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Compactação de vídeo de monitoramento explicada
Câmeras de monitoramento geram grandes volumes de dados. Sem compactação, o vídeo que precisa ser armazenado e transmitido rapidamente se tornaria difícil de gerenciar. A compactação reduz esses requisitos enquanto preserva os detalhes necessários e a capacidade de investigação.
Com a compactação instalada, operar dezenas ou centenas de câmeras 24 horas por dia, 7 dias por semana, torna-se totalmente viável. Mas a dimensão traz seu próprio desafio. Mesmo o vídeo compactado se acumula em uma grande implantação, e os custos de armazenamento aumentam a cada câmera e a cada dia de retenção. Quanto mais eficiente a compactação, menor o custo operacional ao longo da vida útil do sistema.
Como a compactação ficou mais inteligente
Os primeiros sistemas de monitoramento compactavam cada quadro de forma independente, resultando em altas taxas de bits e custos de armazenamento elevados. A mudança ocorreu com codecs de vídeo que não apenas compactavam quadros individuais, mas analisavam o que tinha sido alterado entre eles. Codificar apenas as diferenças reduziu drasticamente as taxas de bits e tornou viável o uso em larga escala de câmeras de resolução mais alta.
A mudança mais significativa não veio de um novo codec, mas da inteligência aplicada à própria codificação. Em vez de compactar igualmente cada parte de cada quadro, a codificaçãonteligenteanalisa o conteúdo da cena em tempo real. Áreas importantes recebem mais largura de banda, enquanto fundos estáticos recebem menos.
Como funciona a compactação de vídeo
O vídeo não sai da câmera para ser exibido em um único passo. A câmera captura dados de imagem brutos, os codifica, envia-os por uma rede e os entrega para armazenamento ou para um cliente de exibição. A compactação ocorre na etapa de codificação. Isso acontece dentro da própria câmera. Esse é o único ponto na cadeia em que a imagem original, não compactada, ainda existe, o que torna essa etapa a mais importante que deve ser feita corretamente.
O componente que realiza o trabalho é chamado de codec, abreviação de codificador-decodificador. Trata-se de um par de algoritmos trabalhando juntos: um compacta o vídeo na câmera, o outro o descompacta na extremidade receptora. Codecs de diferentes padrões não são compatíveis, portanto um vídeo compactado em H.264 não pode ser decodificado por um decodificador H.265. É por isso que câmeras modernas frequentemente são compatíveis com diversos codecs.
Codecs mais avançados exigem mais poder de computação, o que leva a um pequeno atraso entre a captura e a exibição. Para a maioria dos casos de uso de monitoramento, o efeito é quase imperceptível. Aplicações que dependem de interação ao vivo, como o controle PTZ, geralmente são mais sensíveis à latência.
O que a compactação realmente faz
Nem todos os dados em um quadro de vídeo têm o mesmo valor. Uma parede estática ou um trecho de estrada inalterado não precisa ser recodificado continuamente. A compactação identifica e remove essa redundância enquanto preserva o que importa: movimento, rostos, placas de licença, eventos.
A compactação funciona em dois níveis:
- Dentro de um único quadro, chamada de compactação intraframe
Detalhes que o olho humano não consegue perceber são removidos. O quadro parece o mesmo. O arquivo tem uma fração do tamanho.
- Entre quadros ao longo do tempo, a chamada compactação interquadro
Apenas os pixels que foram alterados são codificados. Tudo o mais permanece inalterado e não precisa ser transmitido novamente. Em uma típica cena de monitoramento, grande parte da imagem permanece a mesma de um quadro ao próximo, reduzindo significativamente a quantidade de dados que precisam ser armazenados e transmitidos.
A compactação de vídeo de monitoramento é com perda, por design. Ao contrário da compactação sem perda de dados, que preserva cada bit dos dados originais, a compactação com perda de dados remove informações que provavelmente não afetam a utilidade do vídeo. A alternativa geraria arquivos grandes demais para gravação e transmissão contínuas.
A compactação sem perdas é usada principalmente para o armazenamento de documentos e normalmente não é utilizada para aplicações de vídeo, exceto na produção cinematográfica e arquivamento digital, em que preservar cada detalhe é mais importante do que os requisitos de armazenamento e de largura de banda. A redução da taxa de bits sem perdas é simplesmente muito baixa; a taxa de bits acabaria muito além do que a infraestrutura de rede ou de armazenamento pode acomodar.
Padrões de compactação: H.264, H.265 e além
O codec que você escolher molda tudo a jusante: requisitos de largura de banda, custos de armazenamento, compatibilidade com plataformas de software de gerenciamento de vídeo e dispositivos clientes, e a qualidade dos dados disponíveis para analíticos de vídeo de IA. Três padrões merecem destaque.
H.264
Codificação Avançada de Vídeo (AVC)
A H.264 tem sido a espinha dorsal do vídeo em rede por mais de 20 anos. É confiável, amplamente compatível e funciona com praticamente todas as plataformas de software de gerenciamento de vídeo e dispositivos clientes disponíveis no mercado.
A limitação é a largura de banda. Manter a clareza visual em altas resoluções requer altas taxas de bits e, em grandes implantações de câmeras, isso se acumula. A H.264 também não oferece suporte a vídeo com largura superior a 8K, o que é cada vez mais relevante à medida que as resoluções das câmeras aumentam.
Mais de 20 anos em uso
H.265
Codificação de Vídeo de Alta Eficiência (HEVC)
A H.265 melhorou a H.264 ao oferecer qualidade comparável com taxas de bits 15 a 40 por cento menores. O desafio sempre foi o licenciamento. Termos restritivos de patentes tornaram praticamente impossível para os fornecedores de navegadores incluírem decodificadores nativos, fazendo com que muitos usuários tenham que instalá-los manualmente.
Esses problemas de compatibilidade não desapareceram. Para implantações em que a compatibilidade do cliente não é uma preocupação, a H.265 ainda oferece ganhos reais de eficiência. No entanto, para novas implantações, uma opção mais robusta está agora disponível.
Suporte limitado de navegador
AV1
Alliance for Open Media (AOM)
O AV1 foi desenvolvido pela Alliance for Open Media, uma coalizão que inclui a Google, a Amazon, a Microsoft e a Netflix, e foi lançado em 2018 como um codec de fonte aberta e livre de royalties. Projetado para transmissão de vídeo moderna, oferece uma eficiência de compactação significativamente maior do que os padrões anteriores. Também suporta recursos como sobreposições alternáveis que incorporam metadados diretamente no fluxo de vídeo.
Comparado com a H.264, o AV1 normalmente reduz a taxa de bits em cerca de 40% enquanto mantém qualidade da imagem semelhante. Também se beneficia de amplo suporte em navegadores modernos, sistemas operacionais e plataformas móveis, facilitando a adoção e reduzindo preocupações com licenciamento.
Para o monitoramento, isso se traduz em custos menores de armazenamento e menos sobrecarga na rede. Detalhes preservados da imagem também significam que os analíticos de IA trabalham com dados visuais melhores. Câmeras que suportam AV1 podem executar H.264 e H.265 junto com ela, facilitando o gerenciamento das transições.
Recomendação para novas implantações
O papel da IA na compactação de vídeo
A codificação consciente do conteúdo usa IA para identificar quais partes de uma cena contêm informações relevantes. Mais taxa de bits pode então ser alocada para essas áreas, enquanto elementos estáticos de fundo são compactados de forma mais agressiva. O resultado é menos consumo de largura de banda sem perda correspondente de detalhes úteis.
A qualidade da imagem é importante para dados analíticos. A detecção de objetos e o reconhecimento de placas de licença são normalmente realizados na câmera antes da compactação, pois a imagem original contém mais informações do que o fluxo codificado.
A IA generativa adota uma abordagem fundamentalmente diferente. Em vez de codificar a imagem original, ele reconstrói partes do vídeo durante a reprodução. Isso pode ser aceitável para transmissão de entretenimento. As imagens de monitoramento frequentemente precisam apoiar investigações e o uso como evidência, o que impõe diferentes exigências quanto à precisão.
"Considere uma rede de varejo operando 2.000 câmeras em 150 locais, todas transmitindo em 1080p ou mais. Usando H.264, que gera terabytes de dados por dia. Mudar esses fluxos para AV1 poderia reduzir as necessidades de armazenamento em cerca de 40%."
Stefan Lundberg, Engenheiro Especialista Sênior da Axis Communications
O valor de acertar a compactação de vídeo
Quando a compactação é configurada corretamente, ela reduz significativamente as demandas de largura de banda e armazenamento sem comprometer a qualidade da imagem que torna o vídeo de monitoramento útil. O impacto vai além da economia de armazenamento, afetando desde os tempos de retenção até a capacidade da rede e os custos na nuvem.
Retenção prolongada sem custo adicional
Mais câmeras na mesma rede
Reduzir custos com a nuvem
Uma nota sobre a comparação de desempenho de compactação
A taxa de bits sozinha não é uma medida significativa do desempenho da compactação. Uma câmera pode alcançar uma taxa de bits mais baixa ao descartar mais informações visuais. Isso, por sua vez, pode reduzir a qualidade da imagem e limitar a utilidade do vídeo. O que importa é quanto detalhe é preservado em uma determinada taxa de bits. Como o vídeo realmente é, e ele mantém o nível de detalhamento necessário para uso em analíticos e investigações forenses? Essa comparação pode ser difícil. Duas câmeras colocadas lado a lado não capturam imagens idênticas. Como nenhuma cena é idêntica, o desempenho da compactação é mais bem avaliado no ambiente em que a câmera será realmente utilizada.
Explorar soluções de compactação de vídeo
Considerações para implementação
A compactação afeta mais do que o armazenamento e a largura de banda. As configurações que você escolher influenciam a eficiência do sistema e a qualidade do vídeo gravado.
Executar a análise de IA antes de compactar
O local em que a IA é executada no fluxo de trabalho faz uma diferença real. Analíticos alimentados por IA, como detecção de objetos e reconhecimento de placas de licença, devem ser executados na câmera antes da compactação. O vídeo compactado contém menos informações visuais do que o original, o que afeta a confiabilidade com que os analíticos de vídeo podem interpretar o que veem.
Compatibilidade do codec em todo o seu sistema
Cada dispositivo na cadeia precisa ser compatível com o mesmo codec, incluindo câmeras, software de gerenciamento de vídeo, servidores de armazenamento e clientes de exibição. Câmeras compatíveis com H.264, H.265 e AV1 oferecem maior flexibilidade, facilitando o trabalho com sistemas existentes enquanto suportam futuras atualizações.
Qualidade, taxa de bits e largura de banda
As configurações de compactação precisam equilibrar a qualidade da imagem com os requisitos de armazenamento e largura de banda. Pouca compactação aumenta o consumo de recursos, enquanto muita pode obscurecer detalhes importantes para investigações e operações do dia a dia.
A configuração correta depende da cena e do propósito da gravação. Teste o desempenho da compactação no seu ambiente real, não em condições ideais. Ferramentas de design que estimam a taxa de bits por câmera e caso podem ajudar no seu planejamento.
Dimensionamento do armazenamento
A taxa de bits determina a rapidez com que o armazenamento enche. Antes de implantar ou expandir um sistema, calcule a taxa de bits esperada por câmera, depois multiplique pelo número de câmeras e pelo período de retenção necessário.
Um sistema que parece acessível na implantação pode rapidamente se tornar caro se o armazenamento acabar antes do esperado, ou se câmeras forem adicionadas posteriormente sem revisar a capacidade.
Tendências futuras na compactação de vídeo
O AV1 torna-se o padrão base
O suporte a AV1 continua a se expandir em plataformas de nuvem e no ecossistema mais amplo de softwares. À medida que o suporte a decodificadores se torna comum, muitas das barreiras de adoção observadas com a H.265 começam a cair, tornando o AV1 uma escolha mais prática para novas implantações de monitoramento.
A nuvem valoriza a eficiência
Mover o vídeo para a nuvem torna a eficiência da compactação mais importante porque os custos de armazenamento e transmissão aumentam com a taxa de bits. Em implantações maiores, em que o vídeo é retido por períodos prolongados, até pequenas reduções na taxa de bits podem ter um impacto significativo ao longo do tempo.
À medida que o monitoramento baseada em nuvem aumenta, a qualidade da imagem sozinha não será mais suficiente como medida de desempenho da compactação.
Codificação mais inteligente, controle mais granular
O desenvolvimento está cada vez mais focado em fazer os codecs existentes trabalharem mais. A codificação se adapta dinamicamente ao conteúdo da cena, ao horário do dia e aos níveis de atividade. Recursos como sobreposições alternáveis incorporam metadados diretamente no fluxo de vídeo, entregando vídeo e dados estruturados juntos sem largura de banda adicional.
O custo de armazenamento continua sendo um impulsor chave
O armazenamento é uma das maiores despesas contínuas em um sistema de monitoramento, e a demanda continua a crescer à medida que as resoluções aumentam e os períodos de retenção se prolongam. Uma compactação mais eficiente ajuda a compensar esse crescimento. Taxas de bits mais baixas reduzem os requisitos de armazenamento e também podem diminuir a quantidade de hardware necessária ao longo da vida útil do sistema.
Novos padrões continuarão a surgir
A compactação de vídeo é uma área ativa de desenvolvimento, e novos padrões continuarão a surgir. Migrar entre padrões leva tempo, e os sistemas existentes precisam continuar funcionando. Codecs novos bem-sucedidos respeitam o que já está implantado e permanecem compatíveis com ele.
Nem todos os novos padrões terão sucesso. A adoção de codecs depende de licenciamento e do impulso da indústria, além do desempenho técnico. Para a maioria das organizações, a flexibilidade a longo prazo é mais valiosa do que tentar prever qual codec dominará a seguir.
Uma nota sobre a compactação por IA generativa
A indústria está explorando a IA generativa como um método de compactação. As gravações podem precisar apoiar investigações ou servir como evidência, portanto, o vídeo deve refletir com precisão o que a câmera capturou.
Compactação inteligente na prática
Um white paper sobre como a compactação consciente do conteúdo reduz os requisitos de armazenamento enquanto preserva os detalhes necessários para investigações.
AXIS Site Designer
Estimar os requisitos de armazenamento e largura de banda antes da implantação elimina grande parte do trabalho de adivinhação. O AXIS Site Designer ajuda a configurar dispositivos, a calcular os requisitos do sistema e a gerar uma lista de materiais completa.
AV1 explicado
Stefan Lundberg, Engenheiro Especialista Sênior da Axis, explica o que o AV1 significa para vídeo em rede e como ele se compara a H.264 e H.265.
Armazenamento de vídeo de monitoramento
Onde e como você armazena vídeo determina o que seu sistema de vigilância pode oferecer. A arquitetura de armazenamento correta mantém as gravações de vídeo acessíveis, os custos previsíveis e seu sistema pronto para dimensionamento.
Análise de vídeo
Os analíticos de vídeo modernos podem identificar automaticamente o que está acontecendo em vídeos gravados. Explore como a IA e o aprendizado de máquina ajudam para que as organizações obtenham mais valor de seus sistemas de vídeo.
Usabilidade da imagem
O vídeo de monitoramento é útil apenas na medida em que captura detalhes. A usabilidade da imagem é o que determina se um rosto pode ser reconhecido, uma placa de licença lida ou um evento compreendido. O equilíbrio certo entre resolução, iluminação e processamento transforma o vídeo em evidência acionável.