Videovigilância, compressão e criptografia

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresO estudo desta tese centra-se em torno de uma ideia que envolve condições aparentemente controversas, i.e. video vigilância segura, usando sistemas de baixo custo, através de redes baixo débito. Pretende-se com esta tese demonstrar que, recorrendo a determinados mecanismos de optimização e simplificação da compressão, se podem satisfazer simultaneamente as diversas condições, de forma a tornar a solução segura. Para esse efeito são estudados e implementados algoritmos de compressão (com e sem perdas) e de criptografia, num sistema de baixo custo, desenvolvido de raiz no projecto da Licenciatura, o sistema VideoVigi. Em relação à compressão implementou-se uma versão adaptada da recomendação H.263 do ITU-T que inclui compressão de redundância espacial, temporal e de símbolos. No que diz respeito à criptografia foi implementado um algoritmo de encriptação simétrica, o standard AES. Os desenvolvimentos efectuados tiveram em conta o formato de vídeo CIF na sua versão monocromática. Para se avaliar a nova solução VideoVigi realizaram-se diversos ensaios num ambiente semi-real. Para isso recorreu-se a um acesso ADSL de baixo débito (BW= 64 kbps) configurado num DSLAM ligado à rede IP. Nos testes realizados obteve-se uma taxa de 3 frames por segundo, com encriptação, e 6 frames por segundo, sem encriptação. A compressão atingiu valores superiores a 99%, assegurando um fluxo contínuo de imagens perfeito para a video vigilância. De outro modo, na rede usada para teste e sem recorrer à compressão, a taxa de frames por segundo não foi além de 0,06. Os mecanismos de optimização da compressão e encriptação implementados, alteraram os dados do vídeo o suficiente, para poderem ser enviados por uma rede de baixo débito (64 kbps), e encriptados para poderem ser transferidos, de um modo seguro, sobre uma rede partilhada como a Internet. A simplificação destes mecanismos tornaram o seu algoritmo suficientemente ―leve‖ para ser implementado em sistemas de baixo custo (30 MIPS). Desta forma, sistemas de baixo custo, como o VideoVigi, podem tornar a video vigilância de locais remotos viável através de redes de baixo débito (e.g. General Packet Radio Service – GPRS).The study of this thesis is focused around an idea that involves conditions apparently controversial, i.e. secure video surveillance, low-cost solution implementations, through low-bandwidth networks. This thesis aims to prove that, through specific optimization and compression mechanisms, it is possible to satisfy the several conditions and build a secure solution. In order to make it possible studies were conducted, encryption and compression algorithms (with and without losses) were implemented and integrated in the low-cost VideoVigi system, developed from scratch during the final project of the graduation course. Regarding the compression, an adapted version of the ITU-T H.263 recommendation is implemented that includes compression of space, time and symbol redundancies. In order to encrypt the video data, a symmetric encryption algorithm was also developted, the standard AES. The developments were carried out considering the CIF video format in its monochromatic version. In order to evaluate the VideoVigi solution, several trials were realized in a semi-real environment. For that, a low-bandwidth ADSL network access (BW = 64 kbps) was configured in a DSLAM connected to the IP network. Rates of 3 encrypted frames per second and 6 non-encrypted frames per second were measured during the tests. The compression reached values above 99%. Otherwise, on the network used for tests and without compression, the rate of frames per second was not more than 0.06. The mechanisms for optimizing the implemented compression and encryption algorithms, processed the video data the enough to enable its transmission via a low-bandwidth network (64 kbps), and encrypted to enable the transmission through a shared network, like the Internet, in a secure way. The simplification of these mechanisms made the algorithms sufficiently "light" enabling their implementation in low cost systems (30 MIPS). Thus, low-cost systems, such as VideoVigi, makes the video surveillance of remote sites possible through low-bandwidth networks (e.g. General Packet Radio Service - GPRS)