以太網(wǎng)分組路由技術(shù)加速視頻轉(zhuǎn)換帶寬升級(jí)

標(biāo)簽：SDI 視頻轉(zhuǎn)換

視頻轉(zhuǎn)換現(xiàn)已呈現(xiàn)兩種技術(shù)趨勢，這兩種趨勢正在迅速改變專業(yè)工作室的任務(wù)。視頻編輯中使用的主體信號(hào)從模擬信號(hào)演變成標(biāo)清數(shù)字信號(hào)，然后迅速轉(zhuǎn)換成高清和幾種帶寬更高的標(biāo)準(zhǔn)。視頻聚合曾經(jīng)以點(diǎn)對點(diǎn)專用數(shù)字流為特征，而現(xiàn)在將利用分組交換技術(shù)，并將以太網(wǎng)作為第二層傳遞機(jī)制。

當(dāng)然，專業(yè)工作室定義的視頻轉(zhuǎn)換與企業(yè)LAN甚至WAN主干網(wǎng)中使用的分組交換技術(shù)截然不同。而通過對核心技術(shù)進(jìn)行修改和擴(kuò)展，出現(xiàn)了可使以太網(wǎng)從企業(yè)轉(zhuǎn)移到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)。

采用以太網(wǎng)的優(yōu)勢在于統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣可以實(shí)現(xiàn)更高的傳輸量，因此能夠削減部署和運(yùn)營成本。此外，每鏈路10Gbps以太網(wǎng)帶寬的出現(xiàn)以及音視頻橋接(AVB)等特定于音視頻的機(jī)制為工作室環(huán)境中未被壓縮的高清信號(hào)的傳遞、傳送和切換打下了基礎(chǔ)。

在高清信號(hào)流行之前，專業(yè)工作室混控制標(biāo)清信號(hào)和復(fù)合視頻信號(hào)對于硬件的要求相當(dāng)高。

3G HDTV、3DHDTV、4K2K和超高清標(biāo)準(zhǔn)逐步而穩(wěn)定的出現(xiàn)，將帶寬要求速度帶入數(shù)十吉比特每秒的水平。隨著本地和國內(nèi)外高清產(chǎn)品的拓展以及有望發(fā)展到1080p和3D廣播的趨勢，這種速度要求將進(jìn)一步增加。

同時(shí)，對視頻信號(hào)進(jìn)行編輯和混頻的第一階段工作從中央工作室移到遠(yuǎn)程數(shù)字電視轉(zhuǎn)播車已經(jīng)對硬件提出了新的需求，在低功耗和高集成度方面達(dá)到新的高度。目前，這兩個(gè)目標(biāo)已經(jīng)超出了對信號(hào)質(zhì)量的要求，可以保持對觀眾進(jìn)行不間斷播出。

基于站點(diǎn)的視頻轉(zhuǎn)換技術(shù)現(xiàn)已出現(xiàn)兩種支持密集轉(zhuǎn)換的趨勢。視頻網(wǎng)絡(luò)中IP網(wǎng)關(guān)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)某些用于廣播設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?chuàng)造了條件，使其能夠捕獲和發(fā)送來自遠(yuǎn)程站點(diǎn)的未經(jīng)壓縮的高清視頻。

此外，廣播設(shè)備還通過使用更密集、性能更高的開關(guān)來簡化總傳送系統(tǒng)架構(gòu)，這類開關(guān)有望替代像半輛卡車一樣大的龐大的遠(yuǎn)程工作室拖車。小型視頻轉(zhuǎn)換平臺(tái)可以在遠(yuǎn)程傳送中實(shí)現(xiàn)更小的尺寸、更低的功耗和更簡單的架構(gòu)。

高帶寬流量的分組是一種新興的趨勢，這種趨勢已經(jīng)在電信和運(yùn)營商級(jí)環(huán)境中失去作用。數(shù)字視頻編輯凸顯了新視頻轉(zhuǎn)換架構(gòu)的要求。視頻行業(yè)已經(jīng)從通過RF電纜傳送的模擬輸入和復(fù)合流量演變到具有復(fù)雜控制、可擴(kuò)展性和嵌入式音頻功能的新興架構(gòu)。

這與運(yùn)營商級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)中實(shí)現(xiàn)的某些操作、管理和性能監(jiān)測功能類似。雖然與多端口吉比特以太網(wǎng)開關(guān)相比，視頻開關(guān)仍然以更大的規(guī)模推進(jìn)著性能和可擴(kuò)展性的發(fā)展，但是芯片級(jí)要求卻與分組交換更加接近，特別是在集成式低延遲路由和服務(wù)質(zhì)量分組優(yōu)先級(jí)技術(shù)方面。此外，像IEEE1588協(xié)議這樣的精密定時(shí)協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)微秒以下范圍的分組同步和精密定時(shí)。

如果過渡到多吉比特和十吉比特協(xié)議，高清視頻轉(zhuǎn)換到全分組基礎(chǔ)設(shè)施的要求將具有更高的意義。在有電信流量的情況下，轉(zhuǎn)換到分組視頻將帶來革命性的成果，這項(xiàng)成果已經(jīng)在近年來得到了專用硬件供應(yīng)商和美國電影與電視工程師協(xié)會(huì)(SMPTE)的認(rèn)可。

具有與電信和CATV分組流量的互操作性產(chǎn)品現(xiàn)已浮出水面。其顯著的優(yōu)勢在于簡化了運(yùn)營商級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低了復(fù)雜性和工作成本。初步開發(fā)工作在10Gbps視頻協(xié)議基礎(chǔ)上展開，將高端標(biāo)準(zhǔn)瞄準(zhǔn)10G、40G和100G以太網(wǎng)。

在展開SDI工作的同時(shí)，美國電影與電視工程師協(xié)會(huì)還在研究IP視頻(Video OverIP)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用于視頻傳送和正向糾錯(cuò)的SMPTE2022等新標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)一個(gè)專業(yè)視頻工作室選擇采用分組傳輸技術(shù)時(shí)，它必須采用有效的端到端QoS策略，以確保丟包率最小。

或者，它必須通過采用在SMPTE2022中規(guī)定的FEC技術(shù)，保留在接收端重建分組丟失的能力。無論在何種情況下，這些趨勢都傾向于采用熟悉QoS、網(wǎng)絡(luò)定時(shí)和FEC技術(shù)以及傳統(tǒng)的SMPTESDI方案的廠商提供的半導(dǎo)體開關(guān)和物理層設(shè)備。

隨著視頻架構(gòu)的不斷演進(jìn)，現(xiàn)有的專用點(diǎn)到點(diǎn)架構(gòu)有可能讓步于與運(yùn)營商級(jí)應(yīng)用和電信應(yīng)用中使用的標(biāo)準(zhǔn)化高帶寬以太網(wǎng)開關(guān)類似的分組路由器技術(shù)。不斷實(shí)現(xiàn)更高的可擴(kuò)展性和3-10Gbs范圍內(nèi)更高的每端口速度，催生出QoS、定時(shí)、光學(xué)傳輸和FEC等運(yùn)營商級(jí)以太網(wǎng)領(lǐng)域的各種新興技術(shù)。

新的視頻開關(guān)要求不再以過去需要多少個(gè)端口的方式體現(xiàn)，而是需要控制更長距離下多吉比特速度時(shí)的抖動(dòng)和回波損耗問題。后者將推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化輸入信號(hào)均衡和片上診斷等芯片級(jí)架構(gòu)決策。

與過去相比，現(xiàn)代視頻控制工程師的某些聚合工作變得更加簡單了，這是因?yàn)橛辛塑浖c復(fù)雜的VLSI器件的相互作用，實(shí)時(shí)混頻和聚合變得更加自動(dòng)化了。

不過同時(shí)，隨著通道數(shù)的增加，不同類型的視頻信號(hào)需要對控制臺(tái)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，以了解信號(hào)衰減或損耗以及更加重要的網(wǎng)絡(luò)故障。事實(shí)上，視頻工作室中的控制臺(tái)工程師常常必須以電信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)審查服務(wù)級(jí)別協(xié)議一樣的多層面和復(fù)雜性來監(jiān)控信號(hào)質(zhì)量狀態(tài)。

就觀眾選擇和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性而言，新增的SD、HD和QuadHD代表了最好和最差的時(shí)代。同時(shí)，類似的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和進(jìn)步已經(jīng)在運(yùn)營商和企業(yè)環(huán)境中得以體現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)了由半導(dǎo)體和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件推動(dòng)的新的用戶服務(wù)和價(jià)值水平。

技術(shù)的演進(jìn)和產(chǎn)品的發(fā)布開始利用成熟的SDI接口向分組傳輸過渡階段邁進(jìn)。由于需要監(jiān)測和控制這類視頻流量的聚合，因此所有的視頻切換和傳輸拓?fù)涠急仨毺峁㏎oS能力，并實(shí)現(xiàn)1588和AVB等定時(shí)和流預(yù)留技術(shù)。視頻領(lǐng)域的另一個(gè)促進(jìn)因素將是監(jiān)測和控制實(shí)時(shí)問題的工具。

半導(dǎo)體公司可以通過提供對器件診斷、系統(tǒng)診斷、網(wǎng)絡(luò)定時(shí)和QoS優(yōu)先級(jí)的整體支持，從而順利推進(jìn)這一過渡過程。在視頻開關(guān)架構(gòu)中選用智能器件可以簡化過渡到分組傳輸?shù)倪^程。

不過，同時(shí)從理解未來的多吉比特高清流量如何過渡到分組傳輸以及如何對這種分組流量進(jìn)行監(jiān)測和控制來確保傳遞新興高清流量類型時(shí)不丟分組的角度來講，視頻OEM的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)工程師以及工作室的混合編輯必須共同提高網(wǎng)絡(luò)感知能力。