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AV over IP基礎知識

什麽是AV OVER IP?
傳統AV和AV OVER IP系統的相同之處
當前的AV技術
傳統AV和AV OVER IP的區別
AV OVER IP有多安全?
AV行業最重要的安全問題
視訊和音訊資產最高價值

什麽是AV OVER IP?


AV over IP是指“通過因特網協議傳送音訊和視訊”。總體說來,是指音視訊數據通過網路傳輸,網路包括局域網(LAN)、廣域網(WAN)或因特網。與傳統AV環境不同, AV over IP(也稱AV/IP)是指使用標準網路設備傳輸和切換視訊和音訊。

“Video over IP”的概念存在已久。它的範圍包括基於因特網的直播或是點播視訊推流到制作室和廣播公司演播室的專業視訊分發基礎設施。專業AV(AV制作公司)領域過去幾年熱議的話題是逐步把傳統AV基礎設施替換為基於IP的基礎設施,因此出現了AV over IP這個名詞。對於某些人來說,在AV行業中使用IP技術還是相當新的概念,而對於其他人來說,這已是一個熟悉的領域。

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傳統AV和AV OVER IP系統的相同之處


從根本上講,AV環境的基本元素不變。傳統AV基礎設施主要是與延伸傳輸和切換音訊及視訊資產相關。AV設施的目標是令用戶能夠在他們的觀看設備看到視訊和在音響系統或是喇叭上聽到聲音。要達到這個目的,需要采集、傳輸、切換和顯示源訊號。用於切換源訊號的用戶界面可以是硬體設備上的按鈕、數位界面或是基於計算機的技術。

傳統AV與AV-over-IP安裝對比 - Matrox Graphics



在兩類AV系統中,組成元素都很相似。在AV over IP中,“A/V發送器”變成了“編碼器”,“A/V接收器”變成了“解碼器”,“A/V切換器”(又叫視訊矩陣切換器)變成了標準的“IP切換器”,就像與辦公室的計算機連接的設備一樣。

當前的AV技術


很多AV產品和服務都是為了在傳輸和切換源訊號時保持最佳的畫面質量和/或音質而設計。其他性能因素包括快速切換和整個環節的低延遲。不僅如此,某些AV設備能夠對訊號進行處理,如復制訊號源,令它們可同時供多個地點調用。

更先進的處理功能有實時修改訊號源。這包括將視訊訊號從一類改成另一類(如從DisplayPort改成HDMI)、裁剪、上變換或下變換(比如,從高清轉換成4K,或是從4K轉換成高清)、合成(文字疊加或是合並多個視訊)等。

在AV over IP系統中,以上提到的傳統AV的每個組成部分都被保留了。唯一的區別是在一系列盒子和電纜之間傳送的視訊和音訊從基於電路的變成基於數據包的,如計算機數據網路和IP電話。基本上講,因特網協議(IP)是對於通過因特網或其他視訊和音訊網路傳輸的數據的格式的一系列規定。AV-over-IP技術確保音視訊數據符合這些規定。通過IP傳送的數據再被細分為小數據包。每包都有原始文件的一部分,再加上控制信息,如源訊號、目的地和序列。

傳統AV和AV OVER IP的區別


AV over IP與傳統AV相比,在以下幾方面更先進:可伸縮的切換(更多端口,更方便地添加您需要的設備)、克服距離限制、改進輸入輸出比、可超越本地設備限制的視訊制式、整合數據和通訊及視訊處理的新選擇。

切換


也許業內逐步將傳統的AV基礎設施替換成基於IP的基礎設施的一個重要標誌是切換器。

硬接線、基於電路的切換基本上是一個點到點的技術。視訊矩陣切換器既是一個“目的地”(相對於AV發送器盒),又是一個“源訊號”(相對於AV接收器盒)。所有發送器和接收器都是在矩陣切換內部解決的,根據視訊矩陣切換器的端口數目,可以把任何源訊號送往任何目的地。比如,8x8矩陣切換器可將8路訊號源送往任何8路目的地。

更先進的產品會具備處理功能。比如,它不止可以把任意一路輸入送往任意一路輸出,而且有可能將任意一路輸入送往一路或是任意數目的輸出。因此,一路來自PC的PowerPoint演示輸出可以通過AV發送器盒送往視訊矩陣切換器,切換器與多臺AV接收器盒連接,這些接收器盒可以實時同步顯示PowerPoint演示。

IP(和基於數據包的切換)的不同之處在於與IP切換器連接的源訊號的數目不再受限制。如果物理端口用完了,多個IP切換器可以連接在一起進行擴展。這意味著您可以更方便地按照自己的要求來調整端口數目。您可以無需進行大規模的更換設備就可以不斷擴展訊號源和目的地,而重要設備——視訊矩陣切換器不再成為障礙。

比起傳統硬接線的視訊矩陣切換器,AV over IP的輸入和輸出比調整起來更加靈活。可以有很多輸入,但只有幾路輸出,或是只有幾路輸入,但有很多輸出。或者您可以有很多路輸入和輸出,而且輸入和輸出數目相差可以很大。

距離


傳統AV的另一個限制是盒子之間的距離。所有硬接線的數位傳輸都有實際連接距離限制。只有幾英尺的短距離不需要花很多錢就可以連接。一旦達到幾米,連接電纜的成本就開始上升。如果需要在全公司敷設幾百米的電纜,安裝和延伸傳輸的成本會更高。

基於IP的AV可方便地通過銅電纜(Category)和光纖電纜傳輸。Category(CAT-5、CAT-6等)電纜最遠傳輸100米。但在串聯方式下可以切換和中繼放大訊號。您在家中觀看的Netflix或YouTube視訊就是使用這種基於數據包的切換技術從相當遠的地方傳過來的。

這樣,AV over IP通過突破源訊號和目的地的數目限制及距離限制,大大提高了靈活性。從傳統AV向AV over IP過渡在功能上沒有任何損失,因為基於IP的解決方案中,所有性能因素都被保留下來了。

下圖借助三種主要結構展示不同系統。第一張圖是基於傳統AV切換,之後兩張為使用AV over IP。

AV-over-IP與傳統AV結構對比

 

標準


某些AV-over-IP產品使用基於標準的打包技術在IP網路上傳輸並與IP切換器相容,其他使用專利的打包方案,也可用於IP網路和標準IP切換器,但無法用於市場上其他產品。

總體看來,基於標準的方案提供來自不同廠商之間的產品的互操作性。但更重要的是,標準是由不同利益相關者制定的,考慮到不同的技術角度的需求。基於標準的產品傾向於有一個產品藍圖,更容易根據產品藍圖發展,比起基於單一廠商的產品的系統,基於標準的產品在基礎設施升級時有更大的優勢。

互操作性


僅僅打包方案是標準化的還是基於專利的這一個因素並不能決定互操作性,也不能決定一個產品更安全或是更不安全。它僅與流媒體是否能用於多種技術相關。

某些供應商提供緊密耦合的AV-over-IP編碼器和解碼器。換句話說,編碼器和解碼器需要來自同一廠商。這種緊密耦合的首要原因是因為廠商想為他們的客戶提供有保障的技術規格和性能。這也令產品可以即開即用,設置方便,使用也方便。

其他廠商提供完全開放的相容性。換句話說,他們要麽生產能夠與其他廠家的解碼器共同使用的編碼器,要麽生產能夠與其他廠家的編碼器共同使用的解碼器,或是兩類產品都生產。這些產品著重強調互操作性,和能夠利用大量的硬體和軟體廠家的產品的功能的性能。

某些其他廠家同時提供緊密耦合和互操作性。他們提供您能夠從同一廠家購買產品獲得的緊密耦合的所有功能和優勢。但他們也提供互操作性,允許您能夠利用大量第三方硬體和軟體廠家的產品功能。


傳統AV與AV over IP對比舉例


傳統AV例子 AV over IP例子

1. 數位視訊發送器和接收器和/或電纜數位視訊矩陣切換器

  • HDMI
  • DisplayPort
  • SDI
  • HDBaseT
1. 標準化AV-over-IP產品
  • SMPTE 2110規格,用於無壓縮的IP視訊
  • JPEG-2000輕微壓縮的IP視訊
  • H.264高效率壓縮的IP視訊
2. 類比視訊發送器和接收器和/或電纜類比視訊矩陣切換器
  • 復合視訊
  • S-Video
  • 分量視訊
2. 專利AV-over-IP產品
  • 編碼器和解碼器之間傳輸的數據包符合因特網協議,標準的IP切換器可以切換流媒體,但編碼方案(視訊打包)為專利方案,與任何使用標準編解碼器的設備不相容。舉例:SDVoE


我們主要介紹市場上領先的AV over IP產品——它們都使用標準打包(包括在市場上存在已久的產品)技術,我們下面會介紹加密和安全。

AV OVER IP有多安全?


人們對於從硬接線的AV到AV over IP的過渡一個常見的誤解是後者比起傳統AV會引入更多安全隱患。由於AV over IP有更多靈活性和新的安裝選項,培訓成了AV管理員的最佳夥伴。AV-over-IP產品的幾個方面都存在加密技術,它們用於AV系統設計的多個組件。

某些產品向編碼器和解碼器提供在命令和控制信令上的加密。這可以防止駭害入侵設備盒子,包括打開或是關閉推流、或是切換選擇顯示哪路源訊號。其他方面的安全問題是加密視訊流媒體本身。這確保即使視訊流媒體被盜取了,也不能被簡單地解碼和觀看。

數位內容保護


在處理互操作性問題時,某些產品利用數位密鑰交換或是加密支持第三方軟體。比如,相當多的AV客戶最關心的是HDCP。高帶寬數位內容保護(HDCP)的目的是在數位版權的內容在不同設備之間傳輸時對其進行保護。比如,有線電視或是衛星接收機,或是帶HDMI輸出的媒體播放器,有可能會以高清或是4K格式播放受保護的內容。這個內容被加密,只能在HDCP相容的產品上經過正確認證後觀看。對於受保護的內容如何被傳輸、復制、修改或是觀看有限制。

加密技術


雖然有些加密技術是專為向AV專業人士提供安全選擇而設計的,但有時它們的目的僅僅是用來降低開放性。希望為客戶提供令他們安心的用戶體驗的廠家有可能選擇將他們的編碼器和解碼器的相容性限制在他們自己的品牌中,作為一種縮小質量保障測試、技術支持和客戶服務範圍的措施。這還在安裝和產品使用方面為客戶提供更好的用戶體驗。

AV-over-IP與傳統AV結構對比

藍色為音訊和視訊內容流。黃色為命令和控制訊號。

在此圖中,AV-over-IP編碼器和解碼器的主要部件是可見的。

  • 一個音訊/視訊端口(如例子中的HDMI)
  • 一個網路插孔,以推送或接收打包視訊
  • 一個命令和控制端口

(盡管此處顯示的是RS-232連接,但它通常與網路端口一同使用,以發送和接收打包的視訊。也有可能使用獨立的RJ-45端口連接到獨立的網路,用於命令和控制。)

AV行業最重要的安全問題

命令與控制


傳統AV產品有些是只使用按鈕控制的,像切換源訊號這樣的操作只能手動在硬體本身上操作。這肯定很安全,防止黑客遠程入侵,但無可否認的是同時也限制了操作的便利性和功能。

最有用的AV產品,無論是傳統AV或是基於AV over IP的產品,都有命令與控制端口,允許遠程控制盒子,包括打開和關閉或是切換源訊號。比如,如果使用觸摸面板或是AV處理器,就會使用某種形式的遠程命令和控制。

可以通過許可、密碼和加密對命令和控制層進行保護。傳統AV廠家和AV over IP設備廠家生產的命令和控制層都有同樣的責任。

視訊與音訊內容安全


私人的資產,如流媒體攝像機的訊號有沒有可能被不相關的人錯誤截取?當然有可能。但是這對於任何視訊或音訊訊號來說都是有可能的。無論視訊或音訊是使用類比或數位電路,無論視訊或音訊是IP網路上的數據包,兩種情況下,視訊和音訊訊號都有可能被入侵並盜取。

在涉及保護視訊和音訊安全問題時,沒有什麽可以替代知識和負責任的安裝布署。實際上,有些人認為,如果擔心有人入侵或是盜取訊號,對視訊和音訊數據包的加密功能比對傳輸的基帶視訊更加強一些。要記住,IP安全措施已存在許久。數據和IP電話都已經歷了幾代產品,安全性不斷提高。除了關於IP網路安全和內容加密信息外,還有很多知名的安全問題顧問和專家幫助您,無論您的要求是多麽復雜或簡單。

網路安全


如何布署安裝AV over IP是一個是否合適的問題。AV over IP可以用在一個完全獨立的網路上,即與一個公司的數據網路或是通訊網路完全分開的網路。或者,現有網路的基礎設施布線和切換可以用於或是已頻繁用於AV-over-IP。AV-over-IP無論是在獨立或是現有基礎設施上實施,都不會降低IT網路的安全性。在很多組織中,能夠同時使用數據、通訊和AV(也叫融合),以重新利用AV是向新的系統過渡的最大驅動力。

視訊和音訊資產最高價值


計算機網路領域的IP網路專業知識對於AV領域的價值是毫無疑問的。曾經橫在AV和IT之間的墻現在已消失了。然而,對於AV-over-IP技術的深入理解和網路要求方面的專業技能綜其所述只有一個目的:將客戶的音訊和視訊資產最大化。

AV over IP從集中的A/V切換過渡到分布式的編碼和解碼,令技術重點重新回到音視訊資產本身上。這個目的得以實現,是因為IP可以更好地分配AV的處理能力,並可以更輕易地隨著客戶要求伸縮。

通過允許客戶更靈活地安裝,為用戶提供更長距離範圍內使用AV資產的選擇,並讓用戶開發出強大的新功能,更好地反映出不斷發展的技術和改變的工作習慣,向AV over IP的過渡正在途中。


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