專業視聽整合數位影音傳輸管理系統規劃建議

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　　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		 可 無法
隨身碟
回傳		 可 無法
鍵盤滑鼠
遠端控制		 可 無法
IR 紅外線
控制訊號		 可 無法
RS232
控制訊號		 可 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。