Аудио-видео мост - Audio Video Bridging

AVB
Знак сертификации AVnu.jpg
Знак сертификации AVnu
Информация о производителе
ПроизводительIEEE, AVnu
Дата разработкиСентябрь 2011 г.; 9 лет назад (Сентябрь 2011 г.)
Сетевая совместимость
Переключаемыйда
МаршрутизируемыйНет
Ethernet скорость передачи данныхFast Ethernet, Гигабитный Ethernet, 5GBASE-T, 10 Гбит Ethernet, 25 Гбит Ethernet, 40 Гбит Ethernet
Технические характеристики аудио
Минимум задержка2 (макс.) РС[1]
Максимальное количество каналов на ссылку256
Максимум частота выборки192 кГц[2]
Максимум битовая глубина32-битная плавающая точка[2]:пункт 8.3

Аудио-видео мост (AVB) - это общее название набора технические стандарты которые обеспечивают улучшенную синхронизацию, низкую задержку и надежность для переключился Ethernet сети.[3] AVB воплощает в себе следующие технологии и стандарты:

  • IEEE 802.1AS -2011: Расчет времени и синхронизация для приложений, чувствительных ко времени (gPTP);
  • IEEE 802.1Qav -2009: Пересылка и организация очереди для потоков, чувствительных ко времени (FQTSS);
  • IEEE 802.1Qat -2010: Протокол резервирования потока (SRP);
  • IEEE 802.1BA-2011:[4] Системы аудио-видео мостов (AVB);
  • IEEE 1722-2011 транспортный протокол уровня 2 для чувствительных ко времени приложений (транспортный протокол AV, AVTP); и
  • IEEE 1722.1-2013 Протокол обнаружения, перечисления, управления и контроля устройств (AVDECC).

Поправки IEEE 802.1Qat и 802.1Qav были включены в базовую IEEE 802.1Q -2011 документ, определяющий работу Мосты управления доступом к среде (MAC) и Виртуальные мостовые локальные сети.

AVB был первоначально разработан Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) Группа задач Audio Video Bridging IEEE 802.1 комитет по стандартам. В ноябре 2012 года группа задач Audio Video Bridging была переименована в Сеть, чувствительная ко времени группа задач, чтобы отразить расширенный объем своей работы, который должен «предоставить спецификации, которые позволят синхронизированные по времени потоковые услуги с низкой задержкой через IEEE 802 сети ».[5] Дальнейшие усилия по стандартизации продолжаются в группе задач IEEE 802.1 TSN.

Чтобы обеспечить взаимодействие между устройствами, реализующими стандарты AVB и TSN, AVnu Alliance разрабатывает сертификацию устройств для автомобильного, потребительского и профессионального рынка аудио и видео.[6]

Фон

Аналоговое аудио-видео (AV) оборудование исторически использовало односторонние одноцелевые соединения точка-точка. Даже цифровые AV-стандарты, такие как S / PDIF для аудио и последовательный цифровой интерфейс (SDI) для видео сохраните эти свойства. Такая модель подключения приводит к появлению большого количества запутанных кабелей, особенно в профессиональных приложениях и высококачественном аудио.[7]

Электромонтаж коммутационного блока внешнего вещательного фургона

Попытки решить эти проблемы были основаны на многоточечных сетевых топологиях, таких как IEEE 1394 (FireWire) и включенная адаптация стандартных коммутируемых компьютерная сеть такие технологии как Аудио через Ethernet и Аудио через IP. К сожалению, профессиональные, домашние и автомобильные AV-решения стали использовать специализированные протоколы, которые не взаимодействуют между собой, или стандартные ИТ-протоколы, в то время как стандартные компьютерные сети не обеспечивали жестких качество обслуживания со строгим таймингом и предсказуемой или ограниченной задержкой.[7]

Чтобы преодолеть эти ограничения, сети Audio Video Bridging передают несколько аудиовизуальных потоков через стандартные Коммутаторы Ethernet (т.е. Мосты MAC) соединены в топология иерархического дерева. AVB включает слой 2 протоколы для резервирования полосы пропускания соединения и определения приоритетов сетевого трафика, которые гарантируют точную синхронизацию и низкую задержку передачи для каждого потока.[7]

Тесная синхронизация между несколькими AV-потоками необходима для синхронизация губ между видео и связанными аудиопотоками, чтобы несколько динамиков с цифровым подключением находились в фазе в профессиональной среде (что требует точности 1 мкс), а также для предотвращения опоздания на конечную точку аудио- или видеопакетов, что приводит к пропущенному кадру видео и нежелательному глюки звука, такие как треск или тишина. Задержка в наихудшем случае, включая буферизацию источника и получателя, должна быть низкой и детерминированной: задержка пользовательского интерфейса должна составлять около 50 мс, чтобы нажатие кнопки и последующее действие воспринимались как происходящие мгновенно, и 2 мс для живого выступления или студийной работы. [7]

Резюме

Рисунок 2 - Подключения AVB

Аудио / видео мосты реализованы в виде коммутируемой сети Ethernet, которая работает, резервируя часть доступного Ethernet для AV-трафика. Архитектура AVB имеет три основных отличия:

IEEE 802.1BA является зонтичным стандартом для этих трех основных технологий, который определяет конфигурации для конкретных приложений и рабочие процедуры для устройств в коммутируемых аудио-видео сетях.

Новый Слой-2 протоколы конфигурации работают с обратно совместимыми расширениями формата кадра Ethernet 802.1; такие минимальные изменения позволяют устройствам AVB сосуществовать и обмениваться данными в стандартных ИТ-сетях, однако только коммутаторы с поддержкой AVB и конечная точка могут резервировать сетевые ресурсы с контролем доступа и синхронизировать местное время с основными часами, что требуется для чувствительного ко времени трафика с низкой задержкой. .

Трафик AVB реплицируется в многоадресном режиме с одним говорящим (инициатором потока) и несколькими слушателями. Пакеты AVB отправляются с регулярными интервалами в выделенных временных интервалах, предотвращая конфликты для AV-трафика. AVB гарантирует задержку 2 мс для трафика класса A и 50 мс для трафика класса B в течение максимум 7 переходов с периодом передачи 125 мкс для трафика класса A и 250 мкс для трафика класса B.

Сетевой временной домен IEEE 802.1AS включает все устройства, которые обмениваются данными с использованием протокола gPTP. Гроссмейстер - это устройство, выбранное в качестве эталонных часов; спецификация 802.1BA требует, чтобы каждый говорящий и сетевой мост был совместим с грандмастером.

Протоколы управления каналом 802.3 и протоколы измерения задержки канала 802.1AS вычисляют задержку приема-передачи до конечной точки AVB; это должно быть лучше, чем задержка в наихудшем случае из алгоритма задержки однорангового узла 802.1AS.

Протоколы более высокого уровня могут использовать информацию о часах 802.1AS, чтобы установить точное время представления для каждого AV-потока.

AV транспорт и настройка

IEEE 1722 AVTP

Смотрите также: Аудио через Ethernet

IEEE Std 1722-2011[8] для Слой 2 Audio Video Transport Protocol (AVTP) определяет детали для передачи IEEE 1394 /МЭК 61883 потоки и другие AV-форматы, устанавливая время представления для каждого AV-потока и управляя задержками из наихудшего случая задержки, вычисляемой протоколом gPTP.

IEEE 1722.1 AVDECC

IEEE Std 1722.1-2013[9] - это стандарт, который позволяет обнаружение, перечисление, управление подключением и контроль AVB (AVDECC) устройств с использованием IEEE Std 1722-2011. AVDECC определяет операции по обнаружению добавления и удаления устройств, извлечению модели объекта устройства, подключению и отключению потоков, управлению устройством и статусом подключения, а также устройствам удаленного управления.

Совместимость

Службы более высокого уровня могут улучшить синхронизацию и задержку передачи мультимедиа, сопоставив идентификатор потока AVB с идентификаторами внутреннего потока и основывая внутренние временные метки на основных часах gPTP.

IEEE 1733

IEEE Std 1733-2011[10] определяет Слой 3 профиль протокола для Транспортный протокол в реальном времени (RTP) приложения с RTCP формат полезной нагрузки, который назначает идентификатор потока из SRP идентификатору источника синхронизации (SSRC) RTP и коррелирует временные метки RTP для времени представления с главными часами 802.1AS gPTP.

AES67

AES67 основан на стандартном RTP через UDP / IP и IEEE 1588 Протокол точного времени (PTPv2) для тайминга; совместимость с AVB / TSN может быть достигнута путем связывания информации синхронизации IEEE 802.1AS с данными полезной нагрузки AES67 PTPv2.[11][12][13][14]

Реализация AES67 с совместимостью AVB была продемонстрирована на InfoComm 2016.[15][16]

Милан

В 2018 г. Авну Альянс объявила об инициативе в Милане по продвижению совместимости устройств AVB и обеспечению сертификации и тестирования продукции.[17]

Согласно спецификации требуется синхронизация носителя на основе AVTP CRF (эталонный формат тактовой частоты) и частота дискретизации 48 кГц (опционально 96 и 192 кГц); формат аудиопотока основан на AVTP МЭК 61883 -6 32-битный стандартный аудиоформат AAF с 8 каналами на поток (опционально, 24- и 32-битный формат высокой емкости с 56 и 64 каналами). Резервирование обеспечивается двумя независимыми логическими сетями для каждой конечной точки и механизмом плавного переключения.[17]

DetNet

IETF Детерминированная сеть (DetNet) Рабочая группа работает над определением детерминированных трактов данных с границами задержки, потерь и вариации задержки пакетов (джиттер), а также высокой надежности. DetNet должна работать как над сегментами моста уровня 2, так и над сегментами с маршрутизацией уровня 3, полагаясь по возможности на взаимодействие с коммутаторами AVB / TSN.[18]

Одно из возможных применений DetNet - это профессиональные аудио / видео системы, такие как производство музыки и фильмов, вещание, кинотеатр, живой звук и системы для больших площадок (стадионы, залы, конференц-центры, тематические парки, аэропорты, вокзалы и т. Д.). для публичного обращения, потоковой передачи мультимедиа и экстренного сообщения. Заявленная цель состоит в том, чтобы обеспечить географически распределенную, кампусную / корпоративную Интранет для доставки контента с ограниченной низкой задержкой (10-15 мс). Одна сеть должна обрабатывать как аудио / видео, так и ИТ-трафик, с маршрутизацией уровня 3 поверх сетей QoS AVB, чтобы обеспечить совместное использование контента между сегментами AVB уровня 2 и обеспечить IntServ и DiffServ интеграция с AVB, где это возможно. Неиспользованная зарезервированная полоса пропускания должна быть освобождена для трафика максимального усилия. Стек протоколов должен иметь возможность Plug-and-play сверху вниз, чтобы уменьшить ручную настройку и администрирование, позволять быстро изменять сетевые устройства и топологию сети.[19]

Крупномасштабные сети AVB, например, используемые ESPN Спортивный центр Вещательный центр «Цифровой центр 2», в котором размещены несколько отдельных студий, проложен с использованием волоконно-оптических линий длиной в тысячу миль и имеет пропускную способность десять Тбит / с для сотни тысяч сигналов, передаваемых одновременно; при отсутствии стандартного решения для соединения отдельных сегментов AVB Программно-определяемая сеть требуется роутер.[20][21]

Стандартизация

Работа над A / V streaming началась в IEEE 802.3re 'Жилой Ethernet 'учебная группа в июле 2004 г.[22] В ноябре 2005 г. его перевели в IEEE 802.1 комитет, ответственный за межсетевой мост стандарты.[23]

Набор стандартов Audio Video Bridging
СтандартЗаголовокПоложение делДата публикации
Технические характеристики моста аудио-видео (AVB)
IEEE 802.1BA-2011Аудио-видео мостовые (AVB) системыТекущий, с поправками Cor1-2016 [24]30 сентября 2011 г.
IEEE 802.1Qav-2009Усовершенствования пересылки и организации очередей для чувствительных ко времени потоков (FQTSS)Включено в IEEE 802.1Q-2011 пункт 345 января 2010 г.
IEEE 802.1Qat-2010Протокол резервирования потока (SRP)Включено в IEEE 802.1Q-2011, пункт 3530 сентября 2010 г.
IEEE 802.1Q -2011Мосты управления доступом к среде (MAC) и Виртуальные мостовые локальные сети (включает поправки IEEE 802.1Qav и 802.1Qat)Заменено IEEE 802.1Q-2014/201831 августа 2011 г.
IEEE 802.1AS-2011Время и синхронизация для чувствительных ко времени приложений в мостовых локальных сетях (gPTP )Заменено IEEE 802.1AS-202030 марта 2011 г.
Характеристики чувствительной ко времени сети (TSN)
IEEE 802.1Q -2018Мосты и мостовые сетиТекущий[25]6 июля 2018 г.
IEEE 802.1AB-2016Обнаружение подключения к станции и управлению доступом к среде (Протокол обнаружения канального уровня (LLDP))Текущий[26]11 марта 2016 г.
IEEE 802.1AS-2020Время и синхронизация для приложений, чувствительных ко времени (gPTP )Текущий [27][28]30 января 2020 г.
IEEE 802.1Qcc-2018Протокол резервирования потока (SRP) Улучшения и улучшения производительностиТекущий[29]31 октября 2018 г.
Audio Video Transport Protocol (AVTP) и спецификации AVDECC
IEEE 1733-2011Транспортный протокол уровня 3 для чувствительных ко времени приложений в локальных сетях (RTP)Текущий25 апреля 2011 г.
IEEE 1722-2011Транспортный протокол уровня 2 для чувствительных ко времени приложений в мостовой локальной сети (AVTP)Заменено IEEE 1722-20166 мая 2011
IEEE 1722-2016Транспортный протокол уровня 2 для чувствительных ко времени приложений в мостовой локальной сети (AVTP)Текущий16 декабря 2016 г.
IEEE 1722.1-2013Обнаружение устройств, перечисление, протокол управления и контроля подключений (AVDECC)Текущий23 августа 2013 г.

Рекомендации

  1. ^ «Введение в сеть AVB». Presonus. Получено 2 декабря, 2020.
  2. ^ а б МЭК 61883-6
  3. ^ Крайфельдт, Рик (30 июля 2009 г.). «AVB для профессионального использования аудио / видео» (PDF). Официальный документ AVnu Alliance.
  4. ^ «IEEE 802.1: 802.1BA - Системы аудио-видео мостов (AVB)». www.ieee802.org. Получено 2019-10-21.
  5. ^ "Целевая группа по мосту AV IEEE 802.1". ieee802.org. Получено 2019-10-21.
  6. ^ «АВну Альянс». Официальный веб-сайт. Получено 27 сентября, 2011.
  7. ^ а б c d Майкл Йохас Тинер; и другие. "Без извинений аудио / видео сети: технология, лежащая в основе AVnu" (PDF). Авну Альянс. Архивировано из оригинал (PDF) на 2014-04-05.
  8. ^ «IEEE 1722-2011 - Стандарт IEEE для транспортного протокола уровня 2 для чувствительных ко времени приложений в мостовой локальной сети». standard.ieee.org. Получено 2019-10-21.
  9. ^ «IEEE 1722.1-2013 - Стандарт IEEE для обнаружения устройств, управления подключениями и протокола управления для устройств на базе IEEE 1722 ™». standard.ieee.org. Получено 2019-10-21.
  10. ^ «IEEE 1733-2011 - Стандарт IEEE для транспортного протокола уровня 3 для чувствительных ко времени приложений в локальных сетях». standard.ieee.org. Получено 2019-10-21.
  11. ^ AES67-2018 - Приложение D (Информационное) - Взаимодействие с доменами часов IEEE 802.1AS
  12. ^ AES67-2018 - Приложение C (Информационное) - Сетевой транспорт AVB
  13. ^ Джеффри М. Гарнер, Мишель Уэллетт и Майкл Йохас Тинер (27.09.2012). «Использование сети IEEE 802.1AS в качестве распределенных граничных, обычных или прозрачных часов IEEE 1588». Международный симпозиум IEEE 2010 г. по прецизионной тактовой синхронизации для управления измерениями и связи (ISPCS) (IEEE)
  14. ^ Амайя, Нестор (март 2016 г.). «AES67 ДЛЯ АУДИО ПРОИЗВОДСТВА: ИСТОРИЯ, ПРИМЕНЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ» (PDF). smpte.org. Получено 2019-10-21.
  15. ^ Жоао Мартинс (16.06.2016). «AVB / TSN Momentum и AES67 / AVB Harmony на InfoComm 2016». Получено 2016-12-08.
  16. ^ «Сетевые аудиомодули, микросхемы и программное обеспечение BACH ST2110 AES67 | OEM-решения для разработчиков». Росс Видео. Получено 2019-10-21.
  17. ^ а б "Милан | Пользовательский сетевой протокол для профессиональных СМИ". avnu.org. Получено 2019-10-21.
  18. ^ «Детерминированная сеть (detnet) - Документы». datatracker.ietf.org. Получено 2019-10-21.
  19. ^ Гроссман, Итан (11 ноября 2018 г.). «Обзор сценариев использования DetNet» (PDF). ieee802.org. Получено 2019-10-21.
  20. ^ «Пример использования AVB в цифровом центре ESPN: часть 1». Корпорация цифрового дизайна. 2017-11-10. Получено 2019-10-21.
  21. ^ Редактор, Дэн Дэйли, Аудио. "ESPN's DC2 Scales AVB Large". Группа спортивного видео. Получено 2019-10-21.CS1 maint: дополнительный текст: список авторов (связь)
  22. ^ Ричард Брэнд; и другие. (14 июля 2004 г.). «Жилой Ethernet: интерес к IEEE 802.3» (PDF). Комитет по стандартам IEEE 802.3. Получено 27 сентября, 2011.
  23. ^ «Исследовательская группа по IEEE 802.3 Residential Ethernet». Официальный веб-сайт. Комитет по стандартам IEEE 802.3. 10 января 2006 г.. Получено 27 сентября, 2011.
  24. ^ https://standards.ieee.org/standard/802_1BA-2011.html
  25. ^ https://standards.ieee.org/standard/802_1Q-2018.html
  26. ^ https://standards.ieee.org/standard/802_1AB-2016.html
  27. ^ https://standards.ieee.org/standard/802_1AS-2020.html
  28. ^ «P802.1AS-2020 - Расчет времени и синхронизации для приложений, чувствительных ко времени». 1.ieee802.org. Получено 2019-10-21.
  29. ^ «IEEE 802.1Qcc-2018 - Стандарт IEEE для локальных и городских сетей - Мосты и мостовые сети - Поправка 31: Улучшения протокола резервирования потока (SRP) и улучшения производительности». standard.ieee.org. Получено 2019-10-21.

внешняя ссылка