專業(yè)音視頻領域中，Pro AV 的崛起之路

編者按：在技術進步的加持下，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)的技術人，為我們介紹了專業(yè)音視頻的進展：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，拉斯維加斯，一個巨型球幕緩緩睜開了它的雙眼，如神一般俯視著眾人。

這個名為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8K攝像機來捕獲360度全景視頻，為現(xiàn)場觀眾提供比當今最佳高清電視清晰100倍的身臨其境的體驗。

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。而在多媒體領域，技術人們正不斷突破著距離和時間的桎梏，向著真正的沉浸式前進。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，人們對于高質量的視頻需求與日俱增，在體育賽事、文藝活動領域，傳統(tǒng)的單一機位早已不能滿足觀眾日益增長的需求。要想達到沉浸式的觀看體驗，首先就要攻克三個大難題：低延遲、高畫質和更高的分辨率。

而多機位——它代表了更多的設備、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是在標準IP網(wǎng)絡上傳輸和切換視頻和音頻信號源。在兩種AV方式中，主要的構架都差不多。在IP方式中，音視頻信號發(fā)送器變被換成了編碼器，音視頻信號接收器被變成了解碼器，音視頻切換器成為了標準的“IP交換機”。

AV over IP概念已存在了一段時間，它囊括了從基于互聯(lián)網(wǎng)的直播或點播視頻流，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架構來替代傳統(tǒng)的AV結構成為行業(yè)趨勢，IP分布式也早已被接受并應用于各個領域中。

標準、安全？

從硬件化的AV方式向IP方式轉變，其中最大的一個爭議就是安全性問題，通常大家都認為IP方式比傳統(tǒng)方式引入了更多的安全風險，AV over IP安全嗎？

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

這個反問正是來自長沙千視的CEO左振宇，他也是深耕于AV over IP的老兵，“傳統(tǒng)的AV因為是走專有的線路、電纜構成的封閉體系，所以沒有人能夠通過網(wǎng)絡和公共IP進入到那個體系里。用我們網(wǎng)絡安全的術語來說，它其實就是建立在一個隔離的基礎上。所以，回到AV over IP 的領域來說，如果要保證安全，其實也沒錯，最基礎、最有效的手段就是做隔離。這一點，我想在AV over IP的系統(tǒng)里也是值得學習的，因為就像我們其他的IT設施，如果你不做有效的隔離，不通過設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具體場景優(yōu)化可以保護得很好?！?/p>

偉樂科技的研發(fā)經(jīng)理袁海濤也告訴我們，在轉成IP后，無論是在系統(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。

“我們在做視頻傳輸的時候，最明顯的一個例子就是以前我們可能會面臨一個矩陣設備要跟多個終端共享，我們只能通過不斷增加設備來實現(xiàn)。轉換成IP后，當我面對40多甚至是100多個終端的時候，用一臺或幾臺核心交換器就可以將這些設備替換掉。AV over IP的技術加上我們平臺的可視化操作對用戶的體驗感是非常好的?！?/p>

因此，除了一些長時間使用傳統(tǒng)的AV設備的客戶需要慢慢過渡以外，很多老客戶對于AV over IP的信任和接受度都非常好。當然，這與偉樂自身的科技硬實力有關。2014年收購Sencore后，其核心技術又有了無可替代的護城河。目前，偉樂科技已經(jīng)成為AV over IP領域的佼佼者，其市場份額占據(jù)行業(yè)前列。

偉樂科技子公司Sencore于 2023美國InfoComm展會

與偉樂科技不同，千視的NDI自研之路顯得更加機緣巧合了。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。當時，New Tek已經(jīng)做了很多技術上的鋪墊，但都僅僅實現(xiàn)在軟件上。如何在嵌入式設備上實現(xiàn)NDI的運行，是左振宇一直在思考的一個問題，這一點也和New Tek不謀而合。

“對于我們來說，從業(yè)20多年，我們非常希望能夠打造一個基于網(wǎng)絡來實現(xiàn)從視頻的采集、傳輸、分發(fā)、制作和存儲等一整個完整的體系。所以當時我們也是不謀而合，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技術變得更加完善。早期，NDI技術還存在很多不足，但New Tek持續(xù)不斷地對NDI進行著更新。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?，F(xiàn)在，全世界對于NDI的認可度也越來越高，所以在AV over IP領域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帶來更多可擴展切換的可能，打破傳輸距離的障礙，提高了輸入與輸出設備的數(shù)量，超越了本地化的視頻標準，與數(shù)據(jù)和通信的融合更密切。如何將AV over IP部署在合適的場景里，實現(xiàn)利用的最大化，是很多企業(yè)要仔細思考的問題。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域，而另外40%則投入在更多細分的具體場景里。

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

在泰國Siriraj 醫(yī)院的皇后心臟治療中心里，醫(yī)生們希望從手術室八臺以上的醫(yī)療監(jiān)護設備中獲取信號，并將其輸出到會議室的監(jiān)視器上顯示。同時，他們還要隨時切換每個房間的視頻信號，以便通過醫(yī)療會議的形式教授醫(yī)學生及當時不在場的醫(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，他們還購置了千視的1U/3U機箱，與多功能切換器“NewTek TriCaster”一起搭配使用，這樣既可預設切換和錄制視頻，還可通過 Zoom 在線上會議中呈現(xiàn)視頻。

偉樂科技的案例則要更“接地氣”一點。

2020年疫情防控期間，為響應國家要求，偉樂科技對全國300多個縣、區(qū)部署了應急廣播，實現(xiàn)區(qū)縣的廣播體系由各自為營到統(tǒng)一標準的成果。

偏遠山區(qū)存在著“常住人口分散、人口密度不均的情況”。比如，當省級有重大的氣象災害需要提前預報的情況下，無法通過廣播一鍵下發(fā)到各個地方，地方也沒有可以統(tǒng)一接收上級消息的渠道，從國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)，所有信息同時做到接入穩(wěn)定；多信號、鏈路的備份，在信源切換時做到穩(wěn)定。

在IP分布式部署時，偉樂也遇到了一些難題?！熬湍么蟛l(fā)來說吧，當一個市下發(fā)廣播的時候，要面臨的是上萬個終端。當然，我們要把基礎硬件本身的性能提升上來，這是最基礎的。除了這一塊外，我們也會采用自主研發(fā)的一些核心技術。在同一時間內，我們如何通過我們自己的技術方案把應急廣播消息同時下發(fā)給這個多個終端呢？比如說，我們可以通過逐機下傳，把廣播消息通過一個億級的適配器把它進行下發(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這邊來進行一個廣播處理。所以這樣的話，就可以把廣播消息的并發(fā)量轉移到適配器上進行有效處理。”袁海濤告訴我們。

在實際部署上，偉樂科技在沒有改變村民的操作的前提下對技術做了IP化改進方案，做到了以科技改變生活。

技術選型背后的支撐

在相對復雜的應用場景里，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，除了要把高畫質的視頻進行本地共享以外，還需要同時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這個這種內置的VCU對視頻進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?！眰房萍嫉脑瑐嬖V我們。

相對于專業(yè)視聽領域，不論是時延、幀同步還是畫質的要求都會更高。在第一次提供世界杯轉播的時候，涉及到多個鏡頭來回切換的問題，偉樂采用FPGA和自研技術反復測試，最終攻克難關。

說回NDI。被稱為“Speed HQ”的NDI的編解碼算法是一個經(jīng)典的圖像壓縮和解壓縮的算法，但唯獨有一個缺陷就是：通過CPU進行計算會消耗大量的計算資源。

如何實現(xiàn)Speed HQ的算法？千視在技術選型中看到了FPGA的閃光點，作為一個獨立的硬件邏輯，只要找到合適的硬件資源就可以不消耗CPU來進行計算。對比下來后，AMD的Zynq是最適合的解決方案。

“NDI的特點是需要軟件的協(xié)議和處理，那么我們通過Zynq在邏輯端實現(xiàn)NDI的編解碼算法，在ARM端跑NDI的SDK以及網(wǎng)絡的收發(fā)。這樣的一種分工協(xié)同就實現(xiàn)了技術的最大化利用?！弊笳裼钫f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應用領域不斷拓展，成為IC驗證、航空航天、通信、汽車、數(shù)據(jù)中心和工業(yè)領域不可或缺的關鍵器件。

當技術的小細節(jié)散落在各個行業(yè)內，就像星星之火，散發(fā)著屬于自己的光，而這些光，鑄就了我們在生活中的便利。無論是偉樂科技的應急廣播，還是長沙千視背后的NDI技術，背后都離不開AMD旗下的FPGA技術奠基。