CODEC e standard di compressione video
– Guida

CODEC – Quando con una telecamera, si realizza una ripresa video, l’immagine verrà memorizzata su un supporto digitale, in modo da poter essere visionata, trasmessa, e archiviata in un secondo momento; pertanto, la risoluzione, la qualità, e lo spazio occupato dal video creato, sono elementi importantissimi, che possono condizionare aspetti della comunicazione, del mezzo di trasmissione utilizzato e soprattutto dei supporti di memorizzazione/archiviazione che andremo ad usare.

In queste valutazioni si fa riferimento al “bit-rate”, ossia il valore che rappresenta la velocità del flusso video in termini di bit (milioni di bit per secondo o “Mbps”). Più il valore sarà elevato, più l’immagine sarà di qualità, occupando più spazio del file.

Qui entra in gioco l’utilizzo del Codec, ossia un algoritmo che ci permetterà di ottenere un file (rappresentativo delle immagini video) che andrà ad occupare poco spazio ma, nello stesso tempo, conterrà informazioni di qualità e potrà essere trasmesso ad una velocità ottimale per l’uso richiesto.

Otteniamo così un “CONTENITORE” (il file video, che avrà varie estensioni: .AVI, .MPG, ecc…), un filmato digitale con all’interno dati ottenuti tramite un processo di compressione (grazie al Codec), che ci permetteranno di ricostruire l’immagine video originaria al meglio, secondo determinati criteri.
Quando avremo bisogno successivamente di rivedere la ripresa, useremo lo stesso Codec per reinterpretare i dati.

Ovviamente, il nostro obbiettivo principale sarà ottenere dati da inserire all’interno del nostro contenitore, che occupino sempre meno spazio, a parità di qualità video (se non superiore), utilizzando sempre nuovi codec aggiornati e più performanti.

Gli standard di compressione video

Per trasferire i files audio/video ottenuti dalle telecamere, considerando la grossa mole di dati di cui sono composti, sarà necessario ricorrere ad adeguati strumenti di compressione: con tale operazione, otterremo sicuramente una sensibile riduzione di dati da trasferire (sempre considerando che, un’alta compressione, comporterà inevitabilmente il degrado generale della qualità dell’immagine); La gestione della compressione sarà demandata alle telecamere digitali, che essendo dotate di una CPU, hanno capacità di calcolo sufficiente per tale operazione.

Esiste una larga scelta CODEC:

M-JPEG (Motion JPEG)

Il Motion JPEG o M-JPEG è stato per molto tempo il più usato tra gli algoritmi di compressione video; le telecamere digitali effettuano l’acquisizione dei singoli fotogrammi e li comprimono in formato JPEG. A compressione avvenuta, la telecamera genererà una trasmissione in flusso continuo, ad esempio, fino a 30 frame per secondo.

Generando una trasmissione superiore ai 16fps, l’occhio umano percepisce le immagini come un unico movimento fluido; di fatto vengono trasmesse tante immagini complete con lo stesso livello di compressione, in formato JPEG.

Uno dei vantaggi dello standard Motion JPEG, consisterà quindi nel fatto che le varie immagini di cui è composta una sequenza video, avranno la stessa qualità, che potrà variare a seconda del livello di compressione scelto per la telecamera o per il codificatore video.

Maggiore sarà il livello di compressione, minore risulterà la qualità delle immagini e quindi la dimensione dei files.
In alcune condizioni, ad esempio di scarsa i lluminazione, o quando una ripresa diventa complessa, le dimensioni del file immagine possono diventare piuttosto grandi, quindi utilizzare una larghezza di banda e spazio per la memorizzazione maggiori: per impedire ciò, alcuni prodotti consentono all’utente di impostare un limite massimo di dimensione file per fotogramma/immagine.

Un altro grande vantaggio del formato Motion JPEG, sta nel fatto che non esistono legami fra i fotogrammi: il video risulterà quindi “solido” ed anche nel caso in cui durante la trasmissione si perdesse un fotogramma, il resto del video non verrà assolutamente compromesso.
Il formato Motion JPEG, è ampiamente compatibile e diffuso in applicazioni per le quali sono necessari singoli fotogrammi di una sequenza video (ad esempio, per l’analisi), con velocità di trasmissione ridotte, nell’ordine ad esempio di 5 fotogrammi al secondo o meno.

MPEG e MPEG-4 (Moving Picture Experts Group)

L’MPEG è molto usato nello streaming audio/video, a differenza del M-JPEG, questo algoritmo si basa sul confronto fra le singole immagini acquisite dalle telecamere digitali, trasmettendo una sola immagine completa e compressa e successivamente trasmettendo solo le differenze con l’immagine di riferimento; questo algoritmo di compressione ha come vantaggio una grossa riduzione dei dati da trasmettere. A partire dalla fine degli anni ’80, l’MPEG è stato perfezionato, passando da MPEG-1, MPEG-2, fino ad arrivare all’attuale MPEG-4 che riesce a superare i limiti dei 25/30fps delle prime versioni, mantenendo un bit rate relativamente basso.

Parlando in ambito di applicazioni per la videosorveglianza, di solito si fa riferimento allo standard MPEG-4 Parte 2, noto anche come MPEG-4 Visual.
Lo standard MPEG-4 supporta applicazioni con larghezza di banda limitata e applicazioni che richiedono immagini di alta qualità, senza limiti di velocità di trasmissione e con larghezza di banda virtualmente illimitata.

H.264 AVC (Advanced Video Coding)

noto anche come MPEG-4 Parte 10/AVC (dove AVC è sta per “Advanced Video Coding“), fa parte di una generazione di algoritmi di compressione il cui scopo è quello di ottenere elevata compressione dei dati, mantenendo nello stesso tempo, un’alta qualità delle immagini, con un bitrate inferiore a tutti standard precedenti.
Un codificatore che supporta lo standard H264 è infatti in grado di ridurre le dimensioni dei file video digitali di oltre l’80% rispetto al formato Motion JPEG e fino al 50% rispetto allo standard MPEG-4, senza compromessi in termini di qualità delle immagini. Ciò significa che per la gestione dei file video sono necessari meno spazio di memorizzazione e larghezza di banda, quindi si otterranno immagini di qualità più elevata a parità di velocità di trasmissione. Alcuni prodotti che codificano in H264: Kit Videosorveglianza PLC; Telecamere occultabili.

H.265 HEVC (High Efficiency Video Coding)

L’ H265 (o HEVC: High Efficiency Video Coding) rappresenta uno degli ultimi Codec standard utilizzato in tutto il mondo per la creazione, la riproduzione e la trasmissione di filmati video nei più comuni canali di trasmissione video.
Lanciato nel 2013, tale standard di compressione, permette la riproduzione di filmati in 4K – Ultra HD (vedi la nostra Sezione Telecamere 4K dove troverete alcune telecamere H265), spingendosi oggi sino all’8K – Ultra HDTV (con risoluzioni fino a 8192×4320).

Facendo un raffronto, a pari qualità video, la grandezza del file video compresso in H265 sarà della metà rispetto all’H264 (o la metà del bitrate); la qualità video con codec H265 pertanto, è nettamente superiore a quella con codec H264.

Ma cosa ha determinato tale miglioramento? A livello algoritmico, ci sono stati cambiamenti significativi: è cambiata la dimensione del blocco di codifica, passata da 16×16 pixel (H264), ad una dimensione massima di 64×64 pixel, in modo da sfruttare meglio la correlazione che c’è tra pixel vicini tra loro, soprattutto nel caso di risoluzioni di segnali superiori all’HD. Alcuni prodotti che codificano in H265: Kit Videosorveglianza WiFi;Telecamera Panoramica.

In definitiva, i vantaggi di questo nuovo codec saranno:

miglior qualità delle immagini;
possibilità di passare alle risoluzioni 4K o superiori;
a parità di risoluzioni, minor spazio occupato dalle immagini negli HD;
telecamere con DSP più complessi;
dvr con processori più complessi.

Per altre info: Qui

Ricordiamo a tutti i clienti che in caso di dubbi o problematiche eventualmente non trattate in questa guida, i nostri tecnici restano a disposizione per ogni chiarimento

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