NDI – INTEGRAÇÃO E MONITORAMENTO

Ciências Exatas e da Terra, Ciências Humanas, Ciências Sociais, Volume 27 - Edição 123/JUN 2023 / 02/06/2023

NDI INTEGRATION AND MONITORING

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.8000012

Autor: Marcus Vinícius Bonfim da Silva
Orientador: Rogério dos Santos Lobo

Resumo: O mundo da produção de vídeo está em constante mudança, tanto para novos usuários quanto para grandes empresas produtoras e distribuidoras de conteúdo, com novas tecnologias e inovações surgindo a cada ano. Entre estes, o NDI (Network Device Interface) tornou-se um dos desenvolvimentos mais significativos dos últimos tempos. É uma tecnologia que está transformando a forma como o vídeo é produzido, compartilhado e distribuído. Buscando melhorar a experiência do usuário final com o intuito de obter os melhores resultados que essa tecnologia possa oferecer, este trabalho avalia a transmissão de vídeo em uma rede LAN utilizando o streaming por NDI, além de monitoramento da transmissão e as melhores práticas que devem ser seguidas durante a utilização do NDI. Foi criado um cenário de emulação onde a rede foi isolada, com o intuito de evitar fatores externos que possam causar degradação e perda de pacotes durante o processo de transmissão.

Palavras-chave: Qualidade de vídeo, Transmissão de vídeo, Streaming, NDI.

Abstract: The world of video production is constantly changing, both for new users and for large content-producing and distributing companies, with new technologies and innovations emerging every year. Among these, NDI (Network Device Interface) has become one of the most significant developments in recent times. It is a technology that is transforming the way that video is produced, shared, and distributed. In order to improve the end-user experience and achieve the best results that this technology can offer, this study evaluates video transmission over a LAN network using NDI streaming, as well as monitoring the transmission and the best practices that should be followed when using NDI. An emulation scenario was created where the network was isolated to avoid external factors that may cause degradation and packet loss during the transmission process.

Keywords: Video quality, Video transmission Streaming, NDI

1. Introdução

Nos últimos anos, houve uma mudança significativa na forma como o conteúdo de vídeo é produzido, distribuído e consumido. Um dos desenvolvimentos mais importantes neste espaço é o surgimento de tecnologias de Vídeo sobre IP, que está transformando a maneira como as pessoas criam, compartilham e visualizam o conteúdo de vídeo.

Por um contexto histórico, esse processo só é possível atualmente devido à evolução da comunicação de dados, onde a transmissão e recepção de dados é realizada por meio de um canal de comunicação, como uma rede cabeada ou sem fio, utilizando diversas tecnologias e protocolos. A importância da comunicação de dados aumentou exponencialmente com o crescimento da internet e a necessidade de comunicação instantânea em todo o mundo. Em termos mais simples, a comunicação de dados é a transferência de informações de um dispositivo para outro. As informações podem estar em várias formas, como texto, imagens, áudio ou vídeo, e podem ser transferidas por diferentes meios, como fios, cabos e ondas de rádio. O processo de comunicação de dados envolve dois elementos essenciais: um emissor ou transmissor e um receptor.

Portanto, com essa evolução e difusão de novas tecnologias o NDI desponta como uma tecnologia escalável e inovadora que está transformando a produção audiovisual e criação de conteúdo em todo o mundo. Com sua acessibilidade, compatibilidade e possibilidade de integração com outras tecnologias, dessa forma, produtores individuais e grandes emissoras de conteúdo podem criar e distribuir conteúdo de alta qualidade de forma mais fácil, econômica e eficiente utilizando diversas ferramentas compatíveis e de forma gratuita.

1.1 Justificativa

Durante muitos anos o padrão de transmissão de vídeo era realizado utilizando o termo chamado banda base, ou seja, transmissão por meio de cabos. O cabo SDI (Serial Digital Interface) é um padrão amplamente utilizado na indústria de transmissão e produção de vídeo profissional para transmissão de sinais de vídeo digital. Introduzidos pela primeira vez na década de 1980, os cabos SDI surgiram como substitutos dos cabos de vídeo analógico e rapidamente ganharam popularidade devido à sua qualidade de imagem e confiabilidade de transmissão.

Usados para transmitir sinais de vídeo de alta qualidade em longas distâncias sem degradação ou interferência de sinal, os cabos SDI geralmente interligam câmeras a switchers, também conhecidos como comutadores de câmeras e outros equipamentos de transmissão, gravadores e outros equipamentos de vídeo. Ao contrário dos cabos de vídeo analógico, os cabos SDI transmitem sinais digitais que não são afetados por ruído ou interferência de sinal, garantindo que a qualidade do vídeo permaneça consistente.

A migração de redes banda base SDI para redes totalmente baseadas em IP está crescendo constantemente, com um número crescente de usuários, entusiastas de novas tecnologias e empresas que fazem o uso constante dessas ferramentas no dia a dia. Neste cenário, o NDI surgiu como uma excelente solução, conhecida por seus benefícios, flexibilidade e simplicidade. No entanto, nos últimos anos, a proliferação de vários softwares e equipamentos no mercado tem sido objeto de maior atenção entre o público. Ao redor do mundo, em diversos países são realizadas feiras, convenções e exposição que buscam divulgar ao público novas tecnologias e ideias que estão prestes a definir o rumo do futuro e como essas mudanças podem otimizar diversos processos, melhorando a experiência do usuário final.

Além disso, a crescente popularidade do NDI tem levado à sua integração com diversos dispositivos e softwares de produção de vídeo, permitindo que os usuários experimentem a tecnologia em diferentes plataformas. Isso tem levado a uma maior adoção do NDI como uma solução universal de transmissão de vídeo via IP. Com essa evolução, a tecnologia NDI tem se mostrado capaz de proporcionar benefícios como maior eficiência de produção, redução de custos e maior qualidade de vídeo, tornando-se uma escolha cada vez mais popular no mercado audiovisual.

Sendo assim, criou-se a necessidade da análise e monitoramento em uma rede NDI, tendo em vista a grande quantidade de aplicações e equipamentos compatíveis com a tecnologia.

1.2 Objetivo

Este artigo se propõe a introduzir de forma informativa e prática a tecnologia NDI, demonstrando suas principais funcionalidades criando um integração com outras aplicações IoT já existentes e muito utilizadas atualmente no mundo todo, além da importância e benefícios do monitoramento de uma rede NDI.

Foram realizados testes práticos criando uma rede isolada com equipamentos seguindo as especificações mínimas recomendadas pela Newtek, empresa que difundiu o NDI, onde foram analisadas o desempenho durante uma transmissão Unicast utilizando o software de código aberto VLC como aplicação de streaming. Para as funções de monitoramento foi utilizada a ferramenta de código aberto Zabbix, e para analisar as métricas de desempenho foi utilizado o software de análise NDI gratuito da empresa australiana BirdDog.

Os testes foram compostos por uma análise de três minutos durante a transmissão de um vídeo através do NDI, onde foram testados em equipamentos com diferente peças de hardware, utilizando diferente resoluções de vídeo, com o intuito de diversificar e validar alguns dos diversos equipamentos atuais que são compatíveis com essa tecnologia.

2.1 Revisão Bibliográfica

Neste capítulo são abordados alguns conceitos relacionados a redes de computadores e transmissão de vídeo, passando por definições e características para melhorar o entendimento deste artigo.

2.1.1 Conceitos de Rede, Transmissão e Monitoramento

a) Comunicação de Dados: A comunicação de dados é um processo onde a troca de informações digitais ocorre entre dispositivos em um canal de comunicação, como uma rede com ou sem fio, usando diferentes tecnologias e protocolos. Com o crescimento da internet, a importância da comunicação de dados aumentou exponencialmente, permitindo a comunicação instantânea no mundo todo. A comunicação de dados tem inúmeras vantagens, incluindo comunicação mais rápida, economia, colaboração aprimorada, maior acessibilidade e escalabilidade. À medida que a tecnologia continua avançando, a comunicação de dados continuará sendo um aspecto crucial da comunicação moderna, permitindo que indivíduos e organizações se comuniquem e colaborem de forma eficaz entre fronteiras e fusos horários (Behrouz A. Forouzan, 2007);

b) Broadcast: O termo broadcast vem da sua forma de distribuição de informação como notícias, entretenimento, conteúdo educacional, ou mensagens para uma vasta audiência através de múltiplos canais de media.

Seguindo na linha de televisão e rádio, broadcast basicamente envolve a transmissão de sinais de áudio e vídeo através das partículas do ar para um grande número de espectadores. No passado, esse processo era realizado através de sinais analógicos, no entanto, atualmente grande parte do sinal de broadcasting é feito utilizando sinais digitais.

A transmissão por meio do broadcast está presente em diversos mercados como jornalismo, publicidade, emissoras de televisão, eventos religiosos, entre muitos outros (Yvonne Cappé, 2006);

c) LAN: Abreviação de Local Area Network é definida por uma rede de computadores que cobre uma pequena área, normalmente dentro de um único edifício ou residência. Normalmente é utilizada para conectar dispositivos como computadores, smartphones, impressoras, servidores e dispositivos de armazenamento para facilitar a comunicação e o compartilhamento de informações. As LANs usualmente são projetadas e gerenciadas por uma única organização e podem ser conectadas a outras LANs ou à Internet por meio de um roteador, gateway ou uma VPN. Elas oferecem altas taxas de transferência de dados, baixa latência e acesso seguro a recursos compartilhados.

d) Protocolos de redes: São um conjunto de regras e padrões usados para comunicação entre dispositivos em uma rede de computadores. Esses protocolos garantem que os dados sejam transmitidos de maneira confiável e eficiente pela rede.

Existem vários tipos de protocolos de rede que executam funções diferentes. Ente eles, temos o Transmission Control Protocol (TCP) e o Internet Protocol (IP) são dois dos protocolos mais comuns, usados para comunicação pela Internet. O TCP é responsável por estabelecer uma conexão entre dois dispositivos e garantir que os dados sejam transmitidos corretamente, enquanto o IP é responsável por rotear os dados pela rede.

Outros protocolos comuns incluem o User Datagram Protocol (UDP), que é um protocolo mais rápido, mas menos confiável que o TCP.

Além desses protocolos, também existem vários protocolos específicos de aplicativos usados para fins específicos, como o File Transfer Protocol (FTP) para transferências de arquivos e o Domain Name Sistema (DNS) para traduzir nomes de domínio em endereços IP.

e) IP: Abreviação de Internet Protocol é um conjunto de regras que rege como os dados são enviados e recebidos pela Internet. É um protocolo fundamental da internet e é responsável pelo roteamento de dados entre computadores, servidores e outros dispositivos pela rede.

O IP opera na camada de rede do modelo OSI (Open Systems Interconnection) e fornece os mecanismos de endereçamento e roteamento que permitem que os dados sejam enviados e recebidos por uma rede. Cada dispositivo em uma rede recebe um endereço IP exclusivo que o identifica na rede.

Os endereços IP geralmente são representados como uma série de quatro números separados por pontos, como 10.90.20.1. Esses números são usados por roteadores e outros dispositivos de rede para determinar para onde enviar pacotes de dados pela rede.

O IP evoluiu ao longo do tempo e atualmente existem duas versões em uso: IPv4 e IPv6. O IPv4 é a versão mais antiga e amplamente utilizada, porém é limitado no número de endereços que pode atribuir. O IPv6 é a versão mais recente e possui um pool de endereços muito maior, permitindo maior escalabilidade, crescimento da internet e número de dispositivos conectados em uma rede.

f) Switch de rede é um equipamento amplamente utilizado que conecta dispositivos em uma rede de computadores. Ele pode operar na camada de enlace de dados layer 2 ou layer 3 e usa comutação de pacotes para encaminhar dados entre os dispositivos. Os switches são comumente usados em redes locais (LANs) para conectar computadores, servidores, impressoras, câmeras e outros dispositivos, fornecendo comunicação e transferência de dados eficientes.

A principal função de um switch é receber pacotes de dados de um dispositivo e encaminhálos para o dispositivo de destino. Ele faz isso examinando o endereço MAC de destino do pacote recebido e encaminhando-o para a porta apropriada com base na tabela de endereços MAC em sua memória. Os switches possuem várias portas, permitindo a comunicação simultânea de vários dispositivos.

g) Codec, abreviação de “codificador-decodificador”, é um algoritmo de hardware ou software que compacta e descompacta arquivos de mídia digital, como áudio, vídeo ou imagens. Os codecs desempenham um papel essencial na mídia digital, pois permitem que mídias de alta qualidade sejam transmitidas e armazenadas com eficiência.

Codecs usam algoritmos matemáticos complexos para compactar os dados em um arquivo de mídia digital. A compactação é obtida removendo dados redundantes ou desnecessários do arquivo, o que reduz o tamanho do arquivo sem afetar significativamente a qualidade da mídia. Uma vez que o arquivo foi compactado, o codec pode descompactá-lo, restaurandoo à sua forma original.

Os codecs podem ser divididos em duas grandes categorias: codecs com e sem perdas. Os codecs com perdas são projetados para atingir altas taxas de compactação ao custo de alguma perda de qualidade. Codecs sem perdas, por outro lado, preservam a qualidade da mídia, mas atingem taxas de compactação mais baixas.

Codecs são usados em uma ampla gama de aplicações, incluindo videoconferência, streaming de vídeo, televisão digital e gravação de áudio digital. Eles são essenciais para permitir que essas tecnologias funcionem de maneira eficaz e eficiente, permitindo que os usuários transmitam e armazenem arquivos de mídia com perda mínima de qualidade.

Alguns exemplos de codecs são H.264 e H.265 para vídeo, MP3 e AAC para áudio e JPEG e PNG para imagens.

h) Compactação de dados é um processo que visa reduzir o tamanho dos dados para economizar espaço de armazenamento, reduzir o tempo de transmissão e aumentar a eficiência da transmissão de dados. Esse processo é usado em uma ampla variedade de aplicativos, incluindo multimídia, gerenciamento de banco de dados e comunicações de rede.

Existem dois tipos principais de compactação de dados: compactação sem perdas e compactação com perdas. Os algoritmos de compactação sem perdas reduzem o tamanho dos dados sem perder nenhuma informação, enquanto os algoritmos de compactação com perdas reduzem o tamanho dos dados removendo algumas das informações menos importantes ou redundantes.

Para compactar os dados, um algoritmo de compactação é aplicado aos dados. O algoritmo funciona identificando padrões nos dados que podem ser usados para representar os dados de maneira mais eficiente. Esses padrões são então substituídos por uma representação menor que requer menos espaço de armazenamento. Os dados compactados podem ser descompactados usando um algoritmo de descompactação para restaurar os dados originais.

i) Streaming refere-se à entrega de conteúdo de áudio ou vídeo pela Internet em tempo real ou no menor tempo possível. O conteúdo é enviado da fonte para o dispositivo do espectador continuamente, permitindo que ele assista ou ouça sem precisar baixar o arquivo inteiro primeiro.

O processo de streaming envolve quebrar o conteúdo de áudio ou vídeo em pequenos pedaços e enviá-los pela Internet à medida que são reproduzidos. O dispositivo do visualizador recebe os dados, decodifica-os e os exibe ou os reproduz na tela ou nos altofalantes. Esse processo permite uma experiência de reprodução contínua sem buffering ou interrupções.

Uma das principais maneiras pelas quais o conteúdo de streaming é entregue é por meio de unicast, em que cada visualizador recebe seu próprio fluxo de dados exclusivo. Este é um método altamente eficiente de streaming, pois garante que o visualizador receba o conteúdo com o mínimo de buffer ou interrupção. No entanto, pode consumir muitos recursos, pois cada visualizador requer seu próprio fluxo dedicado.

Outro método de streaming é o multicast, em que um único fluxo de dados é enviado para vários visualizadores simultaneamente. Esse meio é mais eficiente do que o unicast, pois os dados são enviados apenas uma vez, independentemente do número de visualizadores. É geralmente usado para eventos ou transmissões ao vivo, onde se espera que um grande número de pessoas assista simultaneamente.

Broadcast, conforme citado anteriormente é outro método de streaming em que o conteúdo é enviado para todos os dispositivos da rede. Isso é útil para situações em que o conteúdo precisa ser amplamente distribuído, como em alertas de emergência ou para anúncios em toda a empresa.

O processo de streaming envolve uma combinação de diferentes tecnologias, incluindo codecs, servidores e protocolos de rede, todos trabalhando juntos para oferecer uma experiência de streaming suave e ininterrupta. Essas tecnologias funcionam para garantir que o conteúdo seja entregue com eficiência, com áudio e vídeo de alta qualidade e com o mínimo de atraso ou buffer.

j) O Processo de monitoramento é um aspecto essencial de qualquer infraestrutura de rede para garantir seu bom funcionamento e evitar possíveis problemas que possam levar a inatividade ou perda de dados. Envolve coletar dados de vários dispositivos de rede e analisá-los para diagnosticar e resolver problemas que possam surgir.

A Coleta de dados é o primeiro passo no processo de monitoramento. Isso envolve a coleta de dados de vários dispositivos na rede, incluindo roteadores, switches, servidores e aplicativos. Os dados coletados podem incluir estatísticas de tráfego de rede, uso de CPU e memória, logs de erros e outras métricas de desempenho. Esses dados são armazenados em um banco de dados centralizado para análise (Mani Subramanian, 2010).

O próximo passo no processo de monitoramento é a análise diagnóstica. Nesta etapa, os dados coletados são analisados para identificar quaisquer problemas ou possíveis problemas. Por exemplo, se o tráfego de rede for excepcionalmente alto, isso pode indicar um gargalo na rede que precisa ser resolvido. Da mesma forma, se o uso da CPU em um servidor for consistentemente alto, isso pode indicar que o servidor está sobrecarregado e precisa ser otimizado ou atualizado.

Uma vez concluída a análise diagnóstica, é desenvolvido um plano de ação para resolver quaisquer problemas ou possíveis problemas identificados. Este plano pode envolver a otimização de recursos de rede, atualização de hardware ou software ou ajuste de configurações. É importante implementar o plano de ação prontamente para garantir que a rede permaneça estável e segura.

Em resumo, o monitoramento é um aspecto crucial do gerenciamento de rede que envolve coleta de dados, análise de diagnóstico e um plano de ação para resolver quaisquer problemas ou possíveis problemas que surjam. O monitoramento eficaz pode ajudar a garantir o bom funcionamento de uma infraestrutura de rede, evitar o tempo de inatividade e minimizar o risco de perda de dados.

2.1.2 NDI – Network Device Interface

NDI (Network Device Interface) é um protocolo que possibilita a transmissão de vídeo e áudio através de uma rede IP com uma latência extremamente baixa (NEWTEK, 2016), eliminando assim a necessidade da utilização de cabos SDI (coaxial) ou HDMI como meio de comunicação, sendo estas alguns dos meios mais utilizados atualmente na indústria de entretenimento e audiovisual.

O NDI também oferece outras vantagens significativas para a produção audiovisual. Por ser uma tecnologia royalties-free, é acessível para produtores individuais e grandes emissoras de conteúdo sem a necessidade de pagar taxas de licença. Isso torna mais fácil e econômico para os usuários incorporar a tecnologia NDI em suas produções e distribuir conteúdo de alta qualidade em tempo real.

Outra vantagem do NDI, tem-se à medida que a tecnologia avança, pode ser integrada com uma variedade de dispositivos, como câmeras, consoles de jogos, smartphones, notebooks e softwares de edição e produção de vídeo. Isso significa que os usuários podem usar equipamentos e software que já possuem, sem precisar fazer grandes investimentos em hardware especializado. Além disso, o NDI também é compatível com outras tecnologias de rede, como Wi-Fi e 4G, permitindo a transmissão de conteúdo em tempo real em qualquer lugar.

Além disso, o NDI também pode ser usado em conjunto com outras tecnologias avançadas, como inteligência artificial e realidade virtual, para criar experiências audiovisuais inovadoras. O uso de IA pode ajudar a automatizar o processo de produção de vídeo, permitindo que os usuários criem conteúdo com mais eficiência e rapidez. Já a realidade virtual pode criar experiências imersivas para o público, permitindo que eles se sintam como se estivessem presentes no evento.

Criado pela empresa norte-americana Newtek, o NDI foi criado no ano de 2015, surgindo como uma evolução do iVGA, uma tecnologia de transmissão de vídeo, ainda limitada pelo switcher TriCaster e outros produtos proprietários da Newtek, tendo seu primeiro lançamento em 2005. O protocolo melhorou com a chegada iVGA Pro, também conhecido como AirSend no ano de 2012, a inclusão de transmissão de áudio e comandos via alpha channel no protocolo foram algumas das novidades. Finalmente em 2015 surge com o nome de NDI na IBC International Broadcast Conference show, uma conferência de equipamentos para a indústria realizada na cidade de Amesterdã apenas como demonstração e apresentação das características e funcionalidades. A versão 1.0 foi lançada em abril de 2016, desde então, surgiram novas versões com melhorias, correções e novas funcionalidades, sendo a 5.5 a última lançada.

Figura 1 – Evolução das versões do NDI

Fonte: Newtek, 2018

O surgimento do NDI aborda os princípios de facilidade de uso, que por sua vez não é necessário grandes conhecimentos de rede para sua utilização, as características plug and play (autoconfiguração) e auto-discovery (autodescoberta) facilitam ao ponto de apenas conectar o equipamento na rede e ele já estar disponível automaticamente para ser utilizado. Outro princípio importante é o COTS (comercial-off-the-shel), onde é necessário no mínimo uma rede 1Gb para operação, podendo ser utilizada até com uma banda de rede menor.

É uma tecnologia defensora da acessibilidade, pois seu protocolo é aberto e disponível para todos, como a conjunto de software SDK onde é possível desenvolver novas funcionalidades e equipamentos compatíveis com o NDI.

Os benefícios de migrar para o NDI incluem:

  • Flexibilidade: É mais fácil movimentar vídeo por instalações e transportar para localizações que não são possíveis normalmente, bem como, utilizar em qualquer localidade com acesso à internet;
  • Escalabilidade: Protocolo adaptável a mudanças, suporta novas funcionalidades;
  • Custo: Equipamento não precisa de um hardware específico (router por exemplo) para enviar ou receber vídeo, existe uma variedade de equipamentos compatíveis, diminuindo os custos adicionais com cabos e infraestrutura, além da remoção dos custos por software, tendo em vista que esta é uma tecnologia royalty free e aberta para todos;
  • Integração: Equipamentos já existentes no mercado, podem utilizar o NDI-HX (High Eficiency NDI) que através de uma licença de hardware permite a comunicação com equipamentos NDI;
  • Compatibilidade: O protocolo de rede IP não possui limitação por protocolo, sendo assim, outros protocolos como DANTE, AES67, HTTP continuam sendo suportados utilizando um mesmo cabo, ou seja, sistemas novos continuarão se comunicando com sistemas mais antigos. Além disso, o NDI funciona independente de resolução, frame rate, aspect ratio, ou número de canais de áudio. Possui suporte a alpha channel, transporte YUV ou RGB e até 16 bits por pixel de precisão, HDR ou mais color depth. Vale destacar também o suporte a conteúdo como comandos, metadados, timecode, tally, PTZ e dados customizados por empresas third party (como mouse, teclado e dados via NDI KVM);
  • Disponibilidade: O NDI está disponível para ser utilizado com os sistemas operacionais Windows, Macintosh, Linux, ARM (iOS/Android com limitação para envio de vídeo, recepção de áudio/metadados) e FPGA para hardwares embarcados proprietários.

De forma geral, em uma rede com equipamentos NDI, a rede funciona como um router, se o equipamento está na rede ele envia e recebe dados dos demais, eliminando a necessidade de configurações adicionais complexas.

De acordo com dados da Newtek, o NDI foi adotado por milhares de empresas, estando presente em milhares de produtos gratuitos e comerciais, sendo aproveitado por milhões de usuários.

2.1.3 NDI-HX

Introduzida pela Newtek em 2017, o NDI HX surge como uma solução visando o tráfego de vídeo utilizando o mínimo de banda larga possível. Para isso, o processo é realizado utilizando o H264 que diminuiu consideravelmente o uso de banda. Por outro lado, houve um pequeno aumento da latência, se colocarmos em perspectiva a relação direta entre banda e latência, é necessário o máximo de banda larga possível para se obter latências baixas.

2.1.4 NDI Tools

O NDI Tools é um conjunto de softwares também desenvolvido pela NewTek, na qual, diversas ferramentas e utilitários foram criados para aprimorar e simplificar os fluxos de trabalho de produção de vídeo baseados em IP utilizando o NDI.

O pacote NDI Tools inclui diversas aplicações que podem ser usadas para executar diferentes tarefas relacionadas à produção de vídeo IP, sendo elas:

  • NDI Studio Monitor permite aos usuários visualizar, monitorar e gravar fontes NDI em uma rede local. Essa ferramenta é especialmente útil para testar e solucionar problemas de conexões NDI;
  • NDI Screen Capture é outra ferramenta útil que permite aos usuários capturar e transmitir o conteúdo da tela do computador como uma fonte NDI. Esse recurso é muito útil para apresentações e transmissões ao vivo onde o apresentador precisa exibir o conteúdo da sua máquina;
  • NDI Bridge funciona como uma VPN, permitindo o compartilhamento remoto ou local dos sinais NDI, com ele é possível realizar produção de conteúdos ultrapassando as barreiras geográficas.
  • NDI Webcam Input possui a função de permitir a utilização de um sinal NDI emulando uma webcam virtual. Com essa ferramenta é possível realizar a integração com diversos softwares de comunicação como Zoom, Google Meeting, Microsoft Teams, WhatsApp, entre outros.
  • NDI Access Manager permite o gerenciamento e configuração dos sinais NDI da rede. Com essa ferramenta é possível criar grupos privados limitando o acesso de outros equipamentos, adicionar IPs para permitir o trafego do NDI através de uma VPN, alterar o nome visível da sua fonte NDI, selecionar os métodos de transmissão disponíveis, entre outras funcionalidades;
  • NDI Audio Direct é um conjunto de plugins de áudio onde é possível realizar a integração entre softwares áudio e a tecnologia NDI. Os usuários podem receber, enviar e gerar áudio multicanal em tempo real.
  • NDI Remote é uma ferramenta que permite o envio de um sinal NDI através da internet, como o sinal de uma câmera ou uma captura de tela em tempo real. Com essa funcionalidade é possível realizar o envio de informações, como o vídeo da câmera de um repórter que está cobrindo uma matéria na rua, o sinal será recebido por um receptor NDI e poderá ser usado em uma produção ao vivo.
  • NDI Router permite o roteamento e seleção de sinais NDI, com essa ferramenta é possível enviar múltiplas fontes para diferentes saídas, criando um roteador virtual com sinais NDI.
  • NDI For After Affects é um plugin que permite o compartilhamento em tempo real do seu projeto no software Adobe After Affects. Com essa ferramenta o usuário pode realizar colaborações em eventos ao vivo, transmitindo o que está sendo produzido através do NDI.
  • NDI For Premiere Pro é um plugin que permite o compartilhamento em tempo real do seu projeto no software Adobe Premiere. Com essa ferramenta o usuário pode realizar colaborações em eventos ao vivo, transmitindo o que está sendo produzido através do NDI.

Outras ferramentas do pacote NDI Tools incluem NDI VLC Plugin, onde os usuários podem adicionar fontes NDI ao VLC Media Player e NDI Test Patterns, que fornece uma gama de padrões de teste para calibrar e testar fontes e receptores NDI.

Portanto, o NDI Tools é um conjunto essencial de utilitários para qualquer pessoa envolvida na produção de vídeo baseada em IP. Com sua interface intuitiva e ampla gama de recursos, torna mais fácil do que nunca trabalhar com NDI e criar produções de vídeo de alta qualidade e baixa latência.

2.1.4 Qualidade de Vídeo em uma rede IP

O serviço de streaming de vídeo em uma rede IP pode ser afetado por condições adversas na rede, ao analisar os resultados de avaliações objetivas e subjetivas de um serviço de streaming, onde mostram que a qualidade de vídeo pode ser diretamente afetada por fatores de degradação da rede IP, como exemplo a variação de atraso de pacotes. Nesta seção foi analisado o trabalho do autor Dante Begazo – 2012, onde foram realizados testes usando um cenário de emulação, na qual a rede foi isolada de outros equipamentos visando parametrizar melhor a configuração de rede e evitar interferências de equipamentos externos. Dessa forma foi possível criar vários cenários, buscando criar uma base de dados para o trabalho em questão.

O autor aborda a problemática da rápida evolução da área de transporte de serviços de vídeo, onde os sinais de vídeo são transportados através de diferentes tecnologias, criando assim a necessidade de se conhecerem os efeitos dos fatores de degradação de uma rede IP na qualidade de uma comunicação. Adicionalmente, a tecnologia com protocolo IP é importante no transporte de diferentes tipos de formatos de vídeo, áudio e dados. Com a transição para vídeo digital, os avanços em compressão de vídeo e o crescimento da capacidade em redes IP possibilitam a entrega de conteúdo de vídeo em redes IP, para um grande número de telespectadores.

A metodologia apresenta uma revisão teórica de antemão, útil para facilitar a compreensão do trabalho. São abordados o codificador de vídeo, os estimadores de qualidade de vídeo, estrutura de uma rede IP, os principais fatores de degradação de uma rede IP, entre outros assuntos necessários como base fundamental para o desenvolvimento da tese.

A avaliação da qualidade de vídeo, foi realizada utilizando os métodos subjetivos e objetivos. No primeiro método, o usuário pontua cada vídeo assistido, enquanto no segundo são utilizadas métricas baseadas em algoritmos. Para esse fim, existem diversos algoritmos utilizados na avaliação de qualidade de vídeo, alguns baseados em parâmetros estatísticos e matemáticos de imagem, como MSE e PSNR, e outros baseados em características do sistema visual humano, como as métricas SSIM e VQM. Essas métricas objetivas são importantes para avaliar a qualidade de vídeo em diferentes formatos e tecnologias de transporte, permitindo comparar a qualidade de diferentes vídeos e sistemas de transmissão.

Foi criado um cenário de emulação de rede IP isolada para a transmissão de pacotes controlados, para evitar interferências nas avaliações realizadas. Foram efetuados testes de transmissão de vídeo sobre pacotes em comunicações ponto a ponto, onde foram gerados vídeos degradados com diferentes valores de variação de atraso. Também foi pontuado a informação sobre da base de dados de vídeos, ferramentas e equipamentos utilizados no cenário de emulação de rede e no ambiente de teste para avaliações subjetivas.

Dos resultados obtidos nas métricas objetivas, pode-se destacar as métricas baseadas em características do sistema visual humano, como PSNR, SSIM e VQM para efeitos de avaliação do sinal de vídeo degradado em relação ao sinal de referência que contemplam apenas a componente de luminância (Y). Também foi analisado o efeito da variação de atraso de rede na qualidade do vídeo e como essa variação afeta as métricas de avaliação subjetivas e objetivas. O resultado dos testes mostrou que a variação de atraso entre 8 e 12ms afeta significativamente a qualidade do vídeo, sendo 12ms o limiar de qualidade péssima. A análise subjetiva mostrou que a precisão dos observadores aumenta com a variação de atraso e que a métrica ACR é mais precisa do que a métrica DCR. Finalmente, destaca-se que as métricas objetivas não substituem as subjetivas, mas podem complementar a avaliação de qualidade de vídeo.

3. Metodologia

Foi criada uma rede isolada contendo apenas os equipamentos necessários para o experimento, evitando assim o tráfego desnecessário vindo de outros dispositivos, que possam congestionar a rede e interferir nos resultados finais.

O cenário possui a composição de 1 (um) switch de rede e 5 (cinco) computadores com especificações de hardware distintas, com o intuito de diversificar e atingir a validação onde equipamentos com características diferentes são compatíveis com o NDI.

Figura 2 – Ilustração do cenário de rede experimental criado

Fonte: O Autor

Os requisitos mínimos de sistema para a execução do NDI podem variar dependendo do software ou hardware específico que está sendo usado para implementá-lo. No entanto, existem alguns requisitos gerais que normalmente são necessários para garantir o desempenho ideal. Será necessário um computador ou outro dispositivo que atenda às seguintes especificações mínimas: Windows

  • Windows 7 64-bit ou superior (Aplicações individuais do NDI tools podem necessitar do Windows 10);
  • CPU Intel ou AMD com suporte a instruções SSE4, quad-core ou superior;
  • 4 GB de memória RAM ou mais;
  • GPU Nvidia, AMD ou Intel;
  • Conexão Ethernet 1Gbit/s ou superior. Mac OS
  • Mac OS X 10.11 ou superior;
  • CPU Apple M1 Silicon ou Intel com suporte a instruções SSE4, quad-core ou superior;
  • 4 GB de memória RAM ou mais;
  • GPU nVidia, AMD ou Intel;
  • Conexão Ethernet 1Gbit/s ou superior.

Foram utilizados durante os testes as ferramentas de softwares:

  • iPerf (v3.1.5) – Responsável pela medição das taxas de transferências de rede;
  • VLC (v3.0.17.4) – Responsável pela transmissão do vídeo, será o transmissor NDI para enviar o sinal para os demais equipamentos;
  • NDI Tools (v5.5.3.0) – Responsável pelos drivers, codecs e pacotes necessários para o funcionamento e compatibilidade do NDI nos computadores;
  • BirdDog NDI Dyno (v1.0.15) – Responsável pela análise do desempenho da transmissão de vídeo;
  • Zabbix (v5.0 LTS) – Responsável pela análise e monitoramento do tráfego de rede nos dispositivos.

Os testes foram realizados utilizando um stream unicast para cada dispositivo separadamente, onde utilizou-se as resoluções padrões HD (1280x720p) Full HD (1920x1080p) 2K (2048×1080) e Ultra HD ou 4K (3840×2160)

Tabela 1 – Largura de banda aproximada para transmissão de vídeo via NDI

Fonte: Newtek, 2021. NDI Technical Brief. p. 10

Tendo em vista a importância da largura de banda para qualquer projeto que utilize o NDI, é importante saber que existem várias opções para otimizá-la. Sendo elas, NDI HB e NDI|HX O NDI HB é a versão completa de largura de banda do NDI, onde é possível lidar com um sinal de vídeo não compactado de 3 gigabits e comprimi-lo para 125-200 megabits sem nenhum artefato digital perceptível. Essa tecnologia de compactação permite a produção de vídeo IP em uma infraestrutura de rede gigabit (Richards, Paul 2021)

Figura 3 – Comparação do bitrate entre NDI HB, NDI HX e 3G SDI

Fonte: Richards, Paul. 2021 – NDI bandwidth considerations

O efeito de compressão geralmente é indetectável ao olho humano, e comparar o vídeo compactado com a versão não compactada é uma experiência valiosa. Muitas fontes de vídeo ao vivo são eventualmente distribuídas em redes de entrega de conteúdo como Facebook e YouTube, onde todo o fluxo de vídeo é normalmente compactado com RealTime Messaging Protocol (RTMP) ou Secure Reliable Transport (SRT) antes de ser visualizado pelo público.

A compactação reduz a taxa de bits de NDI HB e NDI|HX quando comparada a um sinal de vídeo 3G SDI 1080p60fps não compactado. Para ultrapassar os limites da produção de vídeo baseada em IP, A versão High Efficiency “NDI|HX” pode comprimir uma fonte de vídeo 1080p para apenas 8-50 Mbps, dependendo do nível de qualidade escolhido. NDI|HX vem em taxas de compressão de baixo, médio, alto e ultra, dependendo da fonte. Todas as fontes NDI® têm uma opção de “baixa largura de banda”, que está disponível na maioria das soluções de hardware e software compatíveis com NDI. Especificações Técnicas e de Hardware dos Dispositivos Swt-1

  • Port Interface: 10/100/1000 Mbps;
  • Padrões e Protocolos: IEEE 802.3i/802.3u/ 802.3ab/802.3x;
  • Capacidade de Comutação: 10 Gbps;
  • Taxa de Encaminhamento de Pacotes: 7.4 Mpps;
  • Tabela de Endereços MAC: 2K;  Memória de Buffer de Pacote: 1.5 Mb;  Jumbo Frame: 16 KB. Send-1
  • Processador: Intel core i5 7400U – 4 cores / 4 threads;
  • Clock: 3.0 – 3.5 Ghz;
  • Instruções: Intel SSE 4.1, SSE 4.2, AVX2;
  • Memória RAM: 12 GB – DDR4 2400 Mhz;
  • GPU1: Intel HD Graphics 630 – 1.0 Ghz;
  • GPU2: AMD RX6400 – 2.03 Ghz – VRAM 4 GB GDDR6;  Ethernet Link: 1000 Mbps.

Recv-1

  • Processador: Intel core i5 6300U – 2 cores / 4 threads;
  • Clock: 2.5-3.0 Ghz;
  • Instruções: Intel SSE 4.1, SSE 4.2, AVX2;
  • Memória RAM: 12 GB – DDR4 2133 Mhz;  GPU: Intel HD Graphics 520 – 1.0 Ghz;  Ethernet Link: 1000 Mbps.

Recv-2

  • Processador: Intel core i5 1135G7 – 4 cores / 8 threads;
  • Clock: 2.4 – 4.2 Ghz;
  • Instruções: Intel SSE 4.1, SSE 4.2, AVX2, AVX512;
  • Memória RAM: 8 GB – DDR4 3200 Mhz;  GPU: Intel Iris Xe Graphics ;  Ethernet Link: 1000 Mbps.

Recv-3

  • Processador: Intel core i5 3470 – 4 cores / 4 threads;
  • Clock: 3.2 – 3.6 Ghz;
  • Instruções: Intel SSE 4.1, SSE 4.2, AVX;
  • Memória RAM: 12 GB – DDR3 1600 Mhz;  GPU: Intel HD Graphics 2500 – 1.10 Ghz;  Ethernet Link: 100 Mbps.

Mon-1

Processador: Intel core i5 1135G7 – 4 cores / 8 threads;
Clock: 2.4 – 4.2 Ghz;
Instruções: Intel SSE 4.1, SSE 4.2, AVX2, AVX512;
Memória RAM: 16 GB – DDR4 3200 Mhz;
GPU: Intel Iris Xe Graphics; Ethernet Link: 1000 Mbps.

Especificações Técnicas do arquivo de vídeo Stream HD

  • Formato: mkv;
  • Resolução: 1080x720p;
  • Tamanho: 84.8 MB;
  • Taxa de Quadros: 23.976;
  • Codec: H264;
  • Taxa de bits: 3.89 Mbps;
  • Duração: 3:02 min;
  • Canais de Áudio: 2 (estéreo);
  • Codec de Áudio: AAC-2;
  • Sampling rate: 48.0 Khz;
  • Color Space: YUV;
  • Bit depth: 8 bits;
  • Scan Type: Progressive

Stream FHD

  • Formato: mkv;
  • Resolução: 1920x1080p;
  • Tamanho: 113 MB;
  • Taxa de Quadros: 23.976;
  • Codec: H264;
  • Taxa de bits: 5.18 Mbps;
  • Duração: 3:02 min;
  • Canais de Áudio: 2 (estéreo);
  • Codec de Áudio: AAC-2;  Sampling rate: 48.0 Khz;
  • Color Space: YUV;
  • Bit depth: 8 bits;
  • Scan Type: Progressive.

Stream 2K

  • Formato: mkv;
  • Resolução: 2048x1080p;
  • Tamanho: 116 MB;
  • Taxa de Quadros: 23.976;
  • Codec: H264;
  • Taxa de bits: 5.23 Mbps;
  • Duração: 3:02 min;
  • Canais de Áudio: 2 (estéreo);
  • Codec de Áudio: AAC-2;  Sampling rate: 48.0 Khz;
  • Color Space: YUV;
  • Bit depth: 8 bits;
  • Scan Type: Progressive.

Stream 4K

  • Formato: mkv;
  • Resolução: 3840x2160p;
  • Tamanho: 252 MB;
  • Taxa de Quadros: 23.976;
  • Codec: H264;
  • Taxa de bits: 11.6 Mbps;
  • Duração: 3:02 min;
  • Canais de Áudio: 2 (estéreo);
  • Codec de Áudio: AAC-2;  Sampling rate: 48.0 Khz;
  • Color Space: YUV;
  • Bit depth: 8 bits;
  • Scan Type: Progressive;

4. Resultados e Discussão

Neste capítulo são demonstrados os resultados obtidos durantes os testes. A princípio é apresentado o testes iniciais da rede LAN, seguindo com os testes de transmissão via NDI e finalmente o desempenho dos equipamentos durante o monitoramento de hardware realizado.

4.1 Throughput da Rede

Para medir e validar o desempenho da rede foi utilizado a aplicação iperf3, os comandos foram realizados via terminal com o software MobaXterm. O desempenho se mostrou dentro do esperado, com taxas médias equivalentes para os equipamentos com conexão gigabit, com exceção do RECV-3 devido à sua limitação a sua placa de rede com conexão 10/100.

Figura 4 – Captura de tela 1 dos testes de throughput de rede

Fonte: O Autor

Figura 5 – Captura de tela 2 dos testes de troughput de rede

Fonte: O Autor

Os resultados obtidos conforme as figuras 4 e 5, podem ser melhor visualizados através da relação abaixo:

  • RECV-1: 945 Mbits/s de envio, 944 Mbits/s de recepção e 1,10 GBytes de transferência;
  • RECV-2: 946 Mbits/s de envio, 944 Mbits/s de recepção e 1,10 GBytes de transferência;
  • RECV-3: 96,5 Mbits/s de envio, 96,5 Mbits/s de recepção e 115 MBytes de transferência;
  • SEND-1: 874 Mbits/s de envio, 871 Mbits/s de recepção e 1,02 GBytes de transferência;
  • MON-1: 928 Mbits/s de envio, 927 Mbits/s de recepção e 1,08 GBytes de transferência.

4.2 Transmissão NDI

Através da aplicação de código aberto VLC e o plugin NDI VLC, realizou-se uma integração entre os sistemas para criar um stream via NDI. Utilizou-se a máquina SEND-1 como o transmissor de vídeo responsável por prover o fluxo NDI para as máquinas receptoras RECV-1, RECV-2 e RECV-3. Dessa forma, foi utilizado um vídeo de três minutos com as respectivas resoluções HD, FHD, 2K e 4K, com o intuito de avaliar os dados das métricas de FPS (frames per second e frame lenght).

Figura 6 – Detalhe das fontes NDI disponíveis na aplicação NDI Studio Monitor

Fonte: O Autor

Com a aplicação NDI Studio Monitor, foi possível visualizar os sinais NDI disponíveis na rede, e validar se o sinal de vídeo estava sendo transmitido corretamente. A figura acima ilustra as fontes NDI e a recepção do sinal de vídeo na resolução 1080x720p a uma taxa de 23.98 frames por segundo.

Figura 7 – Comparação entre os sinais NDI recebidos nas três máquinas avaliadas

Fonte: O Autor

Ao analisar os aspectos visuais, nas três máquinas avaliadas, não houveram diferenças perceptivas durante a transmissão na resolução HD, a taxa de frames se manteve com uma variação bem baixa e imperceptível ao olho humano. Sendo assim, não foram registrados artefatos ou degradação de vídeo na primeira rodada dos testes.

Os gráficos a seguir representam a variação da taxa de frames e frame lenght durante a transmissão em Full HD para os três receptores.

Figura 8 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-1 durante o streaming em FHD

Fonte: O Autor

A geração dos gráficos foi obtida através da aplicação de análise de desempenho NDI BirdDog Dyno. Nessa etapa dos testes, foram obtidos e avaliadas as métricas de variação da taxa de quadros por segundo e frame lenght.

O vídeo é gerado por uma fonte NDI SEND-1 em um FPS (frames per second) desejado, que é normalmente, neste caso 23.98. Como este vídeo é enviado pela rede e recebido por outro computador sempre haverá pequenas flutuações.

Os aplicativos e o hardware do receptor NDI têm a capacidade de suavizar essas pequenas flutuações causadas por transferências de dados de rede, no entanto, essa capacidade só pode lidar com um certa quantidade de flutuação (BirdDog, 2020).

A métrica Frame Lenght ou comprimento de quadro mostra quanto tempo levou para o quadro ser recebido em milissegundos. É normal que esses dados flutuem um pouco devido aos dados que viajam pela rede LAN. A métrica importante aqui é que o comprimento do quadro é previsível e dentro dos limites do FPS desejado. O quadro abaixo demonstra o comprimento de quadro alvo (ms) para cada FPS:

Tabela 2 – Relação entre FPS e Frame Lenght esperado

Fonte: BirdDog, 2020

Ao interpretar os resultados do comprimento do quadro, deve-se esperar que a flutuação não seja mais de duas vezes o comprimento do quadro alvo. Flutuações maiores ou picos repetidos podem colocar pressão sobre o hardware ou software do receptor para compensar e pode resultar em latência aumentada ou quadros perdidos.

Figura 9 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-2 durante o streaming em FHD

Fonte: O Autor

Figura 10 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-3 durante o streaming em FHD

Fonte: O Autor

Pode-se notar que durante a transmissão em Full HD, os receptores RECV-1 e RECV-2 obteram resultados dentro da normalidade esperada, com o taxa de quadros e o frame lenght praticamente constante a maior parte do tempo, com alguns picos no final da transmissão. Por outro lado, o receptor RECV-3, obteve uma variação maior com uma grande queda de FPS, entre os segundos 120 e 150 do teste. A transmissão não foi finalizada no receptor RECV-3, a coleta de dados pela aplicação Dyno não foi retomada após o último pico, a limitação na placa de rede acabou sendo o gargalo para a taxa de transmissão necessária para o streaming NDI em Full HD.

Figura 11 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-1 durante o streaming na resolução 2K

Fonte: O Autor

Ao avaliar as métricas na transmissão com a resolução 2K, os receptores RECV-1 e RECV2 apresentaram flutuações maiores em relação às resolução anteriores. Nesta fase do teste, o receptor RECV-2 obteve resultados melhores na métrica frame rate, com apenas um pico variação. Conforme pontuado anteriormente, a limitação na placa de rede, impediu o receptor RECV-3 de continuar os testes nas resoluções maiores 2K e 4K, onde é necessário uma taxa de transmissão de dados maior para manter o fluxo constante na reprodução do vídeo.

Figura 12 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-2 durante o streaming na resolução 2K

Fonte: O Autor

Pode-se observar uma variação maior na métrica frame lenght, em ambos receptores, com atenção para os picos que ocorreram mais vezes no RECV-1. No entanto, o resultado final é positivo, tendo em vista, a grande quantidade de banda e desempenho de hardware necessário para se obter uma transmissão de vídeo fluída em resoluções que ultrapassam o Full HD.

Figura 13 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-1 durante o streaming na resolução 4K

Fonte: O Autor

Pode-se observar nos gráfico, que os testes realizados com a resolução UHD (3840×2160) levaram as máquinas aos seus limites, considerando a alta quantidade de banda necessário para garantir a transmissão, por volta de 200 mbps, e a falta de um disco de alto desempenho para manter as taxas de escrita em alta velocidade dificultaram a decodificação e recepção do fluxo NDI. O receptor RECV-1 teve sua recepção do streaming interrompida devido à esses fatores por volta do 50 segundos de duração do vídeo.

Figura 14 – Taxa de FPS e Frame Length para o RECV-2 durante o streaming na resolução 4K

Fonte: O Autor

O desempenho do receptor RECV-2 mostrou-se próximo ao do RECV-1, com variações e quedas intensas da taxa de frames e picos mais frequentes e elevados de Frame Length.

Com o intuito de sintetizar e reunir os dados coletados nos testes, criou-se uma tabela com as informações das métricas avaliadas, onde é possível visualizar e interpretar de forma mais clara os resultados obtidos

Tabela 3 – Resumo das métricas obtidas nos testes

Fonte: O Autor

Como se pode observar, em resoluções menores como HD e Full HD, a transmissão NDI apresentou resultados semelhantes, com pequenas variações tanto nas taxa de frames como no Frame Lenght, mesmo com a diversificações de diferente tipos de hardware. Ao avaliar os resultados apresentados nas resoluções 2K, houve uma variação maior nos dados, com ênfase para a resolução 4K, onde houve picos mais frequentes e até limitação na transmissão antes do término do vídeo, como demonstrado na figura 13.

4.3 Monitoramento

Com a aplicação de código aberto Zabbix, criou-se um dashboard de monitoramento para avaliar métricas como carga de CPU, consumo de memória RAM e tráfego de rede durante a transmissão de vídeo. O computador MON-1 foi responsável por essa tarefa de monitoramento em tempo real das demais máquinas. A figura 15 ilustra os dispositivos monitorados no dashboard da interface web do software Zabbix.

Figura 15 – Equipamentas da rede NDI disponíveis na interface web da Zabbix

Fonte: O Autor

Figura 16 – Monitoramento do receptor RECV-1 na interface do Zabbix

Fonte: O Autor

Pode-se observar através da figura 16, que houve alguns picos de CPU, ultrapassando a faixa dos 50% de utilização. Em relação ao uso de memória RAM, houve uma variação com uma média 37,30% e picos chegando quase a 100%.

O tráfego de rede se manteve variável, com picos chegando a 70,57 mbps, taxa mais alta durante a transmissão em 4k.

Figura 17 – Monitoramento do receptor RECV-2 na interface do Zabbix

Fonte: O Autor

Ao analisar o desempenho em tempo real do receptor RECV-2, o uso da CPU se manteve baixo, por volta 4,81% com picos que chegaram a 38,38%. A utilização da memória RAM teve uma média de 52,16%, número maior em comparação com o RECV-1. Já em relação a comunicação de dados na rede, houve uma variação entre 10 e 73 mbps.

Figura 18 – Monitoramento do receptor RECV-3 na interface do Zabbix

Fonte: O Autor

Para que fosse possível realizar a integração dos receptores NDI com um servidor de monitoramento Zabbix, foi necessário a instalação de agentes do zabbix, que coletam e enviam ao servidor as informações solicitadas em tempo real. Dessa forma, é possível obter dados importantes que podem levar à planos de correção, prevenção e melhorias tanto nas peças de hardware das máquinas monitoradas, quanto na rede NDI.

Com a utilização do Zabbix, é possível realizar a criação de triggers, que são ações que são configuradas e pré-determinadas em caso de anomalias no monitoramento. Sendo assim, existem diversas possibilidades de prevenção a stresse e sobrecarga nos equipamentos, como por exemplo, criar um alerta para notificar um usuário caso uma máquina esteja com o uso excessivo de CPU ou memória por um período de tempo maior que o comum.

5. Considerações Finais/Conclusões

Durante a realização deste trabalho, foram abordados os conceitos de redes, transmissão de vídeo através de uma rede LAN, com foco na integração da tecnologia NDI com sistemas de código aberto, onde sua utilização pode ser feita por qualquer usuário, eliminando a necessidade de custos adicionais. Foi discutido ainda, como o monitoramento é um aspecto essencial para análise, correção e prevenção de problemas em uma rede NDI.

Com exemplos práticos, analisou-se como o NDI pode ser utilizado para transmissão de vídeo utilizando a aplicação VLC como forma de transmissão e provou-se a compatibilidade desta tecnologia em máquinas com diferentes peças de hardware.

Através da aplicação BirdDog Dyno, avaliou-se as métricas de FPS e Frame Lenght durante um stream NDI em diferentes resoluções. Os testes realizados nas resoluções HD e Full HD apresentaram resultados dentro do limite esperado tanto nas métricas de FPS e Frame Lenght, com os três receptores avaliados. Por outro lado, nos testes onde foram avaliadas resoluções maiores como 2K e 4K, a limitação do hardware e da banda de rede se tornou um empecilho, considerando que principalmente para a resolução 4K é necessário um disco de alto desempenho devido à alta taxa de dados necessária para um fluxo constante durante a reprodução do vídeo, bem como uma banda de rede de no mínimo 200 mbps, conforme dados descritos na tabela 1.

Ao criar um ambiente de monitoramento utilizando a ferramenta de código aberto Zabbix, foi possível medir em tempo real componentes importantes de hardware das máquinas que foram avaliadas nos testes, como taxa de utilização da CPU, Memória RAM e monitoramento do tráfego de rede, onde em uma rede NDI, são aspectos de suma importância para análise de desempenho e possíveis melhorias de infraestrutura que possam surgir.

5.1 Trabalhos Futuros

Com o objetivo de continuar o desenvolvimento deste trabalho e dar continuidade a pesquisa, os temas abaixo são propostos como pontos que podem ser abordados futuramente:

Monitoramento de uma rede NDI através da WAN utilizando a ferramenta NDI Bridge.

6. Referências

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Subramanian, Mani. Network Management Principles and Practice. 2nd ed. 2010. Disponível em:<https://taufikcool.files.wordpress.com/2015/11/network-management-principles-and-practices-2nd-edition.pdf>

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Weston, Bred. Complete Guide to Video Standards: SDI, HDMI, NDI, and SMPTE 2110. 2021. Disponível em:<https://renewedvision.com/blog/guide-to-video-standards-sdi-hdmi-ndi-and-smpte-2110/> Acesso em 23 abr. 2023.

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Begazo, Dante. Avaliação Objetiva e Subjetiva de Qualidade de Vídeo via Rede IP com Variação de Atraso, 2012. Disponível em:<https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3142/tde-16072013-122005/en.php> Acesso em 10 mai. 2023.

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BirdDog, BirdDog NDI DYNO User Guide. Disponível em:<https://birddog.tv/dyno-overview/> Acesso em: 13 mai. 2023