基于以太網(wǎng)AVB技術(shù)的音視頻編碼器設計

謝榮東

摘 要 以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，簡稱Ethernet AVB）是一項新的IEEE 802標準，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的基礎上，通過保障帶寬（ Bandwidth），限制延遲（Latency）和精確時鐘同步（Time synchronization），提供完美的服務質(zhì)量（QoS），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡流媒體應用。本文采用音視頻壓縮專用處理器與一種具有以太網(wǎng)AVB功能的交換芯片，設計了一種具有優(yōu)良的音視頻網(wǎng)絡傳輸特性的音視頻編碼器。

【關(guān)鍵詞】Ethernet AVB 網(wǎng)絡傳輸 音視頻編碼

1 引言

傳統(tǒng)的高清音視頻編碼器一般帶有多個網(wǎng)口，內(nèi)部具有不帶AVB的網(wǎng)絡交換芯片，但這種設備在音視頻網(wǎng)絡傳輸上不太理想，在網(wǎng)絡狀態(tài)出現(xiàn)波動時存在視頻卡頓等現(xiàn)象。在這種情況下，我們需要以流媒體技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡交換技術(shù)為基礎，設計一種真正適合音視頻傳輸?shù)囊粢曨l編碼器，它必須符合流媒體傳輸所特有的連續(xù)性、實時性與時序性的要求。

流媒體是指在網(wǎng)絡上嚴格按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音、視頻數(shù)據(jù)流。流媒體作為特定意義的數(shù)據(jù)流，它有一些獨特的特點：一是連續(xù)性（ continuous），二是實時性（real-time），三是時序性（time-ordered）。實時性和質(zhì)量是流媒體的關(guān)鍵問題。為了保證時延和質(zhì)量，網(wǎng)絡必須提供足夠的帶寬資源，而資源的保證又依賴于許多其他的控制。音視頻等對時間延遲非常敏感，但能容忍某種程度的錯誤（人類視覺冗余度所能接受的）；網(wǎng)絡文本數(shù)據(jù)等非實時媒體，則更注重無誤的傳輸，而在時間上的適度的延遲是可以接受的。

IEEE 802.1 AVB 工作組致力于制定一系列的新標準，對現(xiàn)有的以太網(wǎng)進行功能擴展，主要有精準時鐘步協(xié)議802.1AS（Precise Timing Protocol）， 流預留協(xié)議802.1Qat（Stream Reservation Protocol） ， 隊列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議802.1Qav（Queuing and Forwarding Protocol）。通過建立高質(zhì)量、低延遲、時間同步的音視頻以太網(wǎng)絡，為家庭或企業(yè)提供各種普通數(shù)據(jù)及實時音視頻流的局域網(wǎng)配套解決方案。基于以上分析，重新設計一種基于Ethernet AVB技術(shù)適合音視頻傳輸?shù)木幋a器顯得十分必要。

2 設計方案

本文采用MARVELL? 88e6320是一個單芯片集成7個千兆以太網(wǎng)端口及兩個的千兆以太網(wǎng)收發(fā)器的交換芯片。該芯片支持最新的IEEE 802.1音視頻橋接（AVB）標準的802.1AS、802.1AS、 802.1AS協(xié)議，這些AVB技術(shù)預留網(wǎng)絡資源用于傳輸流和支持精確的流同步，通過這些AVB協(xié)議將音視頻發(fā)送到一個低延遲和服務保證魯棒性的以太網(wǎng)網(wǎng)絡上。

2.1 硬件設計

高清視頻編碼器采用海思編碼芯片作為主處理器，完成視音頻壓縮編碼及ARM嵌入式linux系統(tǒng)，設備具有多路1080P高清輸入接口，多個以太網(wǎng)接口。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。Hi35XX的GMAC接口與88E6320的port6口間通過RGMII接口互聯(lián)，如圖2所示

2.2 網(wǎng)絡功能設計

MARVELL? 88E6320包含影響所有的音視頻橋接（AVB）功能的全局寄存器。這些寄存器通過AVBCommand和AVBData寄存器來訪問。通過使用各種AVB塊AVBBlock值訪問以下3個全局 AVB寄存器：0x0 = 802.1AS精確時間協(xié)議（PTP）和時間的應用程序接口（TAI）寄存器；0x1 = 802.1BA音視頻橋接（AVB）策略寄存器；0x2 = 802.1Qav寄存器。

經(jīng)過設置上述3類寄存器，開啟網(wǎng)絡的AVB功能，保證高品質(zhì)視頻實時傳輸（高帶寬，低時延，低丟包率）。

該編碼器交換功能在硬件上合并，邏輯上分開，同時有完善的單/組播，流量訪問控制、速度限制、遠程管理等智能管理功能。

3 測試對比

分別將傳統(tǒng)帶交換功能多網(wǎng)口的編碼器和本文設計的編碼器接入支持AVB的以太網(wǎng)交換機中，同時將2臺同型號的解碼器接入該交換機中。其中一臺解碼器從傳統(tǒng)編碼器上取流解碼顯示，另一臺解碼器從本文設計的編碼器中取流解碼顯示。再用網(wǎng)絡分析儀往交換機網(wǎng)絡上注入一定的網(wǎng)絡流量，隨著外加網(wǎng)絡流量的增加，傳統(tǒng)編碼器首先出現(xiàn)碼騫克現(xiàn)象，圖象的時間明顯加大。經(jīng)過對比測試，該編碼器的視頻實時性與流暢度明顯高于傳統(tǒng)編碼器。因此，從總體上看，該編碼器具有優(yōu)良的網(wǎng)絡傳輸特性，有很好的應用前景。

作者單位

杭州中威電子股份有限公司 浙江省杭州市 310000

摘 要 以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，簡稱Ethernet AVB）是一項新的IEEE 802標準，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的基礎上，通過保障帶寬（ Bandwidth），限制延遲（Latency）和精確時鐘同步（Time synchronization），提供完美的服務質(zhì)量（QoS），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡流媒體應用。本文采用音視頻壓縮專用處理器與一種具有以太網(wǎng)AVB功能的交換芯片，設計了一種具有優(yōu)良的音視頻網(wǎng)絡傳輸特性的音視頻編碼器。

【關(guān)鍵詞】Ethernet AVB 網(wǎng)絡傳輸 音視頻編碼

1 引言

傳統(tǒng)的高清音視頻編碼器一般帶有多個網(wǎng)口，內(nèi)部具有不帶AVB的網(wǎng)絡交換芯片，但這種設備在音視頻網(wǎng)絡傳輸上不太理想，在網(wǎng)絡狀態(tài)出現(xiàn)波動時存在視頻卡頓等現(xiàn)象。在這種情況下，我們需要以流媒體技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡交換技術(shù)為基礎，設計一種真正適合音視頻傳輸?shù)囊粢曨l編碼器，它必須符合流媒體傳輸所特有的連續(xù)性、實時性與時序性的要求。

流媒體是指在網(wǎng)絡上嚴格按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音、視頻數(shù)據(jù)流。流媒體作為特定意義的數(shù)據(jù)流，它有一些獨特的特點：一是連續(xù)性（ continuous），二是實時性（real-time），三是時序性（time-ordered）。實時性和質(zhì)量是流媒體的關(guān)鍵問題。為了保證時延和質(zhì)量，網(wǎng)絡必須提供足夠的帶寬資源，而資源的保證又依賴于許多其他的控制。音視頻等對時間延遲非常敏感，但能容忍某種程度的錯誤（人類視覺冗余度所能接受的）；網(wǎng)絡文本數(shù)據(jù)等非實時媒體，則更注重無誤的傳輸，而在時間上的適度的延遲是可以接受的。

IEEE 802.1 AVB 工作組致力于制定一系列的新標準，對現(xiàn)有的以太網(wǎng)進行功能擴展，主要有精準時鐘步協(xié)議802.1AS（Precise Timing Protocol）， 流預留協(xié)議802.1Qat（Stream Reservation Protocol） ， 隊列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議802.1Qav（Queuing and Forwarding Protocol）。通過建立高質(zhì)量、低延遲、時間同步的音視頻以太網(wǎng)絡，為家庭或企業(yè)提供各種普通數(shù)據(jù)及實時音視頻流的局域網(wǎng)配套解決方案。基于以上分析，重新設計一種基于Ethernet AVB技術(shù)適合音視頻傳輸?shù)木幋a器顯得十分必要。

2 設計方案

本文采用MARVELL? 88e6320是一個單芯片集成7個千兆以太網(wǎng)端口及兩個的千兆以太網(wǎng)收發(fā)器的交換芯片。該芯片支持最新的IEEE 802.1音視頻橋接（AVB）標準的802.1AS、802.1AS、 802.1AS協(xié)議，這些AVB技術(shù)預留網(wǎng)絡資源用于傳輸流和支持精確的流同步，通過這些AVB協(xié)議將音視頻發(fā)送到一個低延遲和服務保證魯棒性的以太網(wǎng)網(wǎng)絡上。

2.1 硬件設計

高清視頻編碼器采用海思編碼芯片作為主處理器，完成視音頻壓縮編碼及ARM嵌入式linux系統(tǒng)，設備具有多路1080P高清輸入接口，多個以太網(wǎng)接口。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。Hi35XX的GMAC接口與88E6320的port6口間通過RGMII接口互聯(lián)，如圖2所示

2.2 網(wǎng)絡功能設計

MARVELL? 88E6320包含影響所有的音視頻橋接（AVB）功能的全局寄存器。這些寄存器通過AVBCommand和AVBData寄存器來訪問。通過使用各種AVB塊AVBBlock值訪問以下3個全局 AVB寄存器：0x0 = 802.1AS精確時間協(xié)議（PTP）和時間的應用程序接口（TAI）寄存器；0x1 = 802.1BA音視頻橋接（AVB）策略寄存器；0x2 = 802.1Qav寄存器。

經(jīng)過設置上述3類寄存器，開啟網(wǎng)絡的AVB功能，保證高品質(zhì)視頻實時傳輸（高帶寬，低時延，低丟包率）。

該編碼器交換功能在硬件上合并，邏輯上分開，同時有完善的單/組播，流量訪問控制、速度限制、遠程管理等智能管理功能。

3 測試對比

分別將傳統(tǒng)帶交換功能多網(wǎng)口的編碼器和本文設計的編碼器接入支持AVB的以太網(wǎng)交換機中，同時將2臺同型號的解碼器接入該交換機中。其中一臺解碼器從傳統(tǒng)編碼器上取流解碼顯示，另一臺解碼器從本文設計的編碼器中取流解碼顯示。再用網(wǎng)絡分析儀往交換機網(wǎng)絡上注入一定的網(wǎng)絡流量，隨著外加網(wǎng)絡流量的增加，傳統(tǒng)編碼器首先出現(xiàn)碼騫克現(xiàn)象，圖象的時間明顯加大。經(jīng)過對比測試，該編碼器的視頻實時性與流暢度明顯高于傳統(tǒng)編碼器。因此，從總體上看，該編碼器具有優(yōu)良的網(wǎng)絡傳輸特性，有很好的應用前景。

作者單位

杭州中威電子股份有限公司 浙江省杭州市 310000

摘 要 以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)（Ethernet Audio/Video Bridging，簡稱Ethernet AVB）是一項新的IEEE 802標準，其在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡的基礎上，通過保障帶寬（ Bandwidth），限制延遲（Latency）和精確時鐘同步（Time synchronization），提供完美的服務質(zhì)量（QoS），以支持各種基于音頻、視頻的網(wǎng)絡流媒體應用。本文采用音視頻壓縮專用處理器與一種具有以太網(wǎng)AVB功能的交換芯片，設計了一種具有優(yōu)良的音視頻網(wǎng)絡傳輸特性的音視頻編碼器。

【關(guān)鍵詞】Ethernet AVB 網(wǎng)絡傳輸 音視頻編碼

1 引言

傳統(tǒng)的高清音視頻編碼器一般帶有多個網(wǎng)口，內(nèi)部具有不帶AVB的網(wǎng)絡交換芯片，但這種設備在音視頻網(wǎng)絡傳輸上不太理想，在網(wǎng)絡狀態(tài)出現(xiàn)波動時存在視頻卡頓等現(xiàn)象。在這種情況下，我們需要以流媒體技術(shù)和現(xiàn)代網(wǎng)絡交換技術(shù)為基礎，設計一種真正適合音視頻傳輸?shù)囊粢曨l編碼器，它必須符合流媒體傳輸所特有的連續(xù)性、實時性與時序性的要求。

流媒體是指在網(wǎng)絡上嚴格按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音、視頻數(shù)據(jù)流。流媒體作為特定意義的數(shù)據(jù)流，它有一些獨特的特點：一是連續(xù)性（ continuous），二是實時性（real-time），三是時序性（time-ordered）。實時性和質(zhì)量是流媒體的關(guān)鍵問題。為了保證時延和質(zhì)量，網(wǎng)絡必須提供足夠的帶寬資源，而資源的保證又依賴于許多其他的控制。音視頻等對時間延遲非常敏感，但能容忍某種程度的錯誤（人類視覺冗余度所能接受的）；網(wǎng)絡文本數(shù)據(jù)等非實時媒體，則更注重無誤的傳輸，而在時間上的適度的延遲是可以接受的。

IEEE 802.1 AVB 工作組致力于制定一系列的新標準，對現(xiàn)有的以太網(wǎng)進行功能擴展，主要有精準時鐘步協(xié)議802.1AS（Precise Timing Protocol）， 流預留協(xié)議802.1Qat（Stream Reservation Protocol） ， 隊列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議802.1Qav（Queuing and Forwarding Protocol）。通過建立高質(zhì)量、低延遲、時間同步的音視頻以太網(wǎng)絡，為家庭或企業(yè)提供各種普通數(shù)據(jù)及實時音視頻流的局域網(wǎng)配套解決方案。基于以上分析，重新設計一種基于Ethernet AVB技術(shù)適合音視頻傳輸?shù)木幋a器顯得十分必要。

2 設計方案

本文采用MARVELL? 88e6320是一個單芯片集成7個千兆以太網(wǎng)端口及兩個的千兆以太網(wǎng)收發(fā)器的交換芯片。該芯片支持最新的IEEE 802.1音視頻橋接（AVB）標準的802.1AS、802.1AS、 802.1AS協(xié)議，這些AVB技術(shù)預留網(wǎng)絡資源用于傳輸流和支持精確的流同步，通過這些AVB協(xié)議將音視頻發(fā)送到一個低延遲和服務保證魯棒性的以太網(wǎng)網(wǎng)絡上。

2.1 硬件設計

高清視頻編碼器采用海思編碼芯片作為主處理器，完成視音頻壓縮編碼及ARM嵌入式linux系統(tǒng)，設備具有多路1080P高清輸入接口，多個以太網(wǎng)接口。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。Hi35XX的GMAC接口與88E6320的port6口間通過RGMII接口互聯(lián)，如圖2所示

2.2 網(wǎng)絡功能設計

MARVELL? 88E6320包含影響所有的音視頻橋接（AVB）功能的全局寄存器。這些寄存器通過AVBCommand和AVBData寄存器來訪問。通過使用各種AVB塊AVBBlock值訪問以下3個全局 AVB寄存器：0x0 = 802.1AS精確時間協(xié)議（PTP）和時間的應用程序接口（TAI）寄存器；0x1 = 802.1BA音視頻橋接（AVB）策略寄存器；0x2 = 802.1Qav寄存器。

經(jīng)過設置上述3類寄存器，開啟網(wǎng)絡的AVB功能，保證高品質(zhì)視頻實時傳輸（高帶寬，低時延，低丟包率）。

該編碼器交換功能在硬件上合并，邏輯上分開，同時有完善的單/組播，流量訪問控制、速度限制、遠程管理等智能管理功能。

3 測試對比

分別將傳統(tǒng)帶交換功能多網(wǎng)口的編碼器和本文設計的編碼器接入支持AVB的以太網(wǎng)交換機中，同時將2臺同型號的解碼器接入該交換機中。其中一臺解碼器從傳統(tǒng)編碼器上取流解碼顯示，另一臺解碼器從本文設計的編碼器中取流解碼顯示。再用網(wǎng)絡分析儀往交換機網(wǎng)絡上注入一定的網(wǎng)絡流量，隨著外加網(wǎng)絡流量的增加，傳統(tǒng)編碼器首先出現(xiàn)碼騫克現(xiàn)象，圖象的時間明顯加大。經(jīng)過對比測試，該編碼器的視頻實時性與流暢度明顯高于傳統(tǒng)編碼器。因此，從總體上看，該編碼器具有優(yōu)良的網(wǎng)絡傳輸特性，有很好的應用前景。

作者單位

杭州中威電子股份有限公司 浙江省杭州市 310000