在制作及其它業(yè)務(wù)應(yīng)用中部署IP視頻網(wǎng)最常為人引用的好 處是能夠使用基于IT的商用現(xiàn)貨設(shè)備，這可以利用與相對較小的 廣電業(yè)相比大得多的IT行業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。更多的優(yōu)點包括降低布 線成本和電纜重量以及提供更靈活的制作選擇的更大的路由靈活 性。這些優(yōu)點迷住了業(yè)界，廣播機構(gòu)已在努力盡早地部署IP視頻 網(wǎng)絡(luò)。不能比部署落后太遠(yuǎn)的是需要有效診斷和解決故障。

　　在之前“實現(xiàn)混合的IP/SDI制作架構(gòu)”一文中，談到IP產(chǎn) 生技術(shù)和技能新挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括抖動、延遲以及丟包風(fēng)險和 網(wǎng)絡(luò)不對稱(這導(dǎo)致不同的上下行路徑延遲)。

　　部署IP用于視頻制作實際上是視頻工程和網(wǎng)絡(luò)工程兩個世界 的碰撞。視頻工程師很舒服地使用SDI、同軸電纜、插線面板、用 于定時同步的黑場參考信號和三同步信號，尤其是監(jiān)測信號質(zhì)量。 視頻工程師的挑戰(zhàn)是了解IT技術(shù)以及IT基礎(chǔ)設(shè)施對視頻的影響。

　　另一方面，網(wǎng)絡(luò)工程師熟悉和很舒服地使用IP流、協(xié)議、網(wǎng) 絡(luò)流量、路由器配置以及用于定時的精確時間協(xié)議(PTP)和網(wǎng) 絡(luò)時間協(xié)議(NTP)。不過，最大的差異是在大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心應(yīng) 用中，數(shù)據(jù)丟失可重新發(fā)送，而對高碼率視頻事實并非如此。網(wǎng) 絡(luò)工程師的挑戰(zhàn)是了解視頻技術(shù)及其對IT基礎(chǔ)設(shè)施的影響。

　　第一步 克服抖動

　　在數(shù)字系統(tǒng)中，抖動是與信號的規(guī)則周期性的偏差。在IP網(wǎng) 絡(luò)中，抖動是接收端包到達(dá)間隔的偏差。如果網(wǎng)絡(luò)路由器和交換 機都正確配置和運行，那么最常見的抖動原因是在路由器/交換 機接口的網(wǎng)絡(luò)擁塞。

　　網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的應(yīng)用將可能要求數(shù)據(jù)以非猝發(fā)形式被接收，因 此，接收設(shè)備采用一種去抖動緩沖器，應(yīng)用接收來自該緩沖器的 包而不是直接接收。如圖1所示，包以常規(guī)速度從緩沖器流出，消 除包流進(jìn)緩沖器的時間偏差。

　　圖1 包抖動是包到達(dá)時間間隔周期性的偏差

　　包從去抖動緩沖器流出的速率被稱為“流失率”。緩沖器接 受數(shù)據(jù)的速率被稱為“填充率”。如果緩沖器尺寸太小，那么如 果流失率超過填充率，則它最終將下溢，導(dǎo)致包流動停滯。如果 下沉率超過流失率，那么緩沖器最終將溢出，導(dǎo)致丟包。不過，如果緩沖器尺寸太大，那么網(wǎng)絡(luò)單元將產(chǎn)生過量的延遲。

　　標(biāo)繪出包到達(dá)時間間隔的時間標(biāo)記與時間的關(guān)系，可測量抖 動，如圖2所示。

　　圖2 包到達(dá)時間間隔對時間圖

　　這對確定抖動隨時間的變化是有用的，但能夠以直方圖形式 標(biāo)繪出包到達(dá)時間間隔與出現(xiàn)頻率的分布也是有用的。如果抖動 值很大，導(dǎo)致要接收的包超出去抖動緩沖器范圍，那么這些超出 范圍的包就被丟失。能夠確定如圖3中例子這樣的異常值有助于確 定網(wǎng)絡(luò)抖動性能可能是或已經(jīng)是丟包原因。

　　一連串長到達(dá)時間間隔的包將不可避免地導(dǎo)致一連串猝發(fā) 的短到達(dá)時間間隔的包，正是這猝發(fā)的數(shù)據(jù)流可能導(dǎo)致緩沖區(qū)溢 出狀況和丟包。如果超過剩余緩沖區(qū)大小的時間長度的一段時間 (微秒單位)下沉速率超過流失率，這種情況就會發(fā)生。

　　第二步 規(guī)定去抖動緩沖區(qū)容量

　　為規(guī)定必要的去抖動緩沖區(qū)容量，采用了另一種稱為延遲因 數(shù)(DF)的抖動測量方式。延遲因數(shù)為一種時域測量，指示去抖 動數(shù)據(jù)流必需的時域緩沖區(qū)尺寸。

　　在IP視頻網(wǎng)絡(luò)中，媒體有效載荷通過RTP(實時協(xié)議)傳輸。DF測量的一種形式利用RTP報頭傳輸反映RTP數(shù)據(jù)包取樣 瞬間的時間標(biāo)記信息的這個事實。這被稱為“時間標(biāo)記的延遲因 數(shù)”或TS-DF(EBU Tech 3337所定義)，代表微秒單位的時 域緩沖區(qū)容量，如圖所示。

　　TS-DF表示當(dāng)時的緩沖器大小(微秒單位)

　　TS-DF測量基于相對過渡時間，它是數(shù)據(jù)包的RTP時間標(biāo) 記和到達(dá)時間接收端的時鐘之間的偏差，以微秒為單位測量。測 量周期為1秒，測量周期的第一個包被認(rèn)為無抖動，并被用作參考 包。

　　對以后每個包，計算該數(shù)據(jù)包和參考包之間的相對過渡時 間，在測量周期結(jié)束時，提取最大和最小值，計算時間標(biāo)記的延 遲因數(shù)：

　　TS-DF = D(最大)– D(最小)

　　第三步 找到根本原因

　　為確定根本原因，必須清楚可見損傷是由IP誤碼導(dǎo)致還是其 它一些差錯導(dǎo)致。圖5表示一個網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測工具用于跟蹤時間相關(guān)的 視頻和IP誤碼的方式。這是通過關(guān)聯(lián)視頻誤碼的時間標(biāo)記和RTP 包差錯實現(xiàn)的。

　　視頻CRC誤碼本身并不能證實視頻受損，因此使用如圖像和 波形顯示器以及音頻條這樣的傳統(tǒng)監(jiān)測方式是可取的。

　　IP視頻網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備時鐘沒有固有的系統(tǒng)時間概念，因此精確 時間協(xié)議(RTP)被用于同步這些時鐘。最新版的是IEEE 1588- 2008，亦稱為RTP第二版本，與SMPTE ST 2059 PTP檔一起， 專門用于廣播應(yīng)用。

　　事實上，PTP提供與SDI網(wǎng)絡(luò)中黑場參考信號或三電平同步 信號提供的等效的同步鎖相功能。總PTP網(wǎng)絡(luò)時間服務(wù)器被稱為 “PTP源時鐘”，從PTP導(dǎo)出它們的時間的設(shè)備被稱為“PTP從 設(shè)備”。PTP源時鐘通常同步于GPS、GLONASS或兩者。

　　在可預(yù)見的未來，許多視頻網(wǎng)絡(luò)將混合采用SDI和IP。為實 現(xiàn)SDI和IP導(dǎo)出內(nèi)容之間的幀精確切換，黑場/三電平同步的定時 相對PTP時鐘沒有偏差至關(guān)重要。

　　這是通過測量PTP時鐘和黑場/三電平同步之間的定時偏 差，然后參照PTP時鐘偏移SDI同步信號，進(jìn)行必要的校正，從 而實現(xiàn)這個目的。

　　第四步 最后考慮

　　在現(xiàn)場制作應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)專家可能不在制作現(xiàn)場，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 也可能不一定在容易進(jìn)入的地點。任何診斷設(shè)備可被網(wǎng)絡(luò)和視頻 工程師遠(yuǎn)程控制是可取的。

　　全I(xiàn)P架構(gòu)是全世界大部分廣播機構(gòu)的愿景，并且已經(jīng)在許多 設(shè)施開始出現(xiàn)。不過，現(xiàn)實是轉(zhuǎn)換不會一蹴而就，導(dǎo)致必須管理 混合SDI和IP基礎(chǔ)設(shè)施，因此IP和視頻工程師要緊密合作，確保無縫運行和快速查出故障。