Streaming-Leistung von ARTPEC-9-Produkten

Der ARTPEC-9-Chip verleiht der neuen Generation der Videoprodukte von Axis noch mehr Leistung. Verschiedene ARTPEC-9-Konfigurationen ermöglichen es uns, auf unsere gesamte Produktpalette zugeschnittene Leistungsstufen anzubieten.

Das Leistungsvermögen eines Videoprodukts lässt sich anhand der Anzahl der verfügbaren simultanen Videostreams (mit bestimmten Auflösungen und Bildraten) quantifizieren. Die Streaming-Gesamtleistung hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter CPU-Auslastung, Bandbreite und Client-Kapazität.

Unsere Messungen zeigen, dass eine typische Kamera von Axis mit ARTPEC-9 (erweiterte Konfiguration) eine der folgenden Leistungsstufen unterstützt:

• ein AV1/H.264/H.265-Stream in 4K mit 60 Bildern pro Sekunde oder

• zwei oder drei simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in 4K mit 30 Bildern pro Sekunde oder

• vier simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in HDTV 1080P mit 60 Bildern pro Sekunde oder

• acht simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in HDTV 1080P mit 30 Bildern pro Sekunde.

Bei Axis entwickeln wir unsere eigenen integrierten Schaltkreise. Das macht es uns möglich, für unser breites Sortiment von Videokameras und Encodern eine optimale Videokomprimierung sowie eine überragende Bildqualität, Möglichkeiten für erweiterte Analysefunktionen und vieles mehr zu bieten. Unser neuestes SoC (System-on-Chip) ist das ARTPEC-9.

Dieses Whitepaper stellt anhand von Messergebnissen systematisch die Streaming-Leistung und unterstützen Bildraten der ARTPEC-9-basierten Produkte von Axis dar und richtet sich an technisches Personal und Systemintegratoren. Die Produktspezifikationen entnehmen Sie bitte den Datenblättern, da diese die offiziellen Spezifikationsdokumente für Axis Produkte sind.

Das Leistungsvermögen eines Videoprodukts lässt sich anhand der Anzahl der verfügbaren simultanen Videostreams (mit bestimmten Auflösungen und Bildraten) bemessen. Jeder Stream sollte individuell konfiguriert werden, was bedeutet, dass die Clients nicht auf zwischengespeicherte Daten zugreifen sollten. Ein Videoprodukt kann in der Regel wesentlich mehr identisch konfigurierte als individuell konfigurierte Streams bereitstellen.

Es ist schwer vorherzusagen, wie viele simultane, individuell konfigurierte Streams (mit maximaler Auflösung und voller Bildrate) ein Videoprodukt in allen Situationen liefern wird. Die Streaming-Gesamtleistung hängt von zahlreichen Faktoren ab, darunter die folgenden:

• CPU-Belastung oder Belastung durch die Videokomprimierung im Videoprodukt

• SoC-Konfiguration. Die ARTPEC-9-Hardware ist mit verschiedenen Konfigurationen erhältlich, darunter die Standard- und die erweiterte Konfiguration. Axis wählt die Konfiguration für ein Produkt jeweils so, dass die optimale Leistung des Produkts erreicht wird. Die Konfiguration eines fertigen Produkts lässt sich nachträglich nicht ändern.

• Gesamtdatendurchsatz (Bandbreite) der Produkt- und Netzwerk-Infrastruktur

• Client-Leistung

Aus Sicht des Benutzers wirken sich die folgenden Parameter am häufigsten negativ auf die Gesamtleistung aus:

• Hohe Bildauflösung

• Niedrige Bildkomprimierungsstufe

• Mischung aus Motion JPEG- und AV1-/H.264-/H.265-Streams

• Gleichzeitiger Zugriff vieler Clients auf einen Server

• Gleichzeitige Anforderung von Video-Streams mit unterschiedlichen Bildeinstellungen (wie Auflösung und Komprimierung) durch Clients

• Intensive Verwendung von Ereigniseinstellungen

• Aktivierte Analysefunktionen oder andere aktivierte Anwendungen auf der Kamera

• Verschlüsselte Übertragung

• Client-PC mit geringer Leistung, der nicht alle Bilder dekodiert

• Eingeschränkte oder schlechte Netzwerk-Infrastruktur. Frames werden gelöscht, wenn das Netzwerk überlastet ist.

Außerdem können Faktoren in der überwachten Szene die Leistung beeinträchtigen, wie beispielsweise die folgenden:

• Komplexität des Bildes

• Lichtverhältnisse

Wir bieten verschiedene Konfigurationen unseres ARTPEC-9-Chips an, um unterschiedliche Produkt-, Auflösungs- und Leistungsanforderungen zu bedienen. Dieser Ansatz gewährleistet, dass jedes Produkt die optimale Leistung für seine spezifische Anwendung erbringt.

So sind zum Beispiel unsere hochwertigen Produkte der Q-Line mit leistungsfähigeren ARTPEC-9-Konfigurationen ausgestattet, um anspruchsvolle Anwendungen wie integrierte Analysefunktionen, zusätzliche Streams sowie größere und komplexere Overlays zu unterstützen. Mit einem höheren Metallanteil im Gehäuse profitieren diese Konfigurationen von einer verbesserten Kühlung, die durch das physisch größere Produkt möglich wird.

Zusammengenommen können wir dank der unterschiedlichen ARTPEC-9-Konfigurationen für unsere gesamte Produktpalette verschiedene Leistungsstufen anbieten, die jeweils speziell auf die effektive Erfüllung der vorgesehenen Aufgabe zugeschnitten sind.

AV1 ist ein moderner Videokodierungsstandard, der für die Videoübertragung über das Internet optimiert wurde. Der AV1-Standard wurde von der Alliance for Open Media (AOM) erarbeitet, die von international führenden IT-Unternehmen zur Entwicklung innovativer Videokommunikationstechnologien gegründet wurde.

Der Standard wurde entwickelt, um im Vergleich zu bestehenden Codecs wie H.264 und H.265 hochwertige Videodaten mit niedrigeren Bitraten bereitzustellen, wodurch er sich ideal für Streaming und Speicherung eignet.

Der AV1-Codec unterstützt höhere Videoauflösungen als 8K, ein Merkmal, das ansonsten in erster Linie mit H.265 in Verbindung gebracht wird. Darüber hinaus unterstützt AV1 die Dekodierung in Webbrowsern, Betriebssystemen und Geräten, was eine einfache Nutzung gewährleistet.

Wir haben die Leistung anhand von Messungen mit der folgenden Konfiguration untersucht.

• Werksseitige Standardeinstellung

• Bildkomplexität: realistische Szene

• Jeder Stream war einzigartig, was bedeutet, dass nicht auf zwischengespeicherte Daten zugegriffen wurde. Die Komprimierung variierte zwischen 30 und 39 (bis zu zehn verschiedene Videostreams) bei AV1, H.264 und H.265.

Wenn Bildszene, Komprimierungsgrad und Komprimierungsmethode konstant bleiben, verringert eine Erhöhung der Auflösung die Anzahl der Streams mit voller Bildrate bzw. die Bildrate pro Stream. Bei einer Erhöhung der Auflösung, zum Beispiel von HDTV 1080P auf 4K, sinkt die Bildrate mit steigender Anzahl der Streams.

Die ersten vier Ergebnisdiagramme (erweiterte Konfiguration) zeigen, dass ARTPEC-9 eine der folgenden Leistungsstufen unterstützt:

• ein AV1/H.264/H.265-Stream in 4K mit 60 Bildern pro Sekunde oder

• zwei oder drei simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in 4K mit 30 Bildern pro Sekunde oder

• vier simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in HDTV 1080P mit 60 Bildern pro Sekunde oder

• acht simultane AV1/H.264/H.265-Videostreams in HDTV 1080P mit 30 Bildern pro Sekunde.

Beim Vergleich der Leistung von AV1 mit H.264/H.265 bei Stream-Anzahl und Bildrate ist ein geringfügiger Unterschied festzustellen. Trotz der komplexeren Kodierung ist die Leistung von AV1 aufgrund der erhöhten Rechenanforderungen geringfügig niedriger.

Die Rechenleistung (P_CPU) oder der Gesamtdurchsatz des ARTPEC-9 kann anhand der folgenden Formel berechnet werden: P_CPU= Bildrate x Auflösung x Anzahl der einzigartig konfigurierten Streams.

Setzen wir unsere Testergebnisse in die Formel ein, zeigt sich, dass die Rechenleistung, oder auch Gesamtdurchsatz, von ARTPEC-9 folgende Werte erreichen kann:

• P_CPU=540 Megapixel/s mit der erweiterten Konfiguration

• P_CPU=425 Megapixel/s mit der Standardkonfiguration