6 aspecte mai putin cunoscute despre NDI

Indiferent de cat de buna este o noua tehnologie, vor exista intotdeauna la inceput obiectii si prejudecati datorate lipsei de cunoastere a respectivei tehnologii.
De cele mai multe ori aceste prejudecati nu reflecta experienta directa a acelei persoane cu tehnologia respectiva, ci are de-a face mai degraba cu ce a auzit indirect de la altii.

In primul rand, echipamentele NDI nu sunt PC-uri de uz general. Toate echipamentele moderne din ziua de astazi “asa-zis hardware” includ o componenta de software intr-o mai mica sau mai mare masura.

Echipamentele NDI pot functiona cu sisteme de operare Windows, Mac sau Linux sau pot lucra pe platforme de tip FPGA care au de asemenea o stabilitate si o fiabilitate mare.

In ceea ce priveste sistemul de operare Windows, echipamente precum sistemele de productie Tricaster utilizeaza Windows LTSB (Long Term Service Branch) sau Windows Embedded (in functie de modelul si generatia de Tricaster). Windows LTSB nu efectueaza update-uri de caracteristici care sunt principala sursa generatoare de probleme de compatibilitate.

Flexibilitatea si versatilitarea sporita – care lipseste in cazul tehnologiilor “numai hardware” - se datoreaza nucleului nativ de procesare NDI. 

Cel mai reprezentativ exemplu in acest sens este capabilitatea de Video Re-Entry cu delay zero, imposibil de realizat din punct de vedere tehnic in sistemele native hardware precum SDI. Video Re-Entry (conectarea de semnale de iesire inapoi la alte intrari ale aceluiasi echipament) se face fara cablari suplimentare in infrastructurile NDI. Zero-Delay este o consecinta a nucleului nativ NDI  al echipamentului si a software-ului care proceseaza simultan si paralel mai multe semnale.

Platformele NDI hardware + software sunt special gandite pentru asigurarea fiabilitatii, a lucrului si a proceselor de timp real. In cele mai multe aplicatii NDI, software-ul realizeaza o restartare automata a serviciilor care s-au blocat. Mai mult decat atat, o functie sau un element care nu functioneaza corect  nu afecteaza functionarea intregului sistem.

Pentru ecosistemele mici, NDI nu necesita cunostinte temeinice in retelistica IP:
- NDI are capabilitatea de Auto-Discovery. Un nou echipament NDI conectat in retea isi “anunta” disponibilitarea (sub forma de surse si destinatii disponibile) catre celelelte echipamente conectate in reteaua NDI. Acest lucru determina usurinta in utilizare prin alegerea facila a surselor si a destinatiilor pentru semnalele NDI (utilizand un meniu derulant pentru selectia sursei in echipamentul NDI respectiv).
- necesita un minim de cunostinte de retelistica (spre exemplu cum se face atribuirea unui IP static unui echipament)
- in anumite conditii reteaua NDI poate fi considerata de tip “Plug-and-Play”, adica echipamentele pot fi interconectate si vor functiona fara configurare complicata

Retelele IP sunt extrem de fiabile, tipic cand cineva spune ca are probleme de retea, problemele sunt de fapt la nivelul aplicatiilor care functioneaza peste layer-ul de retea (nu functioneaza email-ul, nu exista acces catre un website, etc.).

La baza infrastructurii NDI sunt switch-urile de date din industria IT. Fiabilitarea sistemelor NDI este cu un ordin de marime mai mare in comparatie cu cele SDI intrucat switch-urile si router-ele din domeniul IT sunt extrem de fiabile.

Tehnologiile utilizate in broadcast si media nu au avut niciodata atat de multa flexibilitate si versatilitate pana la apartitia tehnologiilor IP cum este NDI:
- capabilitatrea de Auto-Discovery pentru toate echipamentele conectate in retea si selectia surselor NDI utilizand un meniu derulant pentru selectia sursei in echipamentul NDI respectiv
- vehicularea bidirectionala a mai multor canale NDI pe un singur cablu
- simplificarea cablarii prin transmiterea pe acelasi cablu a mai multor informatii precum metadata asociata semnalelor video/audio transmise, semnalizarea de Tally, comenzi pentru camere de tip PTZ, informatia de Timecode, alte tipuri de comenzi (de exemplu pentru control de tip KVM)
- NDI este agnostic la rezolutia, frecventa de cadre si la raportul de aspect al semnalelor video – acest lucru inseamna ca poate accepta o diversitate mult mai mare de semnale video in comparatie cu infrastructurile SDI
- standard cu viitor - suporta rezolutii pana la 8K inclusiv, frecventa de cadre pana la 120 fps
- adaptabil la schimbari si suporta adaugarea de noi caracteristici si functii. In mod concret este mult mai usor de adaugat noi echipamente, surse si destinatii fara a afecta infrastructura aflata in functionare
- schimbarea tipului de semnale nu necesita schimbarea tipului de interfata ca la sistememe numai hardware precum SDI
- permite aducerea de surse de semnal video non-broadcast in sistem: imagini provenite de pe suprafata de lucru a altor PC-uri, semnale video provenite de la dispozitive smartphone sau tablete, semnale provenite de la camere web si de la platformele de socializare

Avand ca termen de comparatie semnalul SDI, acesta ofera maximul de calitate fiind un semnal necompresat.

Insa nu toate semnalele video sunt in direct, ci provin majoritar de la canale de playout care redau fisiere video care sunt generate in etapa de inregistrare (ingest) utilizand codec-uri performante utilizate in industria de broadcast (deci folosind compresie).

O valoare obiectiva a calitatii imaginii este data de valoarea PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio). 

Pentru un semnal video SDI necompresat provenit de la o transmisie video in direct (de la o camera video), valoarea PSNR este in teorie infinita pentru ca nu exista zgomot si artefacte datorate operatiei de compresie.

Pentru un semnal video SDI necompresat provenit de la un canal de playout care reda fisiere ce utilizeaza codec-uri de clasa broadcast cum ar fi ProRes si DNxHD, valoarea PSNR depaseste 50 dB.

Semnalele NDI Full Bandwidth folosesc codec-ul proprietar SpeedHQ care are la baza Transformarea Cosinus Discreta (DCT), la fel ca si codec-urile ProRes si DNxHD. 

NDI Full Bandwidth utilizeaza compresia Intra-Frame.
Pentru codec-ul NDI (SpeedHQ) valoarea medie a PSNR este mai mare de 70 dB.

O proprietate unica a codec-ului SpeedHQ este ca nu are degradari ale semnalului la prelucrari multi-generatie (codari si decodari succesive ale aceluiasi semnal).

Un alt avantaj major al semnalului NDI Full Bandwidth este ca poate fi inregistrat “asa cum este”, sub forma de stream, fara o re-compresie. Inregistrarea sub forma de fisier a unui semnal NDI Full Bandwidth consuma semnificativ mai putine resurse hardware si software decat un canal traditional de ingest cu intrare SDI.

Avand din nou ca termen de comparatie semnalele SDI - cu toate ca SDI transmite semnal necompresat, acesta are o latenta de valoare mica, fiind determinata in principal de serializarea efectuata la alcatuirea semnalului SDI si a timpului de propagare de-a lungul cablului coaxial de la sursa catre destinatie.

In toate infrastructurile si ecosistemele care vehiculeaza si proceseaza semnale video, procesarea video are loc la nivel de frame (cadru video). De aceea, orice intarziere datorata unei procesari va fi calculata in multipli de frame-uri (cadre). Pentru semnale video cu frecventa de explorare pe verticala de 50 Hz, durata unui cadru este de 20 ms.

Chiar daca latenta unui semnal video transmis de la o sursa la o destinatie este mult mai mica decat 1 frame, se considera ca intarziere valoarea intreaga de 1 frame (20ms).

Latenda semnalului SDI este aditiva. Astfel, daca daca semnalul parcurge succesiv o cale cu mai multe blocuri de procesare, fiecare bloc in parte va adauga o latenta de cel putin 1 frame.

In cazul semnalelor NDI Full Bandwidth care utilizeaza o compresie moderata cu un codec performant, latenta la codare, respectiv la decodare este mai mica decat 1 frame, dar in mod similar se considera latenta de durata unui frame.

Deci pentru un semnal tramsmis pe un cablu de date – de la encodare pana la decodare a semnalului NDI Full Bandwidth (fara a considera alte latente precum cea de afisare a monitorului sau latenta de propagare in retea) latenta totala este de 2 frame-uri (1 frame la codare + 1 frame la decodare, insumand 40 ms). 

De cele mai multe ori, chiar si socotind latenta retelei si latenta de afisare a monitorului, valoarea totala a latentei de la sursa la destinatie se incadreaza in cele 40 ms.

Pentru o infrastructura NDI medie si mare dimensionata corect, latenta poate avea valori similare cu cele ale unei infrastructuri SDI (sau sensibil apropiata de aceasta).

Nu trebuie neglijat faptul ca in cazul semnalului NDI Full Bandwidth, operatia de Video Re-entry (aplicarea semnalului de la iesire din nou la o alta intrare a aceluiasi echipament precum un mixer video) are latenta zero – fata de sistemele SDI unde se adauga automat 1 frame. In NDI aceasta capabilitate este o consecinta a nucleului nativ NDI  al echipamentului si a software-ului care proceseaza simultan si paralel mai multe semnale.