RedridgeIII高清視音頻處理板卡

1、RedBridgeIII 高清視音頻處理板卡 前高清時代的核心驅(qū)動力前高清時代，所有廣播業(yè)者的業(yè)務(wù)都面臨前所未有的挑戰(zhàn)：高清晰度電視以其 5 倍于標(biāo)清的解析 度、細(xì)膩的畫面細(xì)節(jié)還原以及身臨其境的環(huán)繞聲伴音，將普通電視觀眾的收視體驗(yàn)提升到了一個全新 的高度，但是，由于種種原因，目前我國的高清節(jié)目內(nèi)容或多或少存在一些質(zhì)量缺陷，比如：雖然已經(jīng)制定了針對 HDTV的演播室標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，但并不是所有設(shè)備提供商都能 按照此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，導(dǎo)致節(jié)目制作過程中出現(xiàn)信號劣化的情況； 由于存在大量高、標(biāo)清素材混合編輯的情況，在圖像做上 /下變換的時候，極易出現(xiàn)信號損失或 圖像內(nèi)容損失的問題； 電視伴音的響度高

2、低不統(tǒng)一，尤其是 HDTV 的環(huán)繞聲伴音，由于聲道數(shù)量增多，導(dǎo)致響度問題 更加明顯。要解決上述問題，我們不得不將目光投向廣播設(shè)備的核心部件：視音頻處理板卡。對于視音頻信 號的處理質(zhì)量，板卡是整套系統(tǒng)的根基。大洋公司最新推出的 RedBridgeIII 高清視音頻處理板卡，正 是為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)而生的。1. RedBridgeIII 簡介RedBridgeIII 是大洋久負(fù)盛名的 RedBridge 廣播級視音頻板卡家族的最新成員，是這個系列中首 款支持高清的板卡，具有完全自主的知識產(chǎn)權(quán)；它同時也是國內(nèi)第一塊支持HDTV 的廣播級板卡，不僅填補(bǔ)了國內(nèi)高清晰度板卡領(lǐng)域的空白，而且標(biāo)志著國產(chǎn)廣播級視

3、音頻設(shè)備的核心部件從軟件到硬件 第一次全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。秉承大洋對于質(zhì)量的一貫嚴(yán)格要求， RedBridgeIII 在多個關(guān)鍵指標(biāo)上都達(dá)到甚至超越了國際通用 標(biāo)準(zhǔn)，且功能實(shí)用，可以廣泛應(yīng)用于非線性制作、字幕及圖文包裝、視頻服務(wù)器等多個領(lǐng)域。RedBridgeIII 為 PCI-E 8X 全長卡，尾部設(shè)計了凹型槽， 保證了對各種結(jié)構(gòu)機(jī)箱的兼容性； 板卡上 所有信號指標(biāo)都達(dá)到國際先進(jìn)水平，同時采用綠色環(huán)保設(shè)計，符合RoHS 指令和 CE、FCC 的要求。2. 頂級的信號處理能力，確保無損的節(jié)目制作流程2.1 高清演播室質(zhì)量眾所周知，相對于模擬信號，數(shù)字信號在記錄、傳輸、保存和復(fù)制等方面具有無可比擬

4、的優(yōu)勢， 所以在高清晰度領(lǐng)域，視頻和音頻的演播室標(biāo)準(zhǔn)均采用數(shù)字形式。數(shù)字信號是由模擬信號通過A/D 轉(zhuǎn)換而來的，在這個過程中，量化是非常重要的一環(huán)，量化比特數(shù)越高，數(shù)字信號越能貼近原始信號， 也就是說，信號損耗越小。所以， ITU 等國際組織以及我國的國標(biāo)都對高清演播室的視頻及音頻信號接口的量化比特數(shù)做了 明確的規(guī)定。根據(jù) GY/T 157標(biāo)準(zhǔn)，高清演播室的視頻采用 10bit或8bit量化；GY/T 156標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，高清演播室的音頻可采用 16、18、 20 及 24bit 量化RedBridgeIII 的視頻接口和音頻接口均采用國家標(biāo)準(zhǔn)中的上限， SDI 視頻采用 10bit ， AES/

5、EBU 音頻采用 24bit ；同時 RedBridgeIII 也向下兼容標(biāo)準(zhǔn)中所述的其它量化步長?？梢哉f， RedBridgeIII 就 是為了頂級高清演播室而設(shè)計的。2.2 頂級信號指標(biāo)對于板卡的通道指標(biāo)和電氣性能，國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了明確規(guī)定，而 RedBridgeIII 所有的核心指標(biāo)均 全面超越了國標(biāo)要求或國際通用標(biāo)準(zhǔn)。 HD-SDI接口特性中，抖動是非常關(guān)鍵的一個指標(biāo)。 抖動的大小決定了信號在本系統(tǒng)的通過能力， 過大的抖動會導(dǎo)致長距離信號傳輸?shù)恼`碼率增加，使畫面劣化。國標(biāo)中，對于 100kHz 的抖動要求 V0.2UI，10Hz的抖動小于1UI。而RedBridgelll的這兩項指標(biāo)分別

6、為 0.14UI和0.16UI，比現(xiàn)行國際 標(biāo)準(zhǔn)提升 5 倍，這使得 RedBridgeIII 在傳輸信號的時候誤碼率降低到幾乎為 0。 另外， 在 HD-SDI 的通道特性方面， 幅頻特性與非線性失真代表了信號通過系統(tǒng)后的衰減和畸變程度，這兩項指標(biāo)都是越小越好。雖然在國標(biāo)中對此沒有明確要求，但是RedBridgeIII 的 Y/Pb/Pr 三個通道的幅頻特性均為 0，非線性失真小于 0.1%，比目前常見的國際品牌相應(yīng)指標(biāo)提升了 510 倍。2.3 超高精度處理除了信號的采集和播出，無論在非線性制作，還是字幕動畫創(chuàng)作過程中，不可避免需要對圖像進(jìn) 行混疊渲染?；殳B的精度很大程度上決定了最終成片的

7、視覺效果。一個顯而易見的例子是色度鍵摳像， 同樣的前景畫面和背景畫面， 如果是 4:2:0 的色度采樣， 其摳像質(zhì)量會明顯遜于 4:2:2 色度采樣的素材， 通過對比前景視頻的邊緣鋸齒程度就可明顯感受到差異；另外，對于1920*1080 分辨率的高清視頻，一個約定俗成的要求是在至少10bit或12bit精度上，才能比較完美地表現(xiàn)前景中的頭發(fā)絲、煙霧、半透明物體等效果。RedBridgeIII 內(nèi)部采用 16bit 計算精度，以及 4:4:4 全色度采樣格式，比現(xiàn)行通用標(biāo)準(zhǔn)圖像細(xì)節(jié)還 原度提升數(shù)十倍，即使面對最苛刻的后期制作要求，也能輕松應(yīng)對。3. 豐富實(shí)用的功能，輕松應(yīng)對前高清時代挑戰(zhàn)RedB

8、ridgeIII 可以應(yīng)用于服務(wù)器、非線性制作、字幕及圖文等多個領(lǐng)域。充分滿足了前高清時代 的特殊需求，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛：3.1 應(yīng)用于服務(wù)器3.1.1 AFD 兼容前高清時代的一個特點(diǎn)是高標(biāo)清混合制作、混合播出。在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)一個高清節(jié)目制作 中引用標(biāo)清素材，需要對其進(jìn)行上變換，隨后又在標(biāo)清頻道中進(jìn)行播出的情況，這樣對于那段標(biāo)清素 材實(shí)際上是連續(xù)做了上變換和下變換。由于上下變換各自具有 3 種典型變換方式，因此這一過程具有 9 條可能的通路。當(dāng)然不是每一條通路都是合理的，因此在節(jié)目制作、播出的全流程中，如何選擇、繼承和交流上下變換信息，成為前高清時代一個必須要考慮的問題。AFD (

9、Active Format Description )就是為解決這一需求而制定的國際通用標(biāo)準(zhǔn)。AFD由4個字節(jié)組成，既可以嵌入MXF等媒體文件中，也可在SDI通道內(nèi)傳輸。它負(fù)責(zé)描述視頻畫面的寬高比信息， 以及為此所需進(jìn)行的變換方式。RedBridgeHI完全兼容AFD協(xié)議，因此基于RedBridgeHI構(gòu)建的視頻服務(wù)器在播岀時，可根據(jù) AFD信息對視頻畫面進(jìn)行智能的上下變換，有效保證了播岀質(zhì)量。故障直通掉電直通是視頻服務(wù)器確保播岀安全的一個重要功能。RedBridgeIII不僅完全支持掉電直通，并且板卡上的硬件看門狗可以監(jiān)控操作系統(tǒng)狀態(tài)，一旦操作系統(tǒng)死機(jī)，可立即轉(zhuǎn)入直通模式，從而實(shí)現(xiàn)0幀精度的

10、狀態(tài)切換，保證播岀安全。多操作系統(tǒng)支持RedBridgeIII 支持多種操作系統(tǒng)，除了 Microsoft Windows 2000/XP/2003/Vista夕卜，還提供對 Linux操作系統(tǒng)的完美支持。所以基于RedBridgeIII構(gòu)建的服務(wù)器，可以運(yùn)行得更穩(wěn)定、更少受病毒攻擊，極大地提升了播岀的安全等級。3.2應(yīng)用于非線性編輯內(nèi)置硬件上下變換器基于上文所述原因，不僅在播岀環(huán)節(jié)需要進(jìn)行畫幅變換，在制作環(huán)節(jié)同樣也需要。制作高清節(jié)目 時進(jìn)行標(biāo)清的監(jiān)看，或者直接輸岀標(biāo)清母版節(jié)目，都是常見的需求。隨著計算機(jī)平臺性能的不斷攀升， 利用CPU或GPU進(jìn)行變換計算已成為現(xiàn)實(shí)。不過我們?nèi)匀豢吹?，這是以降

11、低編輯性能為代價的。RedBridgeIII提供板載的硬件 Scaler芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)硬件級別的上下變換，除了保證變換質(zhì)量以 外，更解放了大量 CPU/GPU資源，使非線性系統(tǒng)的編輯性能大幅提升，從而創(chuàng)造出完全不同的操作體驗(yàn)。3.2.2 第三方軟件兼容現(xiàn)代電視節(jié)目的創(chuàng)作是多人協(xié)作完成的，因此使用一個系統(tǒng)、一個軟件就完成所有效果制作是不 可取，通常也是不現(xiàn)實(shí)的。 RedBridgeIII 提供開放的 SDK 及 API ，允許大量的第三方媒體創(chuàng)作工具運(yùn) 行在 RedBridgeIII 環(huán)境中，極大提升了協(xié)作能力和制作效率。3.2.3 環(huán)繞聲支持高清時代聲色并美，是幾乎所有廣播業(yè)者的共識。區(qū)別于標(biāo)

12、清時代單調(diào)的單聲道， HDTV 自誕生 之日起就把立體聲和環(huán)繞聲作為標(biāo)準(zhǔn)伴音格式，以期為電視觀眾營造更具想象力的音響空間和更強(qiáng)的 臨場感受。RedBridgeIII 提供 8 個獨(dú)立的 24bit 高質(zhì)量數(shù)字音頻通道， 可以滿足 5.1+2 的制作需求。 同時， 也 支持 DOLBYE 的直通和 DOLBYE 解碼，利用其中的元數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效的響度控制。無論最終輸出 DOLBYE 碼流、多聲道 PCM ，或者是下混后的立體聲 /單聲道，均可保證良好的混音效果，以及均衡 的響度輸出。3.3 應(yīng)用于字幕及圖文包裝3.3.1 板載混疊器字幕機(jī)應(yīng)用于對編線時，一個最重要的要求是背景信號經(jīng)過字幕機(jī)混疊后再輸出，整個過程的延 遲不應(yīng)大于 1 幀，否則會造成視音頻錯位。在這個過程中，板卡上負(fù)責(zé)混疊的芯片處理性能是問題的 關(guān)鍵所在。RedBridgeIII 采用高性能混疊器，可以保證混疊延遲為0 ，確保對編字幕機(jī)的正常使用。3.3.2 自動限幅對于數(shù)字視頻流，不是所有的數(shù)值都是 “合法”的，以 ITU-R BT.709 和 ITU-R BT.601 標(biāo)準(zhǔn)為例， 規(guī)定了 Y (10-bit)的取值范圍被限制在64, 940，而1