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Cos'è la compressione dei video di sorveglianza
Le telecamere di sorveglianza generano grandi volumi di dati. Senza compressione, il video da archiviare e trasmettere diventerebbe rapidamente difficile da gestire. La compressione riduce tali requisiti preservando i dettagli necessari e la capacità di indagare.
Con la compressione in atto, gestire decine o centinaia di telecamere 24 ore su 24 diventa completamente fattibile. Ma i sistemi estesi pongono le proprie sfide. Anche i video compressi occupano molto spazio su una grande installazione e i costi di archiviazione crescono con ogni telecamera e ogni giorno di conservazione. Quanto più efficiente è la compressione, tanto minori sono i costi operativi durante l'intera vita del sistema.
Come la compressione è diventata più intelligente
I primi sistemi di sorveglianza comprimevano ogni fotogramma in modo indipendente, comportando velocità in bit e costi di archiviazione elevati. La svolta è arrivata con i codec video che non si limitavano a comprimere singoli fotogrammi, bensì analizzavano ciò che cambiava tra l'uno e l'altro. Codificando solo le differenze, le velocità in bit si sono drasticamente ridotte ed è diventato ampiamente praticabile l'uso di telecamere ad alta risoluzione.
Il cambiamento più significativo non è derivato da un nuovo codec, ma dall'intelligenza applicata alla codifica stessa. Invece di comprimere ogni parte di ogni fotogramma in modo uguale, la codifica intelligente analizza il contenuto della scena in tempo reale. Le aree importanti ricevono più larghezza di banda, mentre gli sfondi statici ne ricevono meno.
Come funziona la compressione video
Un video non viaggia dalla telecamera allo schermo in un unico passaggio. La telecamera cattura dati di immagine grezzi, li codifica, li invia tramite una rete e li consegna all'archiviazione o a un client di visualizzazione. La compressione viene effettuata nella fase di codifica, all'interno della stessa telecamera. Questo è l'unico punto della catena in cui l'immagine originale, non compressa, esiste ancora, ed è quindi il passaggio più importante da eseguire correttamente.
Il componente che effettua il lavoro si chiama codec, abbreviazione di coder-decoder. È una coppia di algoritmi che lavorano insieme: uno comprime il video a livello della telecamera, l'altro lo decomprime a livello dell'unità di ricezione. Codec di standard diversi non sono compatibili, quindi un video compresso con H.264 non può essere decodificato da un decoder H.265. Per questo le telecamere moderne supportano spesso più codec.
Codec più avanzati richiedono maggiore potenza di calcolo, il che introduce un piccolo ritardo tra la cattura e la visualizzazione. Per la maggior parte dei casi d'uso della sorveglianza, l'effetto è appena percettibile. Le applicazioni che si basano sull'interazione in tempo reale, come il controllo PTZ, sono generalmente più sensibili alla latenza.
Cosa fa realmente la compressione
Non tutti i dati in un fotogramma video hanno lo stesso valore. Un muro statico o un tratto di strada immutato non necessita di essere ricodificato continuamente. La compressione identifica e rimuove la ridondanza preservando ciò che conta: movimenti, volti, targhe, eventi.
La compressione funziona su due livelli:
- All'interno di un singolo fotogramma, ed è chiamata compressione intraframe
I dettagli che l'occhio umano non può percepire vengono rimossi. Il fotogramma sembra lo stesso. Il file è una frazione delle dimensioni.
- Tra i fotogrammi nel tempo, ed è chiamata compressione interframe
Solo i pixel che hanno subito una modifica vengono codificati. Tutto il resto rimane invariato e non deve essere trasmesso nuovamente. In una tipica scena di sorveglianza, gran parte dell'immagine rimane la stessa da un fotogramma al successivo, riducendo significativamente la quantità di dati che deve essere archiviata e trasmessa.
La compressione dei video di sorveglianza è soggetta a perdite per sua natura. A differenza della compressione senza perdite, che preserva ogni bit dei dati originali, la compressione "lossy" rimuove le informazioni che probabilmente non influiranno sull'utilità del video. L'alternativa genererebbe file troppo grandi per la registrazione e la trasmissione continua.
La compressione senza perdite è principalmente utilizzata per l'archiviazione dei documenti e normalmente non viene impiegata nelle applicazioni video, tranne che nella produzione cinematografica e nell'archiviazione digitale, dove preservare ogni dettaglio prevale rispetto ai requisiti di archiviazione e larghezza di banda. La riduzione della velocità in bit senze perdite è semplicemente troppo bassa; la velocità in bit finirebbe ben oltre ciò che l'infrastruttura di rete o di archiviazione può supportare.
Standard di compressione: H.264, H.265 e superiori
Il codec che scegli influenza tutto ciò che segue: requisiti di larghezza di banda, costi di archiviazione, compatibilità con piattaforme di Video Management Software e dispositivi client, e la qualità dei dati disponibili per le analisi IA. Tre standard meritano di essere notati.
H.264
Advanced Video Coding (AVC)
Il codec H.264 è la spina dorsale dei video di rete da oltre 20 anni. È affidabile, ampiamente compatibile e funziona praticamente con ogni piattaforma e dispositivo client di Video Management System sul mercato.
La limitazione è la larghezza di banda. Mantenere la chiarezza visiva ad alte risoluzioni richiede velocità di bit elevate e, in presenza di ampie installazioni di telecamere, questo richiede maggiore spazio. H.264 non supporta nemmeno video con risoluzione superiore all'ultra HD, un limite che pesa sempre di più all'aumentare delle risoluzioni delle telecamere.
Oltre 20 anni di utilizzo
H.265
High Efficiency Video Coding (HEVC)
Il codec H.265 ha migliorato l'H.264 offrendo una qualità comparabile con velocità in bit dal 15 al 40% inferiori. Da sempre la sfida è rappresentata dalla licenza. I termini restrittivi dei brevetti hanno reso praticamente impossibile per i fornitori di browser includere decoder nativi, lasciando che in genere siano gli utenti a doverli installare manualmente.
Questi problemi di compatibilità non sono scomparsi. Per implementazioni in cui la compatibilità con il client non è un problema, l'H.265 offre ancora un reale guadagno in efficienza. Tuttavia, per le nuove implementazioni, è ora disponibile un'opzione più potente.
Supporto limitato del browser
AV1
Alliance for Open Media (AOM)
Il codec AV1 è stato sviluppato da Alliance for Open Media, una coalizione che include Google, Amazon, Microsoft e Netflix, ed è stato rilasciato nel 2018 come codec open-source e royalty-free. Progettato per lo streaming video moderno, offre un'efficienza di compressione significativamente superiore rispetto agli standard precedenti. Supporta anche funzionalità come le sovrapposizioni testo attivabili che integrano metadati direttamente nel flusso video.
Rispetto all'H.264, l'AV1 riduce tipicamente la velocità in bit di circa il 40% mantenendo una qualità di immagine simile. Beneficia inoltre di un ampio supporto tra i browser, i sistemi operativi e le piattaforme mobili di oggi, sicché risulta più facile adottarlo mentre si riducono le preoccupazioni relative alle licenze.
Per la sorveglianza, ciò si traduce in costi di archiviazione inferiori e minore carico sulla rete. Grazie ai dettagli preservati delle immagini, anche le analisi video basate sull'IA funzionano con dati visivi migliori. Le telecamere che supportano il codec AV1 possono eseguire H.264 e H.265 insieme, facilitando il passaggio dall'uno all'altro codec.
Consigliato per nuove implementazioni
Il ruolo dell'IA nella compressione video
La codifica consapevole del contenuto utilizza l'IA per identificare quali parti di una scena contengono informazioni rilevanti. Si può quindi allocare più velocità in bit a quelle aree, mentre gli elementi di sfondo statici vengono compressi in modo più aggressivo. Il risultato è un minore consumo di banda senza una corrispondente perdita di dettagli utili.
La qualità di immagine è importante per l'analisi. Il rilevamento degli oggetti e il riconoscimento targhe vengono solitamente eseguiti sulla telecamera prima della compressione, poiché l'immagine originale contiene più informazioni rispetto al flusso codificato.
L'IA generativa adotta un approccio fondamentalmente diverso. Invece di codificare l'immagine originale, ricostruisce parti del video durante la riproduzione. Questo può essere accettabile per lo streaming di intrattenimento. Spesso le riprese di sorveglianza devono supportare le indagini e l'uso probatorio, il che impone requisiti diversi in termini di accuratezza.
"Immaginiamo una catena di vendita al dettaglio che gestisce 2.000 telecamere in 150 sedi, tutte con trasmissione in streaming a 1080p o superiore. Viene utilizzato l'H.264 che genera terabyte di dati al giorno. Il passaggio di questi flussi all'AV1 potrebbe ridurre le esigenze di archiviazione di circa il 40%."
Stefan Lundberg, Senior Expert Engineer in Axis Communications
Il valore di una compressione video corretta
Quando la compressione è configurata correttamente, riduce significativamente le esigenze di larghezza di banda e archiviazione senza compromettere la qualità di immagine che rende utile il video di sorveglianza. L'impatto va oltre il risparmio sull'archiviazione, influenzando tutto, dai tempi di conservazione alla capacità di rete e ai costi del cloud.
Conservazione più lunga senza costi aggiuntivi
Più telecamere sulla stessa rete
Rduci i costi del cloud
Una nota sul confronto delle prestazioni di compressione
La sola velocità in bit non è una misura significativa delle prestazioni della compressione. Una telecamera può raggiungere una velocità in bit inferiore annullando più informazioni visive. Questo, a sua volta, può ridurre la qualità di immagine e limitare l'utilità del video. Ciò che conta è quanto dettaglio viene preservato a una data velocità in bit. Com'è effettivamente il video e mantiene il dettaglio necessario per l'analisi e l'uso forense? Il confronto potrebbe risultare difficile. Due telecamere posizionate affiancate non catturano immagini identiche. Poiché tra due scene nessuna è identica all'altra, le prestazioni della compressione sono valutate meglio nell'ambiente in cui la telecamera sarà effettivamente utilizzata.
Esplorare soluzioni di compressione video
Considerazioni sull'implementazione
La compressione influisce su più aspetti oltre all'archiviazione e alla larghezza di banda. Le impostazioni che scegli influenzano sia l'efficienza del sistema sia la qualità del video registrato.
Esegui l'analisi IA prima della compressione
A fare davvero la differenza è il luogo in cui l'IA viene eseguita nel flusso di lavoro. Le analisi video basate sull'intelligenza artificiale, come il rilevamento degli oggetti e il riconoscimento targhe, devono essere eseguite sulla telecamera prima della compressione. Il video compresso contiene meno informazioni visive rispetto all'originale, il che influisce sull'affidabilità con cui le analisi possono interpretare ciò che vedono.
Compatibilità dei codec in tutto il sistema
Ogni dispositivo nella catena deve supportare lo stesso codec, comprese le telecamere, il video management software, i server di archiviazione e i client di visualizzazione. Le telecamere che supportano H.264, H.265 e AV1 offrono maggiore flessibilità, facilitando il lavoro con i sistemi esistenti e supportando gli aggiornamenti futuri.
Qualità, velocità in bit e larghezza di banda
Le impostazioni di compressione devono bilanciare la qualità di immagine con i requisiti di archiviazione e larghezza di banda. Una compressione insufficiente aumenta il consumo di risorse, mentre una compressione eccessiva può oscurare dettagli importanti per le indagini e le operazioni quotidiane.
L'impostazione giusta dipende dalla scena e dallo scopo della registrazione. Verifica le prestazioni della compressione nel tuo ambiente reale, non in condizioni ideali. Gli strumenti di progettazione che stimano la velocità in bit per ogni telecamera e per ogni caso possono fornire una guida integrata per la pianificazione.
Dimensionamento dell'archiviazione
La velocità in bit determina la rapidità con cui si riempie l'archiviazione. Prima di implementare o espandere un sistema, calcola la velocità in bit prevista per ogni telecamera, quindi moltiplica per il numero di telecamere e per il periodo di conservazione richiesto.
Un sistema che sembra conveniente al momento dell'implementazione può rapidamente diventare costoso se l'archiviazione si esaurisce prima del previsto, o se successivamente vengono aggiunte telecamere senza rivedere la capacità.
Tendenze future della compressione video
L'AV1 diventa il riferimento di base
Il supporto per AV1 continua ad espandersi sulle piattaforme cloud e nell'ecosistema software più ampio. Mentre il supporto dei decoder diventa sempre più comune, molte delle barriere all'adozione viste con l'H.265 stanno iniziando a cadere, facendo dell'AV1 una scelta più pratica per i nuovi sistemi di sorveglianza.
Il cloud attribuisce un valore elevato all'efficienza
Spostare i video nel cloud rende la compressione più importante perché i costi di archiviazione e trasmissione aumentano con la velocità in bit. Nelle implementazioni più ampie, dove i video vengono conservati per periodi prolungati, anche piccole riduzioni della velocità in bit possono avere un impatto significativo nel tempo.
Con la crescita della sorveglianza basata sul cloud, la sola qualità di immagine non sarà più sufficiente come misura delle prestazioni della compressione.
Codifica più intelligente, controllo più granulare
Lo sviluppo è sempre più focalizzato nel far lavorare di più i codec esistenti. La codifica si adatta dinamicamente al contenuto della scena, all'ora del giorno e ai livelli di attività. Caratteristiche come le sovrapposizioni testo commutabili integrano i metadati direttamente nel flusso video, fornendo video e dati strutturati insieme senza larghezza di banda aggiuntiva.
Il costo dell'archiviazione rimane un fattore chiave
L'archiviazione è una delle spese correnti più grandi in un sistema di sorveglianza, e la domanda continua a crescere con l'aumento delle risoluzioni e l'allungamento dei periodi di conservazione. Una compressione più efficiente contribuisce a compensare questa crescita. Velocità in bit più basse riducono i requisiti di archiviazione e possono anche ridurre la quantità di hardware necessaria durante la vita del sistema.
Continueranno a nascere nuovi standard
La compressione video è un'area di sviluppo attiva e continueranno a emergere nuovi standard. La migrazione tra standard richiede tempo e i sistemi esistenti devono continuare a funzionare. I nuovi, efficaci codec rispettano ciò che è già implementato e rimangono compatibili con esso.
Non tutti i nuovi standard prenderanno piede. L'adozione di un codec dipende tanto dalla licenza e dall'impulso del settore quanto dalle prestazioni tecniche. Per la maggior parte delle organizzazioni, la flessibilità a lungo termine è più preziosa che cercare di prevedere quale codec dominerà in futuro.
Una nota sulla compressione generativa dell'IA
L'industria sta esplorando l'IA generativa come metodo di compressione. Le registrazioni potrebbero dover supportare indagini o servire come prove, quindi il video deve riflettere accuratamente ciò che la telecamera ha catturato.
Compressione intelligente nella pratica
Un documento tecnico su come la compressione consapevole del contenuto riduce i requisiti di archiviazione preservando i dettagli necessari per le indagini.
AXIS Site Designer
Con una stima dei requisiti di archiviazione e della larghezza di banda effettuata prima dell'implementazione, si elimina gran parte delle congetture. AXIS Site Designer ti aiuta a configurare i dispositivi, calcolare i requisiti del sistema e generare una distinta base completa.
Cos'è l'AV1
Stefan Lundberg, Senior Expert Engineer in Axis, spiega cosa significa l'AV1 per i video di rete e fa un confronto con H.264 e H.265.
Archiviazione dei video di sorveglianza
Dove e come si archiviano i video determina cosa il tuo sistema di sorveglianza è in grado di offrire. La giusta architettura di archiviazione mantiene i video registrati accessibili, i costi prevedibili e il tuo sistema pronto per crescere.
Analisi video
L'analisi video moderna può individuare automaticamente cosa sta accadendo nei video registrati. Scopri come l'IA e l'apprendimento automatico aiutano le organizzazioni a ottenere più valore dai loro sistemi video.
Utilizzabilità dell'immagine
Un video di sorveglianza è utile solo nei limiti dei dettagli che riesce a catturare. L'utilizzabilità dell'immagine determina se un volto può essere riconosciuto, una targa può essere letta o un evento può essere compreso. Il giusto equilibrio tra risoluzione, illuminazione ed elaborazione trasforma il video in una prova utilizzabile.