什么是NDI？新一代音视频IP化传输技术

在现场直播的节目制作过程中，大多采用传统的SDI（Serial Digital Interface）同轴电缆连接摄像机与制作中心，或者采用HDMI（High-Definition Multimedia Interface）线和视频采集卡连接摄像机和电脑。

1 什么是SDI？

SDI 是 Serial  Digital  Interface 的简称， 即串行数字接口， 是一种由SMPTE（Society of Motion Picture and Television Engineers）组织制定的数字视频接口标准。SDI传输的是数字信号，是未压缩未加密的视频信号。

SDI具有画质无损、传输稳定和实时性特点。按照传输速率来讲，可以分为SD-SDI（标清SDI）、HD-SDI（高清SDI）、3G-SDI和12G-SDI等。目前SDI接口在摄像机行业和广播电视领域广泛应用。

SDI线传输高清数字电视信号没问题，HD-SDI线传输速率1.485Gbit/s，可传输1080p30fps信号，但是很难胜任超高清电视信号的传输。传输一路4K 超高清信号，需要 4 根 3G-SDI 线缆，对设备接口要求太高。虽然单根12G-SDI线缆已经出现，但是高昂的价格（一根 20 米的 12G-SDI 线将近1000元），要规模应用还有很长的路要走，而且12G-SDI 铜线有效传输距离小于100米。

在一些特殊应用场合下，例如大型赛事或巨型演播厅环境下，铜缆传输距离受到物理极限制约，无法满足专业用户对 12G-SDI 信号基带远距离传输的需求。当然可以采用光纤传输，就需要光电转换，使用高清SDI光端机和专用SDI SFP光模块。虽然可以解决传输距离问题，但是系统成本更高，需要综合考虑高清SDI光端机和专用SDI SFP光模块的质量、价格等因素。如果传输一路8K超高清信号，就需要4链路12G-SDI，那成本就更高了。

一根SDI线缆只能传输一路信号，对于多路信号制播场景，就会导致线缆过多，增加了布线和维护难度。 现在各电视台的信源和输出量都有所增加，SDI调度信号规模不断扩大，系统实施的成本也大幅提高。

2 什么是HDMI？

HDMI是High Definition Multimedia Interface的简称，即高清多媒体接口，是一种全数字化视频和声音发送接口，是由HDMI协会（日立、松下、飞利浦等七家公司组建）制定并发布的标准。HDMI 传输的是数字信号，可以发送未压缩的音频和视频信号。按照峰值传输速率不同，HDMI可以分为HDMI 1.4、HDMI 2.0和HDMI 2.1多个版本。HDMI在单线缆中集成视频和多声道音频，一定程度上消除了多线缆的成本、复杂性和混乱。目前HDMI接口主要用在电脑、电视、机顶盒、数字音响等设备。

HDMI线缆传输距离同样有限，普通HDMI铜芯线仅适用于30米以内短距离的传输场景。对于 HDMI 2.0 标准，单根传输4K超高清信号，传输10米就已经接近极限。一旦超出极限传输距离时，容易受到信号干扰、损失数据。借助HDMI延长器、HDMI信号放大器或者HDMI光纤线解决长距离传输的问题，就会带来成本的增加。HDMI 2.1虽然峰值带宽可达48Gbps，但是实际上HDMI 2.1普及率很低，尤其是在显示器领域。

随着直播业务的高速发展，4K、8K超高清快速普及，5G和远程视频制作得到广泛应用，传统的SDI和HDMI线缆连接方式，从带宽容量、扩展性、便捷性上都已经无法支撑业务的高速增长。那么，有没有什么音视频传输技术可以同时满足高质量、超低延时和灵活性呢？有，那就是NDI——新一代音视频IP化传输技术。

3 什么是NDI？

NDI是 Network Device Interface 的简称，即网络设备接口，是由美国NewTek 公司（已被 Vizrt 收购）于2015年推出的免版税的高质量、低延迟、多通道的音视频传输技术。可以免版税使用，但是并不开源。音视频信号在进行NDI编码压缩后，能实时地通过IP网络进行传输和接收，具备超低延时（帧级）和质量几乎无损的优势特点。

NDI是一种基于局域网的信号传输技术，传输的是压缩后的音视频数据。在局域网内的一个设备可以通过一条网线输出或者接收多个 NDI 信号。目前已经升级到了第五代，升级后的NDI 5成为面向远程、互联网及后期制作的新一代音视频IP化传输技术。

3.1　NDI实现线缆简化，节省现场布线

现有的SDI电缆，可以通过单根数字电缆传输3个模拟分量和4个音频通道。NDI已经超越了单纯的音视频一体化，通过POE供电，视频、音频、摄像头控制、Tally（用于提示演播室的工作状态）、字幕、元数据都可以实现。现场仅需将NDI编码器和一根网线，将SDI或HDMI信号编码成NDI流，后端电脑联网即可轻松完成部署， 简化了接口，省去复杂的 SDI / HDMI 连线，省去电脑硬件安装。现在光纤传输技术已经非常成熟，传输距离远，成本低。

使用NDI技术，就可以通过网线代替传统的SDI或HDMI线缆传输。这种IP化传输技术简化了制播系统的构建以及系统内各种信号的传输、调用、复用，使得系统设计、集成、应用、维护、功能拓展等更加简单和灵活，同时节省了SDI或HDMI线缆成本。

3.2　NDI取代传统一对一，实现互连互通

传统SDI线缆连接方式，一根电缆只能传输一路SDI信号。NDI是可以实现多通道传输，任何设备都能连接至其它所有设备，每一个信号源都可以成为目标位置。无需复杂的布线，利用NDI网络互连，即可将传统的SDI/HDMI视频信号，可靠地传输到基于IP的现场节目制作，如各种软硬件制作设备、视频混合器、图像系统等，节省了复杂的设备成本及维护成本。

IP化相对于SDI的优势在于，IP网络架构相对简洁、网络配置灵活，覆盖范围广，传输技术成熟；布线难度低、易维护， 一根网线既可解决数据、 控制、同步和电源。NDI的传输更稳定，抗干扰能力更强。后端电脑可接收前端任意视频源，或者前端任意视频源可被后端多个电脑同时接收（通道数量和现场网络带宽相关）。

4 NDI的发展历史

2015年9月8日美国NewTek公司首次公开披露了NDI技术，迄今为止，已经推出了多个NDI版本。NDI提供了一套工具和SDK。目前最新的版本是NDI 5.5。

5 两种类型的NDI

NDI主要分为两种类型，高带宽NDI（NDI high bandwidth）和NDI|HX。它们都是通过IP传输高质量的视频。

高带宽NDI的特点是采用NDI编码（I帧帧内压缩），通过IP以低延迟实现高质量的视频传输，占用较高的带宽，高清带宽大约100-250Mbps。  而NDI|HX采用H.264或H.265编码压缩视频，特点是在有限带宽下实现高效传输。  NDI|HX 目前已迭代到 NDI|HX 3， 传输带宽可调， 高清带宽约80Mbps。与高带宽 NDI 相比，NDI|HX 会产生一点延迟，但仍然可以接受，仍优于现有的  RTSP 传输延时。延时大小取决于所采用的设备、帧速率、视频分辨率和网络条件。

6 NDI工具

NDI提供了一套免费的工具，工具有Access Manager、Bridge、Remote、Studio Monitor、TestPatterns等。

●NDI Webcam：用于将网络上的任何NDI源用作网络摄像头，相当于一款虚拟摄像头。

●NDI Studio Monitor：NDI视频源的监视器，可以查看和显示局域网内任意NDI源。

●NDI Screen Capture：用户采集显示器的画面并发送到局域网里。

●NDI Test Patterns：测试画面输出，也是NDI源的一种，可用于系统测试。

●NDI Access Manager：用于跨网段。NDI默认在一个网段内，可以自动发现NDI源从而进行连接，如果不在一个网段，就需要这个工具，作为一个跨网段的代理或路由。

●NDI Bridge：可以将原来仅用于局域网的NDI技术，扩展到广域网的应用中。

●NDI Audio Direct：是一整套免费的VST（声音处理程序）插件，提供了基于软件的音频混响处理解决方案。

●NDI Remote：用于接入互联网，并提供给对端一个URL地址。

7总结

目前NDI已经广泛应用于电视节目本地/远程制作、NDI投屏、NDI视频会议、超低延时手术示教等行业，以及一些需要更便捷、低延时、高画质的视频传输场景。当然除了NDI技术外，还有如SRT（Secure Reliable Transport）等多种传输技术，在实际使用过程中，需要综合考虑，根据实际应用来选择合适的解决方案，例如局域网用高质量的NDI编解码、实时调用和制作，而广域网用SRT点对点进行异地低延时传输。

关于NDI的软件和支持NDI的软件很多，如大名鼎鼎的vMix和OBS等，IP化是大势所趋。NDI最大的优势就是可以将HDMI或SDI视频信号传输到IP工作流，同时支持将 IP 工作流中的信号转换为传统的 HDMI 或SDI视频信号，NDI技术给用户提供了一种以低成本切换到IP工作流的解决方案，让节目制作更便捷、顺畅。

作者：郭佩佩 | 来源：青榴实验室