Миграция из SDI в IP

Все чаще в телевизионной индустрии идут разговоры о миграции на IP. Идея заключается в том, чтобы заменить существующий транспорт сигналов по SDI интерфейсу на оптические линии и IP транспорт. Оснований для такой миграции существует несколько: это и набирающие популярность видеоформаты высокой четкости, которым уже не хватает пропускной способности медного коаксиального кабеля; и более гибкая реализация доставки профессиональных телевизионных сигналов по IP внутри телевизионных центров; возможность организации распределенного вещания (remote production) и многие другие причины, продиктованные современными тенденциями. 

Сейчас существует несколько стандартов, описывающих передачу профессионального видеосигнала по IP. 

Основные из них – это группа стандартов SMPTE 2022, описывающая процесс передачи видеосигналов различных форматов по IP.

SMPTE 2022-2 и SMPTE 2022-4 описывают процесс упаковки (инкапсуляции) компрессированного сигнала формата MPEG-2 с постоянным и переменным битрейтом соответственно.

SMPTE 2022-6 представляет наибольший интерес, так как описывает инкапсуляцию некомпрессированных сигналов (SDI) форматов 3G/HD/SD. SDI сигнал целиком с видео, аудио и дополнительными данными инкапсулируется в протокол HBRMT (High-Bitrate Media Transport Protocol), который потом упаковывается в RTP (Real-time Transport Protocol) пакеты (с RTMP timestamps для синхронизации согласно IEEE 1588 Precision Time протоколу) и передается по сети c помощью UDP протокола. Поскольку данный стандарт разрабатывался для передачи видео формата до 3Gb/s, он не очень приспособлен для работы в высокой четкости. Например, для передачи 4К сигнала необходимо четыре 3G потока. 

Источник: Youtube

SMPTE 2022-5 добавляет кодирование FEC в стандарте 2022-6 в случае потери пакетов. Используется для предотвращения коротких подрывов сигнала (для SD – max 33мс, HD – max 6мс, 3G – max 3мс). 

SMPTE 2022-7 предлагает решение проблемы с потерей пакетов в сети без использования FEC. Идея заключается в том, чтобы посылать два одинаковых SMPTE 2022 потока от источника к потребителю по двум разным маршрутам. Приемник автоматически незаметно переключается между потоками в случае потерь на одном из маршрутов. 

Он разработан организацией Video Services Forum (VSF). Основная идея – разделить SDI сигнал на элементарные RTP потоки (обычно видео, аудио и дополнительные данные). Затем данные потоки могут быть порознь доставлены по IP сети от источника к потребителю в любой комбинации в зависимости от потребностей. Данное решение позволяет гибко использовать IP инфраструктуру, отдельно работать с видео-, аудио-, дата-потоками. Например, с сервера идет трансляция фильма с несколькими звуковыми дорожками (на разных языках). На транспортном оборудовании можно выбрать видео и нужный аудио потоки и отправить их потребителю, не передавая по сети лишние данные. 
 
Источник: s-a-m.com

Для передачи некомпрессированного видео в TR-03 используется формат RFC 4175, который поддерживает видео с разрешением до 32767 на 32767, 4:2:0, 4:2:2 и 4:4:4 субдискретизацией, прогрессивную и чересстрочную развертки. Для передачи некомпрессированного аудио по IP используется формат AES67, а для дополнительных данных – IETF. Видео, аудио и дополнительная информация передаются по сети раздельно и для синхронизации таких потоков используется IEEE 1588 Precision Time Protocol и IETF Session Description Protocol 

Adaptive Sample Picture ENcapsulation (ASPEN) создан компанией Evertz для передачи некомпрессированных сигналов форматов Ultra HD/3G/HD/SD по MPEG-2 TS.

ASPEN предлагает доставку сигнала по IP тремя независимыми MPEG2-TS потоками. Для инкапсуляции видео используется стандарт SMPTE RDD-37, для аудио – SMPTE ST-302 и SMPTE ST-2038 для дополнительных данных. Синхронизирует потоки PCR (Program Clock Reference). 

Источник: aspen-community.com

Здесь действует похожая система разделения сигнала на три независимых потока – аудио, видео, дата, как и в TR-03, что обеспечивает необходимую гибкость передачи сигналов. Одним из основных отличий стало использование в качестве транспорта MPEG-2 TS протокола вместо RTP, как в двух предыдущих стандартах.

На основе выше описанных стандартов на рынке сейчас образовались две крупные группы производителей, которые продвигают те или иные решения для миграции из SDI в IP. 

ASPEN Community. Группа производителей Evertz, Ross, Sony, Tektronix, Vizrt и многие другие договорились об использовании в своих продуктах и продвижении на рынке протокола ASPEN. В частности, компании Evertz сейчас предлагает готовое SVDN (Software Defined Video Networking) решение: IP коммутаторы EXE и 3080IPX, а компания Ross добавила в линейку видеомикшеров Acuity интерфейсы 10GbE IP с поддержкой ASPEN, что позволяет их подключать напрямую к IP коммутаторам от Evertz.

AIMS. Альянс производителей, таких как Grass Valley, AVID, EVS, Snell, Nevion, Imagine Communications и многие другие. AIMS (Alliance for IP Media Solutions) выступает за унификацию IP решений и применение открытых стандартов: SMPTE 2022-6 (как наиболее популярный в индустрии), AES67 (стандарт передачи аудио по IP), TR-03 и TR-04 (рекомендация по использованию стандарта SMPTE 2022-6 для видео и AES-67 для аудио). На данный момент, например, компания Grass Valley предлагает широкий набор оборудования (камеры LDX, видеомикшеры K-frame, видеосерверы K2, матрицы Nvision, мультиэкраны Kaleido и др.), который работает по SMPTE 2022-6 стандарту. Есть поддержка компрессии TICO 4:1 для 4К сигнала.

В заключении стоит отметить, что в настоящее время мы видим на рынке производителей телевизионного оборудования битву за умы покупателей и продвижение той или иной концепции развития транспорта сигналов по IP. Пока трудно сказать, за кем последует рынок. И в этом главная проблема. Ведь отсутствие единого признанного стандарта ведет к замедлению миграции конечных пользователей из SDI в IP.