Обзор аппаратных кодеров

2017-10-29 23:10:00

В нашей статье Обзор программных кодеров мы рассмотрели возможность использования обычного ПК и программного пакета Live encoder software для создания системы публикации видеопотока. Если же взглянуть с точки зрения возможных затрат и эргономики изделия, то, кроме универсальности, других реальных преимуществ у подобного подхода нет.

Однако существует и ряд существенных недостатков, не позволяющих однозначно остановить свой выбор лишь на программных кодерах на базе ПК:

  • 1. Размер. Это корпус miniITX или ноутбук в лучшем случае.
  • 2. Потребляемая мощность. У ПК составит ориентировочно 200 Вт, так как кроме процесса кодирования система вынуждена обслуживать и сторонние процессы.
  • 3. Отсутствие средств удаленного управления в большинстве случаев. Тут стоит сказать, что речь идет не об удаленном рабочем столе, а о возможности перенастройки параметров стриминга через веб-интерфейс, клиентское приложение или команды SSH.
  • 4. Отсутствие гарантии полной совместимости всех аппаратных и программных компонентов. Проблема может возникнуть не только на этапе сборки ПК для кодера, но и в процессе работы, что может привести не только к ошибкам в кодируемом сигнале, но и к критическому сбою вплоть до полной неработоспособности системы.

Конечно, на практике все не так страшно, так как современные рабочие станции и ПО в последнее время существенно повысили свой уровень отказоустойчивостиигнорировать вероятность возникновения данных проблем нельзя.

В настоящее время на рынке можно найти готовых решениях с аппаратной поддержкой процессов кодирования. Анализ предложений показывает, что готовый одноканальный кодер можно купить примерно за те же деньги, при этом ничего не потеряв в части функционала, наличия видео- и аудиоинтерфейсов и прочих параметров.

Безусловно, любой кодер всегда будет представлять собой систему, в которую встроен небольшой маломощный ПК под управлением Linux, . Он управляет процессами кодирования, но сам в обработке сигнала не участвует. Его операционная система ограничена по функционалу настолько, чтобы ее хватало только на выполнение требуемых задач. Сам же процесс преобразования сигнала, его кодирования и обработки выполняют встроенные сопроцесоры, которые лишь получают управляющие команды.

Такая система очень надежна за счет минимизации совершаемых действий, ее потребляемая мощность очень низка вследствие отсутствия необходимости поддержки работы большого количества компонентов. Кроме того, уменьшается и размер устройства за счет отказа от избыточных комплектующих.

Другими словами, по цене программного кодера можно получить аналогичный аппаратный, но более компактный, надежный и простой в обслуживании.

Все предложения таких решений можно условно разделить на 3 основные группы:

  • 1. Бюджетные кодеры в ценовом диапазоне 600–3000 долларов США.
  • 2. Дорогие устройства для построения отказоустойчивых систем в ценовом диапазоне от 3000 долларов.
  • 3. Видеокамеры с поддержкой функции публикации по протоколу RTMP и/или SRT.

В рамках одной статьи сложно в полной мере описать все особенности тех или иных устройств, поэтому обзор будет построен на кратком анализе основных возможностей, поддержки определенных технологий и области применения бюджетных кодеров. Приборы с высокой стоимостью обладают несколько другим функционалом, а сравнение их с представителями недорогого сегмента рынка некорректно ввиду различных обстоятельств помимо цены. IP-камеры также являются темой отдельного обзора.

Бюджетные кодеры.

Этот сегмент на рынке представлен просто невероятно огромным количеством продукции, начиная от изделий известных брендов типа Matrox или AJA и заканчивая дешевыми китайскими производителями, реальная работа которых вызывает большие сомнения. Отдельно стоит упомянуть и о российском производителе, компании StramLabs, решения которой при относительно низкой стоимости имеют неплохой функционал.

Теперь рассмотрим конфигурацию типового бюджетного ПК-кодера на примере Matrox Monarch.

Продукт представляет собой одноплатный компьютер, оснащенный процессором со встроенным ядром кодирования видео- и аудиоданных, набором схем памяти, модулем Flash-памяти, а также HDMI и аудиопреобразователем. Используемый процессор TMS320DM8148 (ARM Cortex A8 Core) работает на частоте 1 ГГц, имеет 512 кб кэш L2, поддерживает аппаратное кодирование для h.264, MPEG2, MPEG4, SP/ASP, JPEG/MJPEG. На плате установлены 4 модуля памяти SKhynix h5tq2g63dfr объемом 2 Гб DDR3, а также модуль NAND Flash 29F4G16ABADA объемом 16 Гб. В качестве операционной системы установлена Linux. Так как наличие графического интерфейса и реализация полноценной работы не требуются, а наиболее ресурсоемкий процесс (процесс кодирования) поддерживается на аппаратном уровне, ПК представляет собой отличное решение, позволяющее при минимальных энергозатратах получить результат, сравнимый с ПК уровня Core i5/i7.

В общем, устройство простое, требующее минимального обслуживания и потребляющее незначительное количество энергии. Проблема только одна: установить причину неисправности и устранить ее вне сервисного центра или специализированной мастерской практически нереально.

Кодеры компании StreamLabs.

Компания специализируется на разработке собственных решений для Broadcast-индустрии. Это и системы графического оформления, и мультиэкранные процессоры, и комплексы автоматизации вещания. В серии WaveServer представлены устройства кодирования, различающиеся по типу входного интерфейса и поддерживаемому разрешению.

Четырехканальный IP-видеосервер WaveServer 3554.

Продукт предназначен для одновременного кодирования четырех видеосигналов стандартного (SD) разрешения с аналоговых камер в IP-потоки в стандарте ONVIF v2.2. Для каждого канала поддерживается максимальная частота 25 кадров в секунду. Питание устройства осуществляется от постоянного тока с напряжением 12–48V или по технологии PоE.

Наличие дополнительного процессора позволяет кодеру WaveServer 3554 встраивать различную видеоаналитику непосредственно в устройство. Данный прибор поддерживает детектор движения, распознавание автомобильных номеров и выделение лиц.

Настройка осуществляется через встроенный web-интерфейс либо через ONVIF-совместимое программное обеспечение. Кодирование осуществляется с помощью встроенного компрессора Stretch 7120, который поддерживает форматы MJPEG и H.264. С помощью встроенного интерфейса RS-485 устройство позволяет управлять поворотными механизмами и поворотными камерами в стандартах Pelco-D, Pelco-P. Поддерживаются TP/RTCP, RTSP-протоколы стриминга.

Одноканальный IP-видеосервер WaveServer VCL-SDI MINI

Устройство представляет собой одноканальную систему кодирования SD/HD/3G-SDI сигнала с вложенным или аналоговым звуком с поддержкой видеосигнала вплоть до 1080p@60 и компрессии H.264 или MJPEG и передачей сигнала по RTP/RTSP-протоколу. Параметры на входе определяются автоматически, а стриминг начинается при наличии сигнала на входном интерфейсе. Управление также осуществляется через веб-интерфейс или с помощью ONVIF- совместимых приложений. Отличие от предыдущей модели состоит в отсутствии поддержки управления PTZ-камерами, а также детектора движения и распознавании элементов изображения. Это кодер в чистом виде с поддержкой PoE или питанием от внешнего источника.

Одноканальный IP-видеосервер WaveServer DVI-IP Pro

Кодер является аналогом модели WaveServer VCL-SDI MINI по функциональным параметрам, поддерживает цифровой проходной (By-Pass) видеосигнал DVI-D на входе, а также аналоговый аудиосигнал. Благодаря поддержке различных форматов к устройству можно подключить как видеокамеры с различным разрешением, так и различные приборы типа медицинского осциллографа либо видеовыхода ПК.

Упомянутые выше кодеры отечественного производителя (Streamlabs) являются очень бюджетным решением как для добавления сигнала классических видеокамер в IP-среду передачи данных, так и для приема и кодирования данных, получаемых от специфического медицинского и компьютерного оборудования. Неплохое решение при стоимости 55 тысяч рублей за прибор. Но устройства не имеют ни возможности удаленного управления, ни записи видеосигнала на внешний носитель, ни системы резервирования.

Кодеры компании Matrox.

Данный бренд представляет две линейки продуктов, которые можно условно разделить на устройства для стриминга в интернет и устройства передачи видео- и аудиоданных по IP-сетям.

Подразделение Matrox Video продвигает серию Monarch, тогда как Matrox Graphics в качестве аппаратных решений предлагает пользователю Maevex.

Производитель однозначно разделяет эти направления, однако, например, Matrox Monarch HD и Matrox Maevex являются в основе одним и тем же устройством с различной прошивкой. При этом кодеры от Matrox Video, как это ни странно, менее надежны, более чувствительны к входящему сигналу, менее отказоустойчивы и имеют ряд других недостатков.

Matrox Monarch серия.

Данная серия имеет в составе 3 продукта, различающиеся как по функциональным возможностям, так и по степени стабильности работы, техническим характеристикам и типам поддерживаемых одновременно входных сигналов.

По сравнению с продуктами StreamLabs принципиальным отличием данных кодеров является наличие API. Управление реализовано через HTTP-протокол. Достаточно перейти по ссылке, чтобы выполнить старт стриминга/записи или другие базовые функции. С одной стороны, это не очень нужные возможности, так как есть простой и понятный веб-интерфейс. С другой стороны, с помощью данного способа управления устройство легко встраивается в различные системы автоматизации, при этом нет необходимости в использовании специфичных протоколов или технологий. Есть официально поддерживаемая интеграция с контроллерами Crestron 2 и 3 серии. Реализована поддержка разрешения вплоть до 1080p60, а также аналогового или цифрового вложенного (embedded) звука.

Стоит отдельно отметить поддержку одновременно стриминга и записи сигнала при поддержке довольно высокого битрейта в сохраняемом файле (до 30 Мбит/сек с компрессией h.264). При этом совсем не обязательно писать и генерировать live-поток с одинаковыми параметрами, битрейт может отличаться, а сами процессы запускаться независимо друг от друга либо по http-команде, либо через веб-интерфейс, либо по нажатию соответствующих кнопок на лицевой панели устройства. Запись сигнала осуществляется на карту SD, накопители USB-Flash (в том числе на внешние жесткие диски), а также в сетевые папки или NAS-хранилище.

Matrox Monarch HD.

Это самый первый IP-кодер компании Matrox. Его первые модели были весьма нестабильны, постоянно зависали, а генерируемый поток содержал ошибки, которые не всегда позволяли корректно принимать поток декодирующими устройствами.

Со временем прибор был существенно доработан, его стабильность повысилась.

Matrox Monarch HD поддерживает компрессию h.264/AAC с изменением битрейта вплоть до 20 Мбит/сек для стриминга и до 30 Мбит/сек для записи. Для стриминга поддерживаются протоколы RTMP/RTSP, поток может быть передан на медиасерверы Wowza, Adobe Media Server, видеохостинги типа YouTube, Vimeo и другие. Запись может осуществляться как на внутреннее USB/SD хранилище, так и в сетевую папку в MP4 или MOV-контейнер.

Практика использования устройства показала, что при стабильном входном сигнале оно способно работать в режиме 24/7. Но при наличии ошибок на входе или нестабильном сетевом соединении сбои в работе могут привести к критическим последствиям вплоть до необходимости сброса настроек до заводских.

Стоимость составляет порядка 1200 долларов США. Другими словами, мы получаем неплохой кодер, по характеристикам не хуже решения, собранного на базе ПК. При этом присутствует возможность удаленного управления, а также возможность интеграции прибора в сложную автоматизированную систему.

Еще одним существенным преимуществом является пассивная система охлаждения, которой нет в HDX и LCS.

Matrox Monarch HDX.

Если верить тому, что пишет об устройстве производитель, то это 2-х канальное устройство, позволяющее одновременно обрабатывать сигналы с HDMI и SDI-входов. На практике это не так. Прибор работает лишь с одним из сигналов, а поддержка 2-х каналов в реальности представляет собой генерацию 2-х независимых потоков от HDMI или SDI-источника. Переключение между сигналами в реальном времени отсутствует, стриминг сначала необходимо остановить, изменить источник, а затем запустить вновь.

По всем остальным характеристикам кодер повторяет возможности Matrox Monarch HD. Но стоит отметить, что разработчики сделали действительно новый прибор, который обладает значительно более высокой стабильностью, устойчив к ошибкам во входном сигнале, сбоям в сети и в состоянии продолжать работу без перезагрузки при возникновении проблем, что проверено многократными тестами. Отсутствие сигнала на входе или изменение характеристик не приводит к зависанию.

Еще одной интересной особенностью является возможность управления несколькими приборами через единый веб-интерфейс. Пользователь добавляет адреса до 4-х дополнительных кодеров, после чего может одновременно передавать команды на запись/стриминг.

Стоимость составляет около 1400 долларов США, что представляет собой вполне разумную цену за стабильное отказоустойчивое устройство, позволяющее генерировать 2 потока, пусть и от одного источника.

Matrox Monarch LCS.

Данный прибор является действительно 2-х канальным, в отличии от модели HDX. Пользователь может работать с ними как с независимыми кодерами, осуществляя запись/стриминг.

Стоит отметить, что это уже не просто устройство для записи/стриминга, а видеомикшер, способный не только переключаться между источниками в реальном времени, но и одновременно выводить их на экран. На рисунке ниже представлены доступные режимы работы.

С технической точки зрения данный продукт представляется наиболее интересным в линейке Monarch. Это и многоканальный режим работы (в отличии от HDX, действительно двухканальный), и поддержка функционала видеомикшера, а также все преимущества, которые доступны в предыдущих моделях при сохранении относительно компактных размеров. Однако стоимость решения совсем не бюджетная и составляет порядка 3000 долларов США.

Matrox Maevex серия

Другое подразделение компании Matrox, Matrox Graphics, занимается решениями для создания видеостен и мультиэкранных процессоров. Из всей продуктовой линейки для данного обзора представляют интерес кодеры серии 5100 (HD) и серии 6100 (4K/UHD).

Matrox Maevex 5100.

Решение состоит из кодера, который позволяет передавать сигнал вплоть до 1080p60 видео со звуком по стандартной IP-сети, и необязательного декодера. Maevex Encoder производит захват видео и аудио от компьютера или другого медиаисточника и раздаёт сигналы на любые внешние устройства или декодеры Maevex.

Поддерживается компрессия H.264/Mpeg4 Part 10 (AVC) для видеосигнала с максимальным битрейтом 25 Мбит/сек, компрессия AAC-LC для аудио с максимальным битрейтом 256 кбит/сек. Средства настройки параметров потока позволяют регулировать CBR/VBR, размер структуры GOP (Group of Pictures). Стриминг осуществляется по протоколам RTP/RTSP/RTCP внутри UDP.

К сожалению, устройства серии 5100 не поддерживают управление через веб-интерфейс, для настройки требуется установить Windows-совместимое программное обеспечение – Matrox PowerStream, позволяющее осуществлять удалённый контроль и управление топологией всей сети Maevex. Установленное приложение поддерживает множество функций, таких как обнаружение устройств, настройка стриминга, управление, выбор пары кодер-декодер. Интересной является опция передачи команд RS-232 в составе того же потока, что позволит не просто осуществить доставку видео- и аудиосигналов до устройства воспроизведения, но и управлять, например, промышленными LCD-дисплеями. Цена кодера составляет ориентировочно 1200 долларов, декодера – примерно 600 долларов.

Matrox Maevex 6100.

Это четырехканальный кодер с поддержкой разрешения вплоть до 4K/UHD. Битрейт на каждый канал достигает максимального значения 120 Мбит/сек с поддержкой кодирования H.264/MPEG-4 Part 10 (AVC) для видео, и 576 кбит/сек MPEG-4 AAC-LC/HEv1/HEv2 для аудио. Отдельно стоит отметить возможность обработки изображения с поддержкой эффектов PiP, PbP, масштабирования. Есть поддержка записи сигнала с сохранением в формат mp4 на сетевые ресурсы. В качестве протоколов стриминга теперь доступны как стандартные RTP/RTSP/RTCP, так и HTTP/HTTPS over TCP UPnP, MPEG2.TS over UDP, RTMP.

Устройство имеет два сетевых интерфейса, один из которых поддерживает только стриминг потока, тогда как другой поддерживает еще и управление. Это очень правильное и удобное решение, так как оно позволяет разделить сети управления и сети для передачи видеоданных. Безусловно, кодер Maevex 6100 совместим с декодером серии 5100, если разрешение входного потока не превышает 1920*1080 пикселей.

Стоимость данного продукта непонятна, в открытом доступе данной информации нет. Но ожидается порядка 1000-1500 долларов США за канал кодирования, иначе «бюджетным» назвать его будет сложно.

Кодер AJA HELO.

Данный продукт является прямым конкурентом Matrox Monarch HDX. На первый взгляд это тот же кодер, но завернутый в другую упаковку. Но если сравнить технические характеристики, то они немного отличаются. Что-то представляет собой маркетинговый ход, а что-то очень неплохо расширяет функционал и представляет интерес для потребителя.

В первую очередь в глаза бросается поддержка максимального разрешения. Оно составляет 2048х1080p. Параметр выше, чем у конкурента, однако есть и небольшое ограничение: поддерживается оно только для SDI-входа и аппаратно уменьшается до 1080p с применением эффекта Center Cut. Тип компрессии тот же, H.264/MPEG-4, те же и поддерживаемые профили (Baseline, Main, High), а вот битрейт составляет уже 20 Мбит/сек как для стриминга, так и для записи. Тогда как даже Matrox Monarch HD поддерживает до 30 Мбит/сек. Для звука стандартно поддерживается AAC-LC до 256 кбит/сек. С протоколами стриминга на стороне HELO преимущество, так как помимо RTSP/RTMP добавлена поддержка RTP/UDP (Unicast, Multi Unicast), а этого очень не хватает в продуктах компании Matrox.

Запись в файл также поддерживается, это и запись на SD/USB-флеш-накопитель, и запись в сетевой ресурс. Но для USB тут есть поддержка стандарта USB 3.0. Преимущество скорее маркетинговое, нежели реально нужное, так как писать с битрейтом 20 Мбит/сек можно и на низкоскоростной носитель информации.

Управление осуществляется через веб-интерфейс, а также имеется mini USB-слот для настроек и обновления прошивки. Имеется набор средств для разработчика REST API. Отдельно стоит выделить такую удобную функцию, как встроенный планировщик задач и поддержка ICS-календарей. Это очень удобно, так как позволяет не только работать с расписанием, но и верстать его через внешние системы, а также синхронизировать работу устройства с комплексами автоматизации без необходимости производить разработку дополнительных решений и модулей. Это является значительным преимуществом в сравнении с конкурентами от Matrox.

Средняя стоимость продукта на рынке составляет 1500 долларов США.

Итоги.

В данной статье был проведен анализ наиболее известных недорогих кодеров от проверенных и надежных производителей, которые гарантированно выполняют заявленный функционал, а также по ним можно получить адекватную техническую поддержку и консультации от реселлеров или разработчика.

В качестве обобщения объединим в сравнительную таблицу устройства, описанные в данной обзорной статье, которые представляются наиболее важными в данном ценовом сегменте.

StreamLabs Matrox Video Matrox Graphics AJA
WaveServer 3554 WaveServer VCL-SDI MINI WaveServer DVI-IP Pro Monarch HD/td> Monarch NDX Monarch LCS Maevex 5100 Maevex 6100 HELO
Количество и тип входного сигнала 4 SD аналоговых сигнала 1 3G-SDI вход 1 DVI/HDMI вход 1 HDMI вход 1 3G-SDI вход, 1 HDMI вход 1 3G-SDI вход, 1 HDMI вход 1 HDMI/DVI вход, 1 VGA вход (1080р) 4 HDMI входа (4K/UHD) 1 3G-SDI вход, 1 HDMI вход
Протоколы стриминга RTP/RTSP RTP/RTSP RTP/RTSP RTMP/RTSP RTMP/RTSP RTMP/RTSP RTP/RTSP RTP/RTSP, RTMP, HTTP RTP/RTSP, RTMP, UDP
Видео компрессия h.264/MPEG4, MJPEG h.264/MPEG4, MJPEG h.264/MPEG4, MJPEG h.264/MPEG4 h.264/MPEG4 h.264/MPEG4 h.264/MPEG4 h.264/MPEG4 h.264/MPEG4
Аудио компрессия AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC AAC-LC
Возможность записи Нет Нет Нет Да Да Да Да Да Да
Управление Веб-интерфейс, ONVIF-клиент Веб-интерфейс, ONVIF-клиент Веб-интерфейс, ONVIF-клиент Веб-интерфейс Веб-интерфейс Веб-интерфейс Matrox PowerStream Matrox PowerStream Веб-интерфейс, Mini USB
Наличие API Нет Нет Нет Да Да Да Да Да Да
Электропитание PoE, внешний блок питания PoE, внешний блок питания PoE, внешний блок питания Внешний блок питания Внешний блок питания Внешний блок питания Внешний блок питания Внешний блок питания Внешний блок питания
Стоимость, доллары США 900 900 900 1 200 1 400 3 000 1 200 10 000 1 500