Giải pháp giảm dung lượng nhưng không giảm chất lượng
Thị trường camera giám sát IP đã bùng nổ trong thập kỷ qua. Cảm biến hình ảnh ngày càng sắc nét, tốc độ khung hình (FPS) cao hơn và dải động rộng hơn giúp ghi lại chi tiết rõ nét hơn. Tuy nhiên, việc lưu trữ và truyền tải những dòng video có độ phân giải cao đòi hỏi băng thông và dung lượng rất lớn. Nhiều hệ thống giám sát mạng hiện nay bị giới hạn bởi băng thông và dung lượng lưu trữ, dẫn tới tình trạng cắt giảm thời gian lưu trữ, hạ thấp độ phân giải hoặc giảm số khung hình để tiết kiệm dung lượng. Các phương án này dễ làm mất dữ liệu quan trọng trong lúc cần thiết. Vì vậy, một giải pháp nén thông minh, giữ lại chi tiết có giá trị nhưng vẫn giảm mạnh dung lượng là mong đợi của ngành an ninh.
Zipstream là gì?
Zipstream là công nghệ nén video do Axis Communications phát triển, nhằm tối ưu hóa băng thông và dung lượng lưu trữ mà vẫn giữ nguyên chất lượng hình ảnh có giá trị. Đây là một triển khai cải tiến của bộ mã hoá tiêu chuẩn (H.264/H.265) với mục tiêu giảm dung lượng trung bình từ 50 % trở lên. White paper của Axis mô tả Zipstream như một phương pháp nén tiêu chuẩn tương thích, giảm nhu cầu băng thông và lưu trữ trung bình 50 % so với các bộ mã hoá tiêu chuẩn. Công nghệ này đánh giá luồng video theo thời gian thực và áp dụng thuật toán nén phù hợp, đảm bảo các chi tiết quan trọng như khuôn mặt, biển số xe,.. được giữ nguyên độ phân giải và tốc độ khung hình.
Video Surveillance Wasted lots of bitrate on capturing unimportant details
Nói cách khác, Zipstream không chỉ giới hạn bitrate mà là một tập hợp các thuật toán nén thông minh được nhúng trong camera, cho phép phân tích luồng video theo thời gian thực. Mục tiêu là bỏ đi dữ liệu không cần thiết, nhưng luôn đảm bảo rằng các khu vực có giá trị từ góc độ pháp y được lưu ở độ phân giải đầy đủ. Không giống HEVC (H.265), Zipstream không phải là chuẩn mã hoá mới mà là lớp nâng cao có thể áp dụng cho nhiều chuẩn video khác nhau.
Ba thuật toán cốt lõi của Zipstream
Theo white paper năm 2021, Zipstream bao gồm ba thuật toán quan trọng: Dynamic ROI, Dynamic GOP và Dynamic FPS.
- Dynamic ROI (Regions of Interest) – Đây là thuật toán nhận dạng và ưu tiên nén các vùng quan tâm. Camera tự động xác định các khu vực có người, phương tiện hoặc chuyển động, đồng thời áp dụng mức nén thấp để giữ lại chi tiết. Những khu vực ít quan trọng hơn được nén mạnh hơn. Tính năng dynamic ROI hoạt động linh hoạt, tự động phóng to, thu nhỏ hoặc thay đổi hình dạng vùng quan tâm tùy theo nội dung cảnh, giúp tiết kiệm băng thông mà không cần cấu hình thủ công.
- Dynamic GOP (Group of Pictures) – Các khung hình I-frame là nơi chứa nhiều thông tin và chiếm nhiều dung lượng nhất. Dynamic GOP giảm tần suất gửi I-frame khi cảnh giám sát ít chuyển động. Thuật toán xác định thời điểm thích hợp để kéo dài hay rút ngắn chu kỳ GOP, giúp tránh lưu trữ nhiều I-frame không cần thiết. Nhờ đó, các cảnh tĩnh có thể nén xuống kích thước cực nhỏ mà không mất chi tiết.
- Dynamic FPS (Frames per Second) – Được bổ sung vào các phiên bản mới, dynamic FPS giúp giảm bitrate khi cảnh ít hoặc không có chuyển động. Camera vẫn phân tích video ở tốc độ khung hình đầy đủ, nhưng những khung hình dư thừa sẽ không được mã hóa. Người dùng có thể giới hạn mức FPS và sử dụng chế độ bỏ qua khung hình, bảo đảm tiết kiệm đáng kể dung lượng mà vẫn duy trì khả năng ghi lại chi tiết quan trọng.
Play
Sự kết hợp của ba thuật toán này cho phép hệ thống camera tối ưu hóa băng thông mà vẫn đáp ứng yêu cầu pháp lý và chất lượng hình ảnh. Trên thực tế, Zipstream có thể giảm tốc độ bit trung bình từ 10–50 % cho Dynamic ROI và 0–50 % cho Dynamic GOP, tùy thuộc vào mức nỗ lực (strength) và cảnh quay.
Tùy chọn cấu hình và mức nỗ lực
Zipstream cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình để người dùng cân bằng giữa độ chi tiết và mức tiết kiệm lưu trữ. Các thông số quan trọng gồm: độ nén, độ dài GOP, tốc độ khung hình, mức nỗ lực (strength), dynamic GOP, giới hạn dynamic GOP, dynamic FPS, giới hạn dynamic FPS và chế độ bỏ qua khung hình.
- Mức nỗ lực (Strength): Đây là tham số quyết định mức độ nén mà Zipstream áp dụng. Mức “Off” tắt Zipstream, trong khi mức “Low” (10) tác động nhẹ và hầu như không thấy khác biệt trong hầu hết các cảnh. Mức “Medium” (20) làm giảm chút chi tiết ở vùng ít quan trọng; mức “High” (30) và “Higher” (40) tạo ra hiệu ứng rõ rệt hơn, giảm chi tiết tại các vùng ít quan trọng để tiết kiệm băng thông. Mức “Extreme” (50) mang lại mức tiết kiệm lớn nhất nhưng có thể ảnh hưởng đến hình ảnh ở nhiều cảnh quay. Nhờ dải tùy chọn này, người dùng có thể linh hoạt điều chỉnh tùy theo yêu cầu.
- Dynamic GOP và Dynamic FPS: Cả hai thuật toán đều có thể bật/tắt độc lập. Dynamic GOP giúp kéo dài chu kỳ GOP khi ít chuyển động; dynamic FPS cho phép camera tự giảm số khung hình được mã hóa khi cảnh tĩnh. Người dùng cũng có thể đặt giới hạn (limitation) để đảm bảo rằng GOP hoặc FPS không vượt quá hoặc thấp hơn ngưỡng chấp nhận được. Tùy từng hệ thống quản lý video (VMS), việc bật dynamic GOP có thể ảnh hưởng đến khả năng phát lại trơn tru; trong trường hợp này, có thể giảm giới hạn GOP hoặc tắt tính năng.
- Độ nén và MBR: Zipstream vẫn dựa trên tham số nén gốc của bộ mã hoá. Giá trị nén thường đặt ở mức 30 để giữ chi tiết quan trọng. Ngoài ra, người dùng có thể kết hợp Zipstream với giới hạn bitrate tối đa (MBR) để tránh các đỉnh băng thông tạm thời. Dù vậy, MBR phải đủ cao để duy trì chi tiết chuyển động nhằm tận dụng đầy đủ lợi ích của Zipstream.
Tỷ lệ giảm băng thông và ví dụ thực tế
Zipstream đã chứng minh khả năng tiết kiệm băng thông đáng kể. Bằng cách phân tích thông tin theo thời gian thực, Zipstream đạt mức giảm trung bình 50 % hoặc hơn. White paper năm 2021 liệt kê các phương pháp và mức tiết kiệm cụ thể:
- Dynamic ROI có thể giảm bitrate 10–50 %, tùy thuộc vào mức nỗ lực, chuyển động và nội dung cảnh.
- Dynamic GOP cho phép giảm 0–50 %, chủ yếu phụ thuộc vào lượng chuyển động trong cảnh.
- Khi kết hợp, các thuật toán này có thể nhân đôi lợi ích. Ví dụ minh họa cho thấy cảnh “bán lẻ” trong nhà có ánh sáng tốt và chuyển động trung bình, đặt mức nỗ lực thấp, dynamic GOP tắt sẽ giảm bitrate khoảng 25 %. Cảnh giám sát giao thông ban ngày với nhiều chuyển động được cấu hình ở mức nỗ lực cao và dynamic GOP bật có thể giảm 50 %. Đáng chú ý, cảnh ghi liên tục vào ban đêm với ít chuyển động có thể giảm tới 90 % khi bật dynamic GOP và đặt mức nỗ lực cao. Những con số này cho thấy hiệu quả Zipstream phụ thuộc vào đặc tính cảnh và cấu hình.
Mức giảm lớn nhất thường đạt được trong các cảnh tĩnh hoặc ít chuyển động, nơi dynamic GOP và dynamic FPS phát huy tối đa tác dụng. Ngược lại, những cảnh phức tạp nhiều chuyển động cần cẩn trọng khi tăng mức nỗ lực, vì quá nhiều nén có thể bỏ qua chi tiết.
Đổi mới liên tục từ năm 2015
Axis giới thiệu Zipstream lần đầu tiên vào năm 2015. Kể từ đó, công nghệ này liên tục được cải tiến và bổ sung tính năng. Theo white paper 2021, các bản cập nhật bao gồm:
- Bổ sung dynamic FPS: Thuật toán này là điểm khác biệt quan trọng so với phiên bản ban đầu. Dynamic FPS giúp camera giảm bitrate khi ít chuyển động, đồng thời cho phép giới hạn tốc độ khung hình và bỏ qua khung hình để tối ưu lưu trữ.
- Hỗ trợ cho nhiều loại camera: Zipstream mở rộng hỗ trợ cho camera PTZ, 4K Ultra HD, đa megapixel và camera toàn cảnh 360 độ. Điều này giúp công nghệ nén phù hợp với các nhu cầu giám sát mới như theo dõi khu vực rộng lớn hay giám sát giao thông.
- Hỗ trợ H.265: Một số sản phẩm Axis tích hợp Zipstream trên cả chuẩn H.264 và H.265, cho phép người dùng linh hoạt chuyển đổi trong giai đoạn chuyển đổi dài. H.264 vẫn là chuẩn phổ biến nhất trong giám sát nhưng việc hỗ trợ H.265 mở ra tiềm năng tiết kiệm bổ sung ở những cảnh có nhiều chuyển động.
- Cập nhật qua firmware: Mỗi khi Axis nâng cấp Zipstream, tính năng được đưa vào bản cập nhật firmware để các camera hiện có vẫn hưởng lợi. Nhờ đó, thiết bị luôn đạt hiệu suất cao nhất với băng thông và dung lượng thấp nhất.
Những cải tiến liên tục này thể hiện cam kết của Axis trong việc nâng cao trải nghiệm khách hàng và tối ưu hóa chi phí vận hành.
Lợi ích và ứng dụng thực tiễn
Lưu trữ lâu hơn với chi phí thấp
Với Zipstream, doanh nghiệp có thể lưu trữ video dài hơn mà không cần đầu tư thêm ổ cứng hay băng thông. Công nghệ này đặc biệt hữu ích cho các tổ chức cần lưu dữ liệu dài hạn, như sân bay, ngân hàng, trung tâm dữ liệu hoặc đơn vị pháp lý. Mức tiết kiệm trung bình 50 % giúp giảm chi phí tổng thể của hệ thống lưu trữ và giảm nhu cầu băng thông đường truyền.
Tăng khả năng phân tích
Vì Zipstream giữ nguyên độ phân giải và tốc độ khung hình trong các khu vực quan trọng, các nhà điều tra có thể truy xuất chi tiết như khuôn mặt, biển số, hình xăm khi cần thiết. Điều này đảm bảo tính hữu ích của video trong quá trình điều tra và xét xử. So với các giải pháp nén thông thường, Zipstream giảm nguy cơ mất dữ liệu pháp lý do cắt giảm nhầm.
Phù hợp với nhiều tình huống giám sát
Từ cửa hàng bán lẻ đến thành phố thông minh, Zipstream được thiết kế để thích ứng với đa dạng cảnh giám sát. Những cảnh có chuyển động thấp như bãi đậu xe hay hành lang sẽ tiết kiệm nhiều hơn nhờ dynamic FPS và dynamic GOP. Với camera PTZ hoặc 4K theo dõi khu vực rộng, dynamic ROI và các giới hạn nỗ lực cho phép tối ưu hóa băng thông mà vẫn giữ khung hình mượt mà.
Dễ tích hợp với hệ thống hiện có
Axis thiết kế Zipstream tương thích với nhiều trình phát và hệ thống quản lý video khác nhau. Do công nghệ vẫn sử dụng cú pháp H.264/H.265 tiêu chuẩn, người dùng có thể triển khai mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng hiện có. Hơn nữa, với khả năng cập nhật firmware, camera Axis được cải tiến liên tục mà không cần thay thế phần cứng.
Các lưu ý khi triển khai
Mặc dù Zipstream mang lại lợi ích rõ ràng, một số điểm cần lưu ý:
- Ảnh hưởng tới phát lại: Dynamic GOP có thể làm một số phần mềm VMS phát lại không mượt mà nếu phần mềm không hỗ trợ tốt H.264 với GOP thay đổi. Trong trường hợp này, có thể giảm giới hạn GOP hoặc tắt dynamic GOP.
- Cân bằng độ nén: Mức nỗ lực cao (40–50) mang lại mức tiết kiệm lớn nhưng có thể làm giảm chi tiết ở những khu vực ít quan trọng, tạo cảm giác giảm chất lượng. Cần thử nghiệm để chọn mức phù hợp với mục đích sử dụng.
- Phụ thuộc vào cảnh: Hiệu quả Zipstream phụ thuộc vào cảnh quay. Cảnh tĩnh tiết kiệm nhiều nhất, còn cảnh có nhiều chuyển động sẽ tiết kiệm ít hơn. Do đó, nên thiết lập các cấu hình khác nhau cho từng camera tùy theo vị trí (ví dụ: cửa ra vào, hành lang, bãi xe).
- MBR và dynamic FPS: Nếu sử dụng giới hạn bitrate tối đa (MBR), cần đảm bảo ngưỡng đủ cao để camera vẫn ghi lại chuyển động sắc nét. Khi dùng dynamic FPS, camera vẫn ghi nhận đầy đủ chuyển động nhưng bỏ qua khung hình tĩnh; do đó, cần điều chỉnh ngưỡng tốc độ khung hình tối thiểu để không bỏ sót sự kiện quan trọng.
Lời Kết.
Zipstream của Axis là một giải pháp nén thông minh đáng chú ý trong ngành camera giám sát IP. Bằng việc kết hợp ba thuật toán Dynamic ROI, Dynamic GOP và Dynamic FPS, công nghệ này giúp cắt giảm băng thông và lưu trữ trung bình 50 % hoặc hơn mà vẫn giữ nguyên các chi tiết pháp lý quan trọng. Các tùy chọn cấu hình đa dạng cùng khả năng nâng cấp firmware làm cho Zipstream linh hoạt và dễ tích hợp vào hạ tầng hiện có.
Đối với các doanh nghiệp, tổ chức đang tìm kiếm giải pháp lưu trữ video hiệu quả, Zipstream đem lại lợi ích kép: tiết kiệm chi phí và nâng cao giá trị pháp y. Tuy nhiên, người quản trị nên hiểu rõ mức nỗ lực, dynamic GOP/FPS và các giới hạn để điều chỉnh phù hợp với từng cảnh quay. Với sự cải tiến liên tục từ năm 2015, bao gồm hỗ trợ PTZ, 4K và H.265, Zipstream hứa hẹn tiếp tục là công nghệ chủ lực trong những hệ thống giám sát tiên tiến của tương lai.