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Funktionsweise von Video over IP

Ein Leitfaden zur Videoverteilung in IP-Netzwerken

Was bedeutet „Video over IP“?

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„Video over IP“ und „Audio over IP“ beschreiben eine neue, internetbasierte Übertragungsmethode für Video- und Audioinhalte, die auf ähnliche Weise funktioniert wie die seit Jahren eingesetzten SDI-Kabel (SDI: Serial Digital Interface). Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Medieneingänge in verschiedene Ströme aufgeteilt werden und dann als einzelne Pakete über ein IP-Netzwerk übertragen werden, und nicht über ein einzelnes SDI-Kabel, das zwei feste Punkte verbindet. Nachdem die Informationen am Ziel empfangen wurden, werden sie mit einer Synchronisierungstechnologie, dem Precision Time Protocol (PTP), wieder zusammengesetzt und ausgerichtet.

Das vollständige Ersetzen von SDI durch die IP-Technologie war lange Zeit eine Vision vieler Akteure der Branche. Nachdem 10G- und 25G-Ethernet-Schalter nun alltäglich geworden sind, verstärkt sich die Transition zu Video over IP.

Einer der Hauptvorteile der IP-Netzwerke ist die Möglichkeit, eine gewisse Flexibilität bereitzustellen, die in SDI-Übertragungsumgebungen typischerweise fehlt. Bei früheren Technologietransitionen musste die Videoinfrastruktur vollständig ersetzt werden. Mit IP besteht die Möglichkeit, mit einem beliebigen Inhaltsformat zu arbeiten, solange eine ausreichende Bandbreite auf den Schaltern verfügbar ist. Dies bietet Inhaltsanbietern und Medienbetreibern die Zuverlässigkeit, dass die Infrastruktur in absehbarer Zukunft nicht geändert werden muss, was einen effizienten Schutz der Investitionen darstellt.

Im Gegensatz zu den Einschränkungen, die bei SDI durch die Verwendung einer einzigen Datenleitung verursacht werden, kombinieren IP-Umgebungen Videodaten, Audiodaten und Zusatzdaten (wie Untertitel, Bildunterschriften und Zeitcode) in einem einzigen Netzwerkdatenfluss, der als „Pipe“ bezeichnet wird. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Komplexität zwischen den Verbindungen. Mit wachsender Bandbreite werden die erforderlichen Infrastrukturen immer einfacher.

Aus all diesen Gründen werden Video-over-IP-Workflows immer attraktiver.

Wie funktioniert diese Technologie?

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Es gibt zahlreiche komplexe Sondierungsstandards, die festlegen, wie professionelle Video-, Audio- und Zusatzdaten (auch Metadaten genannt) über ein IP-Netzwerk übertragen werden sollten. Derzeit regeln die SMPTE 2022-Standards, wie Medien mit großen Bitraten über IP-Netzwerke übertragen werden.

In dieser Struktur werden Video-, Audio- und Zusatzdaten als synchronisierter Strom an Datenpaketen gemeinsam übertragen. Für Produktionsumgebungen, in denen verschiedene Personen einzelne Datenströme handhaben oder bearbeiten müssen, ist dies nicht ideal. Dieses Problem wird im Standard SMPTE 2110 behandelt, indem Videodaten (2110-20), Audiodaten (2110-30) und Zusatzdaten (2110-40) wie unten abgebildet in separaten IP-Strömen übertragen werden:

Diese Struktur ist für Produktionsumgebungen besser geeignet, erhöht jedoch die Komplexität, weil sie ein Verfahren zur präzisen Systemsynchronisierung erfordert, damit die Video-, Audio- und Zusatzdaten nicht zu unterschiedlichen Zeitpunkten empfangen werden. Derartige Synchronisierungsfehler führen oft zu einem schlechten Benutzererlebnis, zum Beispiel wenn die Sprachwiedergabe nicht richtig mit der Lippenbewegung des Schauspielers synchronisiert ist. In IP-Netzwerken gemäß 2110 enthält jeder Video- und jeder Audiodatenstrom Zeitmarken, um Verluste zu vermeiden und Fehler zu entfernen. Diese Zeitmarken werden mit einem „PTP“ (Precision Time Protocol) genannten Verfahren ermöglicht, das in den Normen SMPTE 2059 und IEEE 1588 definiert ist.

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PTP nutzt das gleiche Netzwerk wie die Video- und Audiodaten. Es stellt ein hierarchisches System dar, in dem die allgemeine Referenzzeitbasis von einer sogenannten Grandmaster Clock bereitgestellt wird. Sie liefert die allgemeine Systemreferenz für die Endgeräte. Das Protokoll umfasst spezifische Meldungen zum Messen der Zeitbasis in beiden Richtungen, die es dem Endgerät ermöglichen, die eigene Zeit genau auf die Referenz des Grandmaster abzustimmen.

Ein wesentliches Element eines PTP-Synchronisierungssystems ist die Verwendung von mindestens zwei Grandmaster Clocks zur Gewährleistung der Redundanz. Falls dann der aktive Grandmaster vom Netzwerk getrennt wird, ermittelt das System anhand des „Best Master Clock Algorithm“ (BMCA), welches Gerät umgehend die Rolle des Grandmaster übernimmt. So wird gewährleistet, dass die Synchronisierung jederzeit aufrecht erhalten wird.

Die Rundfunkbranche verwendet seit jeher redundante Netzwerke (Backup-Netzwerke), um die verlässliche Bereitstellung der Inhalte zu gewährleisten. Dies gilt auch für Video-over-IP-Netzwerke und der Standard SMPTE 2022-7 legt fest, wie separate IP-Pfade zum Übertragen von doppelten Inhalten verwendet werden, damit die Empfänger anhand von Frame-Nummern saubere Wechsel ausführen können, falls in der Paketsequenz des Primärpfads Lücken auftreten.

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Womit fange ich an?

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Der Wechsel von SDI zu einer reinen IP-Umgebung wird Jahre dauern. Währenddessen werden hybride SDI/IP-Umgebungen genutzt werden. Die Zielsetzung, den Kunden Inhalte mit großer Qualität bereitzustellen, und die Problematik der Fehlerdiagnose verknüpfter Probleme bleiben jedoch unverändert.

Neue Kenntnisse und Tools sind erforderlich. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal im heutigen Rundfunkmarkt sind verlässliche Medienüberwachungs- und Analysetools, die die Ingenieure beim Herstellen, Analysieren und Diagnostizieren der Übertragung von Video-, Audio- und Zusatzdaten in hybriden SDI/IP-Netzwerkumgebungen unterstützen. Tektronix bietet branchenweit führende SDI- und IP-Videoüberwachungslösungen und zuverlässige Grandmaster-Lösungen für beide Umgebungen an. Lesen Sie hier weiter und erfahren Sie mehr über diese Lösungen und wie Sie in Ihrer Umgebung eingesetzt werden können!

Sie haben den Umstieg auf ein neues System bereits begonnen?

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Expertentipps zur Umsetzung Ihres neuen IP-Workflows

LOS GEHTS

Die Infrastruktur, die wir für die Übertragung von Inhalten nutzen, wandelt sich von einer traditionellen, auf einer Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle (SDI) basierenden Infrastruktur zu einer IP-Infrastruktur (Internet Protocol), die neue Workflows und Lösungen erfordert. Das Aufeinandertreffen unterschiedlicher Disziplinen – zwischen Videotechnikern mit ihren etablierten SDI-basierten Übertragungen und Netzwerktechnikern mit ihrer Affinität zu IP-basierten Übertragungen – erfordert eine Brücke, um die Zusammenarbeit zwischen Rundfunktechniker und IT-Experten zu fördern und Probleme in der neuen hybriden SDI/IP-Umgebung aufzuheben.

Weitere Informationen über sonstige Trends in den Medien der nächsten Generation

Sie stehen vor Herausforderungen in Medienanwendungen der nächsten Generation?

Video over IP and audio over IP describe a new, internet-based, method of transmitting video and audio content in much the same way Serial Digital Interface (SDI) cables have done for years.

The major difference is that media inputs are deconstructed into different streams and then sent over an Internet Protocol (IP) network as individual packets as opposed to down an individual SDI cable linking two discrete points. Once the information arrives at its destination, it is reassembled and aligned using a synchronization technology known as Precision Time Protocol (PTP).

Full replacement of SDI with mainstream IP technology has long been a vision for many in the industry. With 10G and 25G Ethernet switches now commonplace, the transition to video over IP is gaining momentum.

One of the key benefits of IP networks is the ability to provide a level of flexibility that the SDI broadcast environment has traditionally lacked. During previous technology transitions, the video infrastructure needed to be completely replaced. However, IP allows one to work with any content format as long as there is sufficient bandwidth on the switches. This gives content providers and media operators confidence that their infrastructure will not need to change in the foreseeable future, effectively safeguarding their investment.

In contrast to the constraints of the single data line utilized by SDI, IP environments combine video, audio, and ancillary data (data such as subtitles, closed captions, and timecode) into a single network data flow or “pipe”. This results in a significant reduction in inter-connection complexity. As network bandwidth increases, the infrastructure required by facilities will get ever simpler.

For all of these reasons, video over IP broadcast workflows are becoming increasingly attractive.