Tecnologia Zipstream di Axis

Documento tecnico
Tecnologia Zipstream di Axis
Più video, meno archiviazione
Indice
1.Introduzione
3
2.Premessa
3
2.1 Algoritmi di compressione video
3
3. Come funziona la tecnologia Zipstream di Axis?
4
3.1 Opzioni di configurazione
4
3.2 Riduzione della velocità di trasmissione
5
3.3 Riduzioni di velocità attese
5
3.4 Impostazione dei parametri
6
3.5 Confronto misurazioni
7
4. Aree di applicazione
8
4.1 Dettagli giudiziari
8
5.Conclusioni
8
6. Acronimi e abbreviazioni
9
7. Link utili
9
1. Introduzione
Molti sistemi di videosorveglianza, oggigiorno, sono limitati dalla quantità di video che possono
archiviare per un uso futuro. Le tecnologie per le telecamere, come sensori, elementi ottici e di
elaborazione d'immagine integrati, hanno avuto degli sviluppi molto rapidi negli ultimi 10 anni,
permettendo di realizzare filmati con maggiori risoluzioni, velocità in fotogrammi e gamma dinamica, in
grado di acquisire più dettagli di una scena. Questo sviluppo ha migliorato la qualità della prova video e
le analisi giudiziarie, come l'identificazione dei volti, ma tutto ciò solo nel momento in cui è possibile
recuperare il video dal luogo giusto, al momento giusto e con la qualità richiesta. Una sorgente video di
alta qualità non ha nessun valore se l'archiviazione è stata limitata e il sistema era configurato per
rimuovere le informazioni di valore prima che fossero richieste.
Vi sono svariate metodologie per limitare i fabbisogni di spazio d'archiviazione, come la riduzione della
velocità di trasmissione video, la limitazione del tempo di memorizzazione, il salvataggio con una
risoluzione inferiore, la riduzione del frame rate e l’aumento della compressione del video. Con tutte
queste metodologie le informazioni relative ad aspetti cruciali potrebbero andare perse quando sono
veramente necessarie.
Ottimizzata per la videosorveglianza, la tecnologia Zipstream di Axis, è un'implementazione dello
standard H.264 con un grado d'efficienza rivoluzionario, in grado di abbassare la larghezza di banda e i
requisiti di archiviazione mediamente del 50% e oltre. La tecnologia Zipstream di Axis aggiunge un
modulo all'interno del motore di compressione video della telecamera di rete, assicurando che i dettagli
importanti nell'immagine ottengano una maggiore attenzione nel flusso video rispetto ai dati non
necessari che possono essere rimossi. La tecnologia Zipstream di Axis taglia i costi di archiviazione,
riducendoli mediamente del 50% e oltre, senza integrazioni costose e complicate.
2. Premessa
Prima che un video proveniente dalle telecamere per la sorveglianza possa essere archiviato
efficientemente su un mezzo, deve essere elaborato per adattarsi allo spazio consentito. Per adattare i
video, con una risoluzione elevata e una velocità in fotogrammi completa, alle schede di memoria
SDTM (1) , che sono i mezzi più comuni ed efficienti per le applicazioni integrate, le informazioni originali
devono essere codificate. Questa operazione viene eseguita usando algoritmi di compressione video che
codificano i dati del video riducendo e rimuovendo le informazioni ridondanti.
Per maggiori informazioni sulla compressione video, vedere la sezione 7, Link utili, "Compressione video".
2.1 Algoritmi di compressione video
Gli algoritmi di compressione video sono impiegati per identificare le aree nel video che sono già state
trasmesse e non necessitano di essere nuovamente inviate nel successivo fotogramma d'immagine. Un
altro compito dell'algoritmo è quello di individuare nel video i dettagli che possono essere rimossi senza
ridurre la qualità di visualizzazione.
Gli algoritmi di compressione video più avanzati, che operano al meglio insieme, sono stati raggruppati
in uno standard internazionale, che è una sintassi del flusso video creata per la memorizzazione, la
condivisione e la visualizzazione dei video. Oggi lo standard di compressione video più utilizzato è
chiamato H.264, che è un metodo efficiente per comprimere vari giorni di videosorveglianza in una
singola scheda di memoria SD.
La soluzione usata per comprimere il video in conformità con H.264 non è parte dello standard, solo la
sintassi e il metodo di esecuzione della riproduzione è standardizzato, questo permette la creazione di
soluzioni di codifica H.264 migliorate mantenendo al contempo il formato del file per l'interoperabilità
(compatibilità con i decodificatori video).
La tecnologia Zipstream di Axis è un'implementazione più efficiente di una codifica video H.264 per le
applicazioni di sorveglianza. Comprende varie metodologie di sorveglianza esclusive che consentono alle
telecamere messe in rete di produrre video con una velocità di trasmissione nettamente inferiore.
1
i marchi e i loghi della microSDXC e SD sono marchi registrati di SD-3C, LLC.
3
3. Come funziona la tecnologia Zipstream di Axis?
La tecnologia Zipstream di Axis è una raccolta di algoritmi nella telecamera che analizzano il flusso
video in tempo reale. I dettagli e i movimenti interessanti sono conservati con la qualità video originale,
mentre il modulo esclusivo Axis filtra le altre aree fisse per utilizzare in modo ottimale la larghezza di
banda disponibile.
La tecnologia Zipstream di Axis non intende in alcun modo sostituirsi allo standard H.265 High Efficiency
Video Coding (HEVC) dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni, settore normalizzazione delle
telecomunicazioni (ITU-T), sviluppato in comune dal Moving Picture Experts Group (MPEG) dell'ISO/IEC
e dal Video Coding Experts Group (VCEG) dell'ITU-T. Lo Zipstream è un potenziamento della codifica
video che può essere applicato a molti standard di compressione video con pochi adattamenti.
3.1 Opzioni di configurazione
La tecnologia Zipstream di Axis adatta il flusso video compresso in base a quattro fattori:
>>
>>
>>
>>
movimento nella scena
contenuto della scena
livello di luce ambiente
opzioni di configurazione
Opzioni di configurazione che influenzano lo Zipstream:
>>
>>
>>
>>
>>
>>
parametro di compressione
lunghezza gruppo di immagini (GOP)
velocità in fotogrammi
parametro di intensità
parametro GOP dinamico
parametro limitazione GOP dinamico
Il livello di sforzo dello Zipstream è definito dal parametro d'intensità, come indicato di seguito:
Parametro di intensità
Off
10
20
30
Livello di sforzo
Off
Basso
Medio
Alto
Spiegazione
Zipstream disattivato
Nessun effetto visibile nella maggior parte delle scene
Effetto visibile in alcune scene: minor rumore, e minor
livello di dettaglio nelle aree di minor interesse
Effetto visibile in molte scene: minor rumore, ed un più
basso livello di dettaglio nelle aree di minor interesse
Tutte le impostazioni del parametro d'intensità sono compatibili con tutte le applicazioni esistenti,
riducendo al contempo ulteriormente la velocità di trasmissione.
Parametro GOP dinamico:
Parametro GOP dinamico
Off
On
Spiegazione
Regolazioni GOP dinamico, disattivate
Regolazioni GOP dinamico, attivate
Parametro limitazione GOP dinamico:
Parametro limitazione GOP dinamico Spiegazione
Valore attuale
Lunghezza GOP dinamico massima consentita
4
Le telecamere che supportano la tecnologia Zipstream di Axis sono configurate in modo predefinito con
il parametro di intensità impostato su 10 e il GOP dinamico disattivato. L'impostazione predefinita è
compatibile con tutte le applicazioni esistenti, mentre riduce ulteriormente la velocità di trasmissione.
3.2 Riduzione della velocità di trasmissione
La riduzione della velocità di trasmissione può essere derivata dalla Regione d'interesse (ROI) dello
Zipstream o dal suo GOP dinamico.
ROI dinamico
Il ROI dinamico ottimizza la larghezza di banda in tempo reale, analizzando dove i bit disponibili offrono
i maggiori vantaggi sotto il profilo giudiziario. Questo processo è eseguito per tutto il contenuto
d'immagine, risultando in un ROI dinamico completamente flessibile. Questo ROI dinamico
automaticamente si espande, comprime, cambia forma, si suddivide, si unisce, scompare e riappare in
base al contenuto, a tutto vantaggio della sincronizzazione della larghezza di banda istantanea.
Dato che non è risaputo in quale parte dell'immagine le informazioni rilevanti possono comparire,
Zipstream predispone il sistema agli eventi inattesi. Il ROI automatico dinamico è molto più conveniente
rispetto alle altre implementazioni ROI in cui la regione è impostata a mano.
GOP dinamico
Il GOP dinamico riduce la velocità di trasmissione evitando il salvataggio degli aggiornamenti I-frame
ingombranti. Le tipiche scene di sorveglianza con movimenti limitati possono essere compresse in
dimensioni molto ridotte senza alcuna perdita dei dettagli. Questo algoritmo esegue un adattamento in
tempo reale della lunghezza GOP sul video compresso, in base alla quantità di movimento. Tutte le
soluzioni client o Video Management System (VMS) possono non supportare la riproduzione fluida dei
video con questo algoritmo attivato anche se il flusso video compresso è conforme allo standard H.264.
3.3 Riduzioni di velocità attese
La tecnologia Zipstream Axis riduce la velocità di trasmissione media usando le informazioni di scena in
tempo reale. Un metodo per calcolare il salvataggio totale è quello di osservare i salvataggi della velocità
di trasmissione per ciascun metodo indipendentemente e moltiplicarlo per i fattori di riduzione.
Metodo Zipstream
ROI dinamico
GOP dinamico
Riduzione della velocità Influenzato da
di trasmissione
10-50%
parametro intensità Zipstream, movimento e
contenuto scena
0-50%
movimento nella scena
L'esempio in figura 1 traccia la velocità di trasmissione istantanea da un video con quattro differenti
scenari di movimento A, B, C e D, con due differenti configurazioni di Zipstream confrontate con quella
in cui lo Zipstream è disattivato. Tutti i flussi sono flussi con velocità di trasmissione in bit variabile
(VBR) con lunghezza GOP uguale a 32. Ogni aggiornamento I-frame è chiaramente visibile come picco
della velocità di trasmissione, dove la velocità di trasmissione istantanea può essere letta sugli assi
verticali.
5
Zipstream Disabled
Bitrate
mbit/s
3
2
1
0
16
32
48
64
80
96
112
128
144
160
Time
Frames
96
112
128
144
160
Time
Frames
96
112
128
144
160
Time
Frames
Zipstream effort level Low
Bitrate
mbit/s
3
2
1
Bitrate reduction
0
16
32
48
64
48
64
80
Zipstream effort level High
Dynamic GOP Enabled
Bitrate
mbit/s
3
2
1
Bitrate reduction
0
I
16
32
80
PPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPP
I
I
I
I
A
B
C
Frametype
GOP=32
D
Figura 1: illustrazione della velocità di trasmissione istantanea in quattro differenti scenari.
Questo esempio è stato creato per evidenziare il comportamento della tecnologia Zipstream di Axis in
svariate condizioni:
A.Periodo di tempo con movimento piccolo e breve. Il movimento piccolo è rilevato e aggiungendo
bit in quella regione è possibile conservare la parte in movimento del video.
B.Periodo con movimento grande e prolungato: necessita di più spazio ma è ancora possibile salvare
spazio di memoria durante questo movimento, dato che la regione dinamica rileva aree in cui
possono essere rimosse informazioni non prioritarizzate.
C.Periodo senza movimenti rilevati e l'algoritmo GOP dinamico rimuove gli aggiornamenti I-frame
inutili.
D. Periodo con piccoli movimenti prolungati.
3.4 Impostazione dei parametri
Il parametro di compressione originale è ancora in uso quando la tecnologia Zipstream di Axis è attivata.
Questo parametro controlla la quantità di compressione applicata ai dettagli giudiziari importanti, la
compressione è normalmente impostata su 30 e questo valore è raccomandato anche quando Zipstream
è attivato.
Il controllore della larghezza di banda integrato nel codificatore può essere combinato con Zipstream
per rinforzare il limite della larghezza di banda massima (MBR). La MBR è una configurazione VBR con
incluso un limite superiore per proteggere il sistema dai picchi momentanei di larghezza di banda.
Tuttavia, il limite MBR deve essere sufficiente per acquisire i dettagli degli oggetti in movimento nella
scena per attivare tutto il potenziale della tecnologia Zipstream di Axis e il VBR.
6
Per limitare la velocità di trasmissione per un maggiore tempo di archiviazione, le telecamere connesse
al cloud o le telecamere che usano l'archiviazione su dispositivo edge devono essere configurate con il
parametro d'intensità impostato su 30 e il GOP dinamico attivato. Questa impostazione è adatta per
combinarsi con sistemi MBR e/o di attivazione della rilevazione del movimento in cui alla velocità di
trasmissione è consentito di adattarsi alle modifiche in complessità. L'archiviazione su dispositivi edge è
uno sviluppo delle telecamere di rete Axis e dei codificatori video che abilitano la registrazione video
direttamente su una scheda di memoria SD integrata o su un dispositivo Network Attached Storage
(NAS).
Per maggiori informazioni sulla compressione video, vedere la sezione 7, Link utili, "Archiviazione su
dispositivo edge".
L'algoritmo GOP dinamico di Zipstream può essere usato per comprimere le sequenze a basso movimento.
Quando si usa il GOP dinamico la lunghezza GOP cambierà, il che pone un problema per alcuni VMS e
altri tipi di software client. Per migliorare il supporto nelle soluzioni software esistenti che implementano
in modo ottimale la riproduzione dei video H.264 con GOP dinamico, può essere selezionata o una
lunghezza GOP massima più corta o il GOP dinamico deve essere disattivato.
3.5 Confronto misurazioni
La figura 2 mostra degli esempi di scene di sorveglianza in cui la tecnologia Zipstream di Axis può ridurre
le necessità di archiviazione. La tabella mostra il valore di intensità dello Zipstream anche con GOP
dinamico attivato e la riduzione totale della velocità di trasmissione.
Punto vendita: scena interna dettagliata ben
illuminata, movimenti di media grandezza sparsi.
Intensità Zipstream: GOP dinamico: Riduzione
totale velocità
di trasmissione:
Bassa
Off
25%
Sorveglianza urbana: panoramica diurna, molti
movimenti piccoli di auto per la maggior parte del
tempo.
Intensità Zipstream: GOP dinamico: Riduzione
totale velocità
di trasmissione:
Alta
On
50%
Registrazione costante: scena molto disturbata
notturna con movimenti di auto piccoli e veloci.
Intensità Zipstream: GOP dinamico: Riduzione
totale velocità
di trasmissione:
Alta
On
90%
Figura 2: esempi di scene di sorveglianza in cui Zipstream può ridurre le necessità di archiviazione.1
1
La riduzione della velocità di trasmissione varierà in base alla luce e alle condizioni di movimenti e dettagli sulla scena.
7
4. Aree di applicazione
Nei sistemi VMS professionali, la riduzione della velocità di trasmissione è desiderabile mentre la qualità
dell'immagine deve essere conservata per le operazioni in siti critici sparsi nel mondo. Questi sistemi
devono rilevare anche la più piccola minaccia, e permetterne un uso avanzato a livello giudiziario dopo
un incidente. La tecnologia Zipstream di Axis permette ai sistemi di alta sicurezza di eseguire registrazioni
continue grazie alla bassa velocità di trasmissione usata per le scene statiche.
Con l'uso di AXIS Camera Companion (ACC) è desiderabile una velocità di trasmissione ugualmente
inferiore, dato che in questo caso il costo d'impianto e la facilità d'installazione sono prioritari. Lo scopo
è di archiviare video di qualità sufficiente su un dispositivo di memoria edge efficiente. Tuttavia la qualità
video deve essere diminuita in modo controllato, per poter trovare e capire facilmente il corso degli
eventi. Zipstream riduce la quantità di attivazioni perse permettendo segmenti di registrazione più
lunghi per ogni evento di movimento di attivazione senza generare dati in eccesso.
La tecnologia Zipstream di Axis è rilevante per tutti gli utenti che desiderano ridurre il costo di
archiviazione, ma l'applicazione principale è in un piccolo sistema che usa dispositivi di memoria edge.
Qualsiasi attività economica che necessita di una videosorveglianza su piccola scala, autonoma e di
facile utilizzo, come le società in avviamento o le piccole attività commerciali, otterrà sicuramente dei
vantaggi dall'uso di Zipstream.
4.1 Dettagli giudiziari
Axis raccomanda l'uso di video di rete con VBR dove la qualità deve essere adattata al contenuto delle
scene in tempo reale. L'uso di una strategia di riduzione dati per l'archiviazione come la velocità in bit
fissa (CBR) è sconsigliata, dato che le telecamere che forniscono video CBR potrebbero scartare dettagli
fondamentali sotto il profilo giudiziario in situazioni critiche, data la limitata velocità di trasmissione.
La tecnologia Zipstream di Axis fa sì che l'installatore di sistema possa continuare a utilizzare il VBR per
avere una qualità video ottimale riducendo al contempo i fabbisogni di archiviazione. In questo modo il
sistema di sorveglianza può continuare a fornire video di alta qualità. Dettagli fondamentali sotto il
profilo giudiziario, come le forme di volti, tatuaggi e abiti, sono isolati e conservati, mentre le parti
irrilevanti come le pareti bianche, i prati e la vegetazione sono sfumati.
Se una soluzione di archiviazione, o la rete, necessita di un limite superiore assoluto della larghezza di
banda, Zipstream è compatibile con MBR, un metodo che protegge il sistema dai picchi temporanei della
larghezza di banda.
5. Conclusione
Ottimizzata per la videosorveglianza, la tecnologia Zipstream di Axis implementa con molta più efficienza
il formato H.264, riducendo mediamente la larghezza di banda e lo spazio di archiviazione necessario di
almeno il 50% o in misura superiore per molti casi comuni di impiego della sorveglianza 24/7.
La tecnologia Zipstream di Axis consente di impiegare una risoluzione più alta e di aumentare i dettagli
giudiziari, riducendo al contempo i costi di archiviazione e permettendo registrazioni più lunghe. Questa
tecnologia consente di combinare un'elevata velocità di trasmissione di scene contenenti eventi di
particolare interesse con una velocità di trasmissione ridotta quando una scena è relativamente statica.
La tecnologia Zipstream sarà inizialmente disponibile per i prodotti basati su H.264, ma nulla vieta che
la soluzione possa essere trasferita ai codificatori H.265 quando sarà tecnicamente possibile.
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6. Acronimi e abbreviazioni
ACC
AXIS Camera Companion
CBR
Constant Bit Rate: velocità di trasmissione costante
GOP
Group of Pictures: gruppo di immagini
HEVC
High Efficiency Video Coding: codifica video ad alta efficienza
IEC
International Electrotechnical Commission: Commissione elettrotecnica internazionale
ISO
International Organization for Standardization: Organizzazione internazionale per la
standardizzazione
ITU
International Telecommunication Union: Unione internazionale delle telecomunicazioni
ITU-TITU Telecommunication Standardization Sector: Settore normalizzazione delle
telecomunicazioni di ITU
MBR
Maximum Bit Rate: velocità di trasmissione in bit massima
MPEG
Moving Picture Experts Group
NAS
Network-attached Storage
ROI
Region of Interest: regione di interesse
SD
Secure Digital
VBR
Variable Bit Rate: velocità di trasmissione in bit variabile
VCEG
Video Coding Experts Group o Visual Coding Experts Group
VMS
Video Management Software: Software per la gestione video
7. Link utili
Per maggiori informazioni consultare i seguenti link:
Axis Communications – "Tecnologia Zipstream":
www.axis.com/it/it/technologies/zipstream
Axis Communications – “Compressione video”:
www.axis.com/products/video/about_networkvideo/compression.htm
Axis Communications – "Archiviazione su dispositivi edge":
www.axis.com/products/video/about_networkvideo/edge_storage/
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63591/IT/R2/1508
Informazioni su Axis Communications
Axis offre soluzioni di sicurezza intelligenti e capaci di creare un mondo più sicuro. In qualità
di leader mondiale nel video di rete, Axis è alla guida del settore grazie al continuo sviluppo
di prodotti innovativi e basati su piattaforma aperta, offrendo ai clienti la massima qualità
grazie a una rete di partner globale. Axis ha stretto collaborazioni a lungo termine con i
propri partner e fornisce loro conoscenze e prodotti di rete innovativi per mercati nuovi e già
consolidati.
Axis ha oltre 2.000 dipendenti dedicati in più di 40 paesi in tutto il mondo, assistiti da una
rete di oltre 75.000 partner in 179 nazioni. Fondata nel 1984, Axis è una società con sede in
Svezia e quotata all’indice NASDAQ di Stoccolma con la sigla AXIS.
Per ulteriori informazioni, visitare il sito web www.axis.com.
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