セキュリティと監視のためのディジタルビデオレコーダ(DVR)およびH.264圧縮への概論

要約

このアプリケーションノートは、現状の圧縮セキュリティと監視ビデオ技術のタイプと数種のビデオ圧縮規格の本来の強みを紹介します。この論述ではディジタルレコーダが従来のCCTVとIPカメラ入力をどのように利用するかの基本コンセプトをカバーします。そしてディジタルレコーダはH.264ビデオ圧縮規格を信号圧縮に利用し、データストレージ容量の増大、およびより低いビットレートでもネットワーク上でより高品質の送信を可能にします。

概要

アナログCCTVのセキュリティシステムはディジタル技術に移行しつつあり、ビデオレコーディングがこの移行を先導しています。ビデオ監視や記録を必要とするセキュリティシステムでは、アナログVCRはディジタルビデオレコーダ(DVR)に置き換わっています。今日では、DVRはセキュリティアプリケーションにおいて、アナログVCRに比べて圧倒的な利点をもたらしています。ビデオ映像は、ディジタルで記録および処理し、ほぼ任意のレベルの画質(高精細度(HD)を含む)にてディジタルネットワークを経由して送出することができます。これによってユーザーは、リアルタイム分析、シーン検索、モーション検出とアクティビティ検出のアラーム、およびIPネットワーク経由のリモートアクセスなどのディジタル専用技術を利用することができるようになります。ハードディスクドライブ(HDD)、ディジタル多用途ディスク(DVD)、またはネットワーク接続ストレージ(NAS)などの物理媒体上のストレージ容量のコストは、アナログテープをベースとしたレコーディングコストのほんの数分の一です。ディジタルビデオレコーディングとアーカイビングを使用すると、時間の経過によって画質を劣化させることなく、ビデオ映像を永久に保存することができます。これらのすべての要因を考慮して、セキュリティ業界は、ビデオレコーディングの標準としてDVRを採用することを目指しています。

DVRの種類

セキュリティ市場は、DVRシステムとして複数の分野に進展しています。組込み、ハイブリッド、およびPCベースのDVRはすべて、ビデオとオーディオキャプチャの必須要素を必要とします。すなわち、アナログ-ディジタル変換、圧縮、再生、およびネットワークストリーミングです。組込みDVRはスタンドアロンの機器であり、アナログCCTVカメラの入力を受け入れて、ローカルHDD上で圧縮とストレージを行います。ハイブリッドDVRは、ビデオソースとしてアナログCCTVとIPカメラ入力を受け入れます。PCベースのDVRは、ハードウェア圧縮アドインカードか、PC上で動作するソフトウェア圧縮を備えた監視ステーションに組み込まれています。各モデルを区別する特長は、ビデオ入力チャネルの数、サポートされる圧縮規格、ビデオのレコーディング品質/ストリーム/ディスプレイモード、ストレージ容量、およびシステムが同時に実施可能な機能の数です。

セキュリティDVRシステムのファンクションブロックダイアグラム。マキシムが推奨するセキュリティDVR設計ソリューションの 一覧については、japan.maximintegrated.com/DVRをご覧ください。

ビデオ圧縮技術

H.264は、セキュリティDVRにおけるビデオ圧縮の新しい業界規格です。以前の世代は、ビデオレコーディング用としてMPEG-4、さらにはMJPEGも使用していました。H.264には、セキュリティアプリケーション用として、最高の圧縮率が得られると同時に優れたビデオ品質を維持することができるという利点があります。H.264の高圧縮率(前世代の技術に比べて最大2倍)によって、ストレージ容量が実質的に100%増大するため、ファイルサイズが小さくなり、したがって、固定容量のストレージデバイスでのレコーディング時間が長くなります。また、H.264を使用することで、高品質の画像を極めて低いビットレートにてネットワーク経由で送信することができるようになります。複数のカメラを必要とするセキュリティシステムでは、効率的な圧縮を行わなければ、利用可能なネットワーク帯域幅を簡単に超えてしまいます。H.264を使わないDVRシステム設計では、ほとんどの場合、縮小フレームレートまたはより低い解像度でのレコーディングの手法に依存することになりますが、これは、レコーディング時間を増やすために、またビデオのビットレートを低減するために画質を低下することになります。旧式のコーデックフォーマット(MPEG-4とMJPEG)は、たいてい今でも旧技術のサポートに必要となりますが、H.264をDVRの主コーデックとして導入しようとする業界の傾向がすでにかなり進行しています。マキシムのH.264プロセッサファミリは、前世代の機器との下位互換性を維持するためにMJPEG の記録と再生をサポートしています。

DVRのシステム要件

セキュリティビデオアプリケーションでは、より高いレコーディングとディスプレイの解像度が求められる傾向にあります。初期の世代のDVRでは、広範囲にわたって、CIF解像度のレコーディング(NTSC 360 x 240)を使用して、置き換えたアナログVCRに相当するディジタルビデオ品質を生み出していました。低解像度のCIFは、第1世代のコーデック技術(MJPEG/MPEG-4)に適したものでしたが、これは高解像度においては許容可能な圧縮率を得られませんでした。今日および今後の市場の要求は、標準画質(D1 NTSC 720 x 480)または｢DVD品質｣のビデオレコーディングです。標準画質(SD)は、CIFに比べて、チャネル当りのシステム処理能力における性能が4倍向上します。最新のH.264コーデック技術をD1解像度以上で使用することで効率的な圧縮比が実現します。マキシムのH.264プロセッサファミリによってビデオ解像度をユーザーが設定することが可能で、必要とする任意のレベルの品質にてレコーディングが可能になります。

セキュリティと監視のビデオにおける もう1つの傾向は、フルフレームレートのビデオレコーディングとストレージに対する要求です。アナログCCTVカメラのフルフレームレートはNTSCで30fps (フレーム/秒)、PALで25fpsです。リアルタイムビデオレコーディングでは、7.5fps (NTSCで25%)または15fps (NTSCで50%)などの縮小フレームレートで記録されるDVR設計に対して、チャネル当りで2新式す4倍の処理能力の向上が必要になるということです。新しいDVR設計の処理要件を満たすためには、強力でスケーラブルなステムアーキテクチャが必要になります。

今日の多くのビデオセキュリティシステムは、アナログCCTV機器と、長年にわたって構築されたディジタルネットワーク技術とのハイブリッド設計です。旧式のコーデック技術(MJPEG/MPEG-4)に基づいたこれまでのディジタル機器では、新しい機器のフォーマット間のトランスコーディングが必要になります。たとえば、MJPEG圧縮を用いた既存のIPカメラによるビデオでは、ストレージとネットワーク帯域幅を効率的に利用するために、DVRのH.264に再符号化する必要があります。今日のDVR設計は、前世代の機器で行われた投資を失うことのないようにマルチフォーマットのディジタルビデオ入力(MJPEG/MPEG-4/H.264)に対応する必要があります。マキシムのH.264プロセッサファミリは、H.264に再符号化する前に、レコーディングとストリーミング用にMJPEGとMPEG2でのビデオデコーディングをサポートしています。