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SDVoE方案的搭建与评测

        【每日科技网】

  传统的4K60 4:4:4高清视频由于其动辙12G以上的带宽占用,一般采用HDMI技术传输。HDMI的高带宽和低延时广泛受到业界的认可与欢迎。随着物联网的普及和各类分布式系统的应用,专业AV的应用也变得要远程控制、分布部署。而此时HDMI的短距离(15米)和不可管理就成为了发展的瓶颈。而另外诸多的技术为了将4K60 4:4:4视频迁移到IP网络上来,只能采取牺牲视频品质,将视频大幅度压缩,甚至有低至1G以下的数据流,高延时,低画质,但这个结果,明显不是用户希望看见的。

  4K视频在网络传输中需要多大的带宽,我们实际来算一下,计算公式如下:

  带宽 =水平象素 x 垂直象素 x 色彩深度 x 刷新率

  4K (3840*2160 60HZ 8bit色深 4:4:4 ) 带宽的计算,实时非压缩传输速率需要12G的带宽。

  计算过程:

  3840*2160*24bit*60fps=11943936000 bits

  11943936000 bits /1024=11664000 Kbits

  11664000 Kbits /1024=11390.625 Mbits

  11390.625 Mbits /1024=11.123 Gbits

  4K无损AV对带宽的要求:

  超过12G的带宽,实际上在10G的网络中也是无法满足其传输要求,所以SDVOE联盟正是突破这个技术瓶颈,将4K60 4:4:4高清视频无损压缩至10Gbps以内,保持4K60 4:4:4的画质的前提下,辅以带宽保障与延时校准,至此,任何4K60 4:4:4的超高清视频和设备,都能够平滑迁移到IP网络上来。4K超高清AV网络,变成一个可以分布式部署、可以远程管理控制、可以随意伸缩的软件定义网络。毫不夸张地说,这是AV网络化的一个里程碑。

  SDVOE联盟由NETGEAR 、AptoVision、Aquantia、科视、索尼和ZeeVee共同成立,以标准化在专业AV环境采用以太网传输AV信号,并建立一种以允许软件定义AV应用的SDVoE技术为中心的生态系统。多家企业致力于实现SDVoE联盟在专业AV环境采用标准化以太网传输AV信号,并创建一个围绕SDVoE技术的生态系统去以软件定义AV应用的目标。

  接下来小编带大家来亲身体验一下SDVOE解决方案。

  

  一、SDVOE系统架构图

  1、首先我们先了解一下SDVOE解决方案的系统架构,系统架构中主要的设备有带10G接口的编码器和解码器、4K拼接屏、控制服务器、视频源服务器以及一些其它配件。其中最主要的网络系统是全10G交换机,支持RJ45和SFP+接口,可通过超六类以上网线和光纤两种介质进行连网,根据用户实际需要交换机选择不同数量的接口,来确定具体型号。其网络连接架构是编码器、解码器通过10G以太网接口连接到10G交换机接口,可实现一对一、一对多、多对多的4KAV的传输。

  本次SDVOE测试的系统组成有下面几个部分:

  1、6台55寸超窄边液晶4K高清显示屏

  2、显示控制系统平台

  3、6对编解码器

  4、M4300-96X 12个插槽式万兆交换机(配置相应的接口模块)

  5、信号源、信号切换、信号处理、信号显示控制等

  6、其它配件(如HDMI、光纤、超六类线)等

  

  二、拼接屏的安装

  本次测评提供的大屏幕显示系统拼接墙由6套超窄边液晶55”4K显示单元以2(行)×3(列)的方式拼接而成。

  安装效果示意图如下:

  采用4K/60hz超高清系统,是目前画质的4K分布式系统,利用10GbE以太网技术实时对视频、音频、以太网和其他控制信号进行矩阵切换、延伸以及分配,分辨率达4K/60 4:4:4HDR(超高清)。提供无与伦比的图像质量,无画面延迟,无压缩,无伪影。

  2. 拼接屏的支架安装

  搭建SDVOE整套系统中的工作量是4K拼接屏的安装搭建,本次共安装6台55寸4K高清显示器,需要安装在支架平台上,搭建支架平台非常重要,它的好坏直接影响拼接屏的使用效果,当然这个需要大量的体量活。

  采用立式支架,模块化设计,架框用螺丝固定,安装起来相对简单方便,我们工程人员正认真进行组合安装。

  花费了一些时间,终于把支架平台完美搭建完成。

  2.2、拼接屏安装

  接下来,最关键的步骤是安装拼接屏。每台4K液晶显示屏在安装之前需要先安装整固配件,为了实现完美拼接效果,调整配件设计了六方位调整功能,实现上下/前后/左右位置的调整,以确保液晶显示拼接墙的平整度要求。

  1、上下调整固定件:在上述的挂钩上方开螺丝孔位,通过调节螺丝松紧调整屏的上下。

  2、前后调整固定件:在横向柱上设计前后调整固定件,固定件上设有2个螺丝,分别调节屏的前后。通过松紧这2个螺丝,实现该固定件与挂钩的配合联动,实现屏的前后调节。

  3、左右调整固定件:在横向柱上设计左右调整固定件,通过调整螺丝的松紧实现屏的左右移动。

  安装好配件后,显示屏上架构,6台显示屏逐一上架,如下图:

  由于显示屏是易碎品,在安培过程中,一定需要小心,轻拿轻放避免碰撞,屏幕之间要做到合理受力,无挤压,无变形。

  安装好6个屏幕后,需要对屏幕进行调整,通过屏幕上安装好的三个固定件来调整,解决屏与屏之间的平衡与空隙。

  拼接屏完美的安装完成后,现在最主要是SDOVE系统的各设备的安装和连接。

  三、SDVOE 组网架构安装

  3. 1 安装编解码器

  编解码器采用无损压缩技术传输4K@60Hz音视频信号。通过万兆交换机可以实现信号的切换、分配、拼接、开窗和漫游功能,同时双向IR, RS-232和双向音频信号的传输。

  先折包解码器6台,连接好电源线,按设备顺序排好。

  解码器上的10G 以太网口用超六类线连接到10G交换机M4300-96X的10G以太网接口上。由于传输速率需达10G的带宽,所以连接网络至少要求超六类线以上的标准。解码器上的以太网接口,常见有两种类型,RJ45和SFP+接口,SFP+用来连接10G光纤,可以传输更远的距离。

  同时,解码器上还有HDMI接口,通过HDMI线连接显示屏。

  编码器的安装,连接好电源,同样编码器上有HDMI接口和10以太网接口。10G以太网RJ45接口通过超六类线连接到M4300-96X的10G接口上。通过HDMI线连接到视频源设备(如PC,小米盒等)。

  下图为编码器的HDMI线连接到PC、小米盒上。

  最后安装和配置好控制服务器,通过控制服务器来控制管理编解码器,以及它们的输出输入,管理和切换拼接屏的显示方式 ,整个系统操作简单,可以通过上位机操作,同时也提供标准API接口供上游控制系统调用。

  3. 10G 交换机安装

  每一对编解码器是一一对应的,在4K60 4:4:4无损压缩传输超高清视频,一路视频在以太网上传输需要高达9G左右的带宽,所以,对交换机处理能力要求很高,每个10G端口都能实现全线率交换。至于采用全光架构、全电架构、还是混合架构,需根据用户实际环境来决定。

  本架构中采用NETGEAR M4300可堆叠全万兆交换机系列为网络主设备,网络核心带来高性价比的L2/L3/L4、IPv4/IPv6服务,具备无与伦比的易用性,同系列的10G/40G型号无缝堆叠,支持脊叶(spine leaf)线速堆叠拓扑。不间断转发虚拟机箱架构提供高可用(HA)特性,可以在堆叠组里面无中断失效切换。双重冗余、模块化电源供给、全宽型号一起增强业务连续性。3层特性集包括静态、动态、基于策略的路由、IGMP等——作为标准配置。

  由于SDVOE系统架构中,用到的全万兆交换机需要支持全线速运行,所以交换机的背板和包转发率要求更高,不能有瓶颈。一台交换机全线速转发的包转发率计算:

  包转发率(吞吐量):指交换机所能线速处理的数据包的速度,单位为pps(packet percent second)。

  交换机1个万兆端口在包长为64B 时的理论吞吐量为14.88Mpps。

  10G交换机包转发率的计算公式:

  万兆端口数×14.88Mpps

  交换机标称的包转发速率高于这个速率,那么交换机可以达到线速交换,提供无阻塞的包交换。如果达不到该值,那么该交换机有可能采用的是有阻塞的结构设计。

  SDVOE系统采用精心设计的以太网、TCP、IP、IGMP传输,SDVOE系统的高清AV的传输使用IGMP组播协议来实现,IGMP组播协议在网络技术中属于技术,应用配置相对比较复杂,对于用户的技术工程师想搭建这样的网络还是有一定的难度。考虑到这个因素,SDVOE联盟成员在设计这个系统方案时,就把这个技术定了标准的应用,出厂的所有系统设备支持即插即用的功能,包括NETGEAR提供的M4300系列全万兆交换机。

  所以SDVOE系统中的网络交换机,必须支持全10G速率交换机,且支持IGMP协议:

  ü 交换机必须支持IGMP侦听 (v2)

  ü 交换机必须支持IGMP查询器 (v2)

  ü 交换机必须支持IGMP快速离开

  ü 交换机必须丢弃未知组播数据包

  IGMP的工作机制:

  NETGEAR M4300全万兆交换机支持IGMP查询和IGMP侦听。

  NETGEAR 交换机无需额外的设备用来作为查询器。

  IGMP侦听配置页面

  IGMP查询器配置页面。

  IGMP快速离开配置页面。

  所以,SDVOE系统的架构搭建完成,系统开机运行即可,接下来我们就来看下真4K60 4:4:4 AV的运行效果。首先我们配置好多媒体管理平台,对屏幕进行管理配置,据不同需求,可实现单屏分别单独显示、单屏分割显示、任意组合显示、全屏显示,支持缩放拉伸、跨屏显示、画中画等各种显示预案的设置和运行,全高清信号实时处理。

  利用多媒体管理系统进行对4K60 4:4:4的AV视频进行管理:

  ü 全屏显示

  ü 分屏显示

  ü 自由屏显示

  1、全屏显示,可将6个显示器整合成一个大屏,进行全屏显示。

  2、分屏显示,可根据屏幕的数量,进行分别显示不同的视频。

  3、自由屏显示,可以对拼屏幕进行任意大小的切割,以满足不同应用的显示。

  先看下分屏显示,如下图:

  再看下全屏显示,4K@60Hz的帧率,4:4:4的色彩帧率,超高清、零延时传输画面,实现超高清的画面显示。

  为保证信号无帧丢失与无损传输,并以全色彩深度(30BIT 4:4:4)还原信号显示,满足企业级用户的4K信号显示与切换。

  硬件上,M4300-96X采用积木式的模块设计。为满足AV / IP网络化过程中所需要的各种接口需求,M4300-96X提供包含了10G SFP+光接口、10GBase-T电接口、10GBase-T PoE+电接口和QSFP+ 40G接口在内的四种模块类型。无论是80公里的远距离,还是楼层内的铜缆接入,均可以通过M4300-96X来实现。

  软件上,M4300系列充分考虑到AV系统工程师们的专业领域,将AV迁移至IP网络过程中所需要的各种IP网络设置,以及与SDVoE联盟产品联动的各项功能对接,均预先内置在M4300之中,真正使AV系统工程师在部署的时候即插即用,只需要专注自己的AV调校与部署。

  总结,针对此次对SDVOE系统架构测评,真4K AV视频在10G以太网上的传输已完美实现,所以SDVoE像素编码是IP分布式系统的选择,其的特点是:

  在4K60 4:4:4 HDR零延迟、无压缩、实现完美画质。

  Ø 画质是至高无上 -你无法妥协的

  Ø 延迟 -稍纵即逝,无法回头

  Ø 越来越便宜的带宽成本

  借助此次测评,NETGEAR与广大企业客户及合作伙伴畅谈SDVOE技术趋势、细数4K AV热点议题、共享创新体验,深入探讨如何充分利用10G网络交换机来传输真4K视频在实际场景中的应用。

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