SMPTE ST 2110-10：IP網絡基礎

韋斯·辛普森

本文為描述新SMPTE ST 2110：2017“管理型IP網絡上專業媒體”標準每個部分的一些主要技術特點的系列文章之第一篇。

本文撰寫之時，SMPTE 2110標準包括多個部分，未來還將增加。前三部分為：

·ST 2110-10系統定時和定義

·ST 2110-20不壓縮有效視頻

·ST 2110-30 PCM數字音頻

在不久的將來將增加關于視頻流量整形和輔助數據的幾個部分。

要開始此系列文章，ST 2110-10是很好的起點。我們開始定義一系列適用于2110家族中其余標準的公共元素。特別是ST 2110-10定義傳輸層協議、數據報尺寸限制、會話描述協議要求和時鐘及它們的定時關系。

2110數據報

實時傳輸協議（R T P，如I E T F RFC 3550中定義）被選用于2110應用，原因是它包含很多在IP網絡上傳輸媒體信號所需的特性，而且沒有某些不合需要的TCP（傳輸控制協議）方面。采用RTP，不壓縮媒體樣本被分成數據報，它在被傳遞到IP層供進一步處理前既有一個RTP又有一個附加的UDP報頭。ST 2110-10定義一個標準的1460字節UDP報頭尺寸限制（包括UDP和RTP報頭），這對超過450個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有足夠的空間。2110還定義一個8960字節的擴展UDP尺寸限制，在支持以太網巨型幀的網絡上可能有用。

定時是一切

ST 2110-10最重要的方面可能與時鐘和定時相關。與SDI和MPEG傳輸流不同，2110系統中每種媒體以獨立的IP數據包流傳輸，這導致要求一種一旦信號通過一個網絡后根據信號恰當的時序關系重新調整它們的機制。圖1顯示若干此規范中定義的不同的時鐘；每個時鐘起特定的作用：

？ 精確時間協議被用于向網絡上每一個設備分配一個共同參考時鐘（精確到1ms以下）；

？ 每個信號源保持一個內部設備時鐘，它能夠（且應該）同步到公共參考時鐘；

每種信號類型對應一個以固定速率前進的媒體時鐘，此時鐘與每個媒體信號的幀率或取樣率相關聯；

RTP時鐘被用于每個信號源內，產生包含于每個媒體信號每個RTP數據報報頭內的RTP時間標記。RTP時鐘與它們相應的媒體時鐘同步。

為理解這些時鐘如何相關，考慮一個采用48k H z取樣的音頻源例子。在該音頻源（如話筒網絡適配器）內，一個內部設備時鐘將運行，提供此設備總時基。此時鐘應同步到通過采用PTP的網絡遞送的準確的公共參考時鐘，它在大多數情況下將被依次同步到GPS接收器。內部設備時鐘然后被用于建立準確運行于48kHz的媒體時鐘，因此媒體時鐘計數器每“滴答”聲將對應于音頻取樣瞬間的時間。用于音頻流的RTP時鐘然后將直接與媒體時鐘相關，并被用于產生每個數據報報頭內的RTP時間標記。

用于2110系統的RTP時間標記代表每個數據報內包含的媒體信號的實際取樣時間。在音頻數據報（通常包含一個以上的每路音頻樣本）的情況下，RTP時間標記代表數據報內包含的第一個音頻樣本的取樣時間。在視頻數據報（通常要求多個數據報以傳輸每個視頻幀）的情況下，一個RTP時間標記可被數百乃至數千數據報共享。注意各個數據報將有獨特的包序列號，因此可相互區別，分別用于如丟包檢測和糾錯這樣的用途。

在數據報通過I P網絡時，它們通常將遇到變化的傳輸時延量。這可能起因于I P網絡設備內的緩沖或可能起因于對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數據報報頭內的時間標記可被用于調整一個共同時間線上全部不同的媒體樣本，允許各個音頻和視頻信號正確同步以便處理、播出或存儲。

精確同步廣播鏈上任何點的多種媒體之能力提供2110的主要價值之一。它允許每個媒體流得到獨立處理。這意味著如一個執行音頻電平歸一化的設備不再需要解嵌來自SDI視頻流的音頻，然后處理音頻及把它重新嵌回SDI。相反，每種媒體信號可以只通過這種類型媒體所要求的處理步驟走自己的路徑，并且必要時依然能夠重新同步到其它媒體，此外，如果全部媒體時鐘以GPS源時鐘作為參考的，那么通過2110，相隔數百米或數百千米的兩臺攝像機無需從一臺發送同步信號給另一臺就可以同步鎖定在一起。這是多么酷的一件事情。

后續文章將討論SDP（會話描述協議）。B&P;