Момент времени: управление задержкой, синхронизацией и резервированием в прямых трансляциях событий

Управление задержкой, синхронизацией и резервированием имеет решающее значение для успеха прямых трансляций. Собираем мнения экспертов о том, как минимизировать проблемы.

«В конце концов, вы выступаете в прямом эфире только один раз. Как только этот момент упущен, он упущен навсегда», — эта цитата Фрэнсиса Уильямса из Diversified идеально отражает давление, связанное с необходимостью всё сделать правильно во время прямых трансляций. Ошибки всегда будут происходить, когда в любом процессе участвуют люди, даже если за дело отвечают квалифицированные специалисты, но технологии развиваются, чтобы помочь пользователям минимизировать проблемы задержки, синхронизации и избыточности, так что пропуски, задержки или сбои можно исправить за считанные секунды, не влияя на конечный результат и даже не будучи замеченными.

Мы собрали группу экспертов в области производства и организации прямых трансляций, чтобы задать им вопросы о нулевой задержке, о том, как поддерживать синхронизацию при таком количестве движущихся частей, о том, упростил или усложнил переход на IP-технологии проблемы задержки и синхронизации, и о том, что такие технологии, как SMPTE 2110 и NDI, привносят в прямые трансляции.

Каждый год в AV-индустрии появляются модные словечки, часто придуманные чрезмерно восторженными отделами маркетинга, которые не выдерживают критики. Под пристальным вниманием находится множество вопросов. Нулевая задержка — один из них. Когда производители говорят о нулевой задержке, что именно они измеряют, и что упускается из виду?

Этот термин явно вызвал некоторое раздражение, как поясняет Пол Хардинг, системный архитектор вещательных систем в компании Diversified: «Термины «нулевая задержка» и «сверхнизкая задержка» используются без должного понимания их смысла. С нулевой задержкой ничего сделать невозможно. Если я подключу SDI-кабель, то мой сигнал будет передаваться от точки к точке со скоростью, с которой могут двигаться электроны, и это можно классифицировать как отсутствие задержки. Этот термин используется повсеместно, но в реальности это безумие, настоящая нулевая задержка — это прямое подключение кабеля без кодировщика».

Ноль — это всего лишь число, которое имеет смысл только в контексте конкретного устройства, говорит Холден Го, ведущий консультант по AV-оборудованию компании Vingloop. «Когда многие специалисты в AV-индустрии говорят о нулевой задержке, они часто упускают из виду соответствующее устройство, намеренно или непреднамеренно». Нулевая задержка обычно означает «настолько малую, что её трудно заметить» в одной части цепочки, говорит Брайан Дэвис, региональный менеджер по продажам в корпоративном секторе EMEA компании Ross Video. «Она может не включать камеры, процессоры, экраны, сети, аудио пульты или людей, нажимающих кнопки. Это как засекать время отправления поезда со станции, игнорируя при этом путь до платформы».

Когда производитель заявляет о нулевой задержке, он, как правило, имеет в виду только внутренний конвейер обработки данных оборудования, по сути, «прямой путь» без масштабирования, буферизации кадров или эффектов, говорит Шисионг Су, менеджер по FPGA компании Pixelhue. В реальных инженерных задачах несколько критически важных этапов часто опускаются из этой «нулевой» цифры, добавляет Су. «Первая проблема — это накладные расходы физического интерфейса: время, необходимое для восстановления тактовой частоты и анализа протокола на портах HDMI, DP или SDI. Задержка буфера — ещё одна проблема; такие важные процессы, как преобразование частоты кадров, деинтерлейсинг и синхронизация нескольких источников, требуют линейных или кадровых буферов, которые являются основными источниками задержки. И наконец, сложные процессы обработки изображений, такие как масштабирование, HDR-маппинг и многослойное композитирование, которые добавляют неизбежные циклы».

Поддержание синхронизации аудио- и видеосигналов всегда было сложной задачей для AV-специалистов. Как же минимизировать проблемы синхронизации на прямых трансляциях, когда так много движущихся частей? Лучший подход — синхронизировать источники на этапе генерации изображения, говорит Даниэль Мэлони, менеджер платформ и экосистем Matrox Video. «Это можно сделать с помощью синхронизации камер или использования выходов HDMI от одного и того же графического процессора, которые по своей природе синхронизированы. Когда источники синхронизированы, декодерам не нужно корректировать синхронизацию на последующих этапах. В более крупных системах выходы декодера все еще могут нуждаться в синхронизации с протоколом точного времени (PTP) или внутренней синхронизацией на стороне приемника».

Надежный механизм синхронизации PTP по всей сети необходим для обеспечения единого эталона времени для всей системы, говорит Го: «Независимо от выбранного решения, для обеспечения стабильной работы PTP коммутационная сеть должна быть оснащена зрелыми протоколами QoS и IGMP, гарантирующими передачу тактовых сигналов в реальном времени».

На практике минимизация проблем с синхронизацией сводится к трем вещам, говорит Норберт Паке, руководитель отдела решений для прямых трансляций Sony Professional Solutions Europe. «Первое — это выбор систем и продуктов, поддерживающих синхронизацию входных сигналов, от камер до дисплеев. Второе — это работа с продуктами, имеющими детерминированную обработку синхронизации, чтобы знать путь задержки от начала до конца. И последнее — это работа с надежным и стабильным источником синхронизации/тайминга».

Какие методы необходимы для обеспечения воспроизведения одного и того же аудио и видео на нескольких экранах с минимальной задержкой или без нее? По словам Мэлони, существует несколько ключевых подходов, как до, так и внутри IP-сети: «На уровне сигнала выравнивание может быть выполнено в полосе частот до перехода к IP. После подключения к сети используется протокол PTP для временной маркировки аудио- и видеопакетов, поэтому все устройства используют общий тактовый генератор как при захвате, так и при выводе. Без общего тактового генератора каждый приемник воспроизводит контент сразу после его поступления, что приводит к рассогласованию. С помощью PTP все приемники могут синхронно выводить аудио и видео. На стороне распределения многоадресная сеть позволяет одному передатчику отправлять один поток на коммутатор, при этом несколько приемников подписываются на тот же поток. Этот подход лежит в основе таких стандартов, как ST 2110 (с NMOS) и IPMX».

Дэвис говорит, что ключ к успеху — использование общего времени, согласованных путей обработки, синхронизации кадров там, где это необходимо, и централизованного уровня управления, чтобы экраны запускались одновременно: «Поддерживайте согласованность форматов и избегайте ненужных преобразований. Представьте это как табло вылета в аэропорту: каждый экран может быть разным, но источник времени должен быть одним и тем же».

Переход на IP-технологии упростил или усложнил управление задержкой и синхронизацией на прямых трансляциях? Это палка о двух концах, говорит Винсент Панг, менеджер по продуктам Pixelhue: «В долгосрочной перспективе IP упрощает управление за счет масштабируемости, но усложняет первоначальный дизайн, поскольку требует более высокого уровня знаний в области сетевых технологий. Проще то, что с 2110 мы можем использовать PTP для синхронизации тысяч устройств по одной сети. Это устраняет путаницу традиционных кабелей и позволяет централизованно компенсировать задержку. Сложнее то, что если сеть настроена неправильно, особенно в отношении IGMP snooping или управления полосой пропускания, то возникает дрожание сигнала».

Дэвис соглашается, что ответ на этот вопрос одновременно и проще, и сложнее. «IP дает командам больше гибкости, особенно на больших площадках, кампусах, площадках и временных помещениях. Но он также добавляет больше переменных: проектирование сети, синхронизация, полоса пропускания и настройка устройств. При правильном подходе это мощный инструмент. При небрежном подходе это как строительство новых дорог без светофоров».

«IP-технология не сложнее и не проще любого другого метода передачи данных, при условии использования правильных систем для решения связанных с ней задач», — добавляет Паке: «Что касается синхронизации, PTP так же точна, как и традиционная синхронизация (черный импульс или трехуровневая синхронизация), и ее распределение по сети на самом деле проще, чем старый подход на основе BNC. Однако следует обратить пристальное внимание на конфигурацию медиасети и типы коммутаторов, чтобы убедиться в их надлежащей поддержке PTP. Что касается задержки, единственное реальное увеличение связано со сжатием, и это можно компенсировать, выбрав решения, которые обеспечивают четкое и прозрачное представление о любой возникающей задержке».

Переход на IP-технологии значительно упростил задачу, говорит Го, потому что «в последние годы, с появлением большего количества готовых к использованию AV-систем по IP-сетям, функции управления задержкой и синхронизацией были встроены в программное обеспечение продукта. Конечные пользователи могут легко выполнить необходимые настройки всего несколькими щелчками мыши». Но здесь есть небольшая оговорка: «Тем не менее, это установило новые требования к профессиональным знаниям и практическим навыкам для интеграторов AV-систем».

Вопрос синхронизации и задержки интересен при сравнении мира вещания, где он существует уже десятилетия, и профессионального AV-сектора, где он гораздо новее. «Я думаю, что мир AV-систем гораздо более терпим к задержкам аудио и видео, чем когда-либо был бы мир вещания», — говорит Хардинг, приводя в качестве доказательства аналогию с автомобилями. «Если вы когда-либо ездили только на Ford Fiesta, это может быть лучшая машина в мире», — говорит он. «Но если вы вдруг сядете за руль BMW 5 серии, разница будет ощутима. И это не просто кажущаяся разница. Между этими двумя вещами есть реальная разница.

Многие в мире беспилотных автомобилей годами ездили на Fiesta, и никто никогда не думал, что в этом есть проблема, потому что в вождении Fiesta нет ничего плохого. Но вдруг несколько человек сели в BMW и сказали: «Посмотрите, это выглядит намного лучше». Именно здесь мы видим точку пересечения между телевещанием и беспилотными автомобилями: люди спрашивают, могу ли я получить лучшее качество? Могу ли я добиться чего-то другого? Потому что это действительно влияет на сообщение».

В последние годы мы наблюдаем внедрение и распространение новых стандартов и протоколов, таких как SMPTE 2110 и NDI, которые призваны преодолеть разрыв между вещанием и профессиональным аудиовизуальным оборудованием. Чем отличаются подходы 2110 и NDI с точки зрения задержки и синхронизации в прямых трансляциях? По словам Го, эти два подхода представляют собой две крайние технические ориентации: «2110 отдает приоритет строгой точности, NDI — высокой гибкости».

Дэвис из Ross Video приводит аналогию, выражающую аналогичное мнение: «Один — это как выделенная высокоскоростная железнодорожная линия. Другой — как интеллектуальная дорожная сеть». По словам Паке из Sony, существует четыре ключевых различия. Первое — синхронизация: стандарт 2110 требует использования протокола PTP в системе; NDI может работать вообще без синхронизации. Это принципиальное различие. Второе — сжатие: NDI всегда включает в себя некоторое сжатие. Третье — тип и конструкция сети: NDI проще в создании и эксплуатации, но эта простота может привести к дрожанию и непредсказуемой задержке. Стандарт 2110 более строгий, но он создан для передачи мультимедиа в реальном времени. Четвертое — периферийные устройства: устройства 2110 обычно работают на базе FPGA, что обеспечивает надежную, стабильную и детерминированную обработку. Устройства NDI часто полагаются на программную обработку, где нагрузка на ЦП может привести к изменению задержки в зависимости от рабочей нагрузки.

Для тех, кто работает в сфере организации мероприятий и хочет перейти на IP-технологии, такие как 2110 и NDI, что можно выиграть и что можно потерять? «Кто-то скажет, что это простота, кто-то не согласится, но самое очевидное преимущество — это гибкость. IP/ИТ-системы, как правило, предлагают единый интерфейс для всех типов сигналов: аудио, видео, управления, мониторинга. Они также позволяют масштабировать систему лучше, чем традиционные специализированные системы», — говорит Паке. Он добавляет, что есть и более долгосрочный аспект: «IP/ИТ-технологии быстро развиваются, а это значит, что системы и их потенциал тоже могут развиваться, а не оставаться неизменными. Обратная сторона медали заключается в том, что они могут устаревать быстрее по мере развития отрасли».

По словам Панга, преимущество заключается в огромной гибкости. «Вы можете направлять любой сигнал на любой экран без физической матрицы. Вы также получаете единую синхронизацию по всему залу через один оптоволоконный кабель. Недостаток заключается в потере простоты подключения по принципу «подключи и работай», присущей SDI. В мире IP вы не можете просто «проверить кабель», вам нужно проверить конфигурацию коммутатора, VLAN и IP-адреса».

Самое большое преимущество, по словам Уильямса, — это географические возможности: «Вы можете совместно использовать ресурсы и повышать операционную эффективность. Мы наблюдаем наибольшее распространение SMPTE и NDI, когда возможно удаленное производство». Однако он предупреждает, что это может добавить дополнительный уровень сложности, который не нужен на каждом мероприятии: «То, что это самая крутая и новейшая технология, не всегда является правильной причиной для ее внедрения». Наличие необходимых навыков для перехода на новые платформы нельзя игнорировать, добавляет Дэвис из Matrox: «Знакомство с новыми технологиями часто является самой большой проблемой для специалистов в области AV-технологий. Два поколения пользователей работали с SDI, и вспомогательные инструменты развивались постепенно, позволяя развивать навыки с течением времени. Переход к рабочим процессам на основе IP требует другого набора навыков, и хотя найти специалистов с таким опытом становится проще, это все еще может быть непросто».

Какие проблемы затрудняют обеспечение задержки, синхронизации и резервирования на временном мероприятии по сравнению со стационарной установкой? «На временных мероприятиях редко бывают идеальные условия. Электропитание, кабели, сети, экраны, аудио, поставщики и правила площадки – все это имеет свои ограничения. Задача состоит в том, чтобы к моменту проведения мероприятия система работала как стационарная», — говорит Дэвис. Дело редко бывает в самой технологии, говорит Паке, а в проектировании системы и людях, которые ею управляют. «Нельзя управлять самолётом без лицензии и обучения, и IP/IT в контексте вещания ничем не отличается. Сочетание AV и IP/IT — это фантастическая возможность, но разрыв в знаниях с обеих сторон остаётся самым большим препятствием для более широкого внедрения, и прямые трансляции не являются исключением».

Давайте рассмотрим резервирование, чтобы завершить анализ проблем, с которыми сталкиваются на прямых трансляциях и в прямом эфире. Действительно ли необходимо резервирование для резервирования в прямых трансляциях? Где проходит граница резервирования, прежде чем оно станет непрактичным? «Вы выступаете в прямом эфире только один раз. Как только этот момент прошёл, он ушёл навсегда. По сути, это момент времени, и потеря этого момента, с точки зрения большинства людей, неприемлема. Это ещё более актуально сейчас, когда у вас есть правообладатели и вещатели, для которых потерянный доход может быть огромным, если им придётся возвращать деньги рекламодателям. Резервирования никогда не бывает слишком много, я строил AV-системы с семью уровнями резервирования», — говорит Уильямс.

Для глобальной трансляции или выступления на важном мероприятии базовым является «резервирование + 1», — говорит Су из Pixelhue. «Обычно мы рекомендуем основной канал с высокой пропускной способностью и минимальной задержкой (например, 4K при 60 Гц). Резервный канал, идентичный основному, работающий на отдельной цепи питания и отдельном процессоре, а также аварийный обходной канал. Простая прямая передача данных, минуя всю обработку. Граница «непрактичности» достигается тогда, когда сложность резервной системы увеличивает риск человеческой ошибки. Если переключение на резервный канал занимает 10 минут, это уже не резервный канал».

В конечном итоге, по словам Малони, все зависит от бюджета, именно он обычно определяет, где проходит граница». Как правило, первый уровень резервного копирования заключается в обеспечении возможности предоставления клиенту ожидаемых результатов. Второй уровень резервного копирования направлен на упрощение настройки при минимизации влияния на производство. Третий уровень касается поддержания минимально необходимого уровня, обеспечивая бесперебойную работу экранов и акустических систем. Объем инвестиций, необходимых для того, чтобы избежать возвращения ко второму и третьему уровням резервного копирования, зависит от бюджета.