SMPTE ST 2110-10：IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

韋斯·辛普森

本文為描述新SMPTE ST 2110：2017“管理型IP網(wǎng)絡(luò)上專業(yè)媒體”標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)部分的一些主要技術(shù)特點(diǎn)的系列文章之第一篇。

本文撰寫(xiě)之時(shí)，SMPTE 2110標(biāo)準(zhǔn)包括多個(gè)部分，未來(lái)還將增加。前三部分為：

·ST 2110-10系統(tǒng)定時(shí)和定義

·ST 2110-20不壓縮有效視頻

·ST 2110-30 PCM數(shù)字音頻

在不久的將來(lái)將增加關(guān)于視頻流量整形和輔助數(shù)據(jù)的幾個(gè)部分。

要開(kāi)始此系列文章，ST 2110-10是很好的起點(diǎn)。我們開(kāi)始定義一系列適用于2110家族中其余標(biāo)準(zhǔn)的公共元素。特別是ST 2110-10定義傳輸層協(xié)議、數(shù)據(jù)報(bào)尺寸限制、會(huì)話描述協(xié)議要求和時(shí)鐘及它們的定時(shí)關(guān)系。

2110數(shù)據(jù)報(bào)

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（R T P，如I E T F RFC 3550中定義）被選用于2110應(yīng)用，原因是它包含很多在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸媒體信號(hào)所需的特性，而且沒(méi)有某些不合需要的TCP（傳輸控制協(xié)議）方面。采用RTP，不壓縮媒體樣本被分成數(shù)據(jù)報(bào)，它在被傳遞到IP層供進(jìn)一步處理前既有一個(gè)RTP又有一個(gè)附加的UDP報(bào)頭。ST 2110-10定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的1460字節(jié)UDP報(bào)頭尺寸限制（包括UDP和RTP報(bào)頭），這對(duì)超過(guò)450個(gè)24比特音頻樣本或約550像素的4：2：2 10比特不壓縮視頻信號(hào)有足夠的空間。2110還定義一個(gè)8960字節(jié)的擴(kuò)展UDP尺寸限制，在支持以太網(wǎng)巨型幀的網(wǎng)絡(luò)上可能有用。

定時(shí)是一切

ST 2110-10最重要的方面可能與時(shí)鐘和定時(shí)相關(guān)。與SDI和MPEG傳輸流不同，2110系統(tǒng)中每種媒體以獨(dú)立的IP數(shù)據(jù)包流傳輸，這導(dǎo)致要求一種一旦信號(hào)通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)后根據(jù)信號(hào)恰當(dāng)?shù)臅r(shí)序關(guān)系重新調(diào)整它們的機(jī)制。圖1顯示若干此規(guī)范中定義的不同的時(shí)鐘；每個(gè)時(shí)鐘起特定的作用：

？ 精確時(shí)間協(xié)議被用于向網(wǎng)絡(luò)上每一個(gè)設(shè)備分配一個(gè)共同參考時(shí)鐘（精確到1ms以下）；

？ 每個(gè)信號(hào)源保持一個(gè)內(nèi)部設(shè)備時(shí)鐘，它能夠（且應(yīng)該）同步到公共參考時(shí)鐘；

每種信號(hào)類型對(duì)應(yīng)一個(gè)以固定速率前進(jìn)的媒體時(shí)鐘，此時(shí)鐘與每個(gè)媒體信號(hào)的幀率或取樣率相關(guān)聯(lián)；

RTP時(shí)鐘被用于每個(gè)信號(hào)源內(nèi)，產(chǎn)生包含于每個(gè)媒體信號(hào)每個(gè)RTP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭內(nèi)的RTP時(shí)間標(biāo)記。RTP時(shí)鐘與它們相應(yīng)的媒體時(shí)鐘同步。

為理解這些時(shí)鐘如何相關(guān)，考慮一個(gè)采用48k H z取樣的音頻源例子。在該音頻源（如話筒網(wǎng)絡(luò)適配器）內(nèi)，一個(gè)內(nèi)部設(shè)備時(shí)鐘將運(yùn)行，提供此設(shè)備總時(shí)基。此時(shí)鐘應(yīng)同步到通過(guò)采用PTP的網(wǎng)絡(luò)遞送的準(zhǔn)確的公共參考時(shí)鐘，它在大多數(shù)情況下將被依次同步到GPS接收器。內(nèi)部設(shè)備時(shí)鐘然后被用于建立準(zhǔn)確運(yùn)行于48kHz的媒體時(shí)鐘，因此媒體時(shí)鐘計(jì)數(shù)器每“滴答”聲將對(duì)應(yīng)于音頻取樣瞬間的時(shí)間。用于音頻流的RTP時(shí)鐘然后將直接與媒體時(shí)鐘相關(guān)，并被用于產(chǎn)生每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭內(nèi)的RTP時(shí)間標(biāo)記。

用于2110系統(tǒng)的RTP時(shí)間標(biāo)記代表每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)包含的媒體信號(hào)的實(shí)際取樣時(shí)間。在音頻數(shù)據(jù)報(bào)（通常包含一個(gè)以上的每路音頻樣本）的情況下，RTP時(shí)間標(biāo)記代表數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)包含的第一個(gè)音頻樣本的取樣時(shí)間。在視頻數(shù)據(jù)報(bào)（通常要求多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)以傳輸每個(gè)視頻幀）的情況下，一個(gè)RTP時(shí)間標(biāo)記可被數(shù)百乃至數(shù)千數(shù)據(jù)報(bào)共享。注意各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)將有獨(dú)特的包序列號(hào)，因此可相互區(qū)別，分別用于如丟包檢測(cè)和糾錯(cuò)這樣的用途。

在數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)I P網(wǎng)絡(luò)時(shí)，它們通常將遇到變化的傳輸時(shí)延量。這可能起因于I P網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)的緩沖或可能起因于對(duì)各種類型媒體采取的不同處理措施。在它們的目的地，R T P數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭內(nèi)的時(shí)間標(biāo)記可被用于調(diào)整一個(gè)共同時(shí)間線上全部不同的媒體樣本，允許各個(gè)音頻和視頻信號(hào)正確同步以便處理、播出或存儲(chǔ)。

精確同步廣播鏈上任何點(diǎn)的多種媒體之能力提供2110的主要價(jià)值之一。它允許每個(gè)媒體流得到獨(dú)立處理。這意味著如一個(gè)執(zhí)行音頻電平歸一化的設(shè)備不再需要解嵌來(lái)自SDI視頻流的音頻，然后處理音頻及把它重新嵌回SDI。相反，每種媒體信號(hào)可以只通過(guò)這種類型媒體所要求的處理步驟走自己的路徑，并且必要時(shí)依然能夠重新同步到其它媒體，此外，如果全部媒體時(shí)鐘以GPS源時(shí)鐘作為參考的，那么通過(guò)2110，相隔數(shù)百米或數(shù)百千米的兩臺(tái)攝像機(jī)無(wú)需從一臺(tái)發(fā)送同步信號(hào)給另一臺(tái)就可以同步鎖定在一起。這是多么酷的一件事情。

后續(xù)文章將討論SDP（會(huì)話描述協(xié)議）。B&P;