專業視聽整合數位影音傳輸管理系統規劃建議

影像整合早已全面數位化,加上「可視化」已是所有資訊顯示的基本要素。因此不管使用場域是針對會議研討、戰情應變、監控管理、教育訓練或資訊廣播〈數位看板〉,其發展與建置的主流趨勢,均是以「高畫質、大規模、長距離、多彈性」為核心方向。


背景

  在影像數位化之前,VGA 是最普遍且可傳輸最高畫質的格式介面。而為滿足如 VGA 等類比影像的切換調度,發展出如電話交換機概念的「矩陣切換器」。而隨著 HDMI 數位訊號的出現,在短短五年不到即取代 VGA 成為所有相關產業的主流介面。
  僅一條 HDMI 線,便可同時傳輸影像及聲音,抗干擾又能確保影音無損,因此很快受到所有影像傳輸需求的青睞。但相對的,HDMI 因為線材與數位格式的限制,傳輸距離卻無法像傳統類比訊號一樣拉很遠〈出現疊影、雪花噪訊,但還是能顯示〉,而衍生出「HDMI 訊號延伸器」這樣的設備,透過網路線來長距離傳輸。
  但隨著單一場域內的實務應用上,訊號源的增加、顯示器的增加,跳脫以往單純點對點的較大規模建置,往往就是一堆延伸器的 Tx、Rx、電源變壓器,不管是訊源端、螢幕端,還是在核心矩陣切換器的旁邊。
  既然都是要透過網路線長距離傳輸,又是所有廠商都能佈建與維護的,那就該順應趨勢發展一套更符合當前主流與趨勢的架構,也就是 AV over IP〈分散式 / 分佈式〉系統。


緣由

  建置一套在十年後都還具有升級空間、足以因應視訊潮流的設備,避免以往僅依當時需求規劃而未考量長遠發展的模式。而 AV over IP 技術於 2015 年首次亮相於國際視聽大展後,便成為全球主流視聽設備廠的研發重心。時至今日,包含政府採購、科技廠、企業…等之新建置案,均以採用 AP over IP為首選,傳統影音矩陣及訊號延伸器的龐雜架構,也逐步被排除在外,就如同 HDMI 介面在短短五年不到即取代 VGA 成為主流一樣。
  尤其當前播放訊源 Full HD / 1080 仍為主流之時,4K*2K 畫質的相關設備即已迫不及待的全面攻佔各視聽角落。而在 4K 畫質才問世沒多久的 2021 年,日本即已於「東京奧運」以 8K 超高畫質進行轉播。因此,建置一套兼顧品質與前瞻的專業視聽管理系統,讓每一分預算皆能發揮最長效的功能,即為此次規劃之宗旨。
  所謂 AV over IP〈分散式 / 分佈式〉系統,跳脫以往透過一台矩陣核心來進行影音管理,而是將各個影像轉換的核心元件,直接分散至各個訊號源與顯示終端處,透過交換器主機來進行訊號的管理與切換。此架構大幅降低主機的負載,同時避免以往因為某一環節出狀況便導致整個系統停擺。


AV over IP 架構說明

  何謂 AV over IP:

      • 全數位化的專業視聽設備及架構:對應當前「高畫質、大規模、長距離」的視聽整合發展主流,將影像訊號透過數位編解碼技術,並以標準化的網路連接介面與交換器,實現多功能整合及多場域和多應用的互聯互通環境。
      • 透過網路線整併的實體視聽矩陣管理系統:
        • 4K UHD 高畫質、KVM 功能、控制整合功能
        • 網路線:可傳輸 100m
        • 光纖線:可傳輸 2~20km
      • 系統架構,主要為三種核心設備組成:
        • 傳送編碼器 Tx(訊源輸入)
        • 控制管理主機(網路交換器)
        • 接收解碼器 Rx(顯示輸出)
      • 純硬體式專業視聽設備:為封閉式系統、採實體隔離、非資通訊設備、非影音串流、不需連結內網或外網,不佔任何網際網路的頻寬流量。
      • 先進 Motion JPEG 編解碼技術,透過網線長傳 100m 的影音零延時與 KVM 操控及協作管理(Tx – 主機 – Rx)。
      • 早期多為類比訊號,因此發展出類似「電話交換機」核心式架構的「矩陣切換器」,藉以進行影音訊號的交互切換與處理。而現今影音訊號,多已是採數位化處理,且編解碼技術大幅提升,透過一條網路線即可傳輸 4K – UHD 高畫質影像外,還可包含鍵盤滑鼠訊號。
      • 專業視聽系統全面數位化,資訊、監控、安防與專業視聽產業的融合運用,滿足「高畫質、長距離、大規模」建置趨勢的專業視聽整合需求,而發展出:透過標準化的「網通線路及介面」進行影音控制傳輸的實體專業視聽設備。
      • 一套系統,即具備:專業視聽矩陣、影像昇頻處理器、電視牆處理器、訊號延伸器、KVM 遠距協作、KVM 跨屏協作、影音傳輸管理與控制…等功能。以一套系統,即可滿足前述所有功能,不需再以多種設備拼湊轉換。
      • 2015 年開始,專業視聽廠商幾乎已不再推出新的「傳統視聽矩陣」設備,業界亦不再以傳統解決方案為規劃主流。

  AV over IP 特色:

      1. 交互式傳輸:跨場域、跨樓層、影音廣播
        • 採用「AV over IP」架構,使影音傳輸可跨樓層、跨場域,如:「決策會議室」邀請技術專家進行專業研討,即可將影像及聲音以高畫質即時傳輸至廠區內各會議室、控制室等其他場域,甚至其他週邊的顯示螢幕,達到影音廣播的功能。而各場域於平時,又是各自獨立運作的會議或衛教場所。
        • 又或者,「國際會議廳」邀請企業創辦人分享經營理念,除透過視訊會議遠端進行進交流外,也可讓廠區內相關其他會議室一同參與,同步將會議廳的影音即時傳出予其他會議室或研討室。
        • 亦或日後進行大規模技術研討或精進,亦可將高畫質影音訊號,傳輸廣播至其他教室、會議室,落實空間活化與彈性整合的靈活性。
      2. 高畫質可擴充性
        • 目前電腦輸出訊號源仍多以 Full HD(2K)為主流,但顯示器及其他訊源早已提升至 4K 畫質,因此系統必定需要具標準 4K 的傳輸管理能力。
        • 日後欲升級時,不需更換主機及線路,僅需視升級的需求,將必要的訊號傳輸端(Tx / Encoder)或接收端(Rx / Decoder)之編解碼器升級即可,完整對應未來視訊發展趨勢。
      3. 備援管理機制
        • 本案之影音傳輸管理系統具備有「備援管理機制」。即若控制系統因故無法操作時,可利用現場之電腦、平板、行動裝置等,進行有線或無線方式與系統主機連結,依權限管理設定進行切換操作,不會因單一控制系統有狀況,就造成系統無法運作。
        • 除可備援連線控制外,亦可藉由遠端連線檢測整個系統的狀態,進行狀態判斷或故障情形查找。
      4. 可視化管理介面
        • 透過管理控制系統之 WebGUI,操作者可於有線或無線的控制面板上,直接看到各訊號源的即時畫面。
        • 可視化管理介面,不僅可透過控制頁面的畫面直覺的判斷各訊源以利切換,亦可作為檢視即將播放之訊源是否已備妥。
AV over IP 傳統矩陣主機
適用場域 多功能會議室、國際會議廳、教育訓練中心、戰情室、應變中心… 小型會議室、研討室
訊號
輸出輸入埠
輸入、輸出埠之數量可自定義,符合各類型場所的訊號管理需求。 固定輸出入埠,如:4×4、8×8
長距離傳輸 可傳輸100m 訊號延伸器,可傳輸100m
Motion JPEG,無失真、無延遲 HDBaseT,無失真、無延遲
惟長距離易受環境電磁干擾
PoE 供電,不需安裝電源變壓器 需安裝多組電源變壓器
電子白板
觸控回控
無法
隨身碟
回傳
無法
鍵盤滑鼠
遠端控制
無法
IR 紅外線
控制訊號
無法
RS232
控制訊號
無法
系統擴充
  1. 可同時處理影像 / 聲音 / KVM 控制訊號,並進入影音傳輸管理主機進行傳輸與調度;
  2. 網路頻寬許可,可無限制擴充設備;
  3. 系統升級僅需更換傳輸器和接收器,主機和線路不需更換;
  4. 標準4K高畫質,可具備無縫切換畫面功能;
  5. 具電視牆拼接處理功能;
  6. 具 KVM 協作管理之擴充功能,可於本地端即時操控多台遠端電腦。
  1. 系統擴充受限於矩陣主機的埠數,需更換主機或增加模組輸出輸入之卡片;
  2. 僅能處理影像和聲音切換傳輸,無法處理控制訊號傳輸。
穩定性
  1. 任一功能節點的損壞不影響系統主機的運作;
  2. 分散運算,各設備所受負載均不高,有效降低因高度負載所產生的熱與損耗,可降低故障發生機率;
  3. 各節點 Tx、Rx 均可機動調度做備援。
  1. 單一插卡式埠數損壞,會導致其他訊號埠無法運作;
  2. 長距離傳輸需配訊號延長器,及相對應的電源供應器,增加設備故障的風險;
  3. 矩陣主機損壞或效能耗損,將導致全系統無法運作,無備援機制。
管理 系統架構為三項設備:傳輸器 / 切換處理主機 / 接收器,可即時於線上查看各設備狀態並進行操作。 僅可與主機連結查看,遠端訊源與顯示終端處則無法遠端管控。
佈線工程 網路線同時傳輸影音和控制訊號,減少配線種類和降低用電需求。 涉及配線種類繁多,傳輸特性距離短且容易受環境干擾。