Головним трендом у розвитку телевізійних технологій є впровадження у виробництво (чит. повсякденне життя) технологій ультра високої роздільної здатності UHDTV 4к або 8к та мережевих технологій. І якщо сегмент «file based», для SD/HD/3G/UHDTV, демонструє сталий прогрес, то у сегменті «stream based» спостерігається певна невизначеність. Невизначеність не віддзеркалює розгубленість виробників щодо шляху майбутнього розвитку – яку технологію обрати у якості базової? Вдосконалювати SDI, намагаючись підняти пропускну спроможність до рівня 4к і більше. Або, остаточно перейти на ІР платформу. Ця невизначеність випливає з відсутності нових підмурків для розвитку того чи іншого напрямку. Хоча вже давно зрозуміло, що майбутнє за ІР рішеннями.
Окрім бажання працювати у мережі, вибір між класичним SDI та ІР спричинений і деякими додатковими чинниками: власне зараз не існує спеціалізованого SDI сигналу для передачі повного 4к та вище відео сигналу. Використовується просте збільшення кількості ліній зв’язку. Це дуже схоже на RGB або YUV інтерфейси за аналогової доби. Але передача одного сигналу одночасно по 4х окремих SDI кабелях не така вже і зручна. Інше обмеження виходить з бурхливого розвитку надшвидкісних відео камер. HD SSM камери доступні зі швидкостями х2, х3, х6. Відповідно збільшується кількість вихідних відео інтерфейсів.
Для вирішення проблеми передачі великої кількості сигналів одночасно, є більш ефективні засоби ніж звичайний SDI.
Аналізуючи події, що відбулися останнім часом, можна зробити майже 100% висновок – телевізійне виробництво переходить на ІР платформу також і для передачі сигналів від/до камер, мікшерів, роутерів, модулів і т.і. Обравши ІР у якості наступного кроку виробники відкривають нові обрії виробництва. Це не лише production та post-production у форматі UHDTV, але й студійне виробництво та ефір. До того ж з’являються нові можливості пов’язані з використанням «хмарних» технологій у будівництві об’єктів телевізійної інфраструктури.
Стандартизація
Підмурком для будь-якої технологічної революції є стандартизація. Якщо у минулому та сьогоденні інженери у визначенні типів сигналів користуються SMPTE-259 для SD SDI (270Mbps), SMPTE-292 для HD SDI (1.485Gbps), SMPTE-424 для 3G SDI (3Gbps), то зараз слід запам’ятати новий стандарт SMPTE 2022. Сам по собі цей стандарт має де кілька окремих підгруп:
- SMPTE-2022 1/2/3/4 (IEEE802.3ab) – стандарт «real time» передачі відео, аудіо сигналів, постійного або змінного bitrate у вигляді скомпресованого MPEG-2, JPEG200 транспортного потоку у ІР мережах.
- SMPTE-2022 5/6 (IEEE802.3ae) – стандарт «real time» передачі відео, аудіо сигналів у вигляді не скомпресованого потоку даних у ІР мережах.
Зазвичай, швидкість передачі відео за стандартом SMPTE-2022 1/2 достатня для роботи у мережах зі швидкістю до 1Gbps, в той час як стандарт SMPTE-2022 5/6 потребує мережі від 10Gbps. Такі відмінності визначають і галузь застосування стандартів:
- SMPTE-2022 1/2/3/4 – прийнятий вже понад 20 років тому і є загальновідомим стандартом, використовується для одиночної або пакетної (video contribution, video distribution) доставки сигналів у стиснутому вигляді між віддаленими об’єктами інфраструктури, обміну сигналами між кількома виробниками, або доставки сигналів до кінцевих споживачів.
- SMPTE-2022 5/6 – прийнятий лише у 2014 році і одразу кілька провідних виробників професійного обладнання анонсували його повну підтримку. Стандарт використовується для одиночної або пакетної доставки сигналів у професійній якості (камера – мікшер, мікшер – сервер, сервер – програмний кодер). Наслідуючи попередні версії 1/2/3/4 нова версія 5/6 також підтримує ущільнення кількох відео потоків у професійній якості в одному 10G мережевому інтерфейсі.
Відео у форматі SMPTE-2022 5/6 ідеально підходе для використання у складі студійних, ефірних апаратних, серверних. А також для обміну між кількома виробниками які працюють над спільним проектом.
Слід зазначити, що існування та розвиток «serial digital interface» не припиняється. У 2014 році анонсовані роботи з розробки стандартів для SDI відео сигналів UHDTV. Це SMPTE ST-2081 для 6G SDI (6Gbps), SMPTE ST-2082 для 12G SDI (12Gbps), SMPTE ST-2083 для 24G SDI (24Gbps). Однак з прийняттям SMPTE 2022 склалась ситуація за якої розвиток ІР інфраструктури для передачі відео сигналів почав випереджати розвиток класичної інфраструктури з використанням SDI.
В частині передачі аудіо сигналів спостерігається більше різноманіття стандартів та технологій. Не будемо перелічувати технології які розроблені окремими виробниками для власних потреб, їх надзвичайно велика кількість. Зазначимо лише стандарти які мають шанси стати загально вживаними, серед багатьох представників галузі:
- AES-67 – стандарт «real time» передачі аудіо сигналів у вигляді не скомпресованого потоку даних у ІР мережах, Layer
- AVB (IEEE-802.1xx) audio, video bridging – група стандартів IEEE-802 що описує передачу аудіо, відео сигналів у ІР мережах, Layer Станом на 2014 рік, використовується для роботи з аудіо сигналами.
Галузь застосування.
Вирішивши побудувати телецентр, або його частину з використанням ІР рішень, слід уявляти можливості технології. Усвідомлювати позитивні та негативні сторони використання суцільного ІР. У подальшому ми не розглядатимемо варіанти побудови комплексів що складаються із standalone модулів не пов’язаних цілісною ідеологією використання.
Узагальнюючи багаторічний досвід роботи з цифровими інтерфейсами, то: якщо є SDI, то в ньому є 16 звукових доріжок. Але адреса SDI сигналу прив’язана до номера порту у комутаторі, проте як у «хмарному» середовищі вона прив’язана до джерела чи споживача. При проектуванні будь-якої ланки, вирішується завдання опрацьовувати SDI+Embedded audio, де кількість звукових доріжок мінімально достатня для формування потрібної, вихідної програми. Далі, сформований сигнал передавався по транспортній мережі, до кінцевого споживача. Якщо передбачалась незалежна маршрутизація звукових доріжок, то використовувалась окремий звуковий комутатор, а найбільш просунуті, використовували матрицю з вбудованими de-embedder, embedder.
Але за такої архітектури, наявні суттєві вади:
- Суттєва обмеженість використовувати одиничні відео, аудіо сигнали для формування вихідного сигналу із заданим переліком супутніх доріжок. Практично неможливо довільно переформатувати відео сигнал від будь-якого джерела. Вихідний сигнал формується ланцюгом вихідних модулів с заздалегідь заданими властивостями. Практично неможливо додати звукові доріжки від власного аудіо мікшеру, додати звукові доріжки додаткової мови від віддаленої апаратної, додати службовий канал інтеркому, додати сигнал LTC або сигнал керування. До того ж неможливо гнучко міняти місцями звукові доріжки відповідно до потреб користувача. Ланцюг модулів з найширшими сервісними функціями та їх загальна кількість робить реалізацію мало ефективною.
- Потреба виділяти значні комутаційні ресурси на потреби системи моніторингу. Тут основна складність у потребі додавати додаткову точку комутації у матриці, після додавання вхідного сигналу. Матричні комутатори, які мають у своєму вбудовані багато екранні процесори відразу втрачають майже половину своїх комутаційних потужностей для вирішення цієї задачі. Ті ж комутатори що мають зовнішні процесори потребують додаткової, окрім main, backup, плати комутації.
- Потреба будувати окрему, транспортну систему доставки сигналів до «віддалених» споживачів. Така транспортна система також накладає ряд суттєвих обмежень. Для кожного сигналу потрібно формувати транспортній канал що відповідатиме загальній режисурі події. Зазвичай, з метою загальної економії, для передачі використовуються вихідні, програмні відео сигнали і дуже обмежено «чорнові» відео, аудіо сигнали безпосередньо від джерела.
Використання технологій ІР передачі даних, майже позбавлене цих вад. Через однозначну ідентифікацію кожного сигналу у мережі, не має значення місце його виникнення. Користувач збиратиме сигнали незалежно від того де вони сформовані! Такі собі віртуальні сигнали, які в оригінальному вигляді не існують в системі. Наприклад: узявши програму апаратної додаємо звукові доріжки з відео від камерних каналів, хоча вони, напряму, не є складовими головної аудіо програми або додаємо у той самий програмний сигнал, сигнал від головної станції службового зв’язку. Багато переваг отримує моніторна система. Кількість сигналів на вході багато екранного процесора, принципово, не впливає на комутаційні можливості «хмарного» середовища. Через 99% використання ВОЛЗ (волоконно-оптичних лінії з’єднання) та можливість ущільнення сигналів у одному мережевому кабелі відпадає потреба розробки окремої транспортної системи. Справа лишень за підбором SFP модулів з адекватним оптичним бюджетом.
Найвищим рівнем використання, для технологій передачі відео, аудіо даних по ІР мережах, є побудова універсального медіа середовища з функціями пакетування, пере пакетування та ущільнення сигналів. Передача сигналів відбувається за єдиними стандартами, які, у свою чергу дозволяють створювати віртуальні сигнали.
У якості нижнього рівня, можливо розглядати ситуацію за якої побудовано медіа середовище, але сигнали транспортуються від джерела до споживача без можливості використання їх для інших технологічних операцій. Якщо користувачеві не потрібно маніпулювати сигналами, то й немає потреби притримуватися одного стандарту. Різні типи сигналів можуть передаватися окремими потоками, але без можливості віртуалізації.
За будь яких умов проектування телевізійного комплексу зводиться до підбору максимальної кількості обладнання що підтримую мережеву передачу даних зо обраним стандартом. Чим більше цього обладнання: камери, мікшери, сервери, багато екранні процесори, модульна інфраструктура тим більш ефективним та економічно доцільним стане телевізійний комплекс. Основну долю у витратах становитимуть «gate», що виконують функцію перетворення звичайних відео, аудіо сигналів у ІР потоки необхідних стандартів. Слід пам’ятати, якщо користувач планує передавати файли програм у такій мережі, для них так само повинні використовуватись ІР gate. Важливим є вибір головного, допоміжних ІР маршрутизаторів. На деяких ділянках доцільне використання не спеціалізованих ІР маршрутизаторів («офісного» типу – НР, Cisco, Arista), які підтримують стандарт SMPTE2022 5/6. Під час проектування слід визначитися, чи є потреба використовувати комутаційні панелі, як за класичної технології та здійснювати ручну комутацію ІР потоків. У не спеціалізованому ІР маршрутизаторі ця функція не використовується. Але робота у телецентрах вимагає широкого застосування ручної комутації. Наприклад: швидкий вибір сигналу (ІР потоку) між кількома наявними для подачі у програму, вибір сигналу для перегляду та вимірювання, формування та подача сигналів для передачі по лініях ВОЛЗ. У такому випадку звичайні маршрутизатори не підходять. Слід обирати спеціалізовані пристрої, що передбачають ручну комутацію. У цьому випадку, маршрутизатор працюватиме під управлінням спеціалізованого програмного забезпечення, що реалізовуватиме цю функцію.
Головним чинником вдалої: технологічно ефективної та економічно доцільної реалізації проекту є попередня розробка загальної концепції розвитку та неухильне її дотримання.