GPUアクセラレーションAIによるリアルタイムマルチストリームビデオ分析
エンタープライズセキュリティプロバイダーは、分散インフラストラクチャ全体で正確なタイムスタンプ同期を備えたリアルタイムアラートを提供し、AIを活用した検出により複数のライブビデオストリームを同時に処理する必要がありました。
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課題
AIを用いて複数のRTSPストリームを処理するには、いくつかの複雑な問題を解決する必要がありました:
- GPUメモリの制約により、同時ストリーム処理が制限される
- 録画マシンと推論マシンの間のクロックスキューがタイムスタンプのずれを引き起こす
- 従来の検出モデルは、リアルタイムのマルチストリームシナリオには遅すぎる
- イベントは、レビューのためにビデオ再生位置に正確にマッピングされる必要がある
私たちのソリューション
我々は、PTSベースのタイムスタンプ同期を備えたマルチストリームリアルタイム処理に最適化された分散AI推論プラットフォームを設計しました。
アーキテクチャ
- 推論エンジン: NVIDIA RTX 4000 Ada 上で TensorRT アクセラレーションを備えた YOLO11
- トラッキング: 永続的なID割り当てを備えた ByteTrack マルチオブジェクトトラッキング
- ストリーミング: RTSP/HLS/RTMP プロトコル変換のための MediaMTX
- 通信: デュアル WebSocket チャネル (ライブ検出オーバーレイ + イベントアラート)
- インフラストラクチャ: DigitalOcean (録画) + RunPod (GPU推論)
最適化技術
- TensorRT アクセラレーション - TensorRT へのモデルコンパイルにより、バッチ推論を約15ミリ秒で実行
- マイクロバッチ処理 - 複数のストリームからのフレームをバッチ処理し、GPU効率を向上
- メモリ管理 - 10-12の同時ストリームに対し4-6GBのVRAM使用量
- PTS タイムスタンプ同期 - プレゼンテーションタイムスタンプに基づく同期により、クロスマーシンクロックスキューを修正
- クロスマーシンオフセット補正 - 分散ノード間の時間オフセットを自動計算
検出パイプライン
- 信頼度スコアリングによる人物/車両検出
- EasyOCR を介したナンバープレート認識とテキスト抽出
- 設定可能な感度を持つ火災および煙検出
- 行動分析 (徘徊時間、侵入ゾーン、占有閾値)
主要機能
- デュアル WebSocket チャネル - ビデオオーバーレイデータとアラートイベント用の別々のストリーム
- PTS 同期 - イベントタイムスタンプは正確なビデオ再生位置と一致
- 永続的なオブジェクトトラッキング - ByteTrack はフレーム間でIDを維持し、一貫したトラッキングを実現
- 設定可能な検出ゾーン - カメラごとに侵入/徘徊領域を定義
- オートスケーリング - GPUの利用可能性に基づいて動的にストリームを割り当て
成果
技術スタック
caseStudyDetail.more ケーススタディ
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よくある質問
MicrocosmWorksは、NVIDIA TensorRTを使用して複数のストリームからのフレームを単一のGPU推論呼び出しにバッチ処理することでパイプラインを最適化しました。これによりGPU利用率が最大化され、1ノードあたり20以上の同時ストリームを処理する場合でも、フレームあたり100ミリ秒未満のレイテンシを実現します。このアーキテクチャは、CUDA加速ビデオデコードを使用してCPUからのフレーム抽出をオフロードし、通常マルチストリーム性能を制限するデコードボトルネックを防ぎます。
MicrocosmWorksは、各カメラの状態マシンを維持し、指数バックオフを用いて切断されたストリームに自動的に再接続しながら、すべての健全なフィードを中断なく処理し続けるフォールトトレラントなストリームハンドラを構築しました。破損したフレームはチェックサム検証によって検出され、適切にスキップされます。また、システムはストリームの健全性指標を追跡し、カメラの信頼性が設定可能なしきい値を下回った場合にアラートを発します。
はい、MicrocosmWorksはカスタムモデルのトレーニングパイプラインを提供しており、お客様が特定の検出ターゲットのラベル付きサンプルを提供することで、チームがベースとなる検出モデルをファインチューニングし、業界特有のオブジェクト、行動、または異常を認識するようにします。このプラットフォームは、プロダクション環境でダウンタイムなしにモデルをホットスワップすることをサポートしているため、展開済みのカメラからより多くのトレーニングデータを収集するにつれて、検出精度を繰り返し向上させることができます。
MicrocosmWorksは、GPUワーカーポッドがストリーム数と処理負荷に基づいて水平にスケーリングするKubernetesベースのアーキテクチャ上に分析プラットフォームを設計しました。容量の追加は、追加のGPUノードをプロビジョニングするだけで簡単にでき、オーケストレーション層は、展開の総規模に関わらず、一貫したレイテンシーと検出精度を維持しながら、利用可能なワーカー全体にストリームを自動的に再分配します。
MicrocosmWorks は、初期のフレーム抽出とオプションの軽量な inference がカメラの近くで行われる edge-preprocessing オプションを実装しました。これにより、key frames またはイベントによってトリガーされた clips のみを送信することで、中央の analytics cluster への必要な帯域幅を削減します。完全な一元化されたデプロイメントの場合、プラットフォームは設定可能な解像度で H.265 ストリームをサポートし、標準的な帯域幅は、15fps の analytics sampling rate で 1080p ストリームあたり 2-4 Mbps です。