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(shì)，這兩種趨勢(shì)正在迅速改變專(zhuān)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(duì)點(diǎn)專(zhuān)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(zhuān)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(guò)對(duì)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(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)商級(jí)以太網(wǎng)技術(shù)。

采用以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)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(yíng)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(zhuān)業(yè)工作室混控制標(biāo)清信號(hào)和復(fù)合視頻信號(hào)對(duì)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(guó)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(shì)，這種速度要求將進(jìn)一步增加。

同時(shí)，對(duì)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(chē)已經(jīng)對(duì)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(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求，可以保持對(duì)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(shì)。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(lái)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(guò)使用更密集、性能更高的開(kāi)關(guān)來(lái)簡(jiǎn)化總傳送系統(tǒng)架構(gòu)，這類(lèi)開(kāi)關(guān)有望替代像半輛卡車(chē)一樣大的龐大的遠(yuǎn)程工作室拖車(chē)。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(jiǎn)單的架構(gòu)。

高帶寬流量的分組是一種新興的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)已經(jīng)在電信和運(yùn)營(yíng)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(guò)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(yíng)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(cè)功能類(lèi)似。雖然與多端口吉比特以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)相比，視頻開(kāi)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(guò)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(lái)革命性的成果，這項(xiàng)成果已經(jīng)在近年來(lái)得到了專(zhuān)用硬件供應(yīng)商和美國(guó)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(shì)在于簡(jiǎn)化了運(yùn)營(yíng)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(kāi)發(fā)工作在10Gbps視頻協(xié)議基礎(chǔ)上展開(kāi)，將高端標(biāo)準(zhǔn)瞄準(zhǔn)10G、40G和100G以太網(wǎng)。

在展開(kāi)SDI工作的同時(shí)，美國(guó)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(zhuān)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(guò)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(wú)論在何種情況下，這些趨勢(shì)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(kāi)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(zhuān)用點(diǎn)到點(diǎn)架構(gòu)有可能讓步于與運(yùn)營(yíng)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(kāi)關(guān)類(lèi)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(yíng)商級(jí)以太網(wǎng)領(lǐng)域的各種新興技術(shù)。

新的視頻開(kāi)關(guān)要求不再以過(guò)去需要多少個(gè)端口的方式體現(xiàn)，而是需要控制更長(zhǎng)距離下多吉比特速度時(shí)的抖動(dòng)和回波損耗問(wèn)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(guò)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(jiǎn)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(guò)同時(shí)，隨著通道數(shù)的增加，不同類(lèi)型的視頻信號(hào)需要對(duì)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(lái)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(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和進(jìn)步已經(jīng)在運(yùn)營(yíng)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(kāi)始利用成熟的SDI接口向分組傳輸過(guò)渡階段邁進(jìn)。由于需要監(jiān)測(cè)和控制這類(lèi)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(cè)和控制實(shí)時(shí)問(wèn)題的工具。

半導(dǎo)體公司可以通過(guò)提供對(duì)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(guò)渡過(guò)程。在視頻開(kāi)關(guān)架構(gòu)中選用智能器件可以簡(jiǎn)化過(guò)渡到分組傳輸?shù)倪^(guò)程。

不過(guò)，同時(shí)從理解未來(lái)的多吉比特高清流量如何過(guò)渡到分組傳輸以及如何對(duì)這種分組流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制來(lái)確保傳遞新興高清流量類(lèi)型時(shí)不丟分組的角度來(lái)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。