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Interface de périphérique réseau

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Network Device Interface (NDI) est une spécification logicielle développée par la société de technologie NewTek . Elle permet de transmettre, de recevoir et de communiquer des vidéos haute définition sur un réseau informatique avec une faible latence et une haute qualité. Cette spécification libre de droits prend en charge la commutation à l'image près, ce qui la rend adaptée aux environnements de production vidéo en direct .

Technologie

NDI est conçu pour fonctionner sur Ethernet Gigabit avec le codec NDI. Il fournit une vidéo haute définition 1080i à des débits de données variables généralement autour de 100 Mbit/s.

Par défaut, NDI utilise le DNS multidiffusion pour annoncer les sources sur un réseau local , de sorte que les récepteurs NDI puissent automatiquement découvrir et proposer ces sources. Il prend également en charge deux autres modes de découverte (NDI Access, NDI Discovery Server) qui permettent des opérations sur des sous-réseaux et sans DNS multidiffusion. Les sources sont créées à l'aide d'un port TCP sélectionné arbitrairement à partir d'une plage de ports sur les expéditeurs NDI. Lorsqu'une source est demandée, une connexion TCP est établie sur le port approprié avec le récepteur NDI se connectant à l'expéditeur NDI. NDI 3.x dispose d'options permettant d'utiliser la multidiffusion UDP ou la monodiffusion avec correction d'erreur directe (FEC) au lieu de TCP, et peut équilibrer la charge des flux sur plusieurs contrôleurs d'interface réseau (NIC) sans utiliser l'agrégation de liens . La version 4.0 de NDI introduit le transport Multi-TCP .

Le NDI transporte des vidéos, des fichiers audio multicanaux non compressés , et des métadonnées . Les messages de métadonnées peuvent être envoyés dans les deux sens, ce qui permet à l'expéditeur et au destinataire de s'envoyer des messages via la connexion avec des métadonnées arbitraires au format XML . Ce système de métadonnées directionnelles permet des fonctionnalités telles que les informations de comptage actives renvoyées aux sources pour comprendre qu'elles sont à l'antenne. Le NDI permet également aux expéditeurs de déterminer le nombre de récepteurs connectés, afin qu'ils puissent éviter le traitement inutile et l'utilisation de la bande passante du réseau lorsqu'aucun client récepteur NDI n'est connecté. Les récepteurs NDI peuvent choisir de se connecter à diverses combinaisons de flux, pour prendre en charge, par exemple, des connexions audio uniquement ou des connexions métadonnées uniquement lorsque la vidéo n'est pas requise.

Le kit de développement logiciel (SDK) NDI est disponible pour Windows , Linux et MacOS , et a également été porté sur iOS , tvOS , Android , Raspberry Pi et FPGA . Le SDK NDI standard est disponible via une licence propriétaire libre de droits . Le SDK NDI Advanced offre aux OEM un accès direct vers et depuis des données compressées et d'autres fonctionnalités, avec une licence commerciale.

Comparaison des protocoles vidéo IP courants

D'autres protocoles vidéo IP utilisés dans la production vidéo professionnelle (plutôt que la vidéo IP utilisée pour la distribution aux utilisateurs finaux ) incluent SMPTE 2022 , SMPTE 2110 , ASPEN (largement remplacé par SMPTE 2110) et Sony NMI. Il existe des différences claires dans la technologie utilisée par ces protocoles.

Histoire

Le NDI a été dévoilé publiquement par NewTek le 8 septembre 2015 et a été présenté au salon de diffusion IBC à Amsterdam cette semaine-là. Le premier appareil présenté utilisant le NDI était le NewTek TriCaster qui fournissait un flux NDI à partir de chacune de ses entrées SDI ainsi que quatre flux de sortie à partir de son mélangeur de vision. Le TriCaster pouvait également recevoir jusqu'à deux sources NDI d'autres appareils (augmenté à 12 dans les versions ultérieures et jusqu'à 44 dans la série IP de NewTek).

NewTek avait précédemment créé un prédécesseur de NDI appelé AirSend pour obtenir des vidéos provenant d'appareils externes dans ses produits TriCaster. AirSend avait été implémenté par un certain nombre de fournisseurs de générateurs de caractères (CG), notamment Vizrt et Chyron . Afin d'introduire rapidement ces produits dans l'espace NDI, NewTek a créé un nouveau pilote pour remplacer le pilote AirSend existant, qui pouvait être installé sur ces appareils compatibles AirSend existants, les convertissant instantanément en appareils compatibles NDI sans aucune modification requise par les fournisseurs de CG d'origine.

BirdDog a été l'un des premiers à adopter la technologie NDI et a lancé en 2018 Studio NDI, une implémentation ASIC de NDI. BirdDog a ensuite fourni des caméras PTZ NDI, ainsi qu'une multitude d'applications logicielles.

Un autre des premiers à adopter NDI fut VMix , un mixeur de vision basé sur Windows qui offre des entrées et des sorties NDI. Une augmentation significative de la base installée de NDI s'est produite lorsque l'application de diffusion en direct XSplit a ajouté la prise en charge de NDI.

Plus tard en 2016, NewTek a livré NDI 2.0 qui a ajouté des fonctionnalités, notamment la prise en charge de la découverte de services sur plusieurs sous-réseaux. En avril, Magewell a annoncé l'intégration transparente de ses périphériques de capture PCIe et USB , permettant l'accès à n'importe quelle source vidéo sur le réseau. Cette solution a créé l'un des scénarios de production vidéo de diffusion les plus efficaces possibles avec un choix illimité de sources et une compatibilité omniprésente avec les systèmes d'exploitation.

Le 12 juillet 2017, NewTek a annoncé NDI 3.0 qui a ajouté la multidiffusion, NDI|HX et d'autres nouvelles fonctionnalités, introduisant la prise en charge de caméras PTZ spécifiques avec des chipsets H.264 et un micrologiciel mis à jour .

En avril 2018, lors du salon NAB, Microsoft a annoncé avoir ajouté la prise en charge NDI à Skype pour les créateurs de contenu . D'autres annonces au NAB2018 comprenaient NDI 3.5 et une nouvelle prise en charge NDI de fournisseurs tels qu'EVS et Avid.

La version 3.4 de FFmpeg a ajouté la prise en charge des entrées et des sorties pour NDI lorsqu'elle était éventuellement compilée par l'utilisateur final dans une bibliothèque NewTek non open source. Cependant, il a été découvert plus tard que NewTek redistribuait des binaires précompilés de FFmpeg qui incorporaient leur bibliothèque non open source en violation de la licence publique générale GNU , ce qui a amené le projet FFmpeg à supprimer la prise en charge NDI de sa base de code en mars 2019.

En avril 2019, avant le NAB, NewTek a annoncé l'ajout du mode Multi-TCP à NDI 4.0 qui, selon les informations, exploiterait l'accélération TCP matérielle présente dans le silicium, aidant les processeurs de spécifications inférieures avec le transport NDI. NDI 4.0 a été livré en septembre 2019 pour coïncider avec l'exposition IBC.

En juillet 2021, NDI 5 a été publié, ajoutant les principales fonctionnalités suivantes : transmission UDP fiable, prise en charge du serveur de découverte redondant, outils NDI 5 (NDI Bridge, NDI Remote, NDI Audio Direct, sortie FCP-X)

Utilisation dans les réseaux Wi-Fi et étendus

NDI a été conçu pour fonctionner sur des réseaux locaux Gigabit de bonne qualité utilisant les technologies TCP et Bonjour ( mDNS ). Afin de fonctionner sur des sous-réseaux qui ne passent pas par mDNS, NDI prend en charge un mécanisme appelé NDI Access qui permet la saisie manuelle de l' adresse IP des machines sur d'autres sous-réseaux pouvant exécuter des sources NDI.

Certains adoptants de NDI ont utilisé le protocole sur des connexions fibre optique jusqu'à 15 km, bien que l'utilisation du protocole TCP par NDI le rende moins adapté aux connexions longue distance à latence élevée en raison de facteurs tels que le produit bande passante-retard et la récupération des paquets TCP . Les versions ultérieures de NDI ont introduit différents protocoles de transport, notamment UDP, MultiTCP et UDP fiable ( QUIC ), qui offrent des caractéristiques de réseau différentes. NDI|HX utilise un débit de données inférieur, ce qui le rend plus facile à utiliser dans les connexions à bande passante limitée.

Utilisation dans une infrastructure basée sur le cloud

NDI est également utilisé dans les systèmes de production basés sur le cloud , avec ses transmissions vidéo compressées et monodiffusion qui le rendent adapté aux services basés sur le cloud comme AWS et Azure . Lors de l'utilisation dans des environnements cloud, le service NDI Discovery fournit une solution aux restrictions de multidiffusion communes aux plates-formes cloud. À partir de NDI 5, l'outil Bridge vous permet de connecter des sites distants ensemble, que ce soit via Internet ouvert ou via un VPN. NDI Bridge vous permet d'utiliser NDI-HX2 à des débits binaires et des types de codecs sélectionnables (H.264 ou HEVC ) comme format de transmission entre les sites (la transmission NDI à large bande passante est également possible), tous les autres aspects du signal NDI sont préservés (métadonnées, alpha, tally, etc.).

Prise en charge de l'architecture du processeur

NDI, lorsqu'il est exécuté sur des architectures x86 ou x86-64 , nécessite des processeurs qui incluent le jeu d'instructions SSSE3 . La plupart des conceptions de processeurs Intel à partir de 2006 disposent de ce jeu d'instructions, AMD a ajouté la prise en charge à partir de 2011. Bien que ce ne soit pas une exigence, NDI tirera parti des jeux d'instructions AVX ( Advanced Vector Extensions ) et AVX2 pour des performances supplémentaires.

NDI peut fonctionner sur des architectures CPU 32 bits ou 64 bits , bien que les performances soient augmentées lors de l'utilisation de 64 bits.

NDI 4.x et les versions antérieures avaient un support limité pour ARM , offrant généralement un support d'encodage uniquement. La sortie de NDI 5 apporte un support complet pour l'encodage et le décodage sur les processeurs basés sur ARM qui incluent les instructions Neon . Cela inclut les processeurs Apple Silicon .

Les périphériques NDI|HX sont généralement destinés à la transmission uniquement et sont basés sur des plates-formes propriétaires avec des puces d'encodeur H.264 matérielles. Les caméras PTZ et le boîtier convertisseur NDI Connect Spark SDI vers NDI|HX sont des exemples de périphériques NDI|HX. Le flux NDI lui-même est formé à l'extrémité de consommation du flux via le pilote NDI|HX spécifique à la plate-forme, présentant les mêmes données non compressées au logiciel d'application consommant la source NDI, indépendamment du matériel source HX d'origine et de la compression. NDI|HX2 est une implémentation plus pure, prenant en charge la compression H.264 ou HEVC, et permet des fonctionnalités NDI supplémentaires.

Avec NDI 4.0, NewTek a annoncé l'ajout d'un mode de transport Multi-TCP . Celui-ci tire parti de l' accélération matérielle TCP dans le silicium qui aide les processeurs de moindre spécification à gérer une charge réseau importante, contrairement à UDP qui ne bénéficie pas de l'accélération matérielle.

Métadonnées et extensions de la spécification NDI

NDI prend en charge les métadonnées arbitraires sous forme de blocs XML, intégrés dans des trames vidéo et audio, ainsi que des trames de métadonnées autonomes. Le contenu de ces blocs de métadonnées forme 3 familles.

  1. Les métadonnées internes utilisées par NDI sont invisibles. Ces messages sont utilisés pour la connectivité et d'autres tâches fondamentales comme Tally. Ils sont généralement invisibles pour les clients NDI.
  2. Métadonnées publiques définies. Ces messages incluent des éléments tels que le protocole NDI PTZ. Ils sont définis par NewTek dans le cadre du SDK NDI.
  3. Schémas de métadonnées tiers. Ces messages sont implémentés de la même manière que les métadonnées NDI définies, mais le contenu est basé sur des conceptions tierces.

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