ホワイトペーパーアクシスのZipstreamテクノロジー少ないストレージでより多くの映像を保存目次 1. はじめに3 2.Zipstreamテクノロジー登場の背景3 2.1 ビデオ圧縮アルゴリズム3 3. アクシスのZipstreamテクノロジーとは？4 3.1 さまざまな設定オプション4 3.2 ビットレート低減5 3.3 低減可能なレート5 3.4 パラメーターの設定6 3.5 比較の基準7 4. さまざまな用途8 4.1 科学捜査に必要なディテール8 5. 終わりに8 6. 略語一覧9 7. 参考リンク9 1. はじめに今日、ほとんどのネットワークビデオ監視システムでネックとなっているのが、後日使用するために保存しておく映像の量です。過去10年間に、センサーや光学機械、カメラ内の画像処理機能などのカメラテクノロジーが急速な進歩を遂げたことで、映像の解像度が高まり、フレームレートやダイナミックレンジは大きくなり、被写体の詳細をより多く記録できるようになっています。この進歩により、証拠動画や顔認識などの科学捜査の質も向上しています。ただし、これは適切な場所と時間に、適切な画質で録画された映像が使用できる場合に限られます。システムのストレージ容量が少なく、貴重な情報が必要となる前にそれらを消去する設定になっていたとしたら、高画質の映像も全く役に立たないでしょう。映像のビットレートを下げることでのストレージの要求量を小さくするには、さまざまな手法があります。例えば、ストレージに保存する期間を制限する、映像を低解像度で保存する、フレームレートを下げ、ビデオ圧縮率を高める、などがあります。しかし、これらの方法ではすべて、情報が本当に必要になったときに、非常に重要なものが失われている可能性があります。映像監視のために開発されたアクシスのZipstreamテクノロジーは、画期的な圧縮率を誇るH.264 方式で、帯域幅とストレージの要求量を平均で50％以上低減できます。アクシスのZipstreamテクノロジーは、ネットワークカメラのビデオ圧縮エンジン内にモジュールを追加し、ビデオストリームにおいて画像内の重要な部分の詳細は十分に維持しつつ、不要なデータを消去します。アクシスのZipstreamテクノロジーを使用すれば、高価で複雑なシステム統合を行うことなく、スト> レージコストを50％以上削減することができます。 2. Zipstreamテクノロジー登場の背景監視カメラから送られる映像を効率的に保存するには、それがどのようなメディアに保存される場合でも、使用可能なスペースに収まるように処理を行う必要があります。さまざまな搭載アプリケーション向けとして最も一般的で低コストのメディアであるSDカードに、高解像度でフルフレームレートの映像を保存するには、オリジナルの情報をエンコードする必要があります。これは、重複する情報を低減・削除してビデオデータを生成する、ビデオ圧縮アルゴリズムを使って行います。ビデオ圧縮の詳細については、セクション7「参考リンク」の「ビデオ圧縮」をご参照ください。 2.1 ビデオ圧縮アルゴリズムビデオ圧縮アルゴリズムは、映像の中で既に送信され次の画像フレームで送信する必要のない箇所を特定するために使用されます。またこのアルゴリズムは、見た目の画質を落とすことなく、削除できる映像の詳細部分を特定することにも使用されます。協調して適切に動作する最先端のビデオ圧縮アルゴリズム群がひとつの国際規格にまとめられ、映像の保存、共有、視聴のためのビデオストリームシンタックスとなっています。今日、最もよく使用されているビデオ圧縮規格はH.264と呼ばれるもので、数日間の監視映像を1枚のSDカードに納められるサイズに圧縮できる方式です。 H.264に基づくビデオ圧縮に使用されるアルゴリズムはこの規格に含まれておらず、このシンタックスと再生のための方式のみが規格化されています。このため、H.264の優れたエンコーディングソリューションを活用しながら、ファイル形式の相互運用性 (ビデオデコーダの互換性) を維持することができます。アクシスのZipstreamテクノロジーは、監視用途での効率を高めたH.264ビデオエンコーダです。これには監視用途に特化したさまざまな手法が含まれているため、ネットワークカメラの映像のビットレートを大幅に下げることができます。 3 3. アクシスのZipstreamテクノロジーとは？アクシスのZipstreamテクノロジーは、カメラの内部でビデオストリームをリアルタイムで分析するためのアルゴリズムを集めたものです。設定された画質の範囲で、映像内の重要な部分の詳細や動きは維持しながら、アクシス独自のモジュールを通してそれ以外の部分に対してより高度なフィルタ処理を行うことで、帯域の使用量を最適に保つことができます。アクシスのZipstreamテクノロジーは、ISO/IECの動画像符号化専門家グループ (MPEG) とITU-Tのビデオ符号化専門家グループ (VCEG) が共同開発した、高効率ビデオコーディング (HEVC) /ITU電気通信標準化部門 (ITU-T) のH.265の代替となるものではありません。Zipstreamは、少しの変更を加えるだけで多くのビデオ圧縮規格に適用でき、ビデオコーダーの性能を高めることのできる技術です。 3.1 さまざまな設定オプションアクシスのZipstreamテクノロジーは、以下の4つの要素に基づいて、圧縮ビデオストリームを調整します。 >> >> >> >> シーンの動きシーンの内容環境光レベル設定オプション Zipstreamに影響する設定オプション： >> >> >> >> >> >> 圧縮パラメーターピクチャー群 (GOP) の長さフレームレート強度パラメーターダイナミックGOPパラメーターダイナミックGOP制限パラメーター Zipstreamのエフォートレベルは、以下のように強度パラメーターにより決定されます。強度パラメーターエフォートレベルオフ説明 Zipstreamは無効 10 低ほとんどのシーンで、認識できる画質低下なし 20 中一部のシーンで、ランダムな箇所にある程度認識できる画質低下あり 30 高多くのシーンで、ランダムな箇所に認識できる画質低下あり強度パラメーター設定はすべて、既存のアプリケーションすべてで使用可能であり、しかもビットレートを下げることができます。ダイナミックGOPパラメーター：ダイナミックGOPパラメーター説明オフダイナミックGOP調整が無効オンダイナミックGOP調整が有効ダイナミックGOP制限パラメーター: ダイナミックGOP制限パラメーター説明実際の値ダイナミックGOPの長さの最大許容値 4 アクシスのZipstreamテクノロジーをサポートしているネットワークカメラは、デフォルト設定では強度パラメーターは10、ダイナミックGOPは無効になっています。このデフォルト設定は既存のアプリケーションすべてで使用可能で、しかもビットレートを下げることができます。 3.2 ビットレート低減ビットレートは、Zipstreamのダイナミック関心領域 (ROI) またはダイナミックGOPにより低減することができます。ダイナミックROI ダイナミックROIは、科学捜査の観点から、使用できるビットを最大限に活用できる箇所を特定することにより、帯域幅を最適化することができます。このプロセスは、画像の内容のすべてに対して行われ、完全に柔軟なダイナミックROIを実現します。このダイナミックROIは、画像の内容に合わせて自動的に拡大、縮小、変形、分割、統合、消滅、再出現し、各時点での帯域幅を調節することができます。画像のどの部分に必要な情報が現れるかは前もってわからないため、Zipstreamはシステムが偶発的な出来事に備えられるようにしています。このダイナミックで自動的なROIは、関心領域を手動で設定する他の従来タイプのROI方式よりも、利便性がはるかに高くなっています。ダイナミックGOP ダイナミックGOPは、ストレージを多く消費するIフレームの更新を回避することでビットレートを低減します。あまり動きのない一般的な監視シーンは、ディテールを失うことなく、非常に小さいサイズに圧縮できます。このアルゴリズムは、動きの量に応じて、圧縮ビデオのGOPの長さをリアルタイムで調整することができます。クライアントやビデオ管理ソフトウェア (VMS) のソリュー> ションによっては、圧縮ビデオストリームがH.264規格に適合していても、このアルゴリズムを有効化した映像の再生がスムーズに行えない場合があります。 3.3 低減可能なレートアクシスのZipstreamテクノロジーは、リアルタイムのシーン情報を使用して平均ビットレートを低減することができます。合計の低減量を概算する方法の1つとして、それぞれの方式のビットレート節約量を個別に見て、低減係数を掛け算することができます。影響因子ダイナミックROI ビットレート低減 10-50% ダイナミックGOP 0-50% シーンの動き Zipstream方式 Zipstreamの強度パラメーター、シーンの動きと内容図1の例では、4つの異なった動きのシナリオA、B、C、Dの瞬間ビットレートが、2つのZipstream設定で、Zipstream無効時と比較してプロットされています。ストリームはすべて可変ビットレート (VBR) ストリームで、GOPの長さ＝32です。Iフレームの更新は、ビットレートが急上昇するため、それぞれはっきりと見てとることができ、その瞬間のビットレートは縦軸から読み取ることができます。 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 strength=10 Bitrate mbit/s 3 2 1 Bitrate reduction 0 16 32 48 64 48 64 80 Zipstream strength=30 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 図 1：4つのシナリオにおける瞬間ビットレートを示す。この例は、さまざまな状況におけるアクシスのZipstreamテクノロジーの動作を明確に示す目的で作成されています。 A. 小さい動きのある時間。この小さい動きが検知されると、この領域でビット数を増やすことで映像の動きを保存することができます。 B. 大きな動きが長時間続くと、より多くの保存スペースが必要ですが、この動きの間にもストレージを節約することが可能です。これは、ダイナミック領域が、優先順位の低い情報を削除できるエリアを検知するからです。 C. 動きのない時間が検知され、ダイナミックGOPアルゴリズムが不必要なIフレームの更新を削除しています。 D. 小さい動きが長時間続いています。 3.4 パラメーターの設定アクシスのZipstreamテクノロジーが有効化されても、元の圧縮パラメーターはそのまま使用されます。このパラメーターは、科学捜査において重要なディテールに適用する圧縮量をコントロールします。圧縮は通常30に設定されますが、この値はZipstreamを有効化した場合にも推奨されます。エンコーダに組み込まれたビットレートコントローラーは、Zipstreamと組み合わせて最大ビットレート制限を行うことができます。MBRはVBR設定の1つで、システムの帯域幅が一時的に急上昇することを防ぐための上限値を含んでいます。ただし、アクシスのZipstreamテクノロジーとVBR の機能をフルに活用するためには、シーンで動く物体のディテールを捉えられるだけのMBRを設定しておく必要があります。 6 ストレージへの記録時間を延ばすためにビットレートを制限するには、クラウドに接続されたカメラまたはエッジストレージを使用するカメラを、強度パラメーター：30、ダイナミックGOP：有効に設定しておく必要があります。この設定は、動体検知トリガーおよび/または複雑度の変化に> ビットレートを適合させることのできるMBRシステムと組み合わせる場合に適しています。エッジストレージは、アクシスのネットワークカメラとビデオエンコーダ内で使用できる機能で、搭載しているSDカードまたはネットワーク接続ストレージデバイス (NAS) に直接映像を録画することができます。エッジストレージの詳細については、セクション7「参考リンク」の「エッジストレージ」をご参照ください。 ZipstreamのダイナミックGOPアルゴリズムを使用して、動きの少ないシーケンスを圧縮することもできます。ダイナミックGOPを使用するとGOPの長さが変化するため、VMSまたはその他のタイプのクライアントソフトウェアで問題が起きる場合があります。既存のソフトウェアソリューションが、ダイナミックGOPによるH.264映像の再生を最適に実装されていない場合は、動作を改善するには、GOPの最大長を短くするかダイナミックGOPを無効化してください。 3.5 比較の基準図2は、アクシスのZipstreamテクノロジーによってストレージの要求量を低減できる監視シーンの例をいくつか示しています。この表では、Zipstreamの強度を示す値、ダイナミックGOPの有効・無効に加えて合計のビットレート低減量も示しています。小売店舗：照明の明るい、屋内のディテールの多いシーン。中程度の大きさの動きわずかにあり。 Zipstreamの強度：ダイナミック合計のビット GOP：レート低減 10 オフ 25% 市街地監視：日中の概観。ほとんどの時間、多くの車両の小さな動きあり。 Zipstreamの強度：ダイナミック合計のビット GOP：レート低減 30 オン 50% 常時録画：終夜の非常にノイズの多いシーンで、わずかに車両の小さく速い動きあり。 Zipstreamの強度：ダイナミック合計のビット GOP：レート低減 30 オン 90% 図 2：Zipstreamがストレージの要求量を低減できる監視シーンの例。1 1 ビットレート低減量は、各シーンの照明や動きの状態、ディテールにより異なります。 7 4. さまざまな用途プロフェッショナル仕様のVMSシステムでは、ビットレート低減は望ましいことですが、それと同時に、世界中の重要な場所での活動に対応できるよう画質を維持する必要もあります。これらのシステムは、たとえ些細な脅威であっても検知し、どんな出来事の後でも先進的な科学捜査が可能になるようにしなければなりません。アクシスのZipstreamテクノロジーは、動きのない> シーンではビットレートを低く抑えるため、高度なセキュリティシステムでの連続録画が可能になります。 AXIS Camera Companion (ACC) を使用する場合は、システムを低コストで容易に設置することが重要であるため、さらに低いビットレートが望まれます。これは、十分な画質の映像を低コストのエッジストレージに保存することを目的としています。ただし、容易に出来事を検出して、その経過を理解できるよう、画質は適切に低くする必要があります。Zipstreamは、余分なデータを生成することなく、動きがトリガーとなる出来事の各録画セグメントを長くすることで、見落とされるトリガーの数を低減します。アクシスのZipstreamテクノロジーは、ストレージコストを下げることを希望しており、主な用途がエッジストレージを使用する小規模システム内である、というユーザーのすべてに適しています。Zipstreamは、起業したばかりの企業や規模の小さな企業など、小規模でスタンドアロンの使いやすい映像監視が必要な事業のすべてで、その効果を発揮します。 4.1 科学捜査に必要なディテールアクシスでは、リアルタイムでシーンの内容に応じて画質を調節できるVBR方式を推奨しており、ストレージ低減のために固定ビットレート (CBR) 方式を使用することは推奨していません。これは、CBRによる映像を録画するカメラは、ビットレート制限のため、科学捜査において重要なディテールを削除する必要に迫られる場合があるからです。システムを設置する際にアクシスのZipstreamテクノロジーを活用すれば、VBRを使用して、最適な画質を保ちながらストレージの要求量を下げることができます。これにより、監視システムは高画質の映像を提供し続けることができます。顔やタトゥー、衣服の模様といった科学捜査において重要なディテールは分離・保存され、白い壁や芝生、植物など、あまり重要でない部分は除かれます。ストレージソリューションまたはネットワークの帯域幅の上限値が動かせない場合は、Zipstream をMBRと共に使用して、システムの帯域幅が一時的に急上昇することを防ぐことができます。 5. 終わりに映像監視専用に最適化されたアクシスのZipstream技術は、H.264圧縮技術の実装により圧倒的な効率性を発揮し、一般的な昼夜を問わず運営される監視の多くで、帯域幅とストレージ容量を平均50%あるいは、それ以上削減することができます。アクシスのZipstreamテクノロジーは、より高い画質を提供し、科学捜査に必要なディテールも詳細に記録できます。しかも、ストレージコストを削減し、より長い時間録画することが可能です。このテクノロジーは、特に重要な出来事の起きているシーンではビットレートを高め、動きの少ないシーンではビットレートを下げることが可能です。 Zipstreamはまず、H.264ベースの製品で使用できるようになります。しかし将来、H.265エンコーダが技術的に可能になれば、それらの新製品に問題なく適用することができます。 8 6. 略語一覧 ACC AXIS Camera Companion CBR 固定ビットレート (Constant Bit Rate) GOP ピクチャー群 (Group of Pictures) HEVC 高効率ビデオコーディング (High Efficiency Video Coding) IEC 国際電気標準会議 (International Electrotechnical Commission) ISO 国際標準化機構 (International Organization for Standardization) ITU 国際電気通信連合 (International Telecommunication Union) ITU-TITU電気通信標準化部門 (ITU Telecommunication Standardization Sector) MBR 最大ビットレート (Maximum Bit Rate) MPEG 動画像符号化専門家グループ (Moving Picture Experts Group) NAS ネットワーク接続ストレージ (Network-attached Storage) ROI 関心領域 (Region of Interest) VBR 可変ビットレート (Variable Bit Rate) VCEG ビデオ符号化専門家グループ (Video Coding Experts Group) またはビジュアル符号化専門家グループ (Visual Coding Experts Group) VMS ビデオ管理ソフトウェア (Video Management Software) 7. 参考リンク詳細については、以下のリンクをご参照ください。アクシスコミュニケーションズ – 「ビデオ圧縮」 www.axis.com/products/video/about_networkvideo/compression.htm アクシスコミュニケーションズ – 「エッジストレージ」 www.axis.com/products/video/about_networkvideo/edge_storage/ 9 63597/JA/R2/1505 Axis Communicationsについてアクシスは、インテリジェントなセキュリティソリューションを通じて、よりスマートで安全な環境の実現を目指しています。世界のネットワークビデオ市場をけん引するリー> ダーとして、アクシスはオープンプラットフォームを基盤とした革新的なネットワーク機器を次々と開発し、製品化しています。また、パートナーとのグローバルな連携体制を通じて、お客様に付加価値の高い製品をお届けします。アクシスでは、長年にわたってパートナーと協力関係を築いてきました。アクシスはこうしたパートナーに向け、蓄積された知見と、既存および新規市場における画期的なネットワーク製品を提供しています。アクシスは全世界40ヶ国以上に1,900人を超える熱意にあふれた従業員を擁し、179ヶ国の75,000以上のパートナーから成る連携体制に支えられています。スウェーデンに本社を置くアクシスは1984年に設立され、NASDAQ Stockholm (ティッカーシンボルAXIS) に株式上場しています。より詳しい情報はwww.axis.comをご覧ください。 ©2015 Axis Communications AB. 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