Abordagens de software e hardware para criar soluções AV sobre IP para salas de controle

CÓDIGO ABERTO VS COMERCIAL

Anteriormente, quando os profissionais tinham principalmente acesso a soluções de software gratuitas como o OBS (Open Broadcaster Software), era desafiador construir ambientes críticos baseados em tais produtos. No negócio de salas de controle, é necessário ter uma resposta rápida em chamadas de suporte, uma mão de engenheiro real durante a implementação, alguém que possa fornecer consultoria e orientação. No entanto, atualmente existem produtos comerciais que valem a pena, com implementações de alta qualidade e suporte decente, que permitem que infraestruturas críticas de AV-over-IP em projetos de salas de controle sejam equipadas com soluções de software fáceis de implementar e flexíveis.

PRÓS E CONTRAS DE HARDWARE VS SOFTWARE

A partir de nossa perspectiva, a escolha entre opções de software ou hardware para AV-over-IP em salas de controle depende dos requisitos específicos do projeto e dos cenários de uso. Em alguns casos, uma implementação de software pode ser preferível, enquanto em outros, uma abordagem de hardware pode ser mais adequada. Captura (Codificação) e Streaming de Imagens usando AV-over-IP.

Nas soluções de hardware, estações de trabalho são configuradas de tal forma que a área de trabalho do operador é duplicada em duas saídas: uma está conectada a um monitor (ou vários monitores), e a outra está conectada a um dispositivo de codificação (codificador) que captura o sinal, converte-o em um fluxo de vídeo e o envia pela rede local (streaming). Se não houver saídas de vídeo disponíveis na estação de trabalho (por exemplo, se todas as saídas de vídeo existentes estiverem conectadas a monitores separados), o cabo de vídeo da estação de trabalho é primeiro conectado a um divisor 1 para 2, que divide o sinal em dois - o primeiro vai para o monitor e o segundo vai para o dispositivo de codificação. Dessa forma, a imagem não só aparece na tela, mas também é transmitida pela rede.

Nas soluções de software (como exemplo, consideremos a solução madura e comprovada Polywall Streamer que apareceu em 2019), a captura e o streaming de sinais de vídeo são realizados usando os recursos da própria estação de trabalho: o processador, a placa gráfica e o adaptador de rede. Ao contrário dos codificadores de hardware, os streamers de software não estão vinculados a sinais de vídeo físicos, o que lhes confere muito mais liberdade. Por exemplo, com uma única estação de trabalho, múltiplos fluxos de vídeo podem ser criados, cada um transmitindo o conteúdo de um dos monitores ou janelas de aplicativos.

Em alguns casos, é útil fornecer ao operador da sala de controle o controle remoto do teclado e mouse da estação de trabalho ou PC cuja imagem está sendo transmitida para a video wall. Certos modelos de soluções de hardware AV-over-IP (IP-KVM) permitem a troca de teclado e mouse, enquanto as soluções de software dessa classe utilizam a tecnologia desatualizada VNC para transmissão de vídeo, que não corresponde ao conceito de "vídeo pela rede" em termos de qualidade de imagem. No entanto, o desenvolvimento não para, e dentro de um ano ou dois, funcionalidades semelhantes podem ser esperadas das soluções de software na classe AV-over-IP.

As soluções de hardware também têm limitações significativas. Elas trabalham com o sinal de uma única saída de vídeo física, sem a capacidade de "cortar" uma parte da imagem ou combinar vários monitores em um único fluxo. As tecnologias de software não têm tais limitações - é possível capturar qualquer parte da área de trabalho ou todas as telas de uma vez. Além disso, é possível trabalhar com objetos de vídeo virtuais, como PCs virtuais ou janelas de aplicativos individuais, mesmo que estejam obscurecidos por outras janelas.

Uma situação semelhante surge com o aumento do número de estações de trabalho: é muito fácil conectar outro usuário, por exemplo, com um laptop, à video wall se a abordagem de software for seguida - basta instalar o streamer de software no laptop. Ao escolher uma abordagem de hardware, unidades de equipamento adicionais precisarão ser adquiridas, instaladas e configuradas. Por exemplo, no caso de um laptop, será necessário um streamer de hardware adicional, uma porta para sua conexão de rede e vários cabos. Capturar imagens de câmeras conectadas ao PC do operador usando o método de software é feito diretamente na estação de trabalho, sem a necessidade de qualquer equipamento adicional. Dispositivos de codificação adicionais serão necessários para fazer streaming das câmeras usando métodos de hardware. Câmeras USB precisam ser primeiro conectadas ao PC e então uma de suas saídas de vídeo deve ser conectada ao dispositivo de codificação. Câmeras HDMI podem ser conectadas diretamente a ele. Câmeras IP equipadas com uma porta de rede podem ser conectadas diretamente à rede.

É importante notar que as interfaces de usuário das soluções de hardware são projetadas para serem compreendidas e convenientes para os engenheiros de sistema, e os operadores finais não podem interferir nas configurações e operação das soluções de hardware pré-configuradas. Por outro lado, as interfaces de usuário das soluções de software são projetadas com os usuários finais em mente, fornecendo a eles uma ampla gama de possibilidades. Os operadores podem, por exemplo, ajustar as configurações de qualidade do vídeo transmitido instantaneamente, como reduzir o tráfego de vídeo ou aumentar a resolução e clareza da imagem. No caso de implementações de hardware, os operadores precisariam envolver um engenheiro de AV treinado para fazer tais mudanças.

O mesmo se aplica ao acompanhamento de áudio: ao usar soluções de software, ele pode ser transmitido juntamente com o fluxo de vídeo ou não ser transmitido, e os usuários podem alterar essas configurações por conta própria instantaneamente. Em implementações baseadas em hardware, a intervenção de um engenheiro de AV seria necessária, e muitas vezes a seleção de outros nós finais mais caros.

Outra capacidade que pode ser facilmente alcançada usando um método de software é desativar o cursor do mouse. Ao exibir imagens de múltiplas estações de trabalho em uma video wall, ter múltiplos cursores em uma tela grande pode confundir o pessoal da sala de controle. Soluções de vídeo de software permitem remover cursores desnecessários. Essa opção não está disponível em soluções de hardware.

ALGUNS PONTOS ÚNICOS DEIXANDO APENAS UMA ESCOLHA

Agora vamos falar sobre capacidades que só podem ser implementadas usando uma abordagem de software para AV-over-IP. Tipicamente, um operador trabalha com várias aplicações, e às vezes é necessário exibi-las em uma video wall compartilhada. Um transmissor de software permite capturar janelas de aplicativos, enviar os fluxos de vídeo criados pela rede e abri-los na video wall em qualquer configuração, sobrepondo os novos fluxos na console do operador. Para isso, o usuário recebe uma lista de aplicações em execução das quais podem selecionar várias (o número de aplicações que podem ser selecionadas depende das características da solução). Da mesma forma, fluxos de janelas de desktop virtuais podem ser capturados e transmitidos.

Por outro lado, uma característica muito forte das soluções de hardware é a ausência de carga adicional de recursos nos postos de trabalho e a completa independência dos sistemas operacionais instalados nos postos de trabalho. A grande maioria das soluções de software AV-over-IP, incluindo o Polywall, só funcionam no ambiente Windows, e cada fluxo ocupa uma parte dos recursos do posto de trabalho.

Como o AV-over-IP se comporta de forma diferente na rede

Agora, vamos discutir a transmissão de fluxos de vídeo pela rede. No caso de uma abordagem de software, o processo de transmitir o vídeo é simplificado pela seleção do método de conexão de rede na interface do usuário do software de transmissão. Por exemplo, os usuários podem escolher Wi-Fi ou uma das portas de rede. Ao utilizar soluções de hardware AV-over-IP, o esquema geral é semelhante: o dispositivo de codificação envia o fluxo de vídeo capturado pela rede local (LAN) por meio de um cabo através de um adaptador de rede, e a opção de transmitir o fluxo via Wi-Fi não é fornecida. O Wi-Fi é extremamente útil para implementar conexões BYOD (Bring Your Own Device).

Diferenças significativas surgem quando é necessário transmitir o fluxo de vídeo além da rede local por meio de um túnel VPN, por exemplo, para outro escritório ou local remoto. Se o fluxo for gerado por dispositivos de hardware, seriam necessárias mudanças significativas nas configurações dos dispositivos de rede para enviar o fluxo por um túnel VPN, e a assistência de engenheiros de rede seria necessária. Ao utilizar uma abordagem de software, a preparação do fluxo para transmissão por um túnel VPN ocorre diretamente no posto de trabalho, sem a necessidade de reconfigurar os dispositivos de rede.

Outra característica distintiva das soluções de software AV-over-IP é que a troca para outro adaptador de rede ou segmento de rede pode ser feita com apenas alguns cliques do mouse. Se for utilizada uma abordagem de hardware, não é possível alterar as configurações do equipamento de rede instantaneamente. Pelo menos, essa capacidade não estaria disponível para usuários comuns ou operadores de salas de vídeo. Para trocar o dispositivo de codificação para outra porta de rede ou segmento, os engenheiros de rede precisariam ser envolvidos.

ALIMENTANDO FONTES PARA PAINÉIS DE VÍDEO É MAIS UMA TAREFA IMPORTANTE. E MUITO DIFERENTE

As soluções de hardware AV-over-IP funcionam com paredes de vídeo da seguinte maneira: cada tela da parede de vídeo é conectada a um decodificador, que recupera um dos fluxos da rede local, converte-o em uma imagem de vídeo e o envia para o monitor. Na implementação mais simples, os dispositivos de codificação individuais são emparelhados com decodificadores específicos, que exibem os fluxos em telas individuais ou em toda a parede de vídeo. O operador pode escolher qual estação de trabalho é exibida em qual tela.

Uma implementação mais avançada é possível com o uso de processadores de vídeo adicionais, que permitem o posicionamento flexível das imagens. Por exemplo, um fluxo de vídeo pode ser exibido em várias telas ou em uma parte de uma tela. No entanto, essa abordagem tem uma desvantagem significativa - custos adicionais e gerenciamento mais complexo da lógica do sistema AV.

Em implementações de software, as telas de video wall são conectadas às saídas do controlador de vídeo do servidor, que gera a imagem. Essencialmente, ele recebe streaming de vídeo da rede, decodifica-o e exibe-o no local desejado na parede de vídeo para o operador.

Nas opções de software mais avançadas, como o Polywall, toda a parede de vídeo é apresentada ao operador como um único espaço de trabalho, onde vários dados de mídia, incluindo fluxos de vídeo, são exibidos. O operador pode colocar o fluxo de vídeo capturado em uma tela da parede de vídeo, em várias telas, em uma área arbitrária ou expandi-lo para cobrir toda a parede de vídeo. Eles também podem mover a imagem de uma parte da parede de vídeo para outra, alterar seu tamanho e muito mais, sem quaisquer restrições.

Alguns fornecedores, como a Barco, oferecem opções de software e hardware para implementar paredes de vídeo. No entanto, essas soluções são significativamente mais caras do que as soluções de hardware com decodificadores.

CONSOLES DE OPERADOR TAMBÉM SÃO DIFERENTES

Vale ressaltar as diferenças nas capacidades de gerenciamento fornecidas aos operadores. Em implementações de hardware, os operadores geralmente têm apenas algumas configurações predefinidas à sua disposição, sendo as mais significativas utilizadas para exibir um único fluxo na tela inteira ou diferentes fluxos em telas diferentes. As soluções de software oferecem uma gama muito mais ampla de funções e modos, bem como a capacidade de criar e atualizar partes da interface dinamicamente, personalizando-as para tarefas atuais.

Uma vantagem das soluções de hardware para trabalhar com video wall é a capacidade de escalar o número de telas através da cascata de decodificadores. A escalabilidade das opções de software é limitada pelo número de saídas de vídeo do servidor de controle. Na prática, video wall com decodificadores conectados geralmente não ultrapassam 25 telas. Para comparação, de acordo com a NVidia, uma video wall com placas de vídeo NVidia instaladas no servidor de controle pode abranger até 32 telas 4K. Este é também aproximadamente o número máximo de telas suportadas pelo Windows. No entanto, mesmo este é um número significativo, já que projetos com video wall de tais tamanhos são raros em todo o mundo.

FINALMENTE, CRITÉRIO DE SELEÇÃO CHAVE

A questão chave que determina a escolha entre opções de implementação de hardware ou software para projetos de video wall em C&C é o quanto de flexibilidade o cliente e os usuários no ambiente da sala de controle necessitam.

Se o projeto envolver simplesmente a exibição das telas de várias estações de trabalho no video wall pela rede, usando um ou vários modelos predefinidos com uma interface de controle personalizada programada, e essas configurações não serão alteradas durante todo o período de uso (3-5 anos), então optar por uma solução de hardware seria bastante adequado.

No entanto, assim que os requisitos do cliente ultrapassarem esses parâmetros, é necessário começar a considerar soluções de software. Quanto maior a flexibilidade exigida, mais benéfica se torna a arquitetura das soluções de software.

Por exemplo, se as fontes de dados de vídeo incluem elementos baseados em software como painéis de informação baseados na web (dashboards web), endpoints de aplicações especializadas como SCADA ou GIS, estações de trabalho virtuais, sistemas de videoconferência, câmeras IP e endpoints de software de CCTV, mensagens de texto, documentos, etc., apenas um controlador de video wall de software pode criar tais fontes sob demanda. Se isso fosse implementado usando tecnologia de hardware, seria necessário adicionar estações de trabalho ao projeto, alojadas em racks de servidores, sendo cada uma um sinal de origem de uma aplicação separada. Quando se trata da interface de gerenciamento, apenas soluções de software podem fornecer a flexibilidade necessária e a personalização sob demanda para usuários individuais.