Giải pháp tăng tốc truyền phát nội dung 4K mượt mà cho hệ thống sản xuất từ xa (REMI)
02/07/2020
Giới thiệu
Xu hướng phát sóng nội dung 4K / UHD đang tăng nhanh, đặc biệt là cho thể thao và các sự kiện trực tiếp khác. Để cung cấp dịch vụ tốt hơn và cải thiện trải nghiệm cho người hâm mộ thể thao của họ, nhiều đài truyền hình đang tìm cách cập nhật các cơ sở sản xuất và phát trực tuyến tại chỗ của họ. Những người khác đang chuyển sang một mô hình mới, đó là Sản xuất từ xa (REMI), một xu hướng chắc chắn sẽ được tăng tốc bởi sự ra mắt của các mạng di động 5G. Trên thực tế, một nghiên cứu gần đây của Liên minh Phát thanh Châu Âu đã phát hiện ra rằng phần lớn các đài truyền hình sẽ áp dụng 5G và Sản xuất từ xa được xác định là trường hợp sử dụng chính.
Đương nhiên, trọng tâm là phạm vi bao phủ sự kiện và thường điều này dựa trên các xe tải Phát sóng bên ngoài (OB). Việc nâng cấp chung lên 4K / UHD và hơn thế nữa ở các cơ sở địa phương và xe tải OB mang đến những thách thức về yêu cầu về không gian, trọng lượng và công suất cho tất cả các thiết bị truyền phát và mã hóa video trực tiếp có liên quan, và đối với các ứng dụng REMI, một thách thức nữa là cung cấp hiệu quả mã hóa đa kênh. Advantech có thể giúp các nhà sản xuất thiết bị và các nhà tích hợp hệ thống mạo hiểm hơn thành công bằng cách cung cấp một loạt các thiết bị phát trực tuyến và mã hóa thương mại đáp ứng các nhu cầu này, cung cấp hiệu suất truyền phát chất lượng cao một cách gọn nhẹ và sử dụng năng lượng thấp. Bài viết này sẽ mô tả nó hoạt động như thế nào.
Yêu cầu ứng dụng chính
Trọng tâm của ứng dụng này là cung cấp chất lượng phát sóng trực tiếp tiêu chuẩn 4K / UHD từ xe tải OB hoặc khu sản xuất từ xa trở lại trung tâm phân phối hoặc cơ sở trung tâm trong một dấu chân nhỏ nhất và sử dụng ít năng lượng nhất. Một số thách thức và yêu cầu chính bao gồm:
- Đóng góp trực tiếp: mã hóa đáng tin cậy và truyền phát video 4K ở tốc độ 60fps ổn định bằng cách sử dụng mẫu phụ sắc độ 4: 2: 2
- Nén tốt: tối đa hóa chất lượng cho bitrate đường lên có giới hạn bằng HEVC
- Không gian hạn chế: các giá đỡ thường chỉ sâu 600mm và kích thước nhỏ gọn của phần cứng là bắt buộc
- Giảm thiểu công suất: luôn bị giới hạn trong các ứng dụng di động, cả về nguồn điện để hoạt động và loại bỏ nhiệt trong quá trình hoạt động
- Độ trễ thấp: càng thấp càng tốt trong các ràng buộc khác
Một trường hợp sử dụng điển hình là một đường tải lên chương trình đơn hoặc dự phòng từ một cơ sở sản xuất tại chỗ, nhưng sự quan tâm gần đây đang tăng lên trong một quy trình công việc mới sử dụng Sản xuất tích hợp từ xa (REMI). Trong trường hợp này, tất cả đầu ra từ các camera cục bộ được gửi riêng đến một trạm trung tâm hoặc một dịch vụ dựa trên đám mây. Điều này đơn giản hóa các yêu cầu sản xuất cục bộ với chi phí tăng sự tập trung vào nhiều luồng đường lên được mã hóa để hỗ trợ nhiều kênh. Vì mã hóa đường lên thường là hoạt động phức tạp nhất về mặt tính toán của quy trình công việc, nên điều này chỉ đơn giản đặt sự phụ thuộc nhiều hơn vào các hệ thống mã hóa được tăng tốc để giải quyết các nhu cầu này.
Advantech có thể giúp gì?
Bộ phận Giải pháp Video của Advantech cung cấp một loạt các máy gia tốc mã hóa và quay video hiệu suất cao, yêu cầu năng lượng thấp, đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đóng góp sản xuất trực tiếp. Các sản phẩm tăng tốc, dưới tên họ là VEGA, bao gồm các bảng mô-đun và hệ thống đều có khả năng phát mã hóa HEVC 4K / UHD trực tiếp với chất lượng ở tốc độ 60fps, nhiều trong số đó hỗ trợ 4: 2: 2, và tất cả đều có công suất thấp, kích thước nhỏ gọn và độ trễ thấp.
Các lợi ích đặc biệt mà nó mang lại đó là:
VEGA-3311:
Một bộ tăng tốc mã hóa HEVC / AVC đơn kênh 4K / UHD hoặc 4 x 1080p 60 fps 10-bit 4: 2: 2 với nhiều tùy chọn quay video trực tiếp bao gồm 4 x 3G SDI, 1 x 12G SDI hoặc Ethernet 10G hỗ trợ SMPTE ST2110 xâm nhập. Là thẻ cắm PCIE, VEGA-3311 có thể được sử dụng để thêm mã hóa HEVC hoặc AVC cấp đóng góp cho thiết bị hiện có hoặc có thể được sử dụng cùng với máy chủ VEGA-7010 linh hoạt của Advantech để tạo bộ mã hóa đa kênh cho các ứng dụng sản xuất từ xa. VEGA-3311 cung cấp khả năng lập trình cao thông qua SDK chuyên dụng hoặc plugin FFMPEG tích hợp đơn giản và thậm chí có thể hoạt động như một máy gia tốc cho công cụ phát trực tuyến Wowza.
Nền tảng ứng dụng bộ mã hóa tất cả trong một siêu nhỏ gọn được xây dựng trên cùng khả năng quay video SDI 3G / 12G cơ sở và chức năng mã hóa HEVC 4K / UHD 60fps 10-bit 4: 2: 2 như VEGA-3311 với hệ thống con xử lý x86 cho giao diện quản lý, tạo giao thức phát trực tuyến và kiểm soát hệ thống. Với mức tiêu thụ điện năng dưới 100W và kích thước chiều rộng của giá đỡ, VEGA-6301 cung cấp mật độ hiệu suất hấp dẫn với khả năng tích hợp dễ dàng. Đối với các ứng dụng yêu cầu ghi âm bổ sung, VEGA-6301M cung cấp hiệu suất tương tự nhưng với bộ nhớ trong nhiều hơn và giao diện mạng nhanh hơn trong một thiết kế phần cứng lớn hơn một chút.
Nền tảng máy chủ video và thiết bị video mang đến sự linh hoạt vô song trong cấu hình độ sâu ngắn 1U với 4 khe cắm PCI Express có chiều cao đầy đủ và CPU Xeon E3 loại máy chủ hỗ trợ chức năng Intel QuickSync Video để xử lý video bổ sung. VEGA-7010 có thể vừa với giá đỡ 600mm như giá đỡ được sử dụng trong xe tải hoặc tủ thiết bị nhỏ, cung cấp nguồn điện dự phòng, khả năng tản nhiệt mạnh mẽ và lưu trữ mở rộng. VEGA-7010 có thể hỗ trợ tối đa bốn bo mạch VEGA-3311 cho 4 kênh đóng góp trực tiếp 4K / UHD cho mỗi thiết bị 1U với tổng mức tiêu thụ điện năng dưới 300W. Với mức hiệu suất này, máy chủ có thể giảm tải hiệu quả các tác vụ xử lý video nặng trong quy trình làm việc trực tiếp và cải thiện đáng kể mật độ, khả năng mở rộng và chi phí cho các giải pháp video UHD trực tiếp
MediaFlow Video Manager:
MediaFlow là gói phần mềm bổ sung mà các nhà tích hợp hệ thống có thể sử dụng để triển khai các ứng dụng mã hóa hoặc chuyển mã video độc lập bằng cách sử dụng bộ tăng tốc series VEGA-33xx. Nó chạy trên máy chủ VEGA-7010 chạy hệ điều hành Linux và cho phép triển khai nhanh chóng các chức năng mã hóa được tăng tốc cùng với các đầu ra đóng gói và phát trực tuyến thích hợp.
Nếu chất lượng 4K vẫn là chưa đủ, VEGA-8300E và 8300D là các nền tảng tất cả trong một mới hỗ trợ mã hóa và giải mã đóng góp HEVC UHD2 / 8K 60fps 10-bit 4: 2: 2. Dòng VEGA-8300 sẵn sàng được sử dụng bởi các nhà tích hợp hệ thống do kết quả hợp tác giữa Advantech và đối tác phần mềm Spin Digital, người cung cấp phần mềm phát phương tiện tối ưu hóa cho bộ giải mã và phần mềm quản lý hệ thống dựa trên web cho bộ mã hóa.
VEGA-2002:
Đối với các hoạt động ở quy mô nhỏ hơn và khi không cần hỗ trợ 4: 2: 2, Advantech có thể cung cấp hộp mã hóa rất nhỏ gọn cung cấp mã hóa 4K / UHD 60fps 10-bit trực tiếp hoặc AVC trong gói 12W. Với giao diện cấu hình web dễ sử dụng và hỗ trợ các đầu vào HDMI cũng như SDI, VEGA-2002 là một tùy chọn di động và linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau. Nó có thể được cung cấp dưới dạng mô-đun trần cho các OEM hoặc nhà tích hợp để phù hợp với vỏ tùy chỉnh.
Ứng dụng thực tế
Advantech đã giúp một đài truyền hình quốc gia ở Đài Loan triển khai hệ thống phát trực tiếp 4K phù hợp với các sự kiện tập trung vào thể thao như bóng chày và bóng rổ chuyên nghiệp. Sử dụng công nghệ VEGA của Advantech, đài truyền hình đã có thể thêm mã hóa 4K / UHD thời gian thực vào các xe tải phát sóng ngoài trời (OB) và các tủ sản xuất di động. Giờ đây, họ có thể cung cấp dịch vụ truyền hình trực tiếp cho thể thao để tất cả người hâm mộ thể thao của họ có thể xem các môn thể thao trực tiếp bao gồm CPBL (Giải bóng chày chuyên nghiệp Trung Quốc) và SBL (Super Basketball League) và tận hưởng niềm vui khi xem các nội dung 4K ở thời gian thực ở bất cứ đâu.
Có một số camera 4K được thiết lập ở mỗi sân vận động để tạo nội dung video 4K. Sản xuất cục bộ sau đó tạo ra một nguồn cấp 4K duy nhất trên bốn cáp 3G-SDI được mã hóa và truyền để phân phối tiếp.
Do đó, yêu cầu chính là triển khai công cụ mã hóa đóng góp 4K HEVC 60 fps thời gian thực, kết nối với thiết bị dựa trên SDI qua 4 x 3G-SDI và truyền các luồng video nén qua MPEG-TS qua UDP.
Các yêu cầu khác bao gồm nhu cầu về độ trễ thấp, công suất cực thấp và đảm bảo rằng hiệu suất trực tiếp có thể được duy trì. Ngoài ra, đối với môi trường giới hạn không gian như xe tải OB hoặc giá đỡ di động, sẽ cần một thiết bị có kích thước nhỏ gọn.
Nhà phát sóng đã sử dụng bộ mã hóa 4K / UHD của Advantech dòng VEGA-3311 được gắn trong máy chủ video VEGA-7000 và chạy phần mềm MediaFlow để quản lý các tác vụ mã hóa khác nhau được yêu cầu bao gồm cả TS qua đầu ra truyền phát IP. Đầu ra phát trực tiếp từ xe tải OB được chuyển qua mạng đến cơ sở sản xuất trung tâm thông qua bộ giải mã từ Harmonic và sau đó chuyển đến người tiêu dùng thông qua phát sóng OTT.
Lợi ích của Advantech VEGA:
- Hỗ trợ thu thập: video thô từ camera 4K hoặc bộ chuyển đổi cục bộ có thể được VEGA-3311 thu thập thông qua đầu vào 3G-SDI tích hợp 4-bit và được mã hóa trực tiếp. Khi được sử dụng trong các thiết bị dựa trên tiêu chuẩn, cả hai đều tối đa hóa việc sử dụng khe cắm PCI Express và giảm thiểu nhu cầu xử lý video thô trong nội bộ.
- Mã hóa video chất lượng cao: VEGA-3311 hỗ trợ mã hóa chuyên nghiệp 4K60p 10-bit 4: 2: 2. Giải pháp dựa trên phần cứng là lý tưởng để đóng góp với hiệu suất được đảm bảo ở tốc độ bit cao cho phép mã hóa đóng góp chất lượng cao và độ trễ thấp.
- Chi phí hiệu quả và linh hoạt: nhờ sự hội tụ của IT và công nghệ phát sóng, VEGA-3311 có thể được tích hợp vào các ứng dụng dựa trên máy chủ hiện có, thúc đẩy tính kinh tế của quy mô phần cứng COTS. Các nhà phát triển hệ thống có thể dễ dàng giảm tải các tác vụ xử lý video nặng cho VEGA-3311 để giảm đáng kể thời gian cho các nỗ lực phát triển thị trường và nội bộ.
- Nền tảng sẵn sàng cho ứng dụng: Advantech có thể cung cấp một loạt các sản phẩm máy chủ tập trung vào video, tùy chọn với phần mềm quản lý và kiểm soát MediaFlow. MediaFlow là phần mềm quản lý video dựa trên web có thể tùy chỉnh; giao diện thân thiện với người dùng của nó cho phép người vận hành thiết lập và sử dụng nền tảng mà không cần bất kỳ khả năng lập trình nào.
- Nhà cung cấp giải pháp video tích hợp: Advantech cung cấp giải pháp video một cửa từ máy chủ video, thẻ tăng tốc mã hóa 4K và phần mềm truyền thông, cùng với hỗ trợ R & D chuyên dụng và dịch vụ toàn cầu, chúng tôi cung cấp các sản phẩm hiện đại và dịch vụ thời gian thực.
Tổng kết
Các giải pháp video của Advantech, bao gồm máy chủ video và thẻ mã hóa UHD PCIe, cung cấp cho khách hàng giải pháp mã hóa 4K đóng góp hiệu quả về chi phí mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động, diện tích trạm, mức tiêu thụ điện năng và tổng chi phí sở hữu (TCO). Nó là một giải pháp lý tưởng trong các sản phẩm phát sóng trực tiếp video cho dù đó là một bộ mã hóa đóng góp tại một sự kiện lớn hay một bộ mã hóa phát sóng trong các studio trung tâm.
