Олег Березин, председатель российской секции SMPTE, директор Высшей школы киноинженеров, генеральный директор «Невафильм», выступил с докладом «Применение стандарта SMPTE ST 2022-6 (передача SDI по IP-сетям) в гибридном телепроизводстве» на Online-круглом столе «Broadcasting 2021. Оборудование и решения для телепроизводства» 12 октября во время второй ежегодной TKT TechWeek 2021.
Олег Березин: Я хотел бы обсудить применение стандарта SMPTE ST 2022-6 (передача SDI по IP-сетям) в гибридном телепроизводстве. В 2019 году SMPTE опубликовала несколько дорожных карт, описывающих все стандарты SDI. Тем самым SMPTE напоминает о том, что практически все возможные в данный период времени виды стандартов сигналов SDI описаны и подлежат пользованию. Отмечу лишь, что в настоящее время идет разработка семейства стандартов по 24G-SDI с битрейтом 23,76 Гбит/сек.
Отправка SDI через IP-сеть
Сегодня SMPTE определяет два ключевых подхода к передаче видео по IP-сетям.
Первый подход, предложенный в стандарте STSMPTE 2022-6 – это передача всего SDI-сигнала в виде одного потока по IP.
Второй подход, предложенный в семействе стандартов ST2110 – передача медиаданных отдельными потоками аудио-, видео- и метаданных. Благодаря передаче только данных активного видео и исключению из потока данных синхронизирующих интервалов, аудио и иных дополнительных данных достигается сокращение видеопотока, как минимум, на 30%.
Как использовать совместно оба решения при построении гибридных систем?
В настоящее время любому крупному телецентру решиться на полный переход с производства и вещания в формате SDI на IP-решения довольно сложно – и организационно, и финансово и по многим иным причинам. Буквально несколько проектов в мире сегодня, когда вещатель, как правило, запуская с нуля новый телецентр, строит его исключительно в логике IP-технологий.
Более распространенной ситуацией является постепенный перевод тех или иных подразделений вещателя на IP-технологий, сохраняя про этом, в других своих подразделениях, решения на базе SDI. Таким образом компания получает возможность поэтапного перехода от SDI к IP, поэтапного улучшения компетенций персонала, наращивания производственного опыта, поэтапного финансирования и, в конечном итоге, еще и снижения рисков, связанных с внедрением принципиально новых технологических и производственных решений.
Но такой поэтапный переход порождает и определенные проблемы гибридного (совместного) сосуществования двух принципиально различных технологий (SDI и IP) в рамках одного предприятия.
Необходимо еще раз подчеркнуть, что в логике стандарта 2022-6 передача данных SDI производится целиком, без каких либо изъятий и трансформаций – весь SDI-поток методично делится на RTP-пакеты данных по 1376 октетов, нумеруется и отправляется по сети. Последний пакет кадра, как правило, бывает неполным и лишь требуется дозаполнить его нулевыми значениями до размера полного пакета и установить метку маркера М, определяющую последний пакет кадра. Благодаря установленной нумерации порядка следования пакетов, единообразию содержимого пакетов и метке последнего пакета кадра, в точке приема легко восстанавливается последовательность потока SDI.
Для обеспечения более надежной передачи SDI-сигнала в IP-потоках используются различные методики, в том числе применения механизмов упреждающей коррекции ошибок FEC (ST 2022-5) и введения избыточности передаваемых данных за счет дублирования потоков (ST 2022-7).
ST 2022-8
Но гибридное производство (совместное использование в IP-инфраструктуре технологии передачи SDI-сигналов по ST 2022-6 и логики семейства стандартов ST 2110) накладывает определенные ограничения и требования по обеспечению совместимости таких разных по природе формирования IP-потоков.
Нюанс состоит в том, что, например, RTP-пакеты в ST2022-6 содержат разные временные отметки (timestamp) для каждого (!) пакета кадра, в то время как RTP-пакеты, формируемые в логике ST 2110, содержат одну одинаковую временную метку для всех пакетов одного кадра. Для разрешения этой коллизии был разработан стандарт ST 2022-8. Он устанавливает определенные ограничения на использование сигналов SDI, передаваемых по IP-сетям (ST 2022-6) для соответствия архитектуре системы ST 2110. Основное ограничение связано с определением требований к временной метке (timestamp) для соответствия принципам синхронизации по фазе (timing) в архитектуре систем ST 2110. Во-первых, стандарт ST 2022-8 вводит понятие Синхронизирующей временной метки, позволяющей приемникам IP-потоков работать в обеих системах.
Синхронизирующая временная метка – временная метка кадра видеосигнала SDI, которая прописывается в каждый пакет кадра при передаче полного SDI-потока в 2022-6. Такая синхронизирущая временная метка для видеосигнала определяется как временная метка первого сэмпла (пакета), следующего за последним пакетом предыдущего кадра плюс офсет до следующей точки выравнивания текущего кадра, однозначно определяемой для разных форматов SDI-сигналов стандартом ST 2059-1. Для аудиосущностей, передаваемых как эмбедированная полезная нагрузка в ST 2022-6, временная метка аудиопакетов должна соответствовать требованиям ST 2110-10 для аудиопакетов. Дополнительно ST 2022-6 запрещает использование UDP-пакетов расширенного размера, следовательно параметр MAXUDP не используется для передачи видеосигналов в контексте ограничений, установленных ST 2022-8. И напоследок, ST 2022-8 также определяет нотацию SDP для передачи потоков ST 2022-5 FEC и ST 2022-7 в системах ST 2110.
Заключение
Применение алгоритмов SMPTE ST 2022-6 для передачи SDI-сигналов в IP-сетях позволяет телекомпаниям уже сегодня разворачивать гибридные телевизионные комплексы (SDI/IP), используя SDI-IP и IP-SDI шлюзы. При работе IP-инфраструктуры телевизионного комплекса в логике архитектуры SMPTE 2110 при передаче SDI-сигналов по IP-сетям необходимо учитывать ограничения, установленные стандартом SMPTE ST 2022-8.
Важно помнить, что временные метки в ST 2022 для каждого пакета данных разные, а в ST 2110 – одинаковые для всего кадра. Нумерация строк в ST 2022 начинается со строки, следующей за последним пакетом предыдущего кадра (М=1), а в ST 2110 – с первой строки активного видео. И аккуратное использование всех установленных требований и ограничений стандарта ST 2022-8 позволяет успешно передавать IP-потоки SDI-сигналов, сформированные по стандарту ST 2022-6 в инфраструктуре семейства стандартов ST 2110.
Олег Березин: Алексей, каковы первые впечатления от гибридного существования телепроизводства?
Алексей Брусницкий, директор технической дирекции АО «ТВ Центр»: мы использовали преимущества IP из-за легкого масштабирования. Соответственно начали данный проект с маленьких шагов, чтобы персонал погрузился в систему и обучился для дальнейшего продвижения в направлении гибридных решений. Инженерам достаточно тяжело изменить представление о процессе.
