Tecnologia Zipstream da Axis

Transcrição

1 Documentos informativos Tecnologia Zipstream da Axis Mais vídeos, menos armazenamento

2 Índice 1. Introdução 3 2. Cenário Algoritmo de compressão de vídeo 3 3. Como a tecnologia Zipstream da Axis funciona? Opções de configuração Redução de taxa de bits Taxas de reduções esperadas Configurações de parâmetro Medidas de comparação 7 4. Áreas de aplicação Detalhes forenses 8 5. Conclusão 8 6. Acrônimos e abreviações 9 7. Links úteis 9

3 1. Introdução A maioria dos sistemas de vigilância por vídeo são limitados pela quantidade de vídeos que podem ser armazenados para uso futuro. As tecnologias de câmeras, como sensores, ótica e processamento de imagem embutido se desenvolveram rapidamente nos últimos 10 anos, o que resultou em vídeos com a resolução, taxa de quadros e faixa dinâmica mais altas, capturando mais detalhes da cena. O desenvolvimento melhorou a qualidade da evidência por vídeo e análise forense como a identificação facial, mas somente quando é possível recuperar o vídeo filmado no lugar e na hora certa, com boa qualidade. Uma fonte de vídeo de alta qualidade não serve de nada se o armazenamento é limitado e se o sistema foi configurado para remover informações valiosas antes de serem utilizadas. Existem vários métodos para limitar as necessidades de armazenamento reduzindo a taxa de bits do vídeo, como limitar o tempo de retenção do armazenamento, salvar o vídeo em uma resolução mais baixa, reduzir a taxa de quadros e comprimir o vídeo. Em todos estes métodos, informações essenciais podem ser perdidas. Otimizado para vigilância por vídeo, a tecnologia Zipstream da Axis é uma implementação H.264 muito mais eficiente, reduzindo a largura de banda e os requisitos de armazenamento em uma média de 50% ou mais. A tecnologia Zipstream da Axis adiciona um módulo dentro do mecanismo de compressão de vídeo da câmera de rede que garante que detalhes importantes da imagem receberão a devida atenção no stream de vídeo, enquanto dados desnecessários são removidos. A tecnologia Zipstream da Axis diminui o custo do armazenamento reduzido em uma média de 50% ou mais, sem a necessidade de uma integração cara e complicada. 2. Cenário Antes que os vídeos das câmeras de vigilância possam ser armazenados com eficiência em qualquer mídia, ele precisa ser processado para caber no espaço disponível. Para colocar vídeos de alta resolução e taxa de quadros completa em cartões SD, que são o tipo de mídia mais popular e econômica para aplicativos embutidos, as informações originais precisam ser codificadas. Isto é feito usando algoritmos de compressão de vídeo reduzindo e removendo informações redundantes. Veja a seção 7, Links úteis, 'Compressão de vídeo', para obter mais informações sobre compressão de vídeo. 2.1 Algoritmos de compressão de vídeo Os algoritmos de compressão de vídeo são usados para encontrar regiões no vídeo que já foi transferido e que não precisa ser enviado novamente no próximo quadro de imagem. Outra tarefa do algoritmo é identificar onde os detalhes do vídeo podem ser removidos sem reduzir a qualidade visual. Os algoritmos de compressão de vídeo de última geração que funcionam bem juntos são agrupados em um padrão internacional, que é uma sintaxe de stream de vídeo criada para armazenar, compartilhar e visualizar vídeos. Hoje em dia, o padrão de compressão de vídeo mais usado se chama H.264, que é um método eficiente que compacta vários dias de gravações de vídeo de vigilância em um único cartão SD. O algoritmo usado para comprimir o vídeo de acordo com o H.264 não faz parte do padrão, somente a sintaxe e o método para realizar a reprodução são padronizados. Isto permite que melhores soluções de codificação H.264 sejam criadas enquanto o formato do arquivo é mantido para interoperabilidade (compatibilidade do decodificador do vídeo). A tecnologia Zipstream da Axis é a implantação mais eficiente de um codificador de vídeo H.264 para aplicativos de vigilância. Ela inclui diversos métodos de vigilância únicos que permitem que as câmeras de rede produzam vídeos com uma taxa de bits mais baixa. 3

4 3. Como a tecnologia Zipstream da Axis funciona? A tecnologia Zipstream da Axis é um conjunto de algoritmos na câmera que analisa o stream de vídeo em tempo real. Detalhes interessantes e movimentos são preservados com a qualidade de vídeo fornecida, enquanto o módulo único da Axis filtra outras áreas mais difíceis para usar a largura de banda disponível da melhor maneira possível. A tecnologia Zipstream da Axis não é uma substituição para o Setor de padronização de telecomunicação (ITU-T) H.265 High Efficiency Video Coding (HEVC)/ITU, que foi desenvolvido em conjunto pelo ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG) e ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG). A tecnologia Zipstream é uma melhoria na codificação de vídeo, que pode ser aplicada em vários padrões de compressão de vídeo com pequenas adaptações. 3.1 Opções de configuração A tecnologia Zipstream da Axis adapta o stream de vídeo comprimido com base em quatro fatores: > > Movimento de cena > > Conteúdo da cena > > Nível da luz do ambiente > > Opções de configuração Opções de configuração que afetam o Zipstream: > > Parâmetro de compressão > > Comprimento do GOP (Group of Pictures, Grupo de fotos) > > Taxa de quadros > > Parâmetro de força > > Parâmetro GOP dinâmico > > Parâmetro de limitação GOP dinâmico O nível de esforço do Zipstream é definido pelo parâmetro de força, como a seguir: Parâmetro de força Nível de esforço Explicação Desligado - Zipstream desativado 10 Baixo Não há degradação de qualidade visível na maioria das cenas 20 Médio Degradação de qualidade visível limitada em áreas sem prioridade em algumas cenas 30 Alto Degradação de qualidade visível em áreas sem prioridade em muitas cenas Todas as configurações de parâmetro de força são compatíveis com todos os aplicativos existentes e, ao mesmo tempo, ainda reduzem a taxa de bits. Parâmetro GOP dinâmico: Parâmetro GOP dinâmico Desligado Ligado Explicação Ajustes do parâmetro GOP dinâmico, desativado Ajustes do parâmetro GOP dinâmico, ativado Parâmetro de limitação GOP dinâmico: Parâmetro de limitação GOP dinâmico Valor real Explicação Comprimento máximo permitido do GOP dinâmico 4

5 Por padrão, as câmeras de rede são compatíveis com a tecnologia Zipstream da Axis com o parâmetro de força configurado para 10 e GOP dinâmico desativado. A configuração padrão é compatível com todos os aplicativos existentes, além de reduzir a taxa de bits. 3.2 Redução de taxa de bits A redução da taxa de bits pode derivar do ROI (Region of Interest, Região de interesse) do Zipstream ou do seu GOP dinâmico. ROI dinâmico O ROI dinâmico otimiza a largura de banda em tempo real ao analisar onde os bits disponíveis darão o máximo de benefícios utilizando uma perspectiva forense. Este processo é realizado para todo o conteúdo de imagem, resultando em um ROI dinâmico totalmente flexível. Este ROI dinâmico se expande, diminui, muda de formato, se divide, se mescla, desaparece e reaparece dependendo do conteúdo, para poder sintonizar a largura de banda instantânea. Como não se sabe em quais partes da imagem podem surgir informações relevantes, o Zipstream prepara o sistema para eventos inesperados. O ROI é muito mais conveniente do que outras implantações de ROI tradicionais, onde a região é configurada manualmente. GOP dinâmico O GOP dinâmico reduz a taxa de bits ao evitar atualizações I-frame que consomem o armazenamento. Cenas de vigilância comuns com movimentos limitados podem ser comprimidas externamente sem a perda de muitos detalhes. Este algoritmo gera uma adaptação em tempo real do comprimento GOP no vídeo comprimido de acordo com a quantidade de movimento. Todos os clientes ou soluções VMS (Video Management System, Sistema de gerenciamento de vídeo) podem não ser compatíveis com a reprodução suave do vídeo com este algoritmo ativado, apesar do stream de vídeo comprimido estar de acordo com o padrão H Taxas de reduções esperadas A tecnologia Zipstream da Axis reduz a taxa de bits média ao usar informações da cena em tempo real. Um método para estimar o total de economias é analisar as economias da taxa de bits em cada método de maneira independente e multiplicar os fatores de redução. Método Zipstream Redução de taxa de bits Influenciado por 10-50% O parâmetro de forma do Zipstream, movimento ROI dinâmico e conteúdo da cena GOP dinâmico 0-50% Movimento de cena O exemplo na Figura 1 demarca a taxa de bits instantânea de um vídeo com quatro cenários de movimentação diferentes A, B, C e D, com duas configurações do Zipstream diferentes que são comparadas a quando o Zipstream está desativado. Todos os streams são streams VBR (Variable Bit Rate, Taxa de bits variável) com comprimento GOP de 32. Cada atualização I-frame update é totalmente visível já que os picos da taxa de bits e a taxa de bits instantânea podem ser lidos em eixos verticais. 5

6 Bitrate mbit/s Zipstream disabled Time Frames Bitrate mbit/s Zipstream strength= Bitrate reduction Time Frames Bitrate mbit/s 3 Zipstream strength=30 Dynamic GOP enabled Bitrate reduction Time Frames PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP I I I I I Frametype GOP=32 A B C D Figura 1: Ilustração de taxa de bits instantânea em quatro cenários diferentes. Este exemplo foi criado para destacar o comportamento da tecnologia Zipstream da Axis sob as seguintes condições: A. Período com movimentação pequena e rápida. A pequena movimentação é detectada e a adição de bits nesta região pode preservar a parte em movimento do vídeo. B. O período com movimentação grande e longa precisa de mais espaço, mas ainda é possível armazenar durante este movimento, já que a região dinâmica detecta as áreas onde informações supérfluas podem ser removidas. C. Os períodos sem movimento são detectados e o algoritmo GOP dinâmico remove atualizações I-frame desnecessárias. D. Período com movimento pequeno mais longo. 3.4 Configurações de parâmetro O parâmetro de compressão original ainda é usado quando a tecnologia Zipstream da Axis está ativada. O parâmetro controla a quantidade de compressão para detalhes forenses importantes. A compressão é usada para definir para 30 e este valor é recomendado também quando o Zipstream está ativado. O controlador de taxa de bits integrado ao codificador pode ser combinado ao Zipstream para reforçar o limite da MBR (Maximum Bit Rate, Taxa de bits máxima). O MBR é uma configuração VBR que inclui um limite máximo para proteger o sistema de picos de largura de banda temporários. No entanto, o limite MBR deve ser suficiente para capturar os detalhes de objetos em movimento na cena para permitir o potencial completo da tecnologia Zipstream da Axis e VBR. 6

7 Para limitar a taxa de bits para ter um tempo de armazenamento maior, as câmeras conectadas à nuvem ou câmeras que usam armazenamento de ponta devem ser configuradas com o parâmetro de força definido em 30 e o GOP dinâmico ativado. Esta configuração é adequada para combinar os sistemas de acionamento da detecção de movimento Taxa de bits máxima e/ou MBR onde a taxa de bits pode adaptar-se às mudanças de complexidade. O armazenamento de ponta é um desenvolvimento nas câmeras de rede e nos codificadores de vídeo da Axis que permite a gravação do vídeo diretamente para um cartão SD ou para um dispositivo NAS (Network-attached Storage). Ver seção 7, Links úteis, 'Armazenamento de ponta', para obter mais informações sobre armazenamento de ponta. O algoritmo GOP dinâmico do Zipstream pode ser usado para comprimir sequências pequenas de movimentos. Ao usar o GOP dinâmico, o comprimento do GOP varia, o que pode gerar um problema para alguns VMS e tipos de sofware de clientes. Para melhorar o suporte em soluções de software existentes que não implementam de maneira otimizada a reprodução do vídeo H.264 com GOP dinâmico, pode ser selecionado um comprimento máximo de GOP menor ou o GOP dinâmico pode ser desativado. 3.5 Medidas de comparação A Figura 2 mostra exemplos de cenas de vigilância onde a tecnologia Zipstream da Axis pode reduzir as necessidades de armazenamento. A tabela mostra o valor de força do Zipstream e o se o GOP dinâmico foi ativado, assim como a redução total da taxa de bits. Varejo: Cena detalhada interna bem iluminada, movimentos escassos de médio porte. Força Zipstream: 10 GOP dinâmico: Desligado Redução total da taxa de bits: 25% Vigilância da cidade: Visão geral diária, movimentações pequenas de carros na maior parte do dia. Força Zipstream: 30 GOP dinâmico: Ligado Redução total da taxa de bits: 50% Gravação constante: Cena noturna com muitos ruídos com pequenos movimentos de carros escassos e rápidos. Força Zipstream: 30 GOP dinâmico: Ligado Redução total da taxa de bits: 90% Figura 2: Exemplos de cenas de vigilância onde o Zipstream pode reduzir as necessidades de armazenamento. 1 1 A redução da taxa de bits varia dependendo das condições de luz e de movimentação e dos detalhes da cena. 7

8 4. Áreas de aplicação Em sistemas VMS profissionais, a redução da taxa de bits é desejável quando a qualidade de imagem deve ser mantida para operações em locais críticos ao redor do mundo. Esses sistemas detectam até mesmo uma pequena ameaça e permite o trabalho forense avançado após o incidente. A tecnologia Zipstream da Axis permite que sistemas de alta segurança usem gravações contínuas devido à baixa taxa de bits usada para cenas estáticas. Ao usar o AXIS Camera Companion (ACC) necessita-se de uma taxa de bits ainda mais baixa, já que o custo e a fácil instalação do sistema são prioridades. O objetivo é armazenar vídeos com qualidade suficiente em um armazenamento de borda econômico. No entanto, a qualidade do vídeo deve diminuir de maneira controlada, para que seja possível encontrar e compreender a evolução dos eventos. O Zipstream reduz a quantidade de acionamentos ao permitir segmentos de gravação mais longos para cada evento acionado por movimento sem gerar dados excessivos. A tecnologia Zipstream da Axis é relevante para todos os usuários para reduzir o custo do armazenamento, mas o aplicativo principal está em sistemas pequenos que usam armazenamento de borda. Qualquer negócio que necessita de uma vigilância por vídeo pequena, autônoma e fácil de usar, como empresas iniciantes ou pequenos negócios, se beneficiarão do uso do Zipstream. 4.1 Detalhes forenses A Axis recomenda o uso do vídeo em rede com VBR onde a qualidade é adaptável ao conteúdo da cena em tempo real. Usar a CBR (Constant Bit Rate, Taxa de bits constante) como uma estratégia de redução de armazenamento não é uma atitude recomendada, já que as câmeras que geram vídeos CBR podem descartar detalhes forenses importantes em situações críticas por causa do limite da taxa de bits. A tecnologia Zipstream da Axis possibilita que o instalador do sistema continue usando o VBR para uma qualidade de vídeo excelente, enquanto reduz os custos de armazenamento. Desta forma o sistema de vigilância continua a gerar vídeos de alta qualidade. Detalhes forenses importantes como faces, tatuagens e estampas de roupas são isolados e preservados, enquanto partes irrelevantes como paredes brancas, gramados e vegetações são suavizados. Se uma solução de armazenamento ou a rede requerem um limite de largura de banda absoluto, o Zipstream é compatível com MBR, um método que protege o sistema de picos temporários de largura de banda. 5. Conclusão Otimizada para vigilância por vídeo, a tecnologia Zipstream da Axis é uma implementação H.264 radicalmente mais eficiente que diminui a largura de banda e os requisitos de armazenamento em 50% ou mais em média para muitos casos de uso de vigilância comuns 24 horas por dia, 7 dias por semana. A tecnologia Zipstream da Axis possibilita usar uma resolução alta e aumentar os detalhes foreses, enquanto reduz o custo do armazenamento e possibilita gravações mais longas. Ele permite uma taxa de bits alta em cenas com eventos importantes, juntamente com a taxa de bits baixa quando a cena é relativamente estática. O Zipstream estará disponível para produtos baseados em H.264, mas não há nada nesta tecnologia que impeça a migração da solução para codificadores H.265 quando isto for tecnicamente possível. 8

9 6. Acrônimos e abreviações ACC CBR GOP HEVC IEC ISO ITU ITU-T MBR MPEG NAS ROI VBR VCEG VMS AXIS Camera Companion Taxa de bits constante Grupo de fotos Codificação de vídeo altamente eficiente Comissão eletrotécnica internacional Organização internacional para padronização União internacional de telecomunicação Setor de padronização de telecomunicação ITU Taxa de bits máxima Grupo de especialistas de imagem em movimento Armazenamento anexado à rede Região de interesse Taxa de bits variável Grupo de especialista em codificação de vídeo ou Grupo de especialistas em codificação visual Software de gerenciamento de vídeo 7. Links úteis Para mais informações, consulte os seguintes links: Axis Communications 'Compressão de vídeo': Axis Communications 'Armazenamento de ponta': 9

10 63593/BR/R1/1509 Sobre a Axis Communications A Axis fornece soluções de segurança para um mundo mais inteligente e seguro. Como líder de mercado em vídeo em rede, a Axis impulsiona o setor através do lançamento contínuo de produtos de vídeo em rede inovadores, baseados numa plataforma aberta - oferecendo alto valor agregado aos seus clientes através de uma rede mundial de parceiros. A Axis mantém relacionamentos de longo prazo com seus parceiros, fornecendo conhecimentos e produtos de rede inovadores em mercados novos e já existentes. A Axis conta com mais de funcionários em mais de 40 países ao redor do mundo e com o apoio de uma rede de mais de parceiros em 179 países. Fundada em 1984, a Axis é uma empresa com sede na Suécia e listada na NASDAQ de Estocolmo como AXIS. Para obter mais informações, visite nosso site Axis Communications AB. AXIS COMMUNICATIONS, AXIS, ETRAX, ARTPEC e VAPIX são marcas registradas ou aplicações de marcas comerciais da Axis AB em várias jurisdições. Todos os outros nomes de empresas e produtos são marcas comerciais ou registradas das respectivas empresas. Reservamo-nos o direito de inserir modificações sem aviso prévio.