專業(yè)音視頻領(lǐng)域中，Pro AV 的崛起之路

編者按：在技術(shù)進(jìn)步的加持下，AV行業(yè)發(fā)展得如何了？本文采訪了兩位深耕于廣播電視行業(yè)的技術(shù)人，為我們介紹了專業(yè)音視頻的進(jìn)展：一位冉冉升起的新星：Pro AV以及FPGA在其中發(fā)揮的作用。

美國(guó)，拉斯維加斯，一個(gè)巨型球幕緩緩睜開了它的雙眼，如神一般俯視著眾人。

這個(gè)名為MSG Sphere的大型劇院位于拉斯維加斯市中心，它高約90米，寬約150米，外面被LED屏幕覆蓋，顯示面積是IMAX的40多倍，采用多臺(tái)8K攝像機(jī)來捕獲360度全景視頻，為現(xiàn)場(chǎng)觀眾提供比當(dāng)今最佳高清電視清晰100倍的身臨其境的體驗(yàn)。

如今，沉浸式影音世界的出現(xiàn)離不開專業(yè)的多媒體制作。而在多媒體領(lǐng)域，技術(shù)人們正不斷突破著距離和時(shí)間的桎梏，向著真正的沉浸式前進(jìn)。MSG Sphere帶來了身臨其境的沉浸式音視頻效果，那么在廣播電視行業(yè)，我們的“沉浸式”做的怎么樣了？

1  Pro AV的崛起

如今，人們對(duì)于高質(zhì)量的視頻需求與日俱增，在體育賽事、文藝活動(dòng)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的單一機(jī)位早已不能滿足觀眾日益增長(zhǎng)的需求。要想達(dá)到沉浸式的觀看體驗(yàn)，首先就要攻克三個(gè)大難題：低延遲、高畫質(zhì)和更高的分辨率。

而多機(jī)位——它代表了更多的設(shè)備、更多的接口，以及更多的金錢。于是，為了在節(jié)約成本提高效率的前提下，一些廠商開始采用AV over IP的方式進(jìn)行視頻的傳輸和制作。

什么是AV over IP呢？與傳統(tǒng)的AV系統(tǒng)不同，AV/IP是在標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸和切換視頻和音頻信號(hào)源。在兩種AV方式中，主要的構(gòu)架都差不多。在IP方式中，音視頻信號(hào)發(fā)送器變被換成了編碼器，音視頻信號(hào)接收器被變成了解碼器，音視頻切換器成為了標(biāo)準(zhǔn)的“IP交換機(jī)”。

AV over IP概念已存在了一段時(shí)間，它囊括了從基于互聯(lián)網(wǎng)的直播或點(diǎn)播視頻流，到廣電制作中的專業(yè)視頻傳輸的一切。在過去幾年，采用IP架構(gòu)來替代傳統(tǒng)的AV結(jié)構(gòu)成為行業(yè)趨勢(shì)，IP分布式也早已被接受并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域中。

標(biāo)準(zhǔn)、安全？

從硬件化的AV方式向IP方式轉(zhuǎn)變，其中最大的一個(gè)爭(zhēng)議就是安全性問題，通常大家都認(rèn)為IP方式比傳統(tǒng)方式引入了更多的安全風(fēng)險(xiǎn)，AV over IP安全嗎？

要回答這個(gè)問題，首先要拋出一個(gè)反問：“傳統(tǒng)的AV為什么安全，它真的安全嗎？”

這個(gè)反問正是來自長(zhǎng)沙千視的CEO左振宇，他也是深耕于AV over IP的老兵，“傳統(tǒng)的AV因?yàn)槭亲邔Ｓ械木€路、電纜構(gòu)成的封閉體系，所以沒有人能夠通過網(wǎng)絡(luò)和公共IP進(jìn)入到那個(gè)體系里。用我們網(wǎng)絡(luò)安全的術(shù)語(yǔ)來說，它其實(shí)就是建立在一個(gè)隔離的基礎(chǔ)上。所以，回到AV over IP 的領(lǐng)域來說，如果要保證安全，其實(shí)也沒錯(cuò)，最基礎(chǔ)、最有效的手段就是做隔離。這一點(diǎn)，我想在AV over IP的系統(tǒng)里也是值得學(xué)習(xí)的，因?yàn)榫拖裎覀兤渌腎T設(shè)施，如果你不做有效的隔離，不通過設(shè)置防火墻這樣的一些保障的手段，那同樣我們也存在安全隱患，所以我想這是第一手段。但通過有效的隔離、數(shù)據(jù)的加密以及不斷針對(duì)具體場(chǎng)景優(yōu)化可以保護(hù)得很好?！?/p>

偉樂科技的研發(fā)經(jīng)理袁海濤也告訴我們，在轉(zhuǎn)成IP后，無(wú)論是在系統(tǒng)的控制、穩(wěn)定性還是在共享的便利性上都有很大的提升。

“我們?cè)谧?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/視頻傳輸">視頻傳輸的時(shí)候，最明顯的一個(gè)例子就是以前我們可能會(huì)面臨一個(gè)矩陣設(shè)備要跟多個(gè)終端共享，我們只能通過不斷增加設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換成IP后，當(dāng)我面對(duì)40多甚至是100多個(gè)終端的時(shí)候，用一臺(tái)或幾臺(tái)核心交換器就可以將這些設(shè)備替換掉。AV over IP的技術(shù)加上我們平臺(tái)的可視化操作對(duì)用戶的體驗(yàn)感是非常好的?！?/p>

因此，除了一些長(zhǎng)時(shí)間使用傳統(tǒng)的AV設(shè)備的客戶需要慢慢過渡以外，很多老客戶對(duì)于AV over IP的信任和接受度都非常好。當(dāng)然，這與偉樂自身的科技硬實(shí)力有關(guān)。2014年收購(gòu)Sencore后，其核心技術(shù)又有了無(wú)可替代的護(hù)城河。目前，偉樂科技已經(jīng)成為AV over IP領(lǐng)域的佼佼者，其市場(chǎng)份額占據(jù)行業(yè)前列。

偉樂科技子公司Sencore于 2023美國(guó)InfoComm展會(huì)

與偉樂科技不同，千視的NDI自研之路顯得更加機(jī)緣巧合了。2016年初，NDI的創(chuàng)始公司New Tek找到千視，期望能創(chuàng)造一種基于IP的視頻傳輸協(xié)議。當(dāng)時(shí)，New Tek已經(jīng)做了很多技術(shù)上的鋪墊，但都僅僅實(shí)現(xiàn)在軟件上。如何在嵌入式設(shè)備上實(shí)現(xiàn)NDI的運(yùn)行，是左振宇一直在思考的一個(gè)問題，這一點(diǎn)也和New Tek不謀而合。

“對(duì)于我們來說，從業(yè)20多年，我們非常希望能夠打造一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)從視頻的采集、傳輸、分發(fā)、制作和存儲(chǔ)等一整個(gè)完整的體系。所以當(dāng)時(shí)我們也是不謀而合，所以我們就決定不遺余力地去做?！?/p>

從2016年開始，千視就一直致力于讓NDI技術(shù)變得更加完善。早期，NDI技術(shù)還存在很多不足，但New Tek持續(xù)不斷地對(duì)NDI進(jìn)行著更新。直到2018年，用于FPGA開發(fā)的NDI嵌入式SDK  NDI 3.8出現(xiàn)，才代表著NDI真正地走向成熟。

左振宇告訴我們，“放眼望去我們能夠看到的微軟、松下、Adobe等等，它們都是支持NDI的。現(xiàn)在，全世界對(duì)于NDI的認(rèn)可度也越來越高，所以在AV over IP領(lǐng)域NDI一定是影響力最大的?！?/p>

2 AV over IP下的行業(yè)案例

IP為AV over IP帶來更多可擴(kuò)展切換的可能，打破傳輸距離的障礙，提高了輸入與輸出設(shè)備的數(shù)量，超越了本地化的視頻標(biāo)準(zhǔn)，與數(shù)據(jù)和通信的融合更密切。如何將AV over IP部署在合適的場(chǎng)景里，實(shí)現(xiàn)利用的最大化，是很多企業(yè)要仔細(xì)思考的問題。從千視的角度來看，他們將60%的精力用在老本行廣播電視領(lǐng)域，而另外40%則投入在更多細(xì)分的具體場(chǎng)景里。

2021年，長(zhǎng)沙千視為泰國(guó)Siriraj 醫(yī)院提供的NDI視頻傳輸方案

在泰國(guó)Siriraj 醫(yī)院的皇后心臟治療中心里，醫(yī)生們希望從手術(shù)室八臺(tái)以上的醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備中獲取信號(hào)，并將其輸出到會(huì)議室的監(jiān)視器上顯示。同時(shí)，他們還要隨時(shí)切換每個(gè)房間的視頻信號(hào)，以便通過醫(yī)療會(huì)議的形式教授醫(yī)學(xué)生及當(dāng)時(shí)不在場(chǎng)的醫(yī)生，而NDI 很好地滿足了他們的這一需求。

一般來說，醫(yī)療設(shè)備輸出都是HDMI和DVI格式的視頻，而且皇后心臟治療中心還需要編解4KP60的視頻，因此他們選擇了 14 臺(tái)Kiloview N40 NDI 雙向編解碼器。另外，為了使所有的編解碼器整潔好操作，他們還購(gòu)置了千視的1U/3U機(jī)箱，與多功能切換器“NewTek TriCaster”一起搭配使用，這樣既可預(yù)設(shè)切換和錄制視頻，還可通過 Zoom 在線上會(huì)議中呈現(xiàn)視頻。

偉樂科技的案例則要更“接地氣”一點(diǎn)。

2020年疫情防控期間，為響應(yīng)國(guó)家要求，偉樂科技對(duì)全國(guó)300多個(gè)縣、區(qū)部署了應(yīng)急廣播，實(shí)現(xiàn)區(qū)縣的廣播體系由各自為營(yíng)到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的成果。

偏遠(yuǎn)山區(qū)存在著“常住人口分散、人口密度不均的情況”。比如，當(dāng)省級(jí)有重大的氣象災(zāi)害需要提前預(yù)報(bào)的情況下，無(wú)法通過廣播一鍵下發(fā)到各個(gè)地方，地方也沒有可以統(tǒng)一接收上級(jí)消息的渠道，從國(guó)家層面來說沒有辦法做到整體控制。

而偉樂科技要做的就是：統(tǒng)一收發(fā)，所有信息同時(shí)做到接入穩(wěn)定；多信號(hào)、鏈路的備份，在信源切換時(shí)做到穩(wěn)定。

在IP分布式部署時(shí)，偉樂也遇到了一些難題。“就拿大并發(fā)來說吧，當(dāng)一個(gè)市下發(fā)廣播的時(shí)候，要面臨的是上萬(wàn)個(gè)終端。當(dāng)然，我們要把基礎(chǔ)硬件本身的性能提升上來，這是最基礎(chǔ)的。除了這一塊外，我們也會(huì)采用自主研發(fā)的一些核心技術(shù)。在同一時(shí)間內(nèi)，我們?nèi)绾瓮ㄟ^我們自己的技術(shù)方案把應(yīng)急廣播消息同時(shí)下發(fā)給這個(gè)多個(gè)終端呢？比如說，我們可以通過逐機(jī)下傳，把廣播消息通過一個(gè)億級(jí)的適配器把它進(jìn)行下發(fā)，然后最終傳到終端來，而不是通過所有的終端都到我們平臺(tái)這邊來進(jìn)行一個(gè)廣播處理。所以這樣的話，就可以把廣播消息的并發(fā)量轉(zhuǎn)移到適配器上進(jìn)行有效處理?！痹嬖V我們。

在實(shí)際部署上，偉樂科技在沒有改變村民的操作的前提下對(duì)技術(shù)做了IP化改進(jìn)方案，做到了以科技改變生活。

技術(shù)選型背后的支撐

在相對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景里，MPSoC作為一款高性能多處理器的系統(tǒng)，為偉樂科技的產(chǎn)品落地帶來了便利。

“在有的行業(yè)里，除了要把高畫質(zhì)的視頻進(jìn)行本地共享以外，還需要同時(shí)推送到廣播電視渠道，推送到多媒體、視頻媒體渠道。在這種情況下，我們就可以利用MPSOC VCU H.264這個(gè)這種內(nèi)置的VCU對(duì)視頻進(jìn)行編碼處理和深度壓縮，之后再把它發(fā)送或傳輸?shù)綇V播系統(tǒng)里或者上星等一系列操作。”偉樂科技的袁偉濤告訴我們。

相對(duì)于專業(yè)視聽領(lǐng)域，不論是時(shí)延、幀同步還是畫質(zhì)的要求都會(huì)更高。在第一次提供世界杯轉(zhuǎn)播的時(shí)候，涉及到多個(gè)鏡頭來回切換的問題，偉樂采用FPGA和自研技術(shù)反復(fù)測(cè)試，最終攻克難關(guān)。

說回NDI。被稱為“Speed HQ”的NDI的編解碼算法是一個(gè)經(jīng)典的圖像壓縮和解壓縮的算法，但唯獨(dú)有一個(gè)缺陷就是：通過CPU進(jìn)行計(jì)算會(huì)消耗大量的計(jì)算資源。

如何實(shí)現(xiàn)Speed HQ的算法？千視在技術(shù)選型中看到了FPGA的閃光點(diǎn)，作為一個(gè)獨(dú)立的硬件邏輯，只要找到合適的硬件資源就可以不消耗CPU來進(jìn)行計(jì)算。對(duì)比下來后，AMD的Zynq是最適合的解決方案。

“NDI的特點(diǎn)是需要軟件的協(xié)議和處理，那么我們通過Zynq在邏輯端實(shí)現(xiàn)NDI的編解碼算法，在ARM端跑NDI的SDK以及網(wǎng)絡(luò)的收發(fā)。這樣的一種分工協(xié)同就實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的最大化利用。”左振宇說道。

3 尾聲

1984年，Ross Freeman 發(fā)明了FPGA ，為產(chǎn)業(yè)打開了一扇新的大門。39年來，F(xiàn)PGA應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，成為IC驗(yàn)證、航空航天、通信、汽車、數(shù)據(jù)中心和工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的關(guān)鍵器件。

當(dāng)技術(shù)的小細(xì)節(jié)散落在各個(gè)行業(yè)內(nèi)，就像星星之火，散發(fā)著屬于自己的光，而這些光，鑄就了我們?cè)谏钪械谋憷?。無(wú)論是偉樂科技的應(yīng)急廣播，還是長(zhǎng)沙千視背后的NDI技術(shù)，背后都離不開AMD旗下的FPGA技術(shù)奠基。