Существует три основных подхода к проектированию видеостен, в том числе для ситуационных центров: 1. При помощи видеопроцессоров;
2. При помощи матричных Seamless-коммутаторов;
3. При помощи IP-KVM приемников.
В нашей модели ситуационного центра заложены все три варианта: 1. Большая видеостена 8х4 в главном зале основана на видеопроцессоре, поскольку она самая сложная и многофункциональная;
2. В штабе стена 3х3 на матричном Seamless-коммутаторе, что позволяет сделать много интересных шаблонов;
3. Простая видеостена 2х2 в переговорке ситуационного центра реализована при помощи IP-KVM приемников.
Мы рассмотрим все три подхода к проектированию видеостен. Сейчас обсудим только первый вариант, потому что мы сегодня говорим только про основной зал ситуационного центра. Важно отметить, что мы показываем проектирование преимущественно на ЖК панелях, потому что у нас стена спроектирована именно так. Но есть еще и LEDы. Видеостены можно проектировать на ТВ-панелях — это один из самых удобных и массовых вариантов, но в то же время, особенно сейчас, светодиоды стали более популярны, цены снизились, выросла доступность. Поговорим об этом чуть позже.
Мы показываем общие принципы построения видеостен. Естественно, в каждом конкретном случае все может меняться, исходя из требований, условий и т.д.
Схема подключения Есть некоторый набор источников, которые подключены на видеопроцессор, который подключен на 32 ЖК дисплея, которые установлены внутри видеостены.
Схема подключения одной панели: Здесь важно упомянуть, зачем нужен процессор, про который мы так долго говорим, почему мы используем именно его, какие функции он реализует.
Видеопроцессор MMS-1818SISL
Основное отличие видеопроцессора от матричного коммутатора — это то, что он формирует единое полотно с общим разрешением на видеостене, то есть вся видеостена имеет единое суммарное разрешение. В данном случае информационная емкость видеостены 1920*8 — это общий единый холст огромного разрешения, в произвольное место которого можно вывести окно произвольных размеров, и в него — любое изображение из IP-KVM системы. Так можно формировать определенные раскладки экрана.
Примеры Простой вариант:
В левом углу видно, что экран разделен в режиме полиэкрана.
Вариант экран в экран:
Сложный вариант:
Здесь есть даже узкие полоски. Процессор имеет функции кропа, то есть можно вырезать бегущие строки, отдельные области, наложить одну на другую и т.д. Это основные функции.
У разных процессоров разный функционал — у одних есть прозрачность, у других титрование, и т.д. Но не суть. Главное — подход: процессор формирует единое полотно, единый холст, и на нем можно отобразить информацию произвольно. Seamless-переключатели не умеют делать единое полотно, они только кратно экранам показывают источники, растягивая их.
Сейчас перейдем в видеотракт и посмотрим, как он выглядит относительно источника и конкретного тонкошовного дисплея. Приглашаем вас в специальную зону нашего ситуационного центра, внутри которой мы отрисовали источники и схемы подключения.
Как построен видеотракт на ЖК-панелях Рассмотрим схему коммутации видеостены, построенной на тонкошовных дисплеях.
Есть источники, у каждого источника есть HDMI выход (или несколько HDMI выходов). Они подключаются к IP-KVM передатчикам (красные линии).
Зеленые линии — это сеть LAN. Каждый источник подключается через HDMI в IP-KVM передатчик, и каждый IP-KVM передатчик подключается в сетевое ядро IP-KVM системы. Сигнал HDMI поступает на вход передатчик, он его конвертирует в поток данных и выплевывает в локальную сеть.
Идем дальше, подлетаем к приемникам.
Приемники извлекают из сети поток данных, который генерируют передатчики, восстанавливают обратно сигнал, формируют HDMI и пускают его на входы видеопроцессора.
Мы здесь используем приемники и передатчик IP-KVM, а не подключаем напрямую источники к процессору, даже с учетом того, что все это расположено в одной серверной стойке, потому что, во-первых, операторы тоже должны работать с источниками для видеостены, ими управлять, как минимум. Это обычно компьютеры, на которых надо что-то запускать, что-то с ними делать. Во-вторых, не только процессор является потребителем. Потребителем могут быть места операторов, допустим, дашборды, SCADA-системы. При необходимости оператор может себе как контрольку вытащить на рабочий стол. Можно передать данные в ВКС или в штаб. Получается некая виртуальная матрица коммутации.
Таким образом, мы используем IP-KVM систему как большой матричный коммутатор, в этом вся прелесть данной схемы.
Вернемся в схему и посмотрим на нее еще раз.
Мы подключили все к видеопроцессору. Процессор сформировал сигнал в единую видеостену, и разбивает его по видеовыходам. Видеовыходы уже дальше подключаются в нашем случае, например, HDMI сигналом, дальше — HDBaseT удлинителями, которые идут уже непосредственно к ТВ панели стены.
Здесь вместо HDBaseT удлинителей можно использовать просто HDMI шнуры или оптические шнуры HDMI. Это выбирается, исходя из конкретной ситуации. Самый бюджетный вариант — это просто шнуры, а самый дорогой — оптика, конвекторы, в зависимости от расстояния. В данном ситуационном центре используются простые удлинители HDBaseT light (4К до 40 м, 1080 до 70 м). Есть удлинители 4К и 1080 до 150 м, дальше уже на выбор.
К ТВ идет отдельный LAN, который называется LAN управления:
Для чего это нужно? ТВ панель управляется при помощи внешних систем управления. Некоторые спрашивают, зачем ей управлять? Все очень просто — как минимум, панель надо включать/выключать. Когда работают смены, особенно в круглосуточных ситуационных центрах, в зависимости от освещения, надо регулировать яркость панели (дневная смена — ярче, ночная смена — тусклее). По нашей практике постоянно народ просит эти значения корректировать, потому что, во-первых, яркость панели со временем падает, во-вторых, глаза у людей разные, кому-то надо поярче. Чтобы было удобно, не каждый раз что-то крутить, это делается при помощи систем управления. Получается, это еще вопрос эргономики, как мы используем оборудование. Мы не просто его один раз настроили, а постоянно меняем его условные режимы работы.
А еще это нужно для резервирования. Дальше мы подробно осветим вопросы резервирования. Там управление панелями тоже понадобится.
Мы рассмотрели схему на ЖК-панелях. Но сейчас самый популярный способ построения видеостен — это все-таки LED-дисплеи. Многие интеграторы считают его более «крутым», высокодоходным, маржинальным.
Подключения для LED видеостены
На самом деле схема немножко меняется. Источники и IP-KVM система остаются, но добавляются новые устройства — многооконные процессоры.
Вернемся к человеческому глазу. Как мы говорили, это оптическая система. В обычной панели 50 дюймов с разрешением Full HD размер пикселя составляет 1200/1920=0,62 мм. Типовой шаг LED 1,2 мм. Есть меньше, есть больше, 1,2 — это просто базовая цена качества, потому что там, где меньше, цена просто космос, где больше, разрешение хуже. Если разделить 0,62 на 1,2, получается, что информационная емкость LED видеостены в 2 раза меньше. Мы рассматривали стену 8х4. Эта стена получается 4х2. То есть мы уменьшили общую емкость видеостены в 2 раза по горизонтали и в 2 раза по вертикали.
По сути, LED видеостена состоит из двух частей, каждая из которых 4К. Как мы говорили в начале, наша видеостена построена на мониторах с разрешением 1080, то есть каждая четвертинка — это 1080. Поэтому мы берем выход с видеопроцессора, подключаем к двум многооконным процессорам, чтобы было понятно, квадраторам, которые формируют из 4 изображений 1080 единое 4К, и это изображение уже подаем на контроллер видеостены отдельно для правой части, отдельно для левой части. Можно использовать контроллер, у которого 2-3 входа и т.д., но это уже вопрос отдельного оборудования. Мы берем простой случай, самый бюджетный вариант — 2 контроллера.
Думаем, вопросы про 4:2:0 для LED видеостены снимутся, потому что берется изображение 1080, а там изначально сигнал 4:4:4. Он преобразуется в изображение 4К, оно тоже 4:4:4, потому что он собран из 4 отдельных Full HD. Мы говорили про характеристики IP-KVM оборудования, а здесь речь идет про AV-оборудование, и здесь сигнал 4:4:4 подается на контроллер видеостены.
Так формируется светодиодка. По сути, просто добавляется два новых устройства. Это наше стандартное типовое решение, возможно, кто-то делает по-другому.
Размещение оборудования Перенесемся в серверную комнату, чтобы понять, как конкретно монтировать оборудование. Если мы на тонкошовных дисплеях собираем видеостену на 32 приемниках, значит, есть 32 передатчика. Существуют некоторые нюансы, как с точки зрения эксплуатации размещать эту кучу оборудования. Есть более элегантное решение, чем просто его бросать на полки.
У многих производителей, в том числе у нас, есть разные специализированные шасси.
Это реальная модель шасси высотой 5 юнитов. В него вставлены универсальные слоты, на которых монтируются устройства. Слот выезжает для обслуживания — выдвинули, обслужили, поменяли, задвинули обратно — очень удобно!
Это все реально монтируется одним винтиком.
Важно, что оборудование универсальное, подходит для всех наших устройств, потому что они все примерно в одном форм-факторе. В монтажной плате есть много разных отверстий, но если что-то не подходит, то просто сверлится еще одно отверстие по месту. Сзади есть DIN-рейки и т.д.
В первой части мы говорили про отказоустойчивость вплоть до блока питания. Блоки и коммутаторы питания точно также крепятся в это же шасси на эти же слоты.
Схема с резервированием — 2 блока питания и в глубине коммутатор питания. Обслуживается точно также, то есть вынимается и вставляется обратно.
Таким образом, спереди в шкафу стоят устройства, а сзади блоки питания. Коммутация происходит внутри. Слоты набираются в шасси слоями. Это очень удобно с точки зрения эксплуатации и монтажа. Если надо, вынимается целиком шасси или отдельный элемент. Они располагаются строго один за другим. Очень удобно обслуживать — видно все лампочки. Если какой-то блок потух, вынул, поменял, поставил новый, закрутил.
Также в нашем виртуальном ситуационном есть такое же количество приемников, которые расположены рядом с ЖК дисплеями под видеостеной. Так как у нас подключение HDMI, они должны быть расположены непосредственно рядом.
Пример расположения приемников: Под видеостеной мы сделали крепежные отсеки (шкафчики), в которых установлены те же самые шасси, только они закреплены на стене. В них ушки переворачиваются, что дает несколько вариантов крепления (в шкаф и на стену). В настенном варианте ставится вертикально, и лезвие выдвигается не вперед, а наверх. Дальше подходят сетевые провода от сетевого ядра, а наверх уходят уже HDMI провода до мониторов.
Само шасси стоит в шкафу. В нем 9 слотов, которые выдвигаются на салазках. Любой слот можно вынуть. Сверху откручивается один винтик, и слот спокойно выезжает и просто задвигается обратно. Само оборудование прикручено винтиками, кто-то клеит на самоклейки, но мы так не рекомендуем, потому что от температуры все отваливается.
Таким образом мы имеем фронтальное обслуживание и тонкошовных ЖК-дисплеев, и всего сопутствующего оборудования.
Q&A Какая суммарная задержка энкодера, гигабитного коммутатора, декодера, делается ли синхронизация данной задержки со звуком? Это классический вопрос по поводу задержки в IP-KVM системе, на который мы уже миллиард раз отвечали. Мы делали большое тестирование различных производителей IP систем и показывали, как у них отличается задержка (спойлер — не отличается), видна она или нет (спойлер — не видна). Все материалы в открытом доступе на сайте AV-студии. Также на сайте TnTv в разделе мероприятий можно найти Казанский выездной семинар. Там в середине мероприятия Павел Куделин делает подробный обзор. Мы тестировали 6-7 разных вендоров по поводу задержек, видно их или не видно. Сразу скажем — не видно, но слышно, потому что инерция у уха и глаза разная.
Недавно мы сняли специально отдельный ролик по поводу синхронизации видео и звука. Там мы попытались показать, насколько можно использовать IP решения прямо внутри конференцзала, где снимают и транслируют по IP здесь же. Там была такая логика: выступающий видит сам себя на экране, а звук при этом идет через обычную систему звукоусиления. Сразу скажем, что это основной камень преткновения для того, чтобы использовать IP-решения внутри одного пространства.
Посыл к тому, что задержки не видно. Есть люди, которые смогут это различить, например, сурдопереводчики или, как ни странно, дирижеры, потому что сталкивались с подобными вещами. Но это супер-редкая история. В нашей системе на 1080 задержка 18 мс, на 4К — 30 мс. Это ровно один кадр, чтобы было понятно. Задержки меньше, чем кадр, физически быть не может, полкадра не бывает.
Зачем промежуточно между источниками и видеопроцессором уходить в IP? Почему бы просто не подключить напрямую источник в видеопроцессор? Проговорим еще раз, зачем мы делали приемник и передатчик в IP. У нас источники видеостены не только идут для формирования изображения на видеостене. Они также необходимы для отображения на рабочих местах оператора, для трансляции сигналов в ВКС, в штаб, в резервные ситуационные центры. У нас есть план обрушения ситуационного центра с горячим резервированием. На самом деле резервирование — это серьезная тема, когда резервируется целиком ситуационный центр. Дальше мы покажем, как это можно делать. Для этого нужно, чтобы сигнал шел не только «точка-точка», а чтобы мы могли его брать в любом месте ситуационного центра, где нам необходимо. Именно для этого используются IP-KVM системы, потому что они позволяют делать «точка-многоточка» и даже «многоточка-многоточка», то есть полноценную матрицу.
Зачем нужен Seamless в матрице, когда в нем нет необходимости? Дальше мы рассмотрим построение комнаты оперативных совещаний и штаба. Как раз именно в эти решениях будет история про Seamless, зачем и когда он нужен.
Зачем для Led видеостены 2 многооконных процессора, почему не один с двумя выходами? Один с двумя выходами можно использовать, но это вопрос конкретно модели многооконника, который вы хотите использовать, а не принципиальной схемы. Мы показываем вам приблизительные решения на примерах нашего оборудования. Если вы берете оборудование других производителей, естественно, можно использовать другие варианты. Это не каноническое учение, что нужно делать только так. Мы рассказываем общие принципы с примерами на нашем решении, чтобы вам было с чем сравнить.
Мы довольно подробно рассмотрели общую схему коммутации видеостены и конкретный видеотракт отдельного устройства. Следующий раздел посвящен проектированию рабочих мест операторов. Это самая сложная история в ситуационном центре, потому что всё так или иначе завязано на взаимодействии операторов и на том, как они могут работать с источниками и потребителями сигналов.