 [WPCO] www, PCO, Know How, 1999, http://www.pco.de 68 [WPGP] www, PGP – Pretty good privacy,http://www.pgp.com 69 [FIPS] ***, Federal Information Processing Standards Publications - FIPS PUBS - 197, NIST,

26 noiembrie 2001, versiune electronică 70 [IPSS] ***, Inginer pentru sisteme de securitate, Asociația Română pentru Tehnică de Securitate,

2010, COR 214438 71 [ITUT] ***, Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video

Specification (ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC), 1998 72 [JPEG] ***, JPEG File Interchange Format, 1992, Versiune electronică73 [WONS] ***, MJPEG vs. MPEG-4: Understanging the differences, advantages and disadvantages of

each compression technique, White paper, On-Net Surveillance Systems Inc., www.onssi.com



ABSTRACT

Video surveillance gained a lot in popularity in companies, organizations and institutions, becoming a mandatory security component. The advantages brought by the use of video surveillance are undeniable: people work more and better, the risk of thefts and incidents it’s reduced, the processes are optimized using the information obtained from the video recordings. There are many video surveillance systems, created by different companies, using different technologies and techniques. As a result, the management of two or more systems it’s difficult and trying to extend an existing system with components from other producers, while using the same tools and software until then, can prove to be impossible. A software application that unifies or interconnects seamlessly two or more surveillance systems can solve this problem and offer new features. The main goal of this thesis it’s to present a software architecture based on free and open-source technologies that can respond to the problems mentioned above. MVC (Model-View-Controller) it’s the design paradigm used. Java programming language and its tools and technologies helped in the development of a flexible, scalable and dependable platform. Using the Java Applet technology and Java Media Framework API it is possible to create connectors for a broad range of capture equipment from video surveillance systems, which can be used inside the platform, under a unified web-oriented interface. The thesis also presents how video detection can be implemented and the standards and techniques used for compressing the video streams captured from the video cameras. A special attention it’s given to securing the data inside the developed system. The encryption algorithms are detailed and a mechanism for signing and embedding watermark information into the compressed video stream using digital steganography it’s proposed.



CURRICULUM VITAE

DATE PERSONALE

Nume și prenume: KRISTÁLY D. Dominic Mircea Data și locul nașterii: 28 noiembrie 1981, Brașov, România Telefon: 0726273940 E-mail: [email protected] STUDII

2006 - prezent Universitatea Transilvania din Brașov, Doctorand în domeniul Inginerie Electrică 2005 - 2007 Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor, Master în Sisteme și tehnologii

informatice și de comunicații, Universitatea Transilvania din Brașov 2000 - 2005 Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor, Specializarea Automatică și

informatică industrială, Universitatea Transilvania din Brașov 1996 - 2000 Liceul teoretic Mihai Viteazul din Sfântu Gheorghe, județul Covasna, profil real, secția

Informatică ACTIVITATE PROFESIONALĂ

2009 - prezent Asistent universitar - Catedra de Automatică, Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor, Universitatea Transilvania din Brașov

2005 - 2009 Preparator universitar - Catedra de Automatică, Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor, Universitatea Transilvania din Brașov

DOMENII DE COMPETENȚĂ

Programarea calculatoarelor în limbajele Pascal, Delphi, C/C++, Java, C# Programare web utilizând HTML, Javascript, Flash, PHP, ASP, ASP.Net, JSP Baze de date MS SQL, MySQL, DB2 Algoritmi și structuri de date Prelucrare grafică

ACTIVITATE ȘTIINȚIFICĂ

Autor și coautor a 22 de lucrări științifice publicate la conferințe internaționale, indexate ISI sau în baze de date internaţionale

Membru în colectivele de cercetare a 3 contracte/granturi de cercetare ştiinţifică

LIMBI STRĂINE

Engleză Foarte bine Franceză Bine Italiană Începător



CURRICULUM VITAE

PERSONAL INFORMATION

Name and surname: KRISTÁLY D. Dominic Mircea Date and place of birth: November, 28th 1981, Brașov, România Phone: 0726273940 E-mail: [email protected] EDUCATION AND QUALIFICATIONS

2006 - present Transilvania University of Brașov, PhD student in Electrical engineering domain 2005 - 2007 Electrical Engineering and Computer Science Faculty, Master in Science – Computer and

communication systems and technologies, Transilvania University of Brașov 2000 - 2005 Electrical Engineering and Computer Science Faculty, Control engineering and industrial

informatics study program, Transilvania University of Brașov 1996 - 2000 Mihai Viteazul high school from Sfântu Gheorghe, Covasna county, Informatics study

program PROFESSIONAL EXPERIENCE

2005 – present Assistant - Control engineering Department, Electrical Engineering and Computer Science Faculty, Transilvania University of Brașov

COMPETENCES

Computer programming using Pascal, Delphi, C/C++, Java, C# Web programming using HTML, Javascript, Flash, PHP, ASP, ASP.Net, JSP Databases - MS SQL, MySQL, DB2 Data structures and algorithms Graphic processing

SCIENTIFIC ACTIVITY

Author and co-author of 22 scientific papers published at international conferences, indexed in ISI –Web of science or in other international databases

Team member in 3 research projects

FOREIGN LANGUAGES

English Very good French Good Italian Begginer



LISTA LUCRĂRILOR PUBLICATE

1. Kristály D.M., Sisak Fr., Grigorescu C.M., Designing the architecture of a scalable video surveillance

system, Annals of DAAAM for 2009 & Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium, DAAAM 2009, ed B. Katalinic, ISBN: 978-3-901509-68-1

2. Grigorescu C.M., Moraru S.A., Kristály D.M., IP surveillance software system for mobile devices, în Annals of DAAAM for 2009 & Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium - DAAAM 2009, ed B. Katalinic, ISBN: 978-3-901509-68-1

3. Caraman C.M., Moraru S.A., Dan Şt., Kristály D.M., Romulus: Disaster Tolerant System Based On Kernel Virtual Machines, Annals of DAAAM for 2009 & Proceedings of the 20th International DAAAM Symposium, DAAAM 2009, ed B. Katalinic, ISBN: 978-3-901509-68-1

4. Scutaru Gh., Cocoradă E., Gomes L., Scapolla A.M., Mustica M., Pavalache M., Kristály D.M., Cocoradă S., Enhanced Individualized Learning Environment’s Impact on the Learning Process, ICELIE 2009, 3rd IEEE International Conference on e-Learning in Industrial Electronics, Alfandega Congress Center Porto, Portugal 03 - 05 November, 2009, pp.51-56

5. Kristály D. M., Sisak Fr., Bujdei C., Sintea S., Ungureanu D., Coding A Library For The Creation Of Audio And Video Stream Files For The Internet Using Open Source Projects, Annals of DAAAM for 2008 & Proceedings of the 19th International DAAAM Symposium, ISBN 978-3-901509-68-1, ISSN 1726-9679, pp. 729-730, 22-25 Octombrie 2008, Trnava, Slovacia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria, 2008

6. Ungureanu D., Kristály D.M., Sintea S., Vulpe A., Perniu L., Aspects Regarding The Programming Of Control Systems For Industrial Processes, Annals of DAAAM for 2008 & Proceedings of the 19th International DAAAM Symposium, ISBN 978-3-901509-68-1, ISSN 1726-9679, pp. 1429-1430, 22-25 Octombrie 2008, Trnava, Slovacia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria, 2008

7. Vulpe A., Vulpe M., Sisak Fr., Moraru S.A., Kristály D.M., Bujdei C., An Open-Source Implementation for Rfc3881, Annals of DAAAM for 2008 & Proceedings of the 19th International DAAAM Symposium, ISBN 978-3-901509-68-1, ISSN 1726-9679, pp. 1523-1524, 22-25 Octombrie 2008, Trnava, Slovacia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria, 2008

8. Kristály D.M., Sisak Fr., Truican I., Moraru S.A., Sandu F., Web 2.0 technologies in web application development, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM (Association for Computer Machinery) - Athens, Greece, 15-19 May 2008 (organized by the University of Texas at Arlington, USA)

9. Truican I., Dan St., Kristály D.M., Bujdei C., Popa G., Remote interfaces for monitoring, administration and tracking errors for industrial devices, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM (Association for Computer Machinery) - Athens, Greece, 15-19 May 2008 (organized by the University of Texas at Arlington, USA)



10. Mustica M., Moraru G., Grigorescu C., Kristály D.M., Portal-type applications for web campus, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM (Association for Computer Machinery) - Athens, Greece, 15-19 May 2008 (organized by the University of Texas at Arlington, USA)

11. Scutaru Ghe., Cocoradă E., Pavalache M., Scapolla A.M., Mustica M., Kristály D.M., Enhanced individualized learning environment, Workshop on Pervasive Technologies in e/m-Learning and Internetbased Experiments ("PTLIE") - Proceedings of "PETRA 2008" - the 1st International Conference on Pervasive Technologies Related To Assistive Environments – published by ACM (Association for Computer Machinery) - Athens, Greece, 15-19 May 2008 (organized by the University of Texas at Arlington, USA)

12. Scutaru Ghe., Scapolla A.M., Mustica M., Kristály D.M., Individualized Learning Enhanced by Virtual Reality, The 11th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment OPTIM’08, Braşov, 2008, Book 4, pp. 175-180, ISBN: 978-1-4244-1544-1

13. Kristály D.M., Sisak Fr., Bujdei C., Perniu L., Truican I., Butterfly – a web-oriented content management system based on web 2.0 concepts and technologies, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISBN 3-901509-58-5, ISSN 1726-9679, pp. 405-406, 24-27th October 2007, Zadar, Croaţia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria

14. Truican I., Dan St., Kristály D.M., Bujdei C., Securing the network for industrial infrastructure, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISBN 3-901509-58-5, ISSN 1726-9679, 24-27th October 2007, Zadar, Croaţia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria

15. Bujdei C., Moraru S.A., Dan St., Kristály D.M., Mobile phones used inside monitoring and control systems, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISBN 3-901509-58-5, ISSN 1726-9679, 24-27th October 2007, Zadar, Croaţia, Published by DAAAM International, Vienna, Austria

16. Kristály D.M., Ungureanu D., Moraru S.A., Motion Detection And Surveillance, Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 127-131, ISBN 954-438-567-3

17. Ungureanu D., Kristály D.M., Crăciun A.V., Considerations Concerning Parallel and Distributed Architecture for Intelligent Systems, Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 143-149, ISBN 954-438-567-3

18. Crăciun A.V., Ungureanu D., Kristály D.M., Methods For Computing Harmonic Distortion In Low Frequency Power Amplifier, Proceedings of the 15th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2006, Sozopol, Bulgaria, 20-22 septembrie 2006, Technical University of Sofia, Book 4, pp. 189-194, ISBN 954-438-567-3

19. Kristály D.M., Moraru S.A., Java Technologies for Model-View-controller Architecture, The 10th International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment OPTIM’06, Bran-Moeciu-Braşov, 2006, Book 3, pp. 175-178, ISBN 973 635 705-8, 978 973 635 705-3



20. Kristály D.M., Crăciun A.V., Pelcz A., Trican I., MVC Architecture in web applications developement, Proceedings of the 14th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2005, Sozopol, Bulgaria, Technical University of Sofia & Technical University Delft, Book 4, pp. 73-77, ISBN 954-438-520-7

21. Ungureanu D., Sisak Fr., Kristály D.M., Moraru S.A., Simulation Modeling. Input Data Collection and Analysis, Proceedings of the 14th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2005, Sozopol, Bulgaria, Technical University of Sofia & Technical University Delft, Book 3, pp. 43-50, ISBN 954 438 518-5

22. Crăciun A.V., Moraru S.A., Perniu L., Kristály D.M., Theoretical and experimental analysis of the rectifier with capacitive filter, Proceedings of the 14th International Scientific And Applied Science Conference ELECTRONICS - ET’ 2005, Sozopol, Bulgaria, Technical University of Sofia & Technical University Delft, Book 1, pp. 10-15, ISBN 954 438 517-7

PROIECTE DE CERCETARE- DEZVOLTARE

1. Platforma Tehnici şi tehnologii de realitate virtuală aplicate în inginerie, medicină şi artă – TRIMA,

2006-2008, domeniul: inginerie virtuală, platforme / laboratoare de cercetare şi formare interdisciplinară, membru în echipa de proiect.

2. Leonardo da Vinci - proiect tip Reţea transnaţională: Valorization of an experiment-based training system through a transnational education network development – VETTREND, RO/06/B/F/NT 175014, 2006-2008, promotor şi coordinator: Universitatea Transilvania din Braşov, membru în echipa de proiect.

3. Minerva - proiect: Individualized Learning Enhanced by Virtual Reality – IDENTITY, 229930-CP-1-2006-1-RO-MINERVA-M, 2006-2008, promotor şi coordinator: Universitatea Transilvania din Braşov, membru în echipa de proiect.

4. Propunere proiect Leonardo da Vinci - Multilateral projects for transfer of innovation, Development of a Training Tool for Technicians in Solar Energy Field (LLP/LdV/ToI/2008/RO/031), 2007 – membru al echipei de realizare a propunerii de proiect.

MATERIALE DIDACTICE PUBLICATE

1. Kristály D. M., Vulpe A., Limbajul de programare JAVA – Îndrumar de laborator, Universitatea

Transilvania din Braşov, 2009

contribuȚii privind tratarea unitarĂ a...

Documents