通过IP网传输非压缩的SD和HD视频已有不少时间,但总归采用厂商专门的解决方案。SMPTE技术委员会现在正在制定包括非压缩和可变码率视频的新标准。SMPTE首批IP视频标准于2007年颁布,涉及在IP网上传输固定码率MPEG-2视频信号。这些标准基于Pro-MPEG论坛和视频服务论坛之前所做的工作,已被各类制造商广泛采用。

标准需求

需要新标准有几个理由。首先,随着这些网络的带宽增大以及随着本地接入瓶颈得到解决,越来越多的广播机构和服务提供商正在IP网上传输非压缩视频。此外,现有的IP视频标准(来自因特网工程任务组IETF等组织)显示出对把视频、音频及其它数据内容分离为单独的打包码流的偏爱。虽然这对必须用不同水平的接入带宽服务各种各样用户的网络是有意义的,但对更喜欢在一个完整的包内管理有所有要求的视频、音频和元数据的一个码流的广播机构来说,就显得很费力。

这些新标准的另一个大目标是允许不同供应商提供的IP传输设备之间有互操作性。目前市场上基于IP的非压缩视频传输产品不能跨越供应商边界工作。相较而言,当前许多公司供应符合COP-3(已发展为SMPTE 2022-2)的互相兼容的IP视频设备,但该格式要求视频码流格在一个MPEG-2传输流内格式化。希望新SMPTE标准将考虑互操作性。

采用光纤和同轴电缆链路的非压缩SD视频线路长期以来用于演播室内部和位于同一城市内的设施之间。它们使用容易,质量非常高,并且得到各种设备的支持。不少长途通信公司也提供非压缩SD服务,虽然这些链路很多最终只是传输打包在DVB/ASI信号内的压缩视频。非压缩HD在演播室也根深蒂固,但它在设施之间不获广泛使用。随着IP网络带宽增加及成本下降,在IP网络上厕所非压缩SD和HD的诱因无疑将增加。

SMPTE已经颁布了三个IP标准:2022-1-2007 IP网上实时视频/音频传输前向纠错、2022-2-2007 IP网上单向传输固定码率MPEG-2传输流以及2022-3-2010 IP网上单向传输可变码率MPEG-2传输流。这些标准确定了许多新的标准将以它们为基础的原则技术。

这些标准中最有意义的技术为行/列前向纠错。此方案将传输视频有效负载到一系列矩阵的数据报进行分组。这些矩阵可以是一维(用于单纯的行FEC),也可以是二维(用于行/列FEC)。对于每行和每列,信源计算和发送一个额外的数据报以便提供纠错能力。每个FEC数据报可用于纠正相应的行或列内最多一个数据报的丢失;如果超过一个错误发生,交叉行或列可用于恢复丢失的数据报。运用行/列FEC时,包含多个连续丢失的数据报的突发错误可以得到纠正,前提是此突发错误长度比FEC矩阵的一行短。在新标准中,对行长度的限制得到大大扩展,使FEC能够即使在数据报丢失时长超过1ms时都能工作,这种情况可能是在一个以3Gb/s运送非压缩1080p业务的码流内有几百个数据报。

新标准主要特性

通过此新标准,将可以传输一个完整的视频码流,运送存在于一个SMPTE 259M或292信号内的每一个比特,包括全HANC、全VANC及任何嵌入音频、时间码、元数据或其它包含于270Mb/s或1.5Gb/s信号源内的任何信号。由于这些信号格式被广泛采用,此简单(但带宽密集)步骤大幅简化保证互操作性所需的工作。在此标准最终确定时,它还应包括3Gb/s传输非压缩1080p信号的能力。

另一补充是用一个标记标志每个视频帧的最后一个数据报,并且在每个新视频帧之初以一个新到的数据报开始。这个MPEG-2传输流不可行的能力使接收设备能够容易地决定每个视频帧开始和完成的位置。使用如视频帧复制和接收以便屏蔽崩溃的视频帧这样的技术,此标记还更容易使系统对数据报序列内极大的间隙有更高的适应能力。

技术挑战

为了执行FEC纠正,接收设备必须收集和缓冲某一行或列内所有数据报以及相应的FEC数据报。此缓冲增加端到端信号传输的延迟,而权衡是较大的缓冲意味着更高的容错。执行者面临两难的境地:是采用适用于低延迟的短行和列,还是采用适用于更好的突发错误防护?由于每个网络和应用都不一样,因此标准将可能允许有大范围的行和列长度的设置。

这些标准制定者的另一个挑战是开发处理可变码率码流的增强方式。尤其是在低码率码流的情况下,填补缓冲器可能需要很长的时间,意味着信号可能过度延迟。为解决此问题,每当达到用户控制的最大延迟限度,就可以向缓冲增加附加的空包。这样一来,在可变码率码流降到低数据率(如发送静止图像)时,整个端到端系统的总延迟将依然得到控制。

未来方向

如果一切顺利的话,这些标准应在未来6-12个月内获得批准及颁布。在视频服务论坛内已经开展一些工作,如召开针对正在开发打算符合这些新标准的设备的供应商之间的互操作性测试的会议。2011年2月1-3日即将举行的VidTrans会议可能是供应商公开演示这种设备的第一个机会,当然也可能是首次公开展示互操作性的机会。此外,明年这个时候也很可能在公开市场买得到基于标准的IP非压缩视频设备。B&P