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SDTM (1) 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方式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ソリューション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 (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。 1 microSDXC および SDマーク 、ロゴはSD-3C, LLCの商標です。 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 説明 オフ オフ Zipstreamは無効 10 低 ほとんどのシーンで、視認できる画質低下なし 20 中 一部のシーンで、少ないノイズ、関心の低い領域に おけるわずかなレベルのディテールで画質低下あり 30 高 多くのシーンで、少ないノイズ、関心の低い領域にお けるわずかなレベルのディテールで画質低下あり 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 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 4 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 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 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。 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 6 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 低 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 高 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 高 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った際に、新しいエンコーダに移行するソリューションを妨げるもので はありません。 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) SD セキュアデジタル 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 – ‘Axisの Zipstreamテクノロジー’: http://www.axis.com/global/en/technologies/zipstream 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 64259/JA/R2/1506 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2000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. AXIS COMMUNICATIONS、AXIS、ETRAX、ARTPEC、VAPIXは、スウェーデン およびその他の国で登録されたAxis ABの登録商標です。その他、記載の社名、商品名などは、各社の 商標または登録商標です。記載の内容は予告なく変更することがあります。
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