RedBridgeIII高清视音频处理板卡

RedBridgeIII高清视音频处理板卡—前高清时代的核心驱动力
前高清时代，所有广播业者的业务都面临前所未有的挑战：高清晰度电视以其5倍于标清的解析度、细腻的画面细节还原以及身临其境的环绕声伴音，将普通电视观众的收视体验提升到了一个全新的高度，但是，由于种种原因，目前我国的高清节目内容或多或少存在一些质量缺陷，比如：
◆虽然已经制定了针对HDTV的演播室标准以及相关的检测标准，但并不是所有设备提供商都能按照此标准执行，导致节目制作过程中出现信号劣化的情况；
◆由于存在大量高、标清素材混合编辑的情况，在图像做上/下变换的时候，极易出现信号损失或图像内容损失的问题；
◆电视伴音的响度高低不统一，尤其是HDTV的环绕声伴音，由于声道数量增多，导致响度问题更加明显。

◆……
要解决上述问题，我们不得不将目光投向广播设备的核心部件：视音频处理板卡。

对于视音频信号的处理质量，板卡是整套系统的根基。

大洋公司最新推出的RedBridgeIII高清视音频处理板卡，正是为了应对上述挑战而生的。

1. RedBridgeIII简介
RedBridgeIII是大洋久负盛名的RedBridge广播级视音频板卡家族的最新成员，是这个系列中首款支持高清的板卡，具有完全自主的知识产权；它同时也是国内第一块支持HDTV的广播级板卡，不仅填补了国内高清晰度板卡领域的空白，而且标志着国产广播级视音频设备的核心部件从软件到硬件第一次全部实现了国产化。

秉承大洋对于质量的一贯严格要求，RedBridgeIII在多个关键指标上都达到甚至超越了国际通用标准，且功能实用，可以广泛应用于非线性制作、字幕及图文包装、视频服务器等多个领域。

RedBridgeIII为PCI-E 8X全长卡，尾部设计了凹型槽，保证了对各种结构机箱的兼容性；板卡上所有信号指标都达到国际先进水平，同时采用绿色环保设计，符合RoHS指令和CE、FCC的要求。

2. 顶级的信号处理能力，确保无损的节目制作流程
2.1 高清演播室质量
众所周知，相对于模拟信号，数字信号在记录、传输、保存和复制等方面具有无可比拟的优势，所以在高清晰度领域，视频和音频的演播室标准均采用数字形式。

数字信号是由模拟信号通过A/D转换而来的，在这个过程中，量化是非常重要的一环，量化比特数越高，数字信号越能贴近原始信号，也就是说，信号损耗越小。

所以，ITU等国际组织以及我国的国标都对高清演播室的视频及音频信号接口的量化比特数做了明确的规定。

根据GY/T 157标准，高清演播室的视频采用10bit或8bit量化；GY/T 156标准规定，
高清演播室的音频可采用16、18、20及24bit量化。

RedBridgeIII的视频接口和音频接口均采用国家标准中的上限，SDI视频采用10bit，AES/EBU 音频采用24bit；同时RedBridgeIII也向下兼容标准中所述的其它量化步长。

可以说，RedBridgeIII就是为了顶级高清演播室而设计的。

2.2 顶级信号指标
对于板卡的通道指标和电气性能，国家标准进行了明确规定，而RedBridgeIII所有的核心指标均全面超越了国标要求或国际通用标准。

◆HD-SDI接口特性中，抖动是非常关键的一个指标。

抖动的大小决定了信号在本系统的通过能力，过大的抖动会导致长距离信号传输的误码率增加，使画面劣化。

国标中，对于100kHz的抖动要求
<0.2UI，10Hz的抖动小于1UI。

而RedBridgeIII的这两项指标分别为0.14UI和0.16UI，比现行国际标准提升5倍，这使得RedBridgeIII在传输信号的时候误码率降低到几乎为0。

◆另外，在HD-SDI的通道特性方面，幅频特性与非线性失真代表了信号通过系统后的衰减和畸变程度，这两项指标都是越小越好。

虽然在国标中对此没有明确要求，但是RedBridgeIII的Y/Pb/Pr三个通道的幅频特性均为0，非线性失真小于0.1%，比目前常见的国际品牌相应指标提升了5~10倍。

2.3 超高精度处理
除了信号的采集和播出，无论在非线性制作，还是字幕动画创作过程中，不可避免需要对图像进行混叠渲染。

混叠的精度很大程度上决定了最终成片的视觉效果。

一个显而易见的例子是色度键抠像，同样的前景画面和背景画面，如果是4:2:0的色度采样，其抠像质量会明显逊于4:2:2色度采样的素材，通过对比前景视频的边缘锯齿程度就可明显感受到差异；另外，对于1920*1080分辨率的高清视频，一个约定俗成的要求是在至少10bit或12bit精度上，才能比较完美地表现前景中的头发丝、烟雾、半透明物体等效果。

RedBridgeIII内部采用16bit计算精度，以及4:4:4全色度采样格式，比现行通用标准图像细节还原度提升数十倍，即使面对最苛刻的后期制作要求，也能轻松应对。

3. 丰富实用的功能，轻松应对前高清时代挑战
RedBridgeIII可以应用于服务器、非线性制作、字幕及图文等多个领域。

充分满足了前高清时代的特殊需求，实用性强，应用广泛：
3.1 应用于服务器
3.1.1 AFD兼容
前高清时代的一个特点是高标清混合制作、混合播出。

在实际应用中经常出现一个高清节目制作中引用标清素材，需要对其进行上变换，随后又在标清频道中进行播出的情况，这样对于那段标清素材实际上是连续做了上变换和下变换。

由于上下变换各自具有3种典型变换方式，因此这一过程具有9条可能的通路。

当然不是每一条通路都是合理的，因此在节目制作、播出的全流程中，如何选择、
继承和交流上下变换信息，成为前高清时代一个必须要考虑的问题。

AFD（Active Format Description）就是为解决这一需求而制定的国际通用标准。

AFD由4个字节组成，既可以嵌入MXF等媒体文件中，也可在SDI通道内传输。

它负责描述视频画面的宽高比信息，以及为此所需进行的变换方式。

RedBridgeIII完全兼容AFD协议，因此基于RedBridgeIII构建的视频服务器在播出时，可根据AFD信息对视频画面进行智能的上下变换，有效保证了播出质量。

3.1.2 故障直通
掉电直通是视频服务器确保播出安全的一个重要功能。

RedBridgeIII不仅完全支持掉电直通，并且板卡上的硬件看门狗可以监控操作系统状态，一旦操作系统死机，可立即转入直通模式，从而实现0帧精度的状态切换，保证播出安全。

3.1.3 多操作系统支持
RedBridgeIII支持多种操作系统，除了Microsoft Windows 2000/XP/2003/Vista外，还提供对Linux 操作系统的完美支持。

所以基于RedBridgeIII构建的服务器，可以运行得更稳定、更少受病毒攻击，极大地提升了播出的安全等级。

3.2 应用于非线性编辑
3.2.1 内置硬件上下变换器
基于上文所述原因，不仅在播出环节需要进行画幅变换，在制作环节同样也需要。

制作高清节目时进行标清的监看，或者直接输出标清母版节目，都是常见的需求。

随着计算机平台性能的不断攀升，利用CPU或GPU进行变换计算已成为现实。

不过我们仍然看到，这是以降低编辑性能为代价的。

RedBridgeIII提供板载的硬件Scaler芯片，能够实现硬件级别的上下变换，除了保证变换质量以外，更解放了大量CPU/GPU资源，使非线性系统的编辑性能大幅提升，从而创造出完全不同的操作
体验。

3.2.2 第三方软件兼容
现代电视节目的创作是多人协作完成的，因此使用一个系统、一个软件就完成所有效果制作是不可取，通常也是不现实的。

RedBridgeIII提供开放的SDK及API，允许大量的第三方媒体创作工具运行在RedBridgeIII环境中，极大提升了协作能力和制作效率。

3.2.3 环绕声支持
高清时代声色并美，是几乎所有广播业者的共识。

区别于标清时代单调的单声道，HDTV自诞生之日起就把立体声和环绕声作为标准伴音格式，以期为电视观众营造更具想象力的音响空间和更强的临场感受。

RedBridgeIII提供8个独立的24bit高质量数字音频通道，可以满足5.1+2的制作需求。

同时，也支持DOLBYE的直通和DOLBYE解码，利用其中的元数据信息进行有效的响度控制。

无论最终输出DOLBYE码流、多声道PCM，或者是下混后的立体声/单声道，均可保证良好的混音效果，以及均衡的响度输出。

3.3 应用于字幕及图文包装
3.3.1 板载混叠器
字幕机应用于对编线时，一个最重要的要求是背景信号经过字幕机混叠后再输出，整个过程的延迟不应大于1帧，否则会造成视音频错位。

在这个过程中，板卡上负责混叠的芯片处理性能是问题的关键所在。

RedBridgeIII采用高性能混叠器，可以保证混叠延迟为0，确保对编字幕机的正常使用。

3.3.2 自动限幅
对于数字视频流，不是所有的数值都是“合法”的，以ITU-R BT.709和ITU-R BT.601标准为例，规定了Y（10-bit）的取值范围被限制在[64, 940]，而10-bit Cb和Cr被限制在[64, 960]，超出部分视为非法，在信号传输过程中需要被限掉。

（如下图所示）
4、广阔的应用前景
大洋基于RedBridgeIII 的非线性、字幕和服务器等产品即将发售。

RedBridgeIII 作为越来越多广播设备的核心部件，凭借其顶级质量、丰富功能，必将成为前高清时代广播业的核心驱动力。

公元2008年——国产高清板卡元年。

相信在未来，越来越多的广播级设备中将跳动着一颗颗“中国芯”！。