Nhu cầu giảm băng thông và dung lượng lưu trữ nhưng vẫn duy trì chất lượng hình ảnh ngày càng bức thiết, dẫn đến cuộc chạy đua phát triển công nghệ nén hình ảnh tốt hơn.
Nhu cầu là cội nguồn của những phát minh. Điều này hoàn toàn đúng trong lĩnh vực giám sát hình ảnh. Để đáp ứng nhu cầu người dùng, các hãng sản xuất camera liên tục chạy đua nâng cao độ phân giải hình ảnh, tăng thêm gánh nặng về băng thông và khả năng lưu trữ. Thêm vào đó, việc gửi dữ liệu kích thước lớn đòi hỏi người dùng phải đầu tư nhiều giải pháp, làm tăng đáng kể chi phí đầu tư hệ thống giám sát.
Vấn đề đặt ra trong lúc này là giảm chi phí và đưa hình ảnh chất lượng cao đến với nhiều khách hàng hơn. Nhu cầu này là động lực thúc đẩy phát minh nhiều công nghệ chuẩn nén hình ảnh tiên tiến nhằm giúp giảm kích thước dữ liệu, đồng thời vẫn duy trì được chất lượng hình ảnh từ các camera mà khách hàng đang dùng.
“Trong ngành công nghiệp an ninh ngày nay, có bốn định dạng nén hình ảnh chính: M-JPEG, MPEG-4, H.264 và H.265 vừa xuất hiện trên thị trường với tên đầy đủ là High Efficiency Video Encoding (gọi tắt là HEVC). H.264 đã được sử dụng phổ biến từ lâu trong ứng dụng giám sát hình ảnh và vẫn sẽ giữ vững vị trí trong thời gian tới, bất chấp thông tin về sự phát triển H.265 đang ngày một nhiều hơn”- Brad Donalson, phó giám đốc bộ phận phát triển sản phẩm của Arecont Vision giải thích.
Brad còn cho biết thêm: “Trong khoảng 12 đến 18 tháng tới, chúng ta sẽ thấy một vài ứng dụng của H.265. Tuy nhiên, tôi tin rằng H.264 vẫn sẽ được sử dụng rộng rãi trong vài năm tới.”
Hiệu suất của H.264 đã được chứng minh bằng khả năng giảm kích thước dữ liệu ngay từ phiên bản đầu tiên phê duyệt vào năm 2003, và H.264 vẫn tiếp tục được sử dụng phổ biến. Nhưng James Marcella, giám đốc dịch vụ kỹ thuật của Axis Communications chia sẻ một cái nhìn lạc quan hơn về tiềm năng của H.265. “Phần lớn các nhà sản xuất camera hỗ trợ H.265 như một phần trong hệ thống giám sát bao gồm cả VMS và phân tích hình ảnh,” ông nói. “Hiện tại, H.265 đang được tích hợp trong sản phẩm của một vài công ty và sẽ thay thế H.264 trong vòng 12 đến 18 tháng tới .“
Việc liên tục phát triển camera có độ phân giải ngày càng cao tạo thách thức lớn về băng thông và lưu trữ. H.264 có thể khắc phục vấn đề trên nhưng không hoàn toàn. Vì vậy, người dùng thật sự cần một phương pháp nén hình ảnh hiệu quả hơn, đó chính là H.265.
Trong vài năm qua, nhiều cuộc đối thoại xoay quanh tiềm năng của H.265 trong việc giải quyết vấn đề băng thông và lưu trữ đã được tổ chức. Vậy tại sao H.265 chưa được áp dụng trên quy mô lớn? Theo Marcella, có nhiều yếu tố ảnh hưởng như vấn đề cấp giấy phép, bản quyền và thiếu hỗ trợ dành cho định dạng nén hình ảnh mới như H.265.
Khi xem xét mức độ sử dụng H.265 trong các sản phẩm của hệ thống giám sát hình ảnh, có thể thấy các hãng sản xuất phần cứng đang dẫn trước so với các hãng cung cấp phần mềm, dẫn đến trở ngại khi áp dụng H.265.
Theo Chris Olson, giám đốc kỹ thuật, Intertech Ci: “Các hãng sản xuất camera đã bắt đầu tung ra thị trường camera hỗ trợ H.264 và H.265, nhưng các công ty sản xuất phần mềm VMS lại chậm hơn. Đến nay, chỉ có vài phiên bản phần mềm hỗ trợ có thể dùng cho camera H.265.”
Giải pháp tạm thời
Bên cạnh dự đoán H.265 sẽ dần được ứng dụng, một số nhà sản xuất camera tập trung phát triển các phiên bản H.264 mạnh mẽ hơn và sử dụng như giải pháp tạm thời.
“Một số hãng sản xuất camera đã cải tiến phiên bản H.264 đặc biệt, cho phép linh động thay đổi cấu hình camera dựa trên khung cảnh quan sát để giảm băng thông và lưu trữ”, Olson cho biết.
Ngoài ra, một số kiểu mã hóa thông minh cũng được thiết kế để giúp H.264 giảm băng thông tiêu thụ và tiết kiệm không gian lưu trữ tương tự H.265.
Theo Olson: “Nhiều hãng sản xuất camera vẫn đang tiếp tục phát triển mã hóa H.264 thông minh, cho phép nén nhiều hơn ở những khu vực có ít chuyển động. Một vài kiểu mã hóa thông minh còn cho phép linh động thay đổi kích thước GOP và tốc độ khung hình, giảm yêu cầu băng thông và lưu trữ.”
Dù các phiên bản này giúp nén hình ảnh rất hiệu quả, nhưng tương tự H.265, các phiên bản tinh chỉnh của H.264 cũng chưa được sử dụng phổ biến, theo David Choi, giám đốc sản phẩm của Speco Technologies.
Tom Larson, giám đốc bán hàng và kỹ thuật của Northbrook bổ sung thêm: “Về mặt lưu trữ, một số công ty lựa chọn cách chờ xem sự phát triển H.265, vì sản phẩm hỗ trợ H.265 vẫn cực kỳ hạn chế ở thời điểm hiện tại.”
“Vì camera hỗ trợ chuẩn nén H.265 chưa phải sản phẩm chính thức trên thị trường nên chúng tôi chưa thực hiện bất kỳ thử nghiệm nào đối với dòng camera này. Sau khi camera và VMS được tung ra thị trường, chúng tôi sẽ kiểm tra để xem các tác động đến phần cứng như CPU, ổ đĩa cứng,... từ đó tính toán số lượng camera và băng thông sử dụng trên mỗi máy chủ.”
Lý thuyết và thực tế
Có lẽ rào cản lớn nhất để áp dụng H.265 là quan niệm cho rằng H.265 chưa phát triển đầy đủ để trở thành một lựa chọn nén hình ảnh tối ưu. Vấn đề giảm băng thông và lưu trữ đã được giải quyết, nhưng Michael Sherwood, người quản lý dịch vụ chuyên nghiệp của Milestone Systems Americas cho rằng chưa có nhiều khác biệt so với H.264. “Tương tự khi phát hành H.264 lần đầu tiên, H.265 không cho thấy cải tiến lớn về băng thông và lưu trữ, nhưng khả năng của H.265 sẽ cải thiện trong tương lai nếu bộ mã hóa được tối ưu.”
Tuy nhiên, những báo cáo về khả năng cải thiện hiệu suất và tiết kiệm chi phí của H.265 không hẳn là sai, do có khác biệt giữa lý thuyết và thực tế.
Brandon Reich, Giám đốc cấp cao giải pháp giám sát Pivot3 giải thích: “Trong điều kiện lý tưởng, H.265 có thể giảm từ 40 đến 50% băng thông và dung lượng lưu trữ, với hình ảnh tĩnh được ghi hình liên tục. Trong thế giới thực, các khung cảnh giám sát thường là tập hợp của nhiều hình ảnh phức tạp và nhiều chuyển động, nên H.265 không phát huy hoàn toàn khả năng của mình, dẫn đến băng thông tăng đột biến.”
Dù có nhiều thách thức, nhưng tiềm năng của H.265 sẽ tiếp tục mang đến nhiều lợi ích. Theo Fredrik Svensson, chủ tịch ONVIF’s Profile T Working Group: “Công nghệ H.265 đã sẵn sàng nhưng vẫn còn một số việc liên quan đến phần cứng hỗ trợ đang trong quá trình hoàn thiện. Điều kiện lý tưởng nhất là các thành phần lớp vật lý trong hệ thống giám sát đều hỗ trợ cho chuẩn nén hình ảnh mà bạn mong muốn, như: thiết bị VMS, phần cứng máy chủ, card đồ họa và camera. Sẽ cần một khoảng thời gian nữa để những thành phần này sẵn sàng, nhưng đây chỉ là vấn đề thời gian trước khi H.265 phát triển rộng rãi.”
Hiểu rõ chuẩn nén đang sử dụng
Donaldson cho biết cần nắm rõ ba thông số trên camera để triển khai hệ thống giám sát với phương pháp nén hình ảnh phù hợp: tỷ lệ khung hình, tốc độ bit và chất lượng hình ảnh. Việc hiểu những thông số này và cách chúng tương tác với nhau là điều cần thiết để tính toán dung lượng lưu trữ và đáp ứng nhu cầu người dùng.
“Việc điều chỉnh chất lượng hình ảnh, thay đổi tốc độ bit và tỷ lệ khung hình có thể ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến mức độ nén, tùy vào cách hệ thống giám sát được cấu hình.”
Thông thường, việc đầu tiên cần làm là xem xét vai trò của camera trước khi lắp đặt, từ đó lựa chọn định dạng nén hình ảnh hoặc công nghệ phù hợp nhất cho toàn bộ hệ thống giám sát.
Theo Sherwood: “Mục tiêu cuối cùng không chỉ đơn giản là tạo ra những đoạn ghi hình với lượng băng thông và dung lượng lưu trữ thấp nhất hoặc chi phí rẻ, mà các đoạn ghi hình phải đáp ứng yêu cầu của khách hàng trong những bối cảnh nhất định của họ.” Do đó, những nhà tích hợp hệ thống lựa chọn H.265 là hướng phát triển sẽ phải xem xét thêm các yếu tố: yêu cầu phần cứng, khả năng xử lý hình ảnh... để đáp ứng yêu cầu của khách hàng.
Reich nhận định: “Trước mắt, nhu cầu đầu tư cơ sở hạ tầng sẽ tăng cao. Những phương pháp mã hóa thông minh có thể giảm thiểu nhu cầu đó, nhưng không loại bỏ hoàn toàn. Trong nhiều trường hợp, các nhà tích hợp hệ thống giám sát có thể xem cách xử lý của những ngành khác khi đối mặt các thách thức tương tự. Ta có thể tham khảo từ ngành CNTT, cụ thể như lưu trữ, chia sẻ tài nguyên máy tính, khả năng phục hồi dữ liệu, khả năng chịu lỗi và tính di động là những giải pháp có thể giảm chi phí, nâng cao độ tin cậy và mang lại lợi ích thật sự cho người dùng.”
Một điều quan trọng nữa là nên xem xét thêm nhiều giải pháp khác để giảm băng thông thay vì chỉ tập trung vào công nghệ.
“Tôi luôn thích kết nối các camera và đầu ghi hình với thiết bị chuyển mạch mạng riêng. Điều này vừa cho phép bảo mật hệ thống mạng, vừa không tốn nhiều băng thông để quản lý toàn bộ hệ thống.” Adam Deegan, kỹ sư ứng dụng hệ thống điều khiển Northland của Fremont tại Calif., thành viên của Ủy ban kỹ thuật an ninh mạng PSA cho biết.
Chìa khóa thành công của một hệ thống đều bắt nguồn từ việc lập kế hoạch rõ ràng. Vì vậy, các nhà tích hợp hệ thống cần nắm vững yêu cầu và vạch ra cơ sở hạ tầng chi tiết trước khi thực hiện bất kỳ điều gì.
Theo Adam: “Tính toán tổng lượng băng thông và dung lượng lưu trữ là điều bắt buộc trước khi lắp đặt thiết bị hệ thống giám sát hình ảnh. Đối với camera có độ phân giải cao, dung lượng lưu trữ và băng thông mạng càng cao sẽ càng tốt, giúp chất lượng hình ảnh luôn được duy trì.”
Ngoài ra, bạn cũng cần quan tâm hệ thống giám sát hình ảnh có chia sẻ băng thông mạng với những hệ thống khác hay không để có giải pháp hợp tác với các bên liên quan. Christopher Wetzel, người sáng lập và phó chủ tịch, Intertech Ci cho biết: “Khi hệ thống giám sát nằm trên cùng hệ thống mạng với các hệ thống khác, vấn đề bảo mật sẽ không được đảm bảo, và tác động của các hệ thống khác có thể ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của hệ thống giám sát. Vì vậy, ta cần hợp tác với bộ phận công nghệ thông tin để nâng cao khả năng bảo mật cho hệ thống giám sát.”
H.265 chỉ là một trong các chuẩn nén hình ảnh mới, được tạo ra để phục vụ camera độ phân giải cao. Do đó, H.265 không phải là giải pháp toàn diện để giải quyết mọi vấn đề giảm kích thước dữ liệu và các vấn đề khác đi kèm. Vì các định dạng nén được phát triển để phù hợp với nhu cầu của thị trường, Marcella đề nghị các nhà tích hợp hệ thống nên theo dõi thị trường thường xuyên để chuẩn bị tốt cho những công nghệ mới xuất hiện.
“Sẽ luôn có định dạng nén mới xuất hiện. Bạn cần theo dõi liên tục thị trường điện tử tiêu dùng để cập nhật những công nghệ mới được sử dụng trong những sản phẩm bảo mật.”
Kết luận:
Khách hàng luôn muốn giảm băng thông và dung lượng lưu trữ nhưng phải duy trì được chất lượng hình ảnh. Điều đó thúc đẩy các nhà sản xuất camera chạy đua phát triển công nghệ nén hình ảnh tốt hơn. Tuy nhiên, ở thời điểm hiện tại, việc áp dụng chuẩn nén hình ảnh mới không dễ dàng vì cần tham khảo sự khác biệt giữa lý thuyết và thực tế, cũng như am hiểu về chuẩn nén hình ảnh muốn sử dụng để đạt hiệu quả tốt nhất.
Võ Phan Hồng Phước
Theo SDM Magazine
