在專業影音領域中，Pro AV 的崛起之路


編者按：在技術進步的加持下，AV產業發展得如何了？ 本文訪問了兩位深耕於廣播電視行業的技術人，為我們介紹了專業音視頻的進展：一位冉冉升起的新星：Pro AV以及FPGA在其中發揮的作用。


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的大型劇院位於拉斯維加斯市中心，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，採用多台8K攝像機來捕獲 360度全景視頻，為現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離不開專業的多媒體製作。 而在多媒體領域，科技人們正不斷突破距離與時間的桎梏，朝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，那麼在廣播電視行業，我們的“沉浸式”做的怎麼樣了？


1. Pro AV的崛起

如今，人們對於高品質的視訊需求與日俱增，在體育賽事、文藝活動領域，傳統的單一機位早已無法滿足觀眾日益增長的需求。 想要達到沉浸式的觀看體驗，首先就要攻克三個大難題：低延遲、高畫質和更高的解析度。



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。 於是，為了在節省成本提高效率的前提下，一些廠商開始採用AV over IP的方式進行影片的傳輸與製作。

什麼是AV over IP呢？ 與傳統的AV系統不同，AV/IP是在標準IP網路上傳輸和切換視訊和音訊訊號源。 在兩種AV方式中，主要的架構都差不多。 在IP方式中，音視頻訊號發送器變被換成了編碼器，音視頻訊號接收器被變成了解碼器，音視頻切換器成為了標準的「IP交換器」。





AV over IP概念已經存在了一段時間，它囊括了從基於互聯網的直播或點播視訊串流，到廣電製作中的專業視訊傳輸的一切。 在過去幾年，採用IP架構來取代傳統的AV結構成為產業趨勢，IP分散式也早已被接受並應用於各個領域。

標準、安全？

從硬體化的AV方式轉向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：“傳統的AV為什麼安全，它真的安全嗎？”

這個反問正是來自長沙千視的CEO左振宇，他也是深耕於AV over IP的老兵，「傳統的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絡和公共 IP進入那個體系裡。用我們網路安全的術語來說，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，如果要確保安全，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的系統裡也是值得學習的，因為就像我們其他的IT設施，如果你不做有效的隔離，不通過設置防火牆這樣的 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。但透過有效的隔離、資料的加密以及不斷針對具體場景優化可以保護得很好。



「偉樂科技的研發經理袁海濤也告訴我們，在轉成IP後，無論是在系統的控制、穩定性或是在共享的便利性上都有很大的提升。

“我們在做視訊傳輸的時候，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，我們只能透過不斷增加設備來實現。轉換成IP後，當我面對40 多甚至是100多個終端的時候，用一台或幾台核心交換器就可以將這些設備替換掉。AV over IP的技術加上我們平台的可視化操作對用戶的體驗感是非常好的。”

因此，除了一些長時間使用傳統的AV設備的客戶需要慢慢過渡以外，許多老客戶對於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後，其核心技術又有了無可取代的護城河。 目前，偉樂科技已成為AV over IP領域的佼佼者，其市場份額佔據行業前列。



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的創始公司New Tek找到千視，期望創造出基於IP的視訊傳輸協定。 當時，New Tek已經做了很多技術上的鋪墊，但都只是實現在軟體上。 如何在嵌入式裝置上實現NDI的運行，是左振宇一直在思考的問題，這一點也和New Tek不謀而合。

“對我們來說，從業20多年，我們非常希望能夠打造一個基於網絡來實現從視頻的採集、傳輸、分發、製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 就決定不遺餘力地去做。”

從2016年開始，千視就致力於讓NDI技術變得更完善。 早期，NDI技術仍有許多不足，但New Tek持續不斷地對NDI進行更新。 直到2018年，用於FPGA開發的NDI嵌入式SDK NDI 3.8出現，才代表著NDI真正走向成熟。

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。現在，全世界對於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。”

2. AV over IP下的產業案例

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量，超越了本地化的視訊標準，與數據和通訊的融合更密切。 如何將AV over IP部署在適當的場景裡，實現利用的最大化，是許多企業要仔細思考的問題。 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，另外40%則投入在更多細分的具體場景。



2021年，長沙千視為泰國Siriraj 醫院提供的NDI視訊傳輸方案


在泰國Siriraj 醫院的皇后心臟治療中心裡，醫生們希望從手術室八台以上的醫療監護設備中獲取訊號，並將其輸出到會議室的監視器上顯示。 同時，他們也要隨時切換每個房間的視訊訊號，以便透過醫療會議的形式教導醫學生及當時不在場的醫生，而NDI 很好地滿足了他們的這一需求。



一般來說，醫療設備輸出都是HDMI和DVI格式的視頻，而且皇后心臟治療中心還需要編排4KP60的視頻，因此他們選擇了 14 台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製視頻，還可 透過Zoom 在線上會議中呈現影片。

偉樂科技的案例則要更「接地氣」一點。

2020年疫情防治期間，為回應國家要求，偉樂科技對全國300多個縣、區部署了緊急廣播，實現區縣的廣播體係由各自為營到統一標準的成果。




偏遠山區存在著「常住人口分散、人口密度不均的情況」。 例如，當省級有重大的氣象災害需要提前預報的情況下，無法透過廣播一鍵下發到各個地方，地方也沒有可以統一接收上級訊息的管道，從國家層級來說沒有辦法做到整體控制。

而偉樂科技要做的就是：統一收發，所有資訊同時做到接取穩定；多訊號、連結的備份，在信源切換時做到穩定。

在IP分散式部署時，偉樂也遇到了一些難題。 「就拿大並發來說吧，當一個市下發廣播的時候，要面臨的是上萬個終端。當然，我們要把基礎硬體本身的性能提升上來，這是最基礎的。除了這一塊外 ，我們也會採用自主研發的一些核心技術。在同一時間內，我們如何透過我們自己的技術方案把應急廣播訊息同時下發給這個多個終端呢？比如說，我們可以透過逐機下傳， 把廣播訊息透過一個億級的適配器把它進行下發，然後最終傳到終端來，而不是透過所有的終端都到我們平台這邊來進行一個廣播處理。所以這樣的話，就可以把廣播訊息的 並發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。

技術選配背後的支撐

在相對複雜的應用場景裡，MPSoC作為一款高效能多處理器的系統，為偉樂科技的產品落地帶來了便利。

「在有的行業裡，除了要把高畫質的視訊進行本地共享以外，還需要同時推送到廣播電視頻道，推送到多媒體、視訊媒體頻道。在這種情況下，我們就可以利用MPSOC VCU H .264這個這種內建的VCU對視訊進行編碼處理和深度壓縮，之後再把它發送或傳輸到廣播系統里或者上星等一系列操作。」偉樂科技的袁偉濤告訴我們。

相對於專業視聽領域，不論是時延、幀同步或畫質的要求都會更高。 在第一次提供世界盃轉播的時候，涉及到多個鏡頭來回切換的問題，偉樂採用FPGA和自研技術反覆測試，最終攻克難關。



說回NDI。 被稱為「Speed HQ」的NDI的編解碼演算法是一個經典的影像壓縮和解壓縮的演算法，但只有一個缺陷就是：透過CPU進行計算會消耗大量的運算資源。

如何實作Speed HQ的演算法？ 千視在技術選型中看到了FPGA的閃光點，作為一個獨立的硬體邏輯，只要找到合適的硬體資源就可以不消耗CPU來進行運算。 對比後，AMD的Zynq是最適合的解決方案。

「NDI的特點是需要軟體的協定和處理，那麼我們透過Zynq在邏輯端實現NDI的編解碼演算法，在ARM端跑NDI的SDK以及網路的收發。這樣的一種分工協同就實現了技術的最大 化利用。」左振宇說。

3. 尾聲


1984年，Ross Freeman 發明了FPGA ，為產業打開了一扇新的大門。 39年來，FPGA應用領域不斷拓展，成為IC驗證、航太、通訊、汽車、資料中心和工業領域不可或缺的關鍵元件。

當科技的小細節散落在各個產業內，就像星星之火，散發著屬於自己的光，而這些光，鑄就了我們在生活中的便利。 無論是偉樂科技的緊急廣播，或是長沙千視背後的NDI技術，背後都離不開AMD旗下的FPGA技術奠基。



10月19日下午14:00 – 16:30，AMD特邀各生態合作夥伴的音視頻技術專家，共同舉行專業音視頻技術與方案的在線專場研討會，為廣大從事專業音視頻以及相關行業應用 的從業人員帶來一場技術與方案的技術盛宴，共同探討音視頻技術的應用方向，並展望新興音視頻技術所帶來的全新視聽享受。