É possível dimensionar um serviço de videovigilância na nuvem, mantendo a infraestrutura flexível e com uso eficiente de recursos?

Um vvideovigilância O servidor de mídia está no centro da carga de trabalho. Cada fluxo adicional gera carga em diversas camadas da infraestrutura.

Servidor de mídia Aipix Fornece um exemplo de como esse tipo de infraestrutura pode ser organizado. Sua arquitetura combina captura de fluxo, gravação, gerenciamento de arquivos e distribuição de mídia em uma única camada de processamento de mídia.

Dependendo do hardware e da carga de trabalho, um nó do Mediaserver pode processar até 5.000 fluxos. No entanto, a quantidade de fluxos por si só não determina se uma implementação é eficiente. A escalabilidade também depende de como os recursos de processamento, armazenamento, largura de banda, políticas de gravação e redundância são projetados.

O que é um servidor de mídia para videovigilância na nuvem?

Um servidor de mídia para videovigilância é um componente que processa fluxos multimídia entre câmeras, sistemas de armazenamento, aplicativos e espectadores.

Suas principais responsabilidades normalmente incluem:

• Recebendo fluxos de vídeo e áudio;
• Processando mídias recebidas;
• gravação de imagens;
• gerenciamento de arquivos;
• Fornecer acesso a vídeos armazenados;
• Transmissão de transmissões ao vivo;
• Entrega de vídeos arquivados.

No Aipix Mediaserver, essas funções são divididas entre vários componentes principais, incluindo Captura, Streaming e DVR.

O componente de Captura conecta-se a câmeras e outras fontes de mídia e recebe fluxos de entrada. O componente DVR gerencia gravações e arquivos de vídeo. O componente de Streaming entrega mídia ao vivo e arquivada para aplicativos e usuários.

O fluxo geral de mídia pode ser representado como:

Fonte de câmera ou fluxo de vídeo → Captura → Processamento RTP → Streaming e/ou DVR → Entrega de vídeo

Essa arquitetura mantém as principais operações de mídia em uma única camada de processamento, ao mesmo tempo que separa as responsabilidades de aquisição, gravação, armazenamento e reprodução do fluxo de dados.

Como o módulo Capture processa os fluxos de entrada?

Antes que o vídeo possa ser gravado ou transmitido aos espectadores, o Mediaserver deve estabelecer e manter uma conexão com a câmera ou outra fonte de transmissão.

Esta tarefa é da responsabilidade de Módulo de captura.

O Capture fornece uma API para módulos internos do Mediaserver que precisam acessar fluxos de vídeo e suporta a aquisição de fluxos RTSP usando os protocolos de transporte TCP e UDP.

Assim que um fluxo de dados é recebido, o Capture processa os dados de entrada. Pacotes RTP, que transportam os dados da mídia.

Dois operadores estão envolvidos nesse processo:

• Flâmula — criado quando um fluxo é adicionado ao Mediaserver. Ele processa os pacotes RTP recebidos e os encaminha para os componentes responsáveis pelo streaming de vídeo.
• Gravador — criado quando a gravação é ativada para o fluxo. Ele processa os mesmos pacotes RTP recebidos e os encaminha para o subsistema DVR/arquivamento.

Essa arquitetura permite que um único fluxo de vídeo capturado por uma câmera seja usado para diversas finalidades simultaneamente.

Por exemplo, uma transmissão ao vivo pode ser enviada a um usuário enquanto a mesma transmissão também está sendo gravada e arquivada.

Separar a captura da gravação e da reprodução também ajuda a organizar as responsabilidades de processamento de mídia à medida que as implantações crescem.

Quantos fluxos de vídeo o servidor de vigilância consegue processar?

De acordo com a configuração de referência documentada, um Servidor de mídia O nó pode processar até 5.000 transmissões de vídeo, dependendo do hardware e da carga de trabalho.

Esse processamento pode incluir captura de fluxo de dados, gravação de arquivos e distribuição de conteúdo.

Para o cenário de referência de 5.000 fluxos, a configuração aproximada da infraestrutura é:

• 32 vCPUs;
• 160 GB de RAM;
• SSD de 128 GB;
• 2 adaptadores de rede de 10 Gbit/s;
• Até 3.000 TB de espaço em disco rígido para 30 dias de armazenamento de arquivos.

Esses números não devem ser interpretados como requisitos fixos para todas as implementações.

O consumo real de recursos depende de fatores como:

• número de fluxos;
• taxa de bits da câmera;
• resolução;
• codec;
• modo de gravação;
• período de retenção;
• tamanho do arquivo;
• número de espectadores;
• tráfego de rede de entrada e saída.

Essa distinção é importante na estimativa dos custos de infraestrutura. Duas instalações com o mesmo número de câmeras podem exigir quantidades muito diferentes de poder computacional, armazenamento e largura de banda.

Servidor de mídia para videovigilância com capacidade de expansão conforme o número de câmeras aumenta.

A escalabilidade tem duas dimensões principais: aumentar a capacidade de um nó existente e adicionar mais nós.

O Aipix Mediaserver suporta ambos escala vertical e horizontal.

A escalabilidade vertical significa aumentar os recursos de um servidor individual, como CPU e RAM.

A escalabilidade horizontal significa adicionar mais nós do Mediaserver e distribuir a carga de trabalho entre eles.

As configurações de referência documentadas ilustram como os requisitos de hardware mudam à medida que o número de fluxos aumenta:

A tabela demonstra por que a contagem de fluxos deve ser tratada como um parâmetro de dimensionamento, e não como a única métrica de escalabilidade.

À medida que as implantações crescem, os diferentes recursos de infraestrutura podem aumentar a taxas diferentes.

Por exemplo, um número maior de espectadores pode aumentar o tráfego de rede de saída sem alterar significativamente os requisitos de armazenamento do arquivo. Um período de retenção mais longo pode aumentar drasticamente os requisitos de armazenamento sem alterar o número de fluxos de entrada.

Tolerância a falhas e redundância para disponibilidade de VSaaS

Um sistema de videovigilância de grande escala também precisa levar em conta falhas de servidor.

Se milhares de fluxos de vídeo de câmeras dependem de um único nó de processamento, uma falha pode afetar uma parte significativa do serviço.

Por isso, a tolerância a falhas e a redundância são importantes em ambientes com múltiplos servidores.

O Aipix Mediaserver pode operar com o Controller em uma configuração onde as cargas de trabalho podem ser redistribuídas entre os servidores. Se um servidor ficar indisponível, os fluxos podem ser redirecionados para outro nó disponível.

O valor prático dessa abordagem não se limita ao backup.

Isso reduz a dependência de um único servidor de processamento e permite que o planejamento de capacidade e a resiliência sejam considerados em conjunto.

Em uma implantação maior, os nós adicionais podem, portanto, servir a dois propósitos:

• aumento da capacidade de processamento;
• Melhorar a continuidade do serviço caso outro nó falhe.

Para os operadores, essa é uma distinção importante. A escalabilidade sem redundância pode aumentar a capacidade, mas ainda deixar a plataforma vulnerável a falhas de servidores individuais.

Como um servidor de mídia para videovigilância pode ajudar a otimizar o armazenamento?

O armazenamento é um dos maiores requisitos de infraestrutura em sistemas de videovigilância na nuvem.

A quantidade de armazenamento necessária depende muito da taxa de bits da câmera, do modo de gravação, da compressão de vídeo, da atividade da cena e do período de retenção do arquivo.

O valor de 3.000 TB associado à configuração de referência de 5.000 fluxos é baseado em um cenário de arquivamento definido, e não em um requisito fixo para todas as implementações.

O cálculo de referência pressupõe:

• aproximadamente 2 Mbit/s por fluxo de vídeo;
• Gravação contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana;
• 30 dias de retenção de vídeo.

Diferentes estratégias de gravação podem alterar significativamente os requisitos de armazenamento.

O Aipix Mediaserver suporta diversos modos de gravação de arquivos, incluindo:

• gravação contínua;
• gravação sob demanda;
• gravação baseada em eventos;
• gravação agendada;
• gravação reduzida.

Isso significa que os operadores podem definir políticas de arquivamento de acordo com os requisitos de cada câmera ou caso de uso, em vez de aplicar o mesmo modelo de gravação a todos os fluxos.

Gravação contínua

Com a gravação contínua, o fluxo de vídeo é arquivado sem interrupção.

Essa abordagem é adequada quando os operadores precisam de um histórico visual completo da câmera, mas também gera os maiores requisitos de armazenamento.

Gravação sob demanda

A gravação sob demanda inicia e para de acordo com a solicitação do cliente.

Isso pode ser útil quando a gravação é necessária apenas para situações específicas, investigações ou tarefas de monitoramento temporário.

Gravação agendada

A gravação agendada ativa a gravação de arquivo de acordo com um cronograma predefinido.

Por exemplo, uma câmera pode ser configurada para gravar continuamente durante o horário comercial, mas usar outra estratégia de gravação fora desse horário.

Gravação reduzida

A gravação reduzida diminui a quantidade de dados gravados no arquivo.

Diversas abordagens podem ser utilizadas.

Com o desbaste contínuo, apenas a chave quadros IDR são gravados.

Em outra configuração, a gravação completa só pode ser iniciada quando solicitada por um cliente.

A gravação baseada na atividade da cena oferece outra opção. Quando não há mudanças significativas na imagem, o sistema pode gravar apenas quadros IDR. Quando uma atividade é detectada na cena, um evento pode acionar a gravação de fluxo completo.

Isso possibilita reduzir o consumo de espaço em disco, preservando ao mesmo tempo imagens mais detalhadas quando algo importante acontece.

Gravação baseada em eventos para reduzir o uso desnecessário de arquivos.

A gravação baseada em eventos foi projetada para cenários em que a gravação contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana, não é necessária, mas os operadores ainda precisam de imagens relevantes sobre um incidente.

O desafio é que gravar apenas o momento exato em que um evento é detectado pode eliminar um contexto importante.

Por exemplo, uma pessoa pode entrar em cena vários segundos antes que a detecção de movimento seja acionada.

Para resolver esse problema, o Aipix Mediaserver mantém um buffer de vídeo rotativo para fluxos configurados para gravação baseada em eventos.

Dois parâmetros controlam o processo:

• Profundidade do fluxo (X) — determina quantos segundos de vídeo recente o Mediaserver retém no buffer. O intervalo suportado é 5 a 120 segundos.
• Tempo limite (Y) — determina por quanto tempo o Mediaserver continua gravando após receber um gatilho de evento. O intervalo suportado também é 5 a 120 segundos.

À medida que novos ciclos de vídeo chegam da câmera, eles são gravados no buffer.

Assim que a profundidade do buffer configurada for atingida, os dados mais antigos serão removidos à medida que novos vídeos chegarem. Como resultado, o buffer sempre conterá o período de gravação mais recente.

Quando um evento é acionado, o Mediaserver verifica se a gravação de arquivamento para esse fluxo já está ativa.

Se a gravação não estiver ativa

O Mediaserver extrai as imagens atualmente armazenadas no buffer e as coloca no início da nova gravação de arquivo.

Em seguida, continua gravando a transmissão ao vivo atual no mesmo arquivo compactado.

A gravação continua pelo tempo limite pós-evento configurado.

O arquivo resultante pode, portanto, conter:

Imagens pré-evento → Evento → Imagens pós-evento

Por exemplo, se a profundidade do fluxo estiver configurada para 30 segundos e o tempo limite pós-evento é 60 segundos, O arquivo pode conter até 30 segundos de vídeo anteriores ao evento e continuar gravando por 60 segundos após o recebimento do evento.

Antes do término da gravação, o Mediaserver retoma o preenchimento do buffer para que as imagens anteriores ao evento estejam disponíveis novamente caso outro evento ocorra.

Se a gravação já estiver ativa

Se outro evento for recebido enquanto a gravação já estiver em andamento, o Mediaserver não precisa iniciar uma gravação completamente separada.

Em vez disso, o sistema estende o período de gravação existente pelo tempo limite configurado.

O ponto em que o armazenamento em buffer é retomado também é alterado de acordo.

Essa abordagem preserva o contexto útil dos eventos, evitando o consumo de armazenamento associado à gravação contínua para cada câmera.

Quais codecs de vídeo e áudio o Aipix Mediaserver suporta?

O suporte a codecs é importante porque as redes de vigilância geralmente contêm câmeras e dispositivos de diferentes fabricantes e gerações.

O Aipix Mediaserver suporta codecs de vídeo comumente usados, incluindo:

• H.264, também conhecido como Codificação de Vídeo Avançada (AVC) ou MPEG-4 Parte 10;
• H.265, também conhecido como Codificação de Vídeo de Alta Eficiência (HEVC) ou MPEG-H Parte 2.

O H.264 continua sendo um dos codecs mais utilizados em videovigilância e oferece um equilíbrio prático entre eficiência de compressão, compatibilidade e requisitos de processamento.

O H.265 pode proporcionar maior eficiência de compressão do que o H.264, reduzindo potencialmente a largura de banda e o armazenamento necessários para uma qualidade de vídeo comparável.

As funcionalidades de áudio documentadas incluem:

• Transcodificação AAC;
• PCMA;
• PCMU;
• G.711.

Em ambientes com câmeras mistas, o suporte a codecs é particularmente importante, pois os operadores podem usar equipamentos de diversos fabricantes e gerações diferentes.

Um servidor de mídia que suporte os codecs já utilizados pelo conjunto de câmeras pode processar fluxos de vídeo sem exigir que os operadores padronizem todos os dispositivos no mesmo formato de mídia.

Como um servidor de mídia de vigilância transmite vídeos ao vivo e arquivados?

Uma plataforma de vigilância em nuvem deve fornecer vídeo para diferentes aplicativos, dispositivos e ambientes de usuário.

A Módulo de streaming No Aipix Mediaserver, o responsável é entregar tanto transmissões ao vivo quanto vídeos arquivados.

É compatível com diversas tecnologias de reprodução:

• RTSP ao vivo — transmissão de vídeo ao vivo via RTSP;
• DVR RTSP — reprodução de vídeo arquivado via RTSP;
• HLS ao vivo — transmissão de vídeo ao vivo via HLS;
• DVR HLS — reprodução de vídeo arquivado via HLS;
• WebRTC ao vivo — transmissão de vídeo ao vivo com baixa latência;
• DVR WebRTC — reprodução de arquivos via WebRTC;
• Exportação de arquivo usando MP4 fragmentado;
• Exportar arquivo como TAR.

Utilizar diversos protocolos de distribuição oferece flexibilidade às aplicações na forma como o vídeo é apresentado aos usuários.

RTSP

O RTSP, ou Protocolo de Streaming em Tempo Real, é comumente usado para estabelecer e gerenciar sessões de streaming de mídia.

É amplamente utilizado em ambientes profissionais de vídeo e vigilância, suportando operações como reprodução, pausa, parada e navegação em mídias gravadas.

HLS

O HLS fornece streaming de mídia baseado em HTTP e pode ser usado tanto para reprodução de vídeo ao vivo quanto para reprodução de vídeo arquivado.

É particularmente útil em ambientes onde o vídeo precisa ser transmitido através de infraestrutura web ou para uma ampla gama de dispositivos do cliente.

WebRTC

O WebRTC permite a transmissão de áudio, vídeo e dados em tempo real entre aplicativos e navegadores.

Suas características de baixa latência o tornam adequado para cenários em que minimizar o atraso entre a captura da câmera e a reprodução pelo usuário é importante.

Portanto, diferentes protocolos podem ser selecionados de acordo com a arquitetura da aplicação, os requisitos de latência, o ambiente de rede e o cenário de reprodução.

manipuladores de reprodutores ao vivo e DVR

Internamente, o módulo Streaming utiliza manipuladores dedicados para diferentes cenários de reprodução.

HLS Live, RTSP Live e WebRTC Live Os manipuladores processam solicitações de vídeo em tempo real.

DVR HLS, DVR RTSP e DVR WebRTC Os operadores processam as solicitações para visualizar as imagens armazenadas no arquivo.

Para reprodução de arquivos, o reprodutor de DVR Recupera os pacotes RTP necessários de acordo com o identificador de fluxo e o carimbo de data/hora solicitados.

Isso permite que os usuários naveguem pelas gravações sem precisar iniciar uma nova sessão de captura com a câmera original.

A mesma infraestrutura do Mediaserver pode, portanto, suportar tanto a visualização ao vivo quanto a reprodução de arquivos, mantendo as responsabilidades de captura, armazenamento e reprodução separadas.

Como o Mediaserver gerencia arquivos de vídeo?

A gravação de vídeo é apenas uma parte da gestão de arquivos.

À medida que o tamanho do arquivo aumenta, o sistema também precisa determinar:

• como as gravações são segmentadas;
• onde estão armazenados;
• Por quanto tempo eles permanecem disponíveis;
• Quando os dados antigos devem ser removidos;
• Como as imagens podem ser recuperadas e exportadas.

A módulo DVR lida com essas responsabilidades.

Por padrão, as gravações do DVR são criadas em segmentos de dois minutos. A duração da gravação pode ser ajustada quando o fluxo for configurado através do Controller.

Os dados gravados são armazenados automaticamente no diretório de armazenamento local configurado.

As configurações de retenção definem por quanto tempo as gravações arquivadas permanecem disponíveis. Quando o período de retenção expira, as gravações mais antigas podem ser excluídas automaticamente, permitindo que o armazenamento continue sendo usado para gravações mais recentes.

O arquivo também pode ser completamente apagado mediante solicitação do cliente.

As quotas de arquivamento e as políticas de gravação fornecem mecanismos adicionais para controlar o consumo de armazenamento.

Para grandes implementações de VSaaS, isso torna o gerenciamento de arquivos uma capacidade fundamental da infraestrutura, em vez de apenas um recurso de reprodução.

Quais formatos de arquivo podem ser exportados?

Muitas vezes, as imagens de vigilância precisam ser usadas fora da plataforma de vídeo principal.

Os operadores podem precisar fornecer imagens para investigações, compartilhá-las com terceiros, criar prévias curtas ou transferir gravações para outro sistema.

O Aipix Mediaserver suporta diversos formatos de exportação de arquivos.

MP4

O MP4 é um dos formatos de contêiner de vídeo mais amplamente suportados.

É adequado quando as gravações precisam ser reproduzidas usando aplicativos comuns de computador, dispositivos móveis e mídia, ou compartilhadas fora da plataforma de vigilância.

fMP4

MP4 fragmentado, ou fMP4, divide a mídia em fragmentos menores.

É particularmente útil em arquiteturas orientadas a streaming, pois fragmentos individuais podem ser processados e entregues sem a necessidade de esperar que um arquivo de mídia inteiro seja concluído.

Instantâneo MP4

O formato Snapshot MP4 permite o acesso a momentos selecionados dentro do material gravado.

Pode ser útil quando os operadores precisam de acesso rápido a um ponto ou evento específico sem ter que consultar todo o arquivo.

Pré-visualização MP4

A pré-visualização em MP4 oferece uma representação mais curta do material gravado e pode ajudar os usuários a avaliar as imagens antes de abrir ou exportar a gravação completa.

Arquivo bruto

A exportação de arquivos brutos preserva os dados do arquivo em sua representação original de armazenamento.

Isso pode ser útil para fluxos de trabalho nos quais os dados de mídia originais precisam ser mantidos para processamento, análise, migração ou exame especializado posteriores.

O suporte a múltiplos formatos de exportação permite que o armazenamento de arquivos e o uso externo de vídeos permaneçam como preocupações separadas.

Os operadores podem manter as gravações dentro de uma estrutura de arquivo otimizada para a plataforma, exportando-as para um formato adequado para os usuários ou aplicativos subsequentes.

Reprodução de gravações do DVR sem recapturar o fluxo da câmera.

Uma característica importante da arquitetura DVR é que as gravações arquivadas podem ser reproduzidas independentemente da sessão de captura da câmera em andamento.

Quando um usuário solicita gravações antigas, o reprodutor DVR carrega os dados necessários do arquivo de acordo com o fluxo e o registro de data e hora solicitado.

O sistema não precisa se reconectar à câmera e recapturar as imagens originais.

Isso é particularmente importante em grandes ambientes de videovigilância, pois a reprodução de arquivos arquivados pode gerar um tráfego de usuários substancial.

Separar a reprodução de gravações antigas da captura de vídeo pela câmera reduz a interação desnecessária com as câmeras e permite que as imagens armazenadas sejam entregues diretamente da infraestrutura de arquivo.

Um servidor de mídia para videovigilância pode usar diferentes recursos de armazenamento?

A capacidade de processamento e o armazenamento não crescem necessariamente na mesma proporção.

Uma implementação com muitas câmeras e um curto período de retenção pode exigir uma capacidade de processamento significativa, mas um armazenamento de arquivo relativamente limitado.

Outra implementação pode processar menos fluxos, mas reter as imagens por muito mais tempo.

O Aipix Mediaserver suporta armazenamento configurável de DVR usando locais de armazenamento físico e pontos de montagem definidos.

Isso permite que a infraestrutura de armazenamento seja planejada independentemente dos recursos de CPU e memória usados para o processamento de fluxos.

Separar esses requisitos pode tornar o planejamento de infraestrutura mais flexível.

A capacidade de computação pode ser aumentada conforme a demanda por processamento de fluxos cresce, enquanto o armazenamento pode ser expandido de acordo com a profundidade do arquivo, a taxa de bits da câmera e as políticas de gravação.

Relação custo-benefício do VSaaS com um servidor de mídia para videovigilância

Não existe uma configuração única que torne todos os sistemas de videovigilância economicamente viáveis.

A eficiência resulta da adequação dos diferentes recursos de infraestrutura às cargas de trabalho que eles efetivamente suportam.

Por exemplo:

• A capacidade de processamento deve acompanhar o volume e a complexidade do fluxo;
• O armazenamento deve seguir os requisitos de registro e retenção;
• A capacidade da rede deve acompanhar o tráfego de mídia de entrada e saída;
• Os modos de gravação devem refletir a importância operacional de cada fluxo;
• As tecnologias de entrega devem ser compatíveis com os requisitos de aplicação e latência;
• A redundância deve refletir os requisitos de disponibilidade do serviço.

A política de gravação pode ter um impacto particularmente significativo nos custos de infraestrutura.

Uma câmera que grava continuamente gera uma carga de trabalho de armazenamento muito diferente de uma câmera que usa gravação baseada em eventos ou gravação com redução de dados.

Da mesma forma, uma instalação com relativamente poucas câmeras, mas muitos espectadores simultâneos, pode gerar uma necessidade de largura de banda de saída maior do que uma instalação com um número muito maior de câmeras e visualização ao vivo limitada.

Por isso, um servidor de mídia para videovigilância deve ser avaliado como parte de uma arquitetura mais ampla, e não apenas pela capacidade de transmissão de dados.

Um servidor capaz de processar milhares de fluxos é valioso, mas a implementação geral ainda depende da eficiência com que a captura, o armazenamento, a rede, a gravação, a reprodução e o failover são configurados.

Construindo um serviço de videovigilância escalável

O principal desafio na vigilância por vídeo em nuvem não é simplesmente suportar mais câmeras.

Está gerenciando a carga de trabalho combinada criada por essas câmeras.

Cada fluxo afeta o processamento, a rede, o armazenamento, o gerenciamento de arquivos e a distribuição de vídeo.

À medida que as implantações crescem, esses requisitos tornam-se cada vez mais interligados.

Uma arquitetura de servidor de mídia para videovigilância bem projetada precisa, portanto, oferecer mais do que alta capacidade de transmissão. Ela deve permitir que o processamento, o armazenamento, a largura de banda, as políticas de gravação e a redundância sejam dimensionados de acordo com suas próprias necessidades.

O Aipix Mediaserver ilustra essa abordagem combinando captura de fluxo, processamento RTP, gravação de arquivos, distribuição de mídia, modos de gravação flexíveis, gerenciamento de armazenamento, exportação de arquivos e escalabilidade para vários servidores em uma única camada de processamento de mídia.

A separação de Captura, transmissão e DVR As funções também ajudam a criar um fluxo de trabalho de mídia previsível:

Câmera → Captura → Processamento RTP → Transmissão ao vivo e/ou gravação de arquivo → Armazenamento → Reprodução ou exportação

Para o planejamento de infraestrutura VSaaS, a principal lição é mais abrangente do que qualquer produto individual.

A escalabilidade eficiente resulta da compreensão da carga de trabalho de mídia completa e do dimensionamento de cada recurso de acordo com a demanda real.

Para saber mais sobre os recursos do Aipix Mediaserver para lançar e dimensionar um serviço de videovigilância de forma eficiente, entre em contato com a equipe da Aipix para uma apresentação detalhada.

Para saber mais sobre os recursos do Aipix Mediaserver para o lançamento e escalonamento eficientes do serviço de videovigilância, entre em contato com nossos gerentes para uma apresentação detalhada.