Wydajność strumieniowania w urządzeniach z układem ARTPEC-9

Układ ARTPEC-9 zapewnia jeszcze wyższe możliwości nowej generacji urządzeń wizyjnych firmy Axis. Dostępne są różne konfiguracje układu ARTPEC-9 umożliwiające spełnienie dobranych poziomów wydajności w całej naszej ofercie urządzeń.

Wydajność (rozumiana jako utrzymanie określonych parametrów) urządzenia wizyjnego można określić ilościowo na podstawie liczby jednoczesnych strumieni wizyjnych (o określonych rozdzielczościach i częstotliwościach odświeżania), jakie urządzenie to jest w stanie wytworzyć. Ogólna wydajność strumieniowania zależy od szeregu czynników, w tym od obciążenia procesora, przepustowości łącza i parametrów urządzenia klienckiego.

Nasze pomiary wykazują, że typowa kamera Axis z układem ARTPEC-9 (rozszerzona konfiguracja) jest w stanie wytworzyć:

• jeden strumień AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości 4K przy częstotliwości odświeżania 60 obrazów/s lub

• dwa albo trzy jednoczesne strumienie AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości 4K przy częstotliwości odświeżania 30 obrazów/s lub

• cztery równoczesne strumienie AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości HDTV 1080P przy częstotliwości odświeżania 60 obrazów/s lub

• osiem równoczesnych strumieni AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości HDTV 1080P przy częstotliwości odświeżania 30 obrazów/s.

W firmie Axis opracowujemy własnej konstrukcji układy scalone. Zapewniają one szeroką gamę kamer dozorowych i koderów o optymalnych możliwościach kompresji obrazu, a także doskonałą jakość obrazu, możliwości zaawansowanej analizy obrazu i wiele więcej. Naszym najnowszym układem SoC (system-on-chip) jest ARTPEC-9.

W niniejszej białej księdze przedstawiono wyniki pomiarów urządzeń Axis zawierających układ ARTPEC-9, służące usystematyzowaniu wiedzy w zakresie wydajności odnoszącej się do liczby strumieni i częstotliwości odświeżania. Biała księga adresowana jest do personelu technicznego i integratorów systemów. Specyfikacje urządzeń można znaleźć w ich kartach katalogowych – są to oficjalne dokumenty zawierające dane techniczne urządzeń firmy Axis.

Wydajność (rozumiana jako utrzymanie określonych parametrów) urządzenia wizyjnego można zmierzyć na podstawie liczby jednoczesnych strumieni wizyjnych (o określonych rozdzielczościach i częstotliwościach odświeżania), jakie urządzenie to jest w stanie wytworzyć. Każdy strumień powinien mieć indywidualną konfigurację, co oznacza, że urządzenia klienckie nie powinny mieć dostępu do danych z pamięci podręcznej. Urządzenie wizyjne może zazwyczaj wytwarzać znacznie więcej strumieni o identycznej konfiguracji niż strumieni skonfigurowanych indywidualnie.

Trudno dokładnie przewidzieć, ile jednoczesnych, indywidualnie konfigurowanych strumieni o maksymalnej rozdzielczości i pełnej częstotliwości odświeżania dostarczy urządzenie wizyjne we wszystkich sytuacjach. Ogólne parametry strumieniowania zależą od szeregu czynników wymienionych poniżej.

• Obciążenie procesora lub obciążenie kompresji obrazu w urządzeniu wizyjnym

• Konfiguracja układu SoC (System on chip). Sprzęt z układem ARTPEC-9 jest dostępny w różnych konfiguracjach takich jak konfiguracja rozszerzona i konfiguracja standardowa. Axis decyduje, który rodzaj konfiguracji zostanie zastosowany w danym urządzeniu, aby zoptymalizować jego parametry (wydajność). Nie ma możliwości zmiany tej konfiguracji w gotowym urządzeniu.

• Całkowita przepustowość urządzenia i infrastruktury sieciowej

• Wydajność urządzenia klienckiego

Z punktu widzenia użytkownika następujące parametry najczęściej negatywnie wpływają na ogólną wydajność.

• Wysoka rozdzielczość obrazu

• Niski poziom kompresji obrazu

• Łączenie strumieni MJPEG i AV1 / H.264 / H.265

• Duża liczba klientów uzyskujących jednoczesny dostęp do serwera

• Urządzenia klienckie wymagające jednoczesnych strumieni wizyjnych z różnymi ustawieniami obrazu (takimi jak rozdzielczość i kompresja)

• Intensywne korzystanie z ustawień zdarzeń

• Narzędzia analityczne lub inne aplikacje działające w kamerze

• Szyfrowanie transmisji

• Komputer kliencki o niskiej wydajności, który nie dekoduje wszystkich obrazów

• Ograniczona lub niskiej jakości infrastruktura sieciowa. W razie przeciążenia sieci może brakować ramek w wyświetlanym obrazie.

W obserwowanej scenie także występują czynniki mogące wpływać na wydajność. Są nimi:

• złożoność obrazu;

• warunki oświetlenia.

Axis oferuje różne konfiguracje własnego układu ARTPEC-9 celem spełnienia różnorodnych wymagań urządzenia w zakresie rozdzielczości i wydajności przetwarzania. Dzięki takiemu podejściu każde urządzenie ma optymalną wydajność przetwarzania w konkretnym zastosowaniu.

Przykładowo, nasze najwyższej klasy urządzenia z serii Q opracowano z wykorzystaniem konfiguracji układu ARTPEC-9 o wyższych parametrach celem obsługi wymagających zastosowań takich jak wbudowane narzędzia analityczne, dodatkowe strumienie oraz większe i bardziej zaawansowane nakładanie. Dzięki większej ilości metalu w obudowie konfiguracje te odznaczają się lepszym chłodzeniem, które ułatwiają większe wymiary urządzenia.

Podsumowując, różne konfiguracje układu ARTPEC-9 pozwalają nam zapewnić odpowiednio dostosowane poziomy wydajności w całej naszej ofercie urządzeń, dzięki czemu każde urządzenie podoła zamierzonemu zastosowaniu.

AV1 to nowoczesny standard kodowania obrazu zoptymalizowany pod kątem transmisji obrazu przez sieć internet. AV1 został ustandaryzowany przez organizację Alliance for Open Media (AOM), założoną przez największe światowe firmy informatyczne w celu opracowania technologii komunikacji wizyjnej nowej generacji.

Został opracowany w celu zapewnienia wysokiej jakości obrazu przy niższych przepływnościach w porównaniu z istniejącymi kodekami takimi jak H.264 i H.265, dzięki czemu doskonale nadaje się do przesyłania strumieniowego i zapisu obrazu w pamięci masowej.

Kodek AV1 obsługuje rozdzielczości obrazu ponad 8K, co jest cechą kojarzoną głównie ze standardem H.265. Ponadto AV1 obsługuje dekodowanie w przeglądarkach internetowych, systemach operacyjnych i urządzeniach mobilnych, zapewniając wysoką dostępność.

Wykonując pomiary, zbadaliśmy parametry przy następujących ustawieniach.

• Domyślne ustawienia fabryczne

• Złożoność obrazu: scena realistyczna

• Każdy strumień był inny, co oznaczało, że urządzenia klienckie nie powinny mieć dostępu do danych z pamięci podręcznej. Poziom kompresji zmieniał się od 30 do 39 (maks. 10 różnych strumieni) w standardach AV1, H.264 i H.265.

Jeżeli obserwowana scena, poziom kompresji i metoda kompresji obrazu są stałe, wzrost rozdzielczości zmniejszy liczbę strumieni z pełną częstotliwością odświeżania lub spowoduje zmniejszenie tej częstotliwości na każdy strumień. Wraz ze wzrostem rozdzielczości, przykładowo z HDTV 1080P do 4K, częstotliwość odświeżania spadnie wraz ze wzrostem liczby strumieni.

Jak pokazują pierwsze cztery wykresy wyników (konfiguracja rozszerzona), układ ARTPEC-9 jest w stanie wytworzyć:

• jeden strumień AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości 4K przy częstotliwości odświeżania 60 obrazów/s lub

• dwa albo trzy jednoczesne strumienie AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości 4K przy częstotliwości odświeżania 30 obrazów/s lub

• cztery równoczesne strumienie AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości HDTV 1080P przy częstotliwości odświeżania 60 obrazów/s lub

• osiem równoczesnych strumieni AV1 / H.264 / H.265 w rozdzielczości HDTV 1080P przy częstotliwości odświeżania 30 obrazów/s.

Porównując wydajność standardu AV1 z H.264 / H.265 pod względem liczby strumieni i częstotliwości odświeżania, można zauważyć niewielką różnicę. Pomimo większej złożoności kodowania wydajność standardu AV1 jest nieznacznie niższa ze względu na zwiększone wymagania w zakresie mocy obliczeniowej.

Moc obliczeniową (P_CPU) czy też całkowitą przepustowość układu ARTPEC-9 można obliczyć za pomocą wzoru: P_CPU = częstotliwość odświeżania x rozdzielczość obrazu x liczba odrębnych strumieni.

Stosując wzór do wyników naszych testów, widzimy, że moc obliczeniowa lub całkowita przepustowość układu ARTPEC-9 może osiągnąć:

• P_CPU = 540 megapikseli/s w konfiguracji rozszerzonej

• P_CPU = 425 megapikseli/s w konfiguracji standardowej