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    低于一幀!—超低時延坐席管理系統的實現

    2021-11-24
    來源:賽靈思
    關鍵詞: 賽靈思 美樂威

    古代戰場上,指揮大營是“運籌帷幄,決勝于千里之外”的關鍵。

    在信息和網絡技術極度發達的萬物互聯時代,指揮中心和控制室作為當今的“指揮大營”,出現在工作與生活中的各種垂直領域,如機場、車站、地鐵、廣電、政府、移動通信,以及智慧城市、體育賽事等等,在各行業系統中充當著運營中心或大腦的角色。而對于中小型指揮中心,KVM坐席管理系統是其應用最廣泛的指揮控制系統解決方案。

    美樂威( Magewell )基于賽靈思Zynq? UltraScale+? EV平臺,打造了全新KVM坐席管理系統方案,能夠提供前所未有的超低時延、高品質端到端音視頻傳輸,成為千兆網環境部署的理想選擇。

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    圖:美樂威基于賽靈思自適應平臺打造的優化 KVM 方案


    項目簡介

    KVM:Keyboard · Video · Mouse

    KVM 是一種用戶透過一組由鍵盤、主機和鼠標組成的單個控制臺,訪問和控制、甚至是遠程控制多臺電腦的技術。坐席管理系統基于KVM技術,能通過可視化數據的處理和共享,幫助指揮中心打破傳統的各席位孤立狀態,實現高效協作和準確決策。

    目前,市面上的坐席管理系統解決方案主要有三類,其在視頻質量、時延、帶寬、功能和成本上都各有優劣勢。

    基于SDVoE的方案??蓪崿F最高4k60 4:4:4高質量、零時延的視頻信號傳輸,能提供較好的圖像質量。但是,使用該類方案需要10Gbps萬兆網絡環境,部署和維護成本較高。

    基于NDI?的方案。該方案現已擁有非常成熟的軟硬件生態。松下、索尼等攝像機廠商,以及主流的vMix、OBS等制作軟件,都已支持 NDI? 技術,非常適合現場制作工作流程。

    基于ASIC 的編解碼解決方案。通過基于H.264和H.265的深壓縮,可大幅降低視頻傳輸帶寬,且對網絡部署環境要求低,具有功能豐富且靈活的優勢。缺點在于視頻傳輸時延較高、視頻質量較差,因此通常不被用來進行基帶視頻的輸入設計。這也就意味著,使用此類方案幾乎總是需要外接FPGA。

    作為視頻接口和IP工作流解決方案的創新者,美樂威希望打造一款全新坐席管理系統,可以在現有網絡基礎設施不變的同時,還能保障最低時延的端到端視頻傳輸,并為用戶提供差異化功能和價值。

    事實上,坐席管理系統設計的另一個主流方案是基于 FPGA 架構的方案,其具備眾多優勢:

    l靈活支持接收從各種來源輸入的基帶視頻;

    l集成式視頻編解碼器可支持高達1Gbps 的網絡視頻傳輸速率;

    l支持根據不同場景靈活對目標比特率進行重編程,實現視頻質量與帶寬平衡;

    l實現不遜色于其他解決方案的視頻質量。


    解決方案

    在美樂威看來,用戶網絡環境千差萬別,因而需要將傳統 FPGA 方案和H.264/265 低帶寬編解碼優勢融為一體?;贔PGA 技術的賽靈思 Zynq UltraScale+ MPSoC EV,不僅具有傳統FPGA的可編程單元,還集成了H.264/AVC和 H.265/HEVC 等視頻編解碼等特性,恰能滿足美樂威的需求。

    美樂威坐席管理系統的硬件包含核心模塊 + 底板兩部分,通過 MXM 接口連接實現數據傳輸和通訊。Zynq MPSoC 位于核心模塊,其集成了大量 16nm 可編程邏輯、Block RAM、DSP 等資源,單顆芯片即能滿足美樂威坐席管理系統所需的性能及功能,使美樂威核心模塊在尺寸上僅為 82mm × 56mm。此外,Zynq MPSoC基于標準( H.264 和 H.265 )的編解碼器,支持新系統兼容任何網絡系統。

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    圖:美樂威坐席管理系統方案硬件架構


    設計成效

    借助Zynq MPSoC 平臺靈活應變的自適應功能,美樂威全新坐席管理系統提供了卓越的特性與性能:

    充分利用Zynq MPSoC PL可編程邏輯功能自研視頻編解碼技術( M264 ),實現了4K60 4:4:4 10bit超低時延編解碼,并將編解碼時延控制在 64 行掃描時間范圍內;

    借助 Zynq MPSoC 集成式視頻編解碼單元( VCU ),實現了高性能低時延的H.264/H.265雙流編碼流媒體傳輸;

    采用時間戳的方式,對發送端和接收端設備之間的像素頻率和垂直同步相位進行鎖定,實現了不到一幀的端到端延遲;

    根據網絡條件設置的消抖緩存區長度( 10-100ms ),確保編解碼器可以在網絡擁塞時權衡傳輸時延和畫面流暢度,從而呈現最佳畫面效果;

    提供功能豐富的 API ,如畫面分割、拼接、疊加、音頻雙向傳輸,以及與其它AV設備/系統的互連等,支持客戶進一步開發差異化定制方案。

    該方案還可基于美樂威云管理軟件,實現多臺設備集中管理和維護,從而將成本做到最小化。


    “內置視頻編解碼單元是 Zynq MPSoC EV 和普通FPGA芯片最大的區別。單顆 MPSoC 芯片就能滿足我們所需要的所有功能,助力我們實現了出色的總成本和靈活適應不同網絡環境的價值優勢,讓美樂威坐席管理系統在同行中脫穎而出?!?/p>

    ——美樂威 CTO 馬飛


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