在設計及實施 AV over IP（音視頻網絡傳輸）系統時，延遲是最關鍵的因素之一，理解其原理對各領域從業者至關重要。本文將探討AV over IP應用中的延遲概念、定義關鍵術語、分析不同延遲類型及其在各行業的適用性，并解釋如何在真實場景中測試延遲。
什么是延遲？
在AV over IP解決方案中，延遲指信號從源端（如攝像機或媒體播放器）出發，經過編碼器、網絡、解碼器，最終到達顯示設備的時間差。簡言之，延遲即視頻信號從源到屏的傳輸耗時，通常以毫秒（ms）或微秒（μs）表示。
AV over IP中的常見延遲描述
- 低延遲（Low Latency）：通常低于50 ms（約等于一幀視頻時長）。
- 超低延遲（Ultra-Low Latency, ULL）：低于一幀的延遲（幾毫秒）。
- 零延遲（Zero Latency）：低于100微秒（μs）（0.1 ms）。
這些描述與視頻編解碼類型及壓縮強度直接相關。
壓縮算法對延遲的影響
壓縮是影響延遲的核心因素，需平衡壓縮率、畫質與編解碼耗時：
- 高壓縮率編解碼器（如H.264/265）：帶寬效率優先，適合容忍低延遲的場景，通過高壓縮，降低數據量，但復雜編碼過程增加延遲（30-50 ms）。
- 中等壓縮率編解碼器（如JPEG2000/MJPEG）：適用于超低延遲（Ultra-Low Latency）解決方案。相較于H.264/265，它們的壓縮強度較低，這意味著編碼和解碼速度更快，從而顯著降低延遲。例如，AVPro MXNet Revolution II采用的優化版 JPEG2000 編解碼器支持超低延遲（ULL）模式，可將延遲降至2-4毫秒（ms）。若客戶因成本限制無法部署10G網絡，但延遲仍是關鍵需求，AVPro MXNet Revolution II 是最具成本效益的選擇。需啟用ULL模式時，請聯系AVPro技術支持團隊獲取幫助。
- 輕壓縮或無壓縮（如SDVoE）：以SDVoE（軟件定義視頻以太網傳輸）為代表的解決方案采用極輕量壓縮技術。對于4K@60Hz分辨率的輸入信號，其壓縮比約為1.4:1至1.3:1，在Genlock（同步鎖定）模式下，延遲可低至約100微秒（μs）。而對于4K@30Hz或更低分辨率的輸入信號，SDVoE則采用無損傳輸，進一步降低延遲。根據我們的測試，SDVoE的延遲幾乎無法察覺，因此常被描述為近乎于零延遲（Near-Zero Latency）的解決方案。
壓縮比直接影響延遲，因為更高的壓縮比通常需要在編碼和解碼過程中進行更多計算，這種計算負荷會直接導致延遲增加。反之，若采用低壓縮或無損壓縮，編解碼器能快速處理視頻信號，從而實現更快的傳輸速度。
端到端系統延遲的構成
端到端系統延遲指信號從源端到顯示終端的完整傳輸過程，包括以下環節：
信號源 → HDMI線纜 → 編碼器 → 以太網 → 網絡交換機 → 以太網 → 解碼器 → HDMI線纜 → 顯示設備。
- HDMI線纜：每米延遲約5-10納秒（ns），整體貢獻可忽略（除非使用超長線纜）。
- 以太網線纜：每米延遲約5-50納秒（ns），具體取決于線纜質量和長度。
- 網絡交換機：每臺交換機增加3-10微秒（μs）延遲（受型號和流量影響，管理型交換機可能略高）。
- 編解碼器處理：主要延遲源，取決于編解碼器類型。例如：
- H.264/265編碼延遲：30-50毫秒（ms）。
- SDVoE等輕量編解碼器延遲：<0.1毫秒（ms）。
5.顯示設備：延遲通常為10-30毫秒（ms），專業顯示器可優化至更低。
總延遲為上述所有組件延遲的累加值，即端到端延遲。
測試步驟如下：
- 連接設備：
- 使用HDMI線將Murideo SIX-G信號發生器連接至SDVoE編碼器（型號AC-MXNET-10G-TCVR）的輸入端口。
- 使用HDMI線將Murideo SIX-A分析儀連接至SDVoE解碼器的輸出端口。
- 通過3.5mm模擬音頻線，將SIX-G與SIX-A的SYNC端口互聯。
2. 啟動測試：
- 進入設備的“SYNC & LATENCY TEST（同步與延遲測試）”菜單。
- 按下“OK”按鈕開始測試。
- 讀取測試結果。
測試結果：
- 4K@30Hz直通模式：端到端系統總延遲約為0.1毫秒（100微秒）。
- 4K@60Hz直通模式：端到端總延遲低于0.1毫秒，SIX-A最終顯示讀數為0.0毫秒。
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結論：
基于10G SDVoE系統的端到端測試結果，其整體延遲極低，適合對延遲敏感的應用場景（如實時廣播、醫療手術、電競等）。
關鍵提示：
- 顯示器是系統延遲的主要來源，需選擇低延遲的顯示器或電視以優化整體性能。
- 系統其余組件（編碼器、網絡交換機、解碼器）的延遲貢獻可忽略不計。
注：直通模式（Passthrough Mode）下信號未經壓縮處理，直接傳輸以驗證系統基礎延遲性能。
各垂直行業的延遲需求：
不同行業對延遲的要求差異顯著：
廣播與實況
- 需求：零延遲（≤100 μs），任何可見延遲均不可接受。
- 適用技術：SDVoE。
醫療與手術應用
- 需求：零延遲，手術中需精準實時反饋。
- 適用技術：SDVoE。
企業與教育
- 需求：可容忍低延遲（<50 ms），單幀延遲在演示或課堂中不易察覺。
- 適用技術：H.264/265或JPEG2000。
數字標牌
- 需求：容忍較高延遲，優先考慮成本效益而非瞬時顯示。
- 適用技術：高壓縮編解碼器（如H.264/265）。
電競與游戲場館
- 需求：零延遲，確保流暢響應體驗。
- 適用技術：SDVoE。
模擬與訓練系統（如航空、軍事）
- 需求：零延遲，實現真實交互式模擬。
- 適用技術：SDVoE。
指揮控制中心（安防監控、應急響應）
- 需求：零延遲，依賴實時視頻快速決策。
- 適用技術：SDVoE。
零延遲強制場景（廣播、醫療、電競、模擬訓練、指揮控制）需采用SDVoE等近零延遲技術。
低延遲容忍場景（企業、教育、數字標牌）可靈活選擇壓縮編解碼器以平衡成本與性能。