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Protocolos de transmissão de vídeo

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Protocolos de transmissão de vídeo

Introdução:

Atualmente, os sistemas de videovigilância estão passando por uma transição em que cada vez mais soluções analógicas tradicionais estão sendo substituídas por soluções digitais. Em comparação com um sistema de vigilância por vídeo analógico, uma vigilância por vídeo digital oferece uma flexibilidade muito melhor no processamento de conteúdo de vídeo ou na transmissão de dados. Ao mesmo tempo, também tem capacidade de implementar recursos avançados, como detecção de movimento, reconhecimento facial e rastreamento de objetos. A aplicação de sistemas digitais torna o sistema de segurança capaz de transmitir vídeo pela Internet, por isso precisamos estudar os diferentes métodos de transmissão de vídeo pela rede. Streaming é o processo de reproduzir um arquivo enquanto ele ainda está sendo baixado. Streaming de vídeo é uma sequência de “imagens em movimento” que são enviadas em formato compactado de forma que possam começar a ser processadas antes de serem completamente recebidas, como clipes de vídeo em uma página da Web.

Aqui, alguns dos protocolos de rede usados ​​no streaming de vídeo são descritos. O foco está nos recursos dos protocolos mais importantes na vigilância por vídeo, incluindo TCP, UDP e RTSP.

Protocolos em tecnologia de streaming:

Os protocolos são as regras implementadas para uma tecnologia específica, que na tecnologia de transmissão são usadas para transportar pacotes de mensagens, e a comunicação ocorre somente através deles. Alguns dos protocolos usados ​​na tecnologia de streaming são descritos da seguinte maneira:

SDP:

SDP, em pé para o Protocolo de Descrição da Sessão, usado para descrever sessões multimídia em um formato compreendido pelos participantes em uma rede. O objetivo do SDP é transmitir informações sobre fluxos de mídia em sessões multimídia para ajudar os participantes a se reunirem ou coletarem informações de uma determinada sessão. Na verdade, o SDP transmite informações como nome e finalidade da sessão, horários em que a sessão está ativa, formato de codec, mídia na sessão, informações para receber essas mídias (endereços, portas, formatos e assim por diante). Um participante verifica essas informações e toma a decisão de ingressar em uma sessão.

O SDP é destinado principalmente ao uso em grandes WANs (Wide-Area Network), incluindo a Internet. No entanto, o SDP também pode ser utilizado em LANs proprietárias (Redes Locais) e MANs (Redes Metropolitanas).

DHCP:

O protocolo de configuração dinâmica de hosts (DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol) é um protocolo de rede que permite que um servidor atribua automaticamente um endereço IP dinâmico a cada dispositivo conectado à rede. Com essa atribuição, um novo dispositivo pode ser adicionado a uma rede sem o incômodo de atribuí-lo manualmente a um endereço IP exclusivo. A introdução do DHCP facilitou os problemas associados à atribuição manual de endereços de clientes TCP / IP, resultando em flexibilidade e facilidade de uso para os administradores de rede.

O DHCP não é um protocolo seguro, já que nenhum mecanismo foi criado para permitir que clientes e servidores se autentiquem. Ambos são vulneráveis ​​ao engano, já que um computador pode fingir ser outro.

RTP:

O Protocolo de Transporte em Tempo Real (RTP) é um padrão de protocolo de internet para gerenciar a transmissão em tempo real de dados multimídia através de serviços de rede unicast ou multicast. Em outras palavras, o RTP define um formato de pacote padrão para fornecer áudio e vídeo em tempo real sobre redes IP. A RTP não garante a entrega de dados em tempo real, mas fornece mecanismos para os aplicativos de envio e recebimento para suportar dados de fluxo contínuo. É utilizado em conjunto com o Protocolo de Controle de Transporte em Tempo Real (RTCP) para garantir que a entrega de dados do monitor para grandes redes multicast seja fornecida e que a Qualidade de Serviço (QOS) possa ser mantida. O monitoramento é usado para detectar qualquer perda de pacote e para compensar qualquer jitter de atraso.

O RTP é usado extensivamente em comunicação e aplicativos que envolvem mídia de streaming, como aplicativos de teleconferência ou teleconferência de vídeo. A recente aplicação da RTP é a introdução de sistemas VoIP (Voice over Internet Protocol) que estão se tornando muito populares como alternativas aos circuitos de telefonia convencionais.

RTCP:

O protocolo de controle em tempo real (RTCP) é o protocolo de controle que funciona em conjunto com o RTP para monitorar a entrega de dados em uma grande rede multicast. Fornecer feedback sobre a qualidade do serviço fornecido pela RTP é a principal função do RTCP.

Pacotes de controle RTCP são periodicamente transmitidos por cada participante em uma sessão RTP para todos os outros participantes. É importante ressaltar que o RTCP carrega dados estatísticos e de controle, enquanto a RTP fornece os dados. As estatísticas RTCP contêm relatórios remetentes ou destinatários, como o número de bytes enviados, pacotes enviados, pacotes perdidos e atraso de ida e volta entre os pontos de extremidade. O RTCP fornece uma maneira de correlacionar e sincronizar diferentes fluxos de mídia provenientes do mesmo remetente.

RTSP:

O principal protocolo em streaming é o RTSP (Real Time Streaming Protocol), que costumava transmitir dados de mídia armazenados ou ao vivo pela rede IP. Ele fornece controles de cliente para acesso aleatório ao conteúdo do fluxo. Esse protocolo de camada de aplicativo é usado para estabelecer e controlar fluxos únicos ou vários sincronizados em tempo de mídia contínua, como vídeo e áudio. Os servidores RTSP usam o Transport RTP em conjunto com o RTCP, para que o RTP atue como o protocolo de transporte e o RTCP seja aplicado para a análise do QOS (Quality of Service) e também a sincronização entre os fluxos de áudio e vídeo. Consequentemente, o RTSP pode controlar e fornecer conteúdo em tempo real. O RTP e o RTCP são independentes das camadas de transporte e rede subjacentes. Na verdade, o RTSP é considerado mais que um protocolo e fornece um conjunto simples de comandos básicos para controlar o fluxo de vídeo.

O RSTP é baseado na largura de banda disponível entre o cliente e o servidor, de modo que os dados grandes são divididos em dados de tamanho de pacote. Isso se aplica a feeds de dados ativos e armazenados. Assim, o software cliente pode reproduzir um pacote, enquanto descomprimindo o segundo pacote e baixando os terceiros arquivos de mídia. Isso permite que o arquivo em tempo real seja ouvido ou visualizado pelo usuário imediatamente sem o download de todo o arquivo de mídia e também sem que haja um intervalo entre os arquivos de dados.

Alguns recursos do Real Time Streaming Protocol são listados da seguinte maneira:

  • O RTSP é capaz de apresentar fluxos de mídia de diferentes servidores multimídia.

  • Controlar e fornecer mídia em tempo real entre um servidor de mídia e um grande número de clientes de mídia é viável pelo RTSP.

  • Amigável por firewall: os firewalls de camada de aplicativo e de transporte podem ser facilmente manipulados por meio de protocolo.

  • O RTSP fornece acesso sob demanda de itens multimídia, como arquivos de áudio / vídeo armazenados em tempo real, feeds em tempo real ao vivo ou itens armazenados em tempo não real.

  • Novos parâmetros ou métodos podem ser facilmente adicionados ao protocolo, permitindo a extensão.

  • Existe controle apropriado no servidor. O servidor não pode transmitir para os clientes de forma alguma, de modo que o cliente não possa interromper o fluxo.

  • A precisão no nível do quadro torna o protocolo mais adequado para aplicativos de mídia.

  • O RTSP permite a interoperabilidade entre produtos multimídia cliente-servidor de vários fornecedores.

HTTP:

Hypertext Transfer Protocol (HTTP), como um protocolo em nível de aplicativo, é o conjunto de regras para transferir arquivos (texto, imagens gráficas, som, vídeo e outros arquivos multimídia) na web, para que os servidores troquem informações usando essas regras. O HTTP usa um modelo servidor-cliente no qual o navegador da Web é cliente. Quando um usuário abre este navegador da Web, um comando HTTP será enviado ao servidor da Web. O navegador usa HTTP, que é transportado por TCP / IP para se comunicar com o servidor e recuperar o conteúdo da Web para o usuário.

Vale ressaltar que, o HTTP é utilizado para sistema de informação distribuído, colaborativo, hipermídia, além do contexto da World Wide Web.

RTMP:

O protocolo RTMP (Real Time Messaging Protocol) é usado para transferir áudio, vídeo e metadados através de uma rede. Na verdade, é um sistema para fornecer mídia sob demanda e ao vivo para aplicativos Adobe Flash desenvolvidos pela Adobe Systems. O RTMP é um protocolo baseado em TCP que mantém conexões persistentes e permite comunicação de baixa latência. A divisão de fluxos em fragmentos leva à entrega de transmissões sem problemas durante a transmissão de muitas informações. O RTMP suporta vídeo em MP4 e FLV e áudio em AAC e MP3.

Algumas vantagens do RTMP incluem que ele pode fazer streaming ao vivo, permitindo que as pessoas assistam a um vídeo enquanto ele está sendo gravado. Além disso, é capaz de transmitir dinamicamente, o que significa que a qualidade do vídeo se ajusta automaticamente às mudanças de largura de banda e é possível procurar partes posteriores em um vídeo, o que é particularmente útil para vídeos mais longos. Os jogadores mantêm o pequeno buffer ao invés de baixar um vídeo durante a reprodução, portanto, menos largura de banda é usada. O streaming de RTMP é capaz de avançar para qualquer lugar em um vídeo a qualquer momento, de modo que você pode avançar para o que deseja ver, sem nenhuma espera desnecessária. Enquanto com HTTP, apenas o que já está no cache do navegador pode ser visualizado. Quando o RTMP é usado como um protocolo, o host precisará ter um servidor dedicado instalado para o RTMP.

No entanto, o RTMP tem várias desvantagens: devido à transmissão de dados para o player, a largura de banda da conexão deve ser maior que a taxa de dados do vídeo, portanto, se a conexão cair por alguns segundos, o fluxo irá falhar. Além disso, como usa protocolos e portas diferentes com HTTP, fica vulnerável a ser bloqueado por firewalls. A maior desvantagem é que o RTMP só funciona em Flash e não em HTML5. Por isso, pode ser substituído por outros protocolos de streaming com suporte mais amplo.

TCP:

O Transmission Control Protocol (TCP) é um protocolo de camada de transporte popular que é orientado a conexões e fornece um fluxo de bytes confiável para a camada superior, chamada de camada de aplicativo. O TCP possui um mecanismo de confirmação positivo e também fornece um mecanismo para evitar o congestionamento para reduzir a taxa de transmissão quando a rede fica sobrecarregada. O TCP garante que todos os pacotes cheguem intactos na ordem correta, reordenando pacotes fora de ordem e / ou solicitando a retransmissão de pacotes perdidos.

Para garantir a entrega de dados confiável através da rede, o TCP emprega mecanismo de transmissão baseado em janela, onde o remetente mantém um buffer, chamado janela deslizante, de dados enviados para o receptor. Um receptor confirma os dados recebidos enviando pacotes de confirmação (ACK). Se um remetente recebe um pacote ACK para os dados em sua janela, ele remove os dados da janela, porque foi transmitido com êxito para o receptor. O TCP emprega esse mecanismo para controlar o fluxo, de modo que um receptor possa informar ao remetente, quando ele não puder processar os dados na taxa de chegada. Esse mecanismo também informa ao remetente que quanto espaço de armazenamento no buffer está disponível no final do receptor, a fim de evitar o excesso de enchimento da janela de buffer do receptor.

O TCP é um protocolo de camada de transporte testado pelo tempo que fornece vários recursos como confiabilidade, controle de fluxo e controle de congestionamento. O TCP também é um protocolo robusto porque pode se adaptar a diferentes condições de rede.

As várias funções do TCP

  • Transferência de dados – O TCP pode transferir um fluxo contínuo de dados entre os usuários na forma de segmentos para transmissão através da rede.

  • Entrega confiável – O TCP deve ter a capacidade de recuperação de dados que podem ser danificados, perdidos ou duplicados pela rede. Isso é feito atribuindo-se um número de seqüência a cada segmento transmitido na rede e recebendo uma confirmação positiva (ACK) na entrega bem-sucedida. Ao usar números de sequência, o receptor finaliza os segmentos na sequência correta, que podem ser recebidos fora de ordem e evitar pacotes duplicados. No TCP, o Damage é manipulado adicionando-se uma soma de verificação a cada segmento que está sendo transferido; finalmente, a verificação é feita no receptor, e os segmentos danificados são finalmente descartados.

  • Controle de fluxo – O TCP fornece um mecanismo que ajuda o receptor a controlar a quantidade de dados enviados pelo remetente.

  • Conexões – Uma conexão é uma combinação de soquetes, números de sequência e tamanhos de janela. Sempre que os dois processos desejam se comunicar, seus TCPs precisam primeiro estabelecer uma conexão. Quando a comunicação estiver completa, a conexão deve ser terminada ou fechada.

UDP:

O User Datagram Protocol (UDP) é um protocolo de transporte muito mais simples. Ele é sem conexão e fornece recursos simples para enviar datagramas entre um par de dispositivos. Não é garantido para obter os dados de um dispositivo para outro, não executa novas tentativas e nem sequer percebe se o dispositivo de destino recebeu os dados com êxito. Os pacotes UDP não são transmitidos diretamente para o endereço IP 'verdadeiro' do dispositivo receptor, mas são transmitidos com um endereço IP multicast atribuído ao dispositivo específico.

A operação do protocolo UDP é tão simples. Quando a camada de aplicativo invoca o UDP, as seguintes operações são executadas pelo UDP:

  • Encapsula os dados dos usuários em datagramas.

  • Encaminha estes datagramas para a camada IP para a transmissão.

Por outro lado, esses datagramas são então encaminhados para o UDP a partir da camada IP. Em seguida, o UDP remove os dados do datagrama e encaminha para a camada superior do aplicativo. No UDP, uma porta é um número que especifica o aplicativo que está usando o serviço UDP. Pode ser assumido como um endereço dos aplicativos.

Existem vários aplicativos que usam o UDP como protocolo de transporte, como o protocolo de informações de roteamento, protocolo de gerenciamento de rede simples, protocolo de configuração de host dinâmico etc. O tráfego de voz e vídeo na rede geralmente é transmitido usando o protocolo UDP.

Comparação entre alguns dos protocolos:

O TCP é um protocolo orientado a conexões que cria comunicações de ponta a ponta. Quando há uma conexão entre o remetente e o receptor, os dados podem ser enviados pela conexão. O UDP é um protocolo simples e sem conexão, portanto, ele não configura uma extremidade dedicada para terminar a conexão entre o emissor e o receptor antes que a comunicação real ocorra. A transmissão de dados ocorre em uma direção do emissor para o receptor sem verificar o estado do receptor.

Em comparação com o TCP, que fornece integridade de dados em vez de velocidade de entrega, a RTP fornece entrega rápida e possui mecanismos para compensar qualquer pequena perda de integridade de dados.

Também vale a pena saber que o RTSP pode suportar multicast. Você pode usar esse protocolo para fornecer um único feed a muitos usuários, sem precisar fornecer um fluxo separado para cada um deles. Enquanto HTTP não pode fazer isso; é um verdadeiro sistema de entrega um-para-um.

Protocolos de streaming de vídeo para vigilância por vídeo:

Câmeras IP são a importante aplicação do protocolo RSTP. As câmeras IP habilitadas para RTSP são componentes importantes dos modernos sistemas de gerenciamento de vídeo, pelos quais o usuário pode usar o media player para assistir ao vídeo ao vivo de qualquer lugar. RTP e RTSP são permitidos para a captura direta de vídeo de câmeras IP de vigilância por vídeo. O RTSP fornece uma facilidade de implementação sem precedentes e foi aplicado por quase todos os fabricantes de câmeras IP convencionais no mercado.

Além disso, hoje a indústria de vídeo usa TCP e UDP, cada um com pontos fortes e fracos quando se trata de visualização ao vivo, reprodução, correção de erros e muito mais. Em vídeo IP, o TCP e o UDP podem representar muita similaridade em redes de vigilância dedicadas.

O MJPEG é tipicamente transportado através do protocolo TCP. O TCP garante a entrega de pacotes exigindo reconhecimento pelo receptor. Pacotes que não são reconhecidos são retransmitidos.

UDP é o método preferido para a transferência de fluxos de vídeo ao vivo na camada de transporte da pilha de rede IP. O UDP é um protocolo mais rápido que o TCP e para aplicativos sensíveis ao tempo (por exemplo, vídeo ao vivo ou VoIP), é melhor viver com uma falha de vídeo causada por um pacote descartado do que esperar pela retransmissão garantida pelo TCP. No entanto, o TCP é definitivamente mais amigável ao firewall, já que algumas redes bloquearão o vídeo UDP. O UDP é mais adequado para redes com muito pouca perda de pacotes e largura de banda garantida pelos mecanismos QOS.

O vídeo MPEG-4 é tipicamente transmitido por UDP, RTP ou RTSP. O UDP não garante a entrega e não fornece nenhuma facilidade de retransmissão de pacotes perdidos. O transporte UDP fornece a opção de entrega IP Multicast (IPmc), em que um único fluxo gerado pela câmera pode ser recebido por vários pontos de extremidade, os Media Servers.

Por outro lado, onde mais de um cliente / espectador deseja ver um fluxo de vídeo ao vivo em uma rede, o vídeo multicast deve ser usado. O vídeo multicast sempre usa o UDP na camada de transporte.

Vale a pena saber que, em aplicações com largura de banda limitada, como visualização remota ou câmeras conectadas via Internet, o TCP e o UDP têm vantagens e desvantagens exclusivas.


Source by Zylina Zofie

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