Главным трендом в развитии телевизионных технологий является внедрение в производство (или в ежедневной жизни) технологий ультравысокой разрешительной способности UHDTV 4k или 8k и сетевых технологий. И если сегмент "file based", для SD/HD/3G/UHDTV, демонстрирует стабильный процесс, то в сегменте "stream based" наблюдается некоторая неопределенность. Неопределенность не отзеркаливает растерянность производителей насчет пути будущего развития - какую технологию выбрать в качестве базовой? Усовершенствовать SDI, пытаясь поднять пропускную способность до уровня 4k и более. Или, окончательно перейти на IP платформу. Эта неопределенность выплывает из-за отсутствия новых фундаментов для развития того или иного направления. Хотя уже давно понятно, что будущее за IP решениями.
Кроме желания работать в сети, выбор между классическими SDI и IP обусловленный и некоторыми дополнительными факторами: собственно, не существует специализированного SDI сигнала для передачи полного 4k и выше видео сигнала. Используется простое увеличение количества линий связи. Это очень похоже на RGB или YUV интерфейсы во временна аналоговой эры. Но передача одного сигнала одновременно по 4х отдельных SDI кабелях не такая уже и удобная. Другое ограничение выходит из бурного развития сверхскоростных видеокамер. HD SSM камеры доступны со скоростями х2, x3, x6. Соответственно увеличивается скорость выходных видео интерфейсов.
Для решения проблемы передачи большого количества сигналов одновременно, есть более эффективные способы чем обычный SDI.
Анализируя события, которые произошли последним временем, можно сделать почти 100% вывод - телевизионное производство переходит на IP платформу также и для передачи сигналов от/до камер, микшеров, роутеров, модулей и т.д. Выбрав IP в качестве следующего шага производители открывают новые возможности производства. Это не только production и post-production в формате UHDTV, но и студийное производство и эфир. К тому же появляются новые возможности, связанные с использованием "облачных" технологий в строительстве объектов телевизионной инфраструктуры.
Стандартизация
ПФундаментом для любой технологической революции является стандартизация. Если в прошлом и сегодня инженеры в определении типов сигналов пользуются SMPTE-259 для SD SDI(270Mbps), SMPTE-292 для HD SDI(1.475Gbps), SMPTE-424 для 3G SDI(3Gbps), то сейчас необходимо запомнить новый стандарт SMPTE 2022. Сам по себе этот стандарт имеет несколько отдельных подгрупп:
- SMPTE-2022 1/2/3/4 (IEEE802.3ab) - стандарт "real time" передачи видео, аудио сигналов, постоянного или сменного bitrate в виде скомпрессоваого MPEG-2, jPEG200 транспортного потока в IP сетях.
- SMPTE-2022 5/6 (IEEE802.3ae) - стандарт "real time" передачи виде, аудио сигналов в виде не скомпрессованого потока данных в IP сетях.
Обычно, скорость передачи видео по стандарту SMPTE-2022 1/2 достаточно для работы в сети со скоростью до 1Gbps, в то время как стандарт SMPTE-2022 5/6 требует сети от 10 Gbps. Так отличия определяют и отрасль применения стандартов:
- SMPTE-2022 1/2/3/4 - принятый уже более 20 лет тому назад и является обще признанным стандартом, используется для одиночной или пакетной (video contribution, video distribution) доставки сигналов в статичном виде между отдалёнными объектами инфраструктуры, обмена сигналами между несколькими производителями или доставки сигналов к конечным пользователям.
- SMPTE-2022 5/6 - принятый только в 2014 году и сразу несколько передовых производителей профессионального оборудования анонсировали его полную поддержку. Стандарт используется для одиночной или пакетной доставки сигналов в профессиональном качестве (камера - микшер, микшер - сервер, сервер - программный кодер). Наследуя предыдущие версии 1/2/3/4 новая версия 5/6 также поддерживает уплотнение нескольких видео потоков в профессиональном качестве в одном 10G сетевом интерфейсе.
Видео в формате SMPTE-2022 5/6 идеально подходит для использования в составе студийных, эфирных аппаратных, серверных. А также для обмена между несколькими производителями которые работают над общим проектом.
Необходимо заметить, что существования и развитие "serial digital interface" не останавливается. В 2014 году анонсированы работы с разработки стандартов для SDI видео сигналов UHDTV. Это SMPTE ST-2081 для 6G SDI(6Gbps), SMPTE ST-2082 для 12G SDI(12 Gbps), SMPTE ST-2083 для 24G SDI(24Gbps). Но с принятием SMPTE 2022 сложилась ситуация при которой развитие IP инфраструктуры для передачи видео сигналов начал опережать развитие классической инфраструктуры с использованием SDI.
В частности, передача аудио сигналов наблюдается разнообразие стандартов и технологий. Не будем перечислять технологии, которые разработаны отдельными производителями для собственных нужд, их огромное количество. Определим только стандарты, которые имеют шансы стать обще использованными, среди многих представителей отрасли:
- AES-67 - стандарт "real time" передачи аудио сигналов в виде не скомпрессованого потока данных в IP сетях, Layer
- AVB (IEEE-802.1 xx) audio, video bridging - група стандартов IEEE-802 что описывает передачу аудио, видео сигналов в IP сетях, Layer по состоянию на 2014 год, используется для работы с аудио сигналами.
Отрасль использования.
Решив построить телецентр, или его часть с использованием IP решений, необходимо представлять возможности технологий. Представлять позитивные и негативные стороны использования сплошного IP. В дальнейшем мы не будем рассматривать варианты построения комплексов что состоят из standalone модулей не связанных целостной идеологией использования.
Обобщая многогодовой опыт работы с цифровыми интерфейсами, то: если есть SDI, то в нем есть 16 звуковых дорожек. Но адреса SDI сигнала привязаны к номеру порта в коммутаторе, хотя как в "облачной" среде она привязана к источнику или потребителю. При проектировании любой сферы, решается задача обрабатывать SDI+Embedded audio, где количество звуковых дорожек минимально достаточная для формирования необходимой, выходной программы. Далее, сформированный сигнал передавался по транспортной сети, к конечному потребителю. Если предусматривалась независимая маршрутизация звуковых дорожек, то использовалась отдельный звуковой коммутатор, а самые продвинутые, использовали матрицу с встроенными de-embedder, embedder.
Но при такой архитектуре, явные существенные недостатки:
- Существенное ограничение использовать единичные видео, аудио сигналы для формирования выходного сигнала с заданным перечнем сопутствующих дорожек. Практически невозможно произвольно переформатировать видео сигнал от любого источника. Выходной сигнал формируется цепочкой выходных модулей с основательно заданными свойствами. Практически невозможно добавить звуковые дорожки от собственного аудио микшера, добавить звуковые дорожки дополнительного языка от выделенной аппаратной, добавить служебный канал интеркома, добавить сигнал LTC или сигнал управления. К тому же невозможно гибко менять местами звуковые дорожки в соответствии с потребностями пользователя. Цепочка модулей с самими широкими сервисными функциями и их общего количество делает реализацию мало эффективной.
- Необходимость выделять значительные коммутационные ресурсы на потребности систем мониторинга. Тут основная сложность в необходимости набавлять дополнительную точку коммутации в матрице, после добавления входящего сигнала. Матричные коммутаторы, которые имеют в своем встроенные много экранные процессоры сразу теряют почти половину своих коммутационных мощностей для решения этих задач. Те коммутаторы, которые имеют внешние процессоры требуют дополнительные, кроме main, backup, платы коммутации.
- Необходимость построить отдельную, транспортную систему доставки сигналов к "отдаленным" потребителям. Такая транспортная система также накладывает ряд существенных ограничений. Для каждого сигнала необходимо формировать транспортный канал, который будет отвечать общей режиссуре действий. Обычно, с целью общей экономии, для передачи используются выходные, программные видео сигналы и очень ограничено "черновые" видео, аудио сигналы непосредственно от источника.
Использования технологий IP передач данных, почти лишено этих недостатков.
Через однозначную идентификацию каждого сигнала в сети, не имеет значения место его возникновения. Пользователь будет собирать сигналы, которые в оригинальном виде не существуют в системе. Например, взяв программу аппаратной добавим звуковые дорожки с видео от камерных каналов, хотя они, напрямую, не являются состоящими главной аудио программы или добавляем в тот самый программный сигнал, сигнал от главной станции служебной связи. Много преимущества получает мониторная система. Количество сигналов на входе много-экранного процессора, принципиально, не влияет на коммутационные возможности "облачной" среды. Через 99% использования ВОЛС (волоконно-оптических линий соединения) и возможность уплотнения сигналов в одном сетевом кабеле отвечает необходимость разработки отдельной транспортной системы. Дело только за подбором SFP модулей с адекватным оптическим бюджетом.
Наивысшем уровнем использования, для технологий передачи видео, аудио данных по IP сетях, является построение универсальной медиа среды с функцией пакетирования, перепакетирования и уплотнение сигналов. Передача сигналов происходит по единому стандарту, которые, в свою очередь позволяют создавать виртуальные сигналы.
В качестве нижнего уровня, возможно рассматривать ситуацию, при которой построено медиа среда, но сигнал транспортируется от источника к пользователю без возможности использования их для других технологических операций. Если пользователю не нужно манипулировать сигналами, то и нет необходимости поддерживать единого стандарта. Разные типы сигналов могут передаваться отдельными потоками, но без возможности виртуализации.
При любых условиях проектирования телевизионного комплекса сводится к подбору максимального количества оборудования что поддерживает сетевую передачу данных с избранным стандартом. Чем больше этого оборудования: камеры, микшеры, серверы, многоэкранные процессоры, модульная инфраструктура тем более эффективная и экономически выгодным будет телевизионный комплекс. Основную долю в витринах будут иметь "gate", которые выполняют функцию преобразования обычных видео, аудио сигналов в IP потоки необходимых стандартов. Необходимо помнить, что пользователь планирует передавать файлы программ в такой сети, для них так же должны использоваться IP gate. Важным является выбор главного, дополнительных IP маршрутизаторов. На некоторых участках уместно использование не специализированных IP маршрутизаторов ("офисного" типа - HP, Cisco, Arista), которые поддерживают стандарт SMPTE2022 5/6. Во время проектирования стоит определиться, есть ли необходимость использовать коммутационные панели, как по классической технологии и выполнять ручную коммутацию IP потоков. В не специализированном IP маршрутизаторе эта функция не используется. Но работа в телецентрах требует широкого использования ручной коммутации. Например, быстрый выбор сигнала (IP потока) между несколькими явными для подачи в программу, выбор сигнала для пересмотра и измерения, формирования и подача сигналов для передачи по лини ВОЛС. В таком случае обычные маршрутизаторы не подходят. Стоит выбирать специализированные устройства, что предусматривают ручную коммутацию. В этом случае, маршрутизатор будет работать под управлением специализированного программного обеспечения, которое будет реализовывать эту функцию.
Главным фактором удачной: технологически эффективной и экономически целесообразным реализации проекту является предыдущая разработка общей концепции развития и не уклонное ее соблюдение.