NDI技术在融合媒体生产中的应用_张艳华.pdf

电视技术 第 47 卷第 1 期(总第 566 期)187NETWORK&CONVERGENCE网络与融合文献引用格式：张艳华.NDI 技术在融合媒体生产中的应用 J.电视技术，2023，47（1）：187-190，194.ZHANG Y H.Application of NDI technology in the converged media productionJ.Video Engineering，2023，47（1）：187-190，194.中图分类号：TN948.13 文献标识码：A DOI：10.16280/j.videoe.2023.01.047NDI 技术在融合媒体生产中的应用张艳华（徐州工程学院，江苏 徐州 221018）摘要：网络设备接口（Network Device Interface，NDI）技术在融合媒体生产的制作及分发等领域得到了越来越广泛的应用。基于此，从协议、码流、图像质量等方面介绍 NDI 技术的基本原理，从系统解决方案、音频制作、远程制作等方面介绍其在制作域的应用，从汇聚、调度、分发等方面介绍其在调度分发域的应用。关键词：网络设备接口（NDI）；融合媒体；融合制作；调度分发Application of NDI Technology in the Converged Media ProductionZHANG Yanhua(Xuzhou University of Technology,Xuzhou 221018,China)Abstract:Network Device Interface(NDI)technology has been more and more widely used in the fields of production and distribution of integrated media production.Based on this,this paper introduces the basic principle of NDI technology from the aspects of protocol,code stream,image quality,etc.,introduces its application in the production domain from the aspects of system solution,audio production,remote production,etc.,and introduces its application in the scheduling distribution domain from the aspects of convergence,scheduling,distribution,etc.Keyword:Network Device Interface(NDI);converged media;converged production;scheduling distribution0 引 言近年来，在主要面向互联网、移动终端的融合媒体领域，网络设备接口（Network Device Interface，NDI）技术在传输、接入、调度、监控、live制作、播出、安全、收录、存储、后期制作及分发方面得到了应用，对数字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）技术起到了补充甚至替代的作用。相对于大屏端传统广播电视制播体系，融合媒体的制作分发体系有自己的特点。首先，系统架构要灵活，能快速响应部署；而且设备要轻量化。其次，融合媒体制作对信号的客观技术指标相对大屏要求较低，主观感受对信号压缩的容忍度也相对较高。相对于大屏端的高清、4K/8K 的无压缩信号，面向小屏的融合媒体生产，因为最终推流分发是面向互联网和移动终端，所以输入和输出都是低带宽的压缩信号。再次，融合媒体的制作分发体系在满足设备轻量化和系统灵活性的基础上，在技术性能指标满足要求的前提下，要能实现当前制作系统的主要功能。最后，高性价比。在人人都是自媒体的时代，传统广电领域的高成本重装备不适合于融合媒体生产。综上所述，NDI 技术的很多特性都契合融合媒体的技术体系，因此在融合媒体生产领域的应用越来越广泛。1 NDI 技术原理1.1 NDI 协议NDI 协议于 2015 年由 NewTek 公司提出。该协议支持视频信号通过局域网进行传输。它首先对视音频进行压缩编解码，所以是编解码的协议。另外，它在压缩编解码的基础上进行低延时传输，所以也是网络传输协议。NDI 协议属于 IP 交互协议，具备延时低、帧精度处理、支持设备及数据流间可相互识别等优点。NETWORK&CONVERGENCE网络与融合188电视技术 第 47 卷第 1 期(总第 566 期)同时，在传输视频数据流以外，NDI 协议还可同时携带多通道无压缩音频数据流及元数据信息。其元数据信息支持双向收发，发送者和接收者均可通过 NDI 识别并连接。NDI 支持广播级 IP 传输协议转换，适用于多数通用网络设备，并可延伸与多种第三方工具进行连接。另外，NDI 是一种开源接口定义，开放了主要的软件开发工具包（Software Development Kit，SDK）功能，在应用中只需通过调用函数即可直接使用 SDK 现有功能1。NDI 相对的高指标、低延时，满足了主客观图像质量评价要求；即插即用自发现的特性，满足快速响应部署的要求；支持 TALLY 和通话，保证了传统广电演播的功能，开源特性使得总体拥有成本降低。可见，NDI 的这些技术特点非常符合前述融合媒体技术体系的需求。1.2 NDI 码流NDI协议包括FULL NDI和NDI|HX（NDI|HX2）两种。FULL NDI是基于I帧压缩的，占用的带宽高，延时小，信号质量好。NDI|HX 是基于长 GOP H.264的改进版本，占用带宽低，相对FULL NDI延时较大，信号质量较低。NDI 厂家给出的 NDI 信号带宽数据如表 1 所示。表 1 NDI 信号带宽协议分辨率帧率/（fs-1）带宽/（Mbs-1）NDI|HX1 9201 08059.9416FULL NDI1 9201 08025.001051 9201 08029.971101 9201 08059.941803 8402 16029.972503 8402 16059.94350单个高清（High Definition，HD）的 NDI 流带宽典型值为 16 Mbs-1（NDI|HX）或者 180 Mbs-1（FULL NDI），4K 超 高 清（Ultra High Definition，UHD）的 NDI 流带宽为 250 Mbs-1或者 350 Mbs-1。理论上，万兆网络可以支持 40 路以上的 HD NDI 或者 20 路以上 4K UHD 的 NDI 流。1.3 图像质量据其他文献研究，将高清图像测试信号经 NDI协议以 80 120 Mbs-1可变码率编码并解码后 输出，图像质量分析仪的测试结果如表 2 所示2。在图像质量测试结果中，图像质量等级（Picture Quality Ratio，PQR)算法首先对经过被测系统的图像序列进行标准化处理，之后再对处理后的图像序列和原始参考图像序列进行最小可觉差异（Just Noticeable Difference，JND）计算。PQR_Y 越小则图像质量越好。平均主观得分差（Differential Mean Quality Score，DMOS）计算人眼对原始图像和处理图像评价得分的差异,DMOS_Y 值越小则图像质量越好。峰值信噪比（Peak Signal to Noise Ratio，PSNR）在压缩数据流协议传输中，达到 40 dB 时信号即被认为非常接近原始图像的质量，在 SDI 系统中串行传输标准信噪比要求65 dB。PSNR_Y值越大，图像质量越好。而 NDI 的技术特性，保证了画面在多次迭代后，质量不会进一步损失。表 2 图像质量测试结果测试图像序列名称PQR_Y 值DMOS_Y 值PSNR_Y 值/dB花坛0.0090.00087.677转盘（速度 3）0.0100.00085.384男篮0.0100.00089.523秋叶0.0080.00089.268旋转的鸟笼0.0190.00088.805演播室访谈 20.0080.00093.352京剧舞旗片段0.0090.00083.020女排啦啦队0.0130.00085.273平均值0.0110.00087.8002 NDI 技术在融合媒体制作中的应用2.1 系统解决方案2.1.1 摄像机和编解码器目前，市场上有很多支持 NDI 协议的 PTZ 摄像机，一些传统的广电设备商如 Panasonic，Newtek，Lumens 等公司也在积极跟进。这些摄像机内置NDI|HX 编码器。如果摄像机不支持 NDI 编码，也可以通过外置的编码器来支持 FULL NDI+NDI|HX协议,实现视频传输和设备控制。编解码器支持 HD 或者 12G-SDI 4K 视频，端到端延时小于 100 ms。支持 NDI 发现服务器功能，可实现 NDI 跨网段传输。支持 Tally 灯、通话、多方式供电等传统广电实用功能。通过与软件集成，还支持设备远程管理和控制、NDI 流管理和分发、大规模节目制作管理等功能。2.1.2 切换台切换台是节目制作的核心设备，NewTek 公司的 TriCaster 系列产品是其中的代表作。它提供IP 和 SDI 等输入接口，兼容各式视频信号源。以 电视技术 第 47 卷第 1 期(总第 566 期)189NETWORK&CONVERGENCE网络与融合QuickTime 或 H.264 文件格式录制多通道全分辨率视频，用于剪辑、切换、回放、归档、点播。可实现实时流媒体传输、记录、数据驱动图形、虚拟布景及社交媒体发布等。还可利用色度键在实时视频、图文和虚拟场景中创造各种合成场景，并将其用于报告、演讲、演示等用途。2.1.3 传输方案NDI 作为网络传输协议，一个重要的特性就是网络发现性。编码器把信号源编码成 NDI 信号后在跨网段的局域网传输，网络内包括 PC、导播软件在内的终端都可以实时发现、调度、制作网络内的所有 NDI 信号。网络内允许存在多个推 NDI 流的编码终端和多个拉 NDI 流的解码终端。如果采用常规的网线传输，一个 24 口千兆以太网交换机可以支持 50 路以上的 UDP、RTMP、SRT 等 TS 流。除了有线连接，实际使用中也有用无线网桥或者 WiFi 的方式当成无线图传来传输FULL NDI 的案例。如图 1 所示。POE 供电/Tally/通话/NDI 可跨网段内网POE 供电/Tally/通话/POE 供电/Tally/通话/Tally/通话/Tally/IntercomPOE/Tally/IntercomPOE 供电/Tally/通话/5.8G2.4GWI-FIWI-FIWi-Fi（6）AX录机监视NDI 软件支持 NDI 的软件支持 NDI 的制播/导播设备WiFi 6SDISDISDISDISDIHDMIHDMIHDMIHDMIHDMIPOE 供电/Tally/通话/POE 供电/Tally/通话/WI-FI AC/AX 无线 AP无线网桥SDISDIHDMIHDMI图 1 FULL NDI 的无线应用2.2 音频制作NDI 可以像 SDI 嵌入音频信号一样，在视频数据流以外可同时携带多通道无压缩音频数据流及元数据信息。要求不高的融合媒体制播场景，切换台可直接从可选 NDI 资源中获得音频数据流3。视频信号切换时绑定的音频信号跟随视频信号一同完成切换，或者使用推子单独控制音频通道音源输出。要求较高的制播场景，会采用 NDI+DANTE 的全 IP架构，如图 2 所示。NDI 网关NDIDANTEANARTMPUDPSDI调音台DANTE 接口NDI