Перейти к основному содержимому

ST 2110

Глава 6. Протокол SMPTE ST 2110​

SMPTE ST 2110 — это семейство стандартов, разработанное Обществом инженеров кино и телевидения (Society of Motion Picture and Television Engineers, SMPTE), которое определяет методы передачи несжатых видео- и аудиосигналов по IP-сетям. Этот стандарт был создан для перехода с "сигнальной" архитектуры SDI на IP-ориентированную архитектуру, это позволяет реализовать современные сетевые решения с повышенной гибкостью и масштабируемостью.

Технические характеристики SMPTE ST 2110​

SMPTE ST 2110 состоит из следующих основных документов:

  • ST 2110-10: Спецификация транспортировки несжатого видео по IP-сетям.
  • ST 2110-20: Передача несжатого аудио.
  • ST 2110-21: Синхронизация временных меток с использованием Precision Time Protocol (PTP).
  • ST 2110-30: Транспортировка метаданных, связанных с видео и аудио.
  • ST 2110-40: Управление событиями и состоянием системы.

Основные принципы работы SMPTE ST 2110:

  1. Разделение видео, аудио и метаданных на независимые потоки RTP (Real-time Transport Protocol). Это позволяет обрабатывать и маршрутизировать различные типы данных отдельно.
  2. Использование PTP (IEEE 1588) для синхронизации всех устройств в сети. Точность синхронизации достигает микросекунд, что критично для корректного воспроизведения медиаконтента.
  3. Поддержка различных форматов видео и аудио. Стандарт поддерживает разрешение до 2160p (UHD) с частотой кадров до 120 Гц, а также многоканальный звук (до 16 каналов).
  4. Высокая пропускная способность. Несжатые данные требуют значительных ресурсов сети. Например, для передачи видео 1080p60 с глубиной цвета 10 бит требуется полоса порядка 3 Гбит/с.

Архитектура съемочных комплексов с использованием SMPTE ST 2110​

Типичная архитектура съемочного комплекса, работающего по стандарту SMPTE ST 2110, включает следующие элементы:

  1. Источники сигнала – видеокамеры, микрофоны и другие устройства ввода, передающие данные в формате SMPTE ST 2110.
  2. Коммутационное оборудование – сетевые коммутаторы, способные обрабатывать RTP-пакеты и обеспечивать синхронизацию по PTP. Эти устройства маршрутизируют потоки данных между источниками и приёмниками.
  3. Приёмники и декодеры – устройства, принимающие и обрабатывающие видеопотоки и аудиосигналы. К ним относятся мониторы, серверы записи, микшеры и другие компоненты производственной цепочки.
  4. Синхрогенераторы – устройства, отвечающие за генерацию точных временных меток PTP, необходимых для синхронизации всей системы.

Требования к инфраструктуре​

Для эффективной работы SMPTE ST 2110 требуется высокопроизводительное сетевое окружение, удовлетворяющее следующим требованиям:

  1. Пропускная способность сети. Минимальная скорость передачи данных должна составлять 3 Гбит/с для видео 1080p60, и значительно выше для Ultra HD (до 12 Гбит/с).
  2. Задержка и джиттер. Задержка должна быть минимальной (< 100 мс), а джиттер — менее 50 мкс для предотвращения рассинхронизации между видео и аудио.
  3. Поддержка PTP. Все устройства должны поддерживать IEEE 1588 для обеспечения точной временной синхронизации.
  4. Мониторинг и управление. Инфраструктура должна предоставлять средства для мониторинга состояния сети и управления потоками данных.

Основные области применения и ограничения​

SMPTE ST 2110 применяется в следующих сферах:

  • Профессиональное ТВ и радио. Используется для построения студийных комплексов, требующих высокого качества и надежности передачи медиасигналов.
  • Трансляции спортивных событий. Обеспечивает сложную многокамерную съёмку с минимальной задержкой и высоким разрешением.

Однако стандарт имеет ряд ограничений:

  • Высокие требования к полосе пропускания. Передача несжатых данных требует значительных ресурсов сети.
  • Необходимость поддержки PTP. Не все сети способны обеспечить требуемый уровень точности синхронизации.
  • Отсутствие встроенных средств защиты данных. SMPTE ST 2110 не предоставляет механизмов шифрования и аутентификации, что требует дополнительных мер безопасности.

Сравнение с другими протоколами​

Рассмотрим, как SMPTE ST 2110 сравнивается с другими популярными протоколами передачи медиаконтента:

NDI (Network Device Interface)​
  • Преимущества NDI: Низкая задержка, простота настройки, поддержка сжатия данных.
  • Недостатки NDI: Ограниченная совместимость с оборудованием сторонних производителей, меньшая гибкость по сравнению с SMPTE ST 2110.
SRT (Secure Reliable Transport)​
  • Преимущества SRT: Высокая надёжность передачи данных, встроенное шифрование и защита от потерь пакетов.
  • Недостатки SRT: Сложнее в настройке по сравнению с SMPTE ST 2110, ограниченная поддержка оборудования.
RTSP (Real Time Streaming Protocol)​
  • Преимущества RTSP: Широкая распространённость, поддержка множества устройств и платформ.
  • Недостатки RTSP: Отсутствие синхронизации времени. Не предназначен для больших потоков.

Программная поддержка SMPTE ST 2110​

Существуют разнообразные программные решения для работы с потоками SMPTE ST 2110:

  1. Программы для захвата и обработки видео:
    • vMix: Поддерживает захват и обработку потоков SMPTE ST 2110.
    • OBS Studio: Может использоваться для захвата и стриминга видео в формате SMPTE ST 2110.
  2. Программные микшеры:
    • NewTek TriCaster: Поддерживает работу с потоками SMPTE ST 2110.
    • Ross Video Carbonite Black Solo: Включает поддержку SMPTE ST 2110 для обработки видео и звука.
  3. Оборудование для коммутации и маршрутизации:
    • Evertz EQX Series: Линейка коммутаторов, поддерживающих SMPTE ST 2110.
    • Grass Valley Sirius 800: Профессиональный маршрутизатор с поддержкой SMPTE ST 2110.

Статьи по теме:​

  1. Что такое SMPTE 2110 и как его использовать в распределенном видео производстве?
  2. Введение в видеостандарты, Хабр
  3. IEEE 1588 Precision Time Protocol (PTP)
  4. Как SMPTE 2110 должен был заменить SDI и почему это пока не получается? Flussonic.

Вложения​