جسر الصوت والفيديو

الموسوعة الحرة

يُعدّ ربط الصوت والفيديو (AVB) اسمًا شائعًا لمجموعة من المعايير التقنية التي توفر تزامنًا مُحسّنًا، وزمن استجابة منخفضًا، وموثوقية عالية لشبكات إيثرنت المُبدّلة . [ 3 ] يتضمن AVB التقنيات والمعايير التالية:

  • IEEE 802.1AS -2011: التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت (gPTP)؛
  • IEEE 802.1Qav -2009: إعادة التوجيه والتخزين المؤقت للتدفقات الحساسة للوقت (FQTSS)؛
  • IEEE 802.1Qat -2010: بروتوكول حجز التدفق (SRP)؛
  • IEEE 802.1BA-2011 : [ 4 ] أنظمة الربط الصوتي والمرئي (AVB)؛
  • بروتوكول نقل الطبقة الثانية للتطبيقات الحساسة للوقت (بروتوكول نقل AV، AVTP) وفقًا لمعيار IEEE 1722-2011؛ ​​و
  • بروتوكول اكتشاف الأجهزة وتعدادها وإدارة الاتصال والتحكم فيها (AVDECC) IEEE 1722.1-2013.

تم دمج تعديلات IEEE 802.1Qat و 802.1Qav في وثيقة IEEE 802.1Q -2011 الأساسية، والتي تحدد تشغيل جسور التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) وشبكات المنطقة المحلية الموصولة الافتراضية .

طُوِّرت تقنية AVB في البداية من قِبَل فريق عمل ربط الصوت والفيديو التابع للجنة معايير IEEE 802.1 في معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) . وفي نوفمبر 2012، أُعيد تسمية فريق عمل ربط الصوت والفيديو إلى فريق عمل الشبكات الحساسة للوقت (TSN) ليعكس النطاق الموسّع لعمله، والذي يتمثل في "توفير المواصفات التي ستتيح خدمات البث المتزامنة زمنيًا ومنخفضة زمن الوصول عبر شبكات IEEE 802 ". [ 5 ] وتتواصل جهود التقييس الإضافية في فريق عمل IEEE 802.1 TSN.

للمساعدة في ضمان التوافق بين الأجهزة التي تطبق معايير AVB وTSN، يقوم تحالف AVnu بتطوير شهادات اعتماد الأجهزة لأسواق الصوت والفيديو في قطاعات السيارات والمستهلكين والمحترفين. [ 6 ]

خلفية

لطالما استخدمت أجهزة الصوت والفيديو التناظرية وصلات أحادية الاتجاه، ذات غرض واحد، من نقطة إلى نقطة. وحتى معايير الصوت والفيديو الرقمية، مثل S/PDIF للصوت وواجهة SDI الرقمية التسلسلية للفيديو، تحتفظ بهذه الخصائص. ينتج عن نموذج التوصيل هذا كميات كبيرة من الكابلات، خاصة في التطبيقات الاحترافية وأنظمة الصوت عالية الجودة. [ 7 ]

توصيلات لوحة التوصيل في شاحنة البث الخارجي

استندت محاولات حل هذه المشكلات إلى بنى شبكات متعددة النقاط، مثل معيار IEEE 1394 (FireWire)، وشملت تكييف تقنيات شبكات الحاسوب القياسية المُبدَّلة ، مثل الصوت عبر الإيثرنت والصوت عبر بروتوكول الإنترنت . وقد لجأت حلول الصوت والفيديو الاحترافية والمنزلية والسيارات إلى استخدام بروتوكولات متخصصة لا تتوافق مع بعضها البعض أو مع بروتوكولات تكنولوجيا المعلومات القياسية، في حين أن شبكات الحاسوب القياسية لم توفر جودة خدمة عالية مع توقيت دقيق وزمن استجابة متوقع أو محدود. [ 7 ]

للتغلب على هذه القيود، تنقل شبكات جسر الصوت والفيديو (AVB) عدة تدفقات صوتية ومرئية عبر محولات إيثرنت قياسية (أي جسور MAC ) متصلة ببنية شجرية هرمية . يتضمن AVB بروتوكولات الطبقة الثانية لحجز عرض النطاق الترددي للاتصال وتحديد أولويات حركة مرور الشبكة، مما يضمن تزامنًا دقيقًا للساعة وانخفاض زمن انتقال الإرسال لكل تدفق. [ 7 ]

يُعدّ التزامن الدقيق بين تدفقات الصوت والفيديو المتعددة ضروريًا لمزامنة حركة الشفاه بين الفيديو وتدفقات الصوت المرتبطة به، وللحفاظ على توافق طور مكبرات الصوت المتصلة رقميًا في بيئة احترافية (وهو ما يتطلب دقة 1 ميكروثانية)، ولمنع وصول حزم الصوت أو الفيديو متأخرة إلى نقطة النهاية، مما قد يؤدي إلى فقدان إطار من الفيديو وظهور تشويشات صوتية غير مرغوب فيها مثل صوت فرقعة أو صمت. يجب أن يكون أسوأ تأخير، بما في ذلك التخزين المؤقت للمصدر والوجهة، منخفضًا ومحددًا: يجب أن يكون تأخير واجهة المستخدم حوالي 50  مللي ثانية، بحيث يُنظر إلى الضغط على زر والإجراء الناتج عنه على أنه يحدث على الفور، و2 مللي ثانية للعروض الحية أو العمل في الاستوديو. [ 7 ]

ملخص

الشكل 2 - توصيلات AVB

يتم تطبيق تقنية ربط الصوت والفيديو (AVB) كشبكة إيثرنت مُبدَّلة تعمل عن طريق حجز جزء من شبكة الإيثرنت المتاحة لحركة بيانات الصوت والفيديو. ويُقدّم تصميم AVB ثلاثة اختلافات رئيسية:

يُعد معيار IEEE 802.1BA معيارًا شاملاً لهذه التقنيات الرئيسية الثلاث، والذي يحدد التكوينات الخاصة بالتطبيقات وإجراءات التشغيل للأجهزة في شبكات الصوت والفيديو المحولة.

تعمل بروتوكولات تكوين الطبقة الثانية الجديدة مع امتدادات متوافقة مع الإصدارات السابقة لتنسيق إطار Ethernet 802.1؛ تسمح هذه التغييرات البسيطة لأجهزة AVB بالتعايش والتواصل في شبكات تكنولوجيا المعلومات القياسية، ومع ذلك، فإن المحولات ونقاط النهاية القادرة على AVB فقط هي التي يمكنها حجز موارد الشبكة مع التحكم في الوصول ومزامنة الوقت المحلي مع ساعة رئيسية، وهو أمر مطلوب لحركة المرور الحساسة للوقت ذات زمن الوصول المنخفض.

يتم نسخ حركة مرور AVB بطريقة البث المتعدد، مع مُرسِل واحد (مُنشئ البث) وعدة مُستقبِلين. تُرسَل حزم AVB على فترات منتظمة ضمن الفترات الزمنية المُخصصة، مما يمنع حدوث تصادمات في حركة مرور AV. يضمن AVB زمن استجابة يبلغ 2 مللي ثانية لحركة مرور الفئة A و50 مللي ثانية لحركة مرور الفئة B على مدى 7 قفزات كحد أقصى، مع فترة إرسال تبلغ 125 ميكروثانية لحركة مرور الفئة A و250 ميكروثانية لحركة مرور الفئة B.

يشمل نطاق التوقيت في شبكة IEEE 802.1AS جميع الأجهزة التي تتواصل باستخدام بروتوكول gPTP. ويُعدّ الجهاز الرئيسي (grandmaster) جهازًا يُختار ليكون ساعة مرجعية؛ إذ تشترط مواصفات 802.1BA أن يكون كل جهاز مُرسِل وجسر شبكة قادرًا على العمل كجهاز رئيسي.

تقوم بروتوكولات إدارة الارتباط 802.3 وقياس تأخير الارتباط 802.1AS بحساب تأخير الرحلة ذهابًا وإيابًا إلى نقطة نهاية AVB؛ يجب أن يكون هذا أفضل من أسوأ تأخير سلكي من خوارزمية تأخير النظير 802.1AS.

قد تستخدم البروتوكولات ذات المستوى الأعلى معلومات الساعة 802.1AS لضبط وقت العرض الدقيق لكل تدفق صوتي ومرئي.

نقل وتكوين AV

IEEE 1722 AVTP

يحدد معيار IEEE 1722-2011 [ 8 ] لبروتوكول نقل الصوت والفيديو من الطبقة 2 (AVTP) تفاصيل نقل تدفقات IEEE 1394 / IEC 61883 وتنسيقات الصوت والفيديو الأخرى، وتحديد وقت العرض لكل تدفق صوت وفيديو، وإدارة زمن الوصول من أسوأ حالة تأخير محسوبة بواسطة بروتوكول gPTP.

IEEE 1722.1 AVDECC

يُعدّ معيار IEEE Std 1722.1-2013 [ 9 ] معيارًا يوفر اكتشاف AVB، وتعداد، وإدارة الاتصال، والتحكم (AVDECC) للأجهزة باستخدام معيار IEEE Std 1722-2011. ويحدد AVDECC عمليات لاكتشاف إضافة الأجهزة وإزالتها، واسترجاع نموذج كيان الجهاز، وتوصيل وفصل التدفقات، وإدارة حالة الجهاز والاتصال، والتحكم عن بُعد في الأجهزة.

قابلية التشغيل البيني

يمكن لخدمات الطبقة العليا تحسين التزامن وزمن استجابة نقل الوسائط عن طريق ربط معرف تدفق AVB بمعرفات التدفق الداخلية وتأسيس الطوابع الزمنية الداخلية على ساعة gPTP الرئيسية.

IEEE 1733

يحدد معيار IEEE 1733-2011 [ 10 ] ملف تعريف بروتوكول الطبقة 3 لتطبيقات بروتوكول النقل في الوقت الحقيقي (RTP) بتنسيق حمولة RTCP ، والذي يعين معرف التدفق من SRP إلى معرف مصدر التزامن لـ RTP (SSRC)، ويربط الطوابع الزمنية لـ RTP لوقت العرض مع الساعة الرئيسية 802.1AS gPTP.

AES67

يعتمد معيار AES67 على بروتوكول RTP القياسي عبر UDP/IP وبروتوكول التوقيت الدقيق IEEE 1588 (PTPv2) لتحديد التوقيت؛ ويمكن تحقيق التوافق مع AVB/TSN من خلال ربط معلومات التوقيت الخاصة بمعيار IEEE 802.1AS ببيانات حمولة AES67 PTPv2. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

تم عرض تطبيق AES67 مع قابلية التشغيل البيني AVB في مؤتمر InfoComm 2016. [ 15 ] [ 16 ]

ميلانو

في عام 2018، أعلن تحالف Avnu عن مبادرة ميلانو لتعزيز قابلية التشغيل البيني لأجهزة AVB وتوفير شهادات المنتجات واختبارها. [ 17 ]

تتطلب المواصفات توقيت الوسائط بناءً على تنسيق مرجع الساعة AVTP CRF ومعدل عينة 48  كيلوهرتز (مع إمكانية اختيارية 96 و192  كيلوهرتز)؛ ويعتمد تنسيق دفق الصوت على تنسيق الصوت القياسي AVTP IEC 61883-6 ذي 32 بت AAF مع 1 إلى 8 قنوات صوتية لكل دفق (مع إمكانية اختيارية، تنسيق عالي السعة 24 و32 بت مع 56 و64 قناة). ويتم توفير التكرار من خلال شبكتين منطقيتين مستقلتين لكل نقطة نهاية وآلية تبديل سلسة. [ 17 ]

شبكة ديت نت

تعمل مجموعة عمل الشبكات الحتمية (DetNet) التابعة لـ IETF على تحديد مسارات بيانات حتمية ذات حدود لزمن الاستجابة، وفقدان البيانات، وتفاوت تأخير الحزم (الارتعاش)، مع ضمان موثوقية عالية. يجب أن تعمل DetNet على كلٍ من قطاعات الطبقة الثانية الموصولة وقطاعات الطبقة الثالثة الموجهة، معتمدةً على التوافق التشغيلي مع محولات AVB/TSN كلما أمكن ذلك. [ 18 ]

من بين التطبيقات المحتملة لتقنية DetNet، أنظمة الصوت والفيديو الاحترافية، مثل إنتاج الموسيقى والأفلام، والبث الإذاعي والتلفزيوني، ودور السينما، والصوت المباشر، وأنظمة الأماكن الكبيرة (الملاعب، والقاعات، ومراكز المؤتمرات، والمدن الترفيهية، والمطارات، ومحطات القطارات، إلخ) لأنظمة الإذاعة العامة، وبث الوسائط، والإعلان في حالات الطوارئ. والهدف المعلن هو تمكين شبكة إنترانت موزعة جغرافيًا، على مستوى الحرم الجامعي أو المؤسسة ، لتوصيل المحتوى بزمن استجابة منخفض ومحدود (10-15 مللي ثانية). يجب أن تتولى شبكة واحدة معالجة حركة مرور الصوت والفيديو وحركة مرور تكنولوجيا المعلومات، مع توجيه من الطبقة الثالثة فوق شبكات جودة الخدمة AVB لتمكين مشاركة المحتوى بين قطاعات AVB من الطبقة الثانية، وتوفير تكامل IntServ و DiffServ مع AVB حيثما أمكن. يجب تحرير النطاق الترددي المحجوز غير المستخدم لحركة المرور ذات الجهد الأمثل. يجب أن تتمتع حزمة البروتوكول بإمكانيات التوصيل والتشغيل من أعلى إلى أسفل لتقليل الإعداد والإدارة اليدوية، والسماح بإجراء تغييرات سريعة على أجهزة الشبكة وطوبولوجيا الشبكة. [ 19 ]

تُمدّ شبكات AVB واسعة النطاق، كتلك المستخدمة في مركز البث الرقمي "Digital Center 2" التابع لشبكة ESPN SportsCenter ، والذي يضمّ استوديوهات فردية متعددة، بأميال عديدة من الألياف الضوئية، وتتمتع بنطاق ترددي يصل إلى عشرة تيرابت/ثانية لنقل مئة ألف إشارة في وقت واحد؛ وفي غياب حلول قياسية لربط أجزاء AVB الفردية، يلزم استخدام موجّه شبكات مُعرّف برمجياً ومُخصّص. [ 20 ] [ 21 ]

التقييس

بدأ العمل على بث الصوت والفيديو في مجموعة دراسة " إيثرنت السكني " التابعة لمعيار IEEE 802.3re في يوليو 2004. [ 22 ] وفي نوفمبر 2005، نُقل إلى لجنة IEEE 802.1 المسؤولة عن معايير الربط بين الشبكات . [ 23 ]

مجموعة معايير الربط الصوتي والمرئي
معيارعنوانحالةتاريخ النشر
مواصفات الربط الصوتي والمرئي (AVB)
IEEE 802.1BA-2011أنظمة الربط الصوتي والمرئي (AVB)تم استبدالها بمعيار IEEE 802.1BA-202130 سبتمبر 2011
IEEE 802.1Qav-2009تحسينات التوجيه والترتيب في قائمة الانتظار للتدفقات الحساسة للوقت (FQTSS)تم تضمينها في البند 34 من معيار IEEE 802.1Q-20115 يناير 2010
IEEE 802.1Qat-2010بروتوكول حجز المجاري المائية (SRP)تم تضمينها في البند 35 من معيار IEEE 802.1Q-201130 سبتمبر 2010
IEEE 802.1Q -2011جسور التحكم في الوصول إلى الوسائط (MAC) وشبكات المنطقة المحلية الموصولة الافتراضية (تتضمن تعديلات IEEE 802.1Qav و 802.1Qat)تم استبدالها بمعيار IEEE 802.1Q-2014/2018/202231 أغسطس 2011
IEEE 802.1AS-2011التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت في شبكات المنطقة المحلية الموصولة ( gPTP )تم استبدالها بمعيار IEEE 802.1AS-202030 مارس 2011
مواصفات الشبكات الحساسة للوقت (TSN)
IEEE 802.1AS-2020التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت ( gPTP )[ 24 ] [ 25 ] المعدلة بموجب 802.1AS-2020/Cor1-2021 [ 26 ]30 يناير 2020
IEEE 802.1BA-2021ملف تعريف TSN لأنظمة الربط الصوتي والمرئي (AVB)الحالي [ 27 ]12 ديسمبر 2021
IEEE 802.1Q -2022الجسور والشبكات المتصلةالحالي [ 28 ]22 ديسمبر 2022
مواصفات بروتوكول نقل الصوت والفيديو (AVTP) و AVDECC
IEEE 1733-2011بروتوكول النقل من الطبقة الثالثة للتطبيقات الحساسة للوقت في الشبكات المحلية (RTP)حاضِر25 أبريل 2011
IEEE 1722-2011بروتوكول النقل من الطبقة الثانية للتطبيقات الحساسة للوقت في شبكة محلية موصولة بجسر (AVTP)تم استبدالها بمعيار IEEE 1722-20166 مايو 2011
IEEE 1722-2016بروتوكول النقل من الطبقة الثانية للتطبيقات الحساسة للوقت في شبكة محلية موصولة بجسر (AVTP)حاضِر16 ديسمبر 2016
IEEE P1722bAVTP - تعديل: تنسيقات البث الجديدة والموسعةتحضير-
IEEE 1722.1-2013بروتوكول اكتشاف الأجهزة، وتعدادها، وإدارة الاتصال والتحكم فيها (AVDECC)حاضِر23 أغسطس 2013

مراجع

  1. ↑ "مقدمة في شبكات AVB" . بريسونوس . تم الاطلاع عليه في 2 ديسمبر 2020 .
  2. 1 2 IEC 61883-6
  3. ↑ كريفيلدت، ريك (30 يوليو 2009). "AVB للاستخدام الاحترافي في مجال الصوت والفيديو" (ملف PDF) . ورقة بيضاء صادرة عن تحالف AVnu .
  4. ↑ "IEEE 802.1: 802.1BA - أنظمة الربط الصوتي والمرئي (AVB)" . www.ieee802.org . تاريخ الاسترجاع: 21 أكتوبر 2019 .
  5. ↑ "مجموعة عمل الربط بين معيار IEEE 802.1 AV" . ieee802.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-10-2019 .
  6. ↑ "تحالف AVnu" . الموقع الرسمي . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 سبتمبر 2011 .
  7. 1 2 3 4 مايكل جوهاس تينر وآخرون . "شبكات الصوت والفيديو بلا أعذار: التكنولوجيا الكامنة وراء AVnu" (ملف PDF) . تحالف AVnu. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 5 أبريل 2014. 
  8. ↑ "IEEE 1722-2011 - معيار IEEE لبروتوكول نقل الطبقة الثانية للتطبيقات الحساسة للوقت في شبكة محلية موصولة" . IEEE . مؤرشف من الأصل في 19 سبتمبر 2018. تم الاطلاع عليه في 21 أكتوبر 2019 .
  9. ↑ "IEEE 1722.1-2013 - معيار IEEE لاكتشاف الأجهزة وإدارة الاتصالات وبروتوكول التحكم للأجهزة القائمة على معيار IEEE 1722™" . IEEE . مؤرشف من الأصل في 21 أكتوبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2019 .
  10. ↑ "IEEE 1733-2011 - معيار IEEE لبروتوكول نقل الطبقة الثالثة للتطبيقات الحساسة للوقت في الشبكات المحلية" . IEEE . مؤرشف من الأصل في 7 مايو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 أكتوبر 2019 .
  11. ↑ AES67-2018 – الملحق د (معلوماتي) – الربط بنطاقات ساعة IEEE 802.1AS
  12. ↑ AES67-2018 – الملحق ج (معلوماتي) – نقل شبكة AVB
  13. ↑ جيفري إم. غارنر، ميشيل أويليت، ومايكل جوهاس تينر (27-09-2012). "استخدام شبكة IEEE 802.1AS كساعة حدودية أو عادية أو شفافة موزعة وفقًا لمعيار IEEE 1588" . ندوة IEEE الدولية لعام 2010 حول مزامنة الساعات الدقيقة للتحكم في القياس والاتصالات (ISPCS) (IEEE)
  14. ↑ أمايا، نيستور (مارس 2016). "AES67 لإنتاج الصوت: الخلفية والتطبيقات والتحديات" (ملف PDF) . smpte.org . تاريخ الاسترجاع: 21 أكتوبر 2019 .
  15. ↑ جواو مارتينز (16 يونيو 2016). "AVB/TSN Momentum و AES67/AVB Harmony في مؤتمر InfoComm 2016" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 ديسمبر 2016 .
  16. ↑ "وحدات وشرائح وبرامج شبكات الصوت BACH ST2110 AES67 | حلول مطوري المعدات الأصلية" . روس فيديو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-10-2019 .
  17. 1 2 "ميلان | بروتوكول شبكة موجه من قبل المستخدم للوسائط الاحترافية" . avnu.org . تم الاسترجاع في 21-10-2019 .
  18. ↑ "الشبكات الحتمية (detnet) - وثائق" . datatracker.ietf.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-10-2019 .
  19. ↑ غروسمان، إيثان (11 نوفمبر 2018). "نظرة عامة على حالات استخدام DetNet" (ملف PDF) . ieee802.org . تاريخ الاسترجاع: 21 أكتوبر 2019 .
  20. ↑ "دراسة حالة مركز ESPN الرقمي لتقنية إيثرنت AVB: الجزء الأول" . شركة التصميم الرقمي . 10 نوفمبر 2017. تاريخ الاسترجاع: 21 أكتوبر 2019 .
  21. ↑ دالي، دان (10 يونيو 2014). "طائرة DC2 من ESPN تُضخّم حجم AVB بشكل كبير" . مجموعة الفيديو الرياضي . تم الاسترجاع في 21 أكتوبر 2019 .
  22. ↑ ريتشارد براند وآخرون (14 يوليو/تموز 2004). "إيثرنت سكني: دعوة IEEE 802.3 لإبداء الاهتمام" (ملف PDF) . لجنة معايير IEEE 802.3 . تاريخ الاطلاع: 27 سبتمبر/أيلول 2011 . 
  23. ↑ "مجموعة دراسة إيثرنت السكنية IEEE 802.3" . الموقع الإلكتروني الرسمي . لجنة معايير IEEE 802.3. 10 يناير 2006. تاريخ الاطلاع: 27 سبتمبر 2011 .
  24. ↑ معيار IEEE 802.1AS-2020 - معيار IEEE للشبكات المحلية وشبكات المناطق الحضرية - التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت ، IEEE ، مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2020 ، تم استرجاعه في 26 يناير 2021
  25. ↑ "P802.1AS-2020 – التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت" . 1.ieee802.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-10-2019 .
  26. ↑ "IEEE 802.1AS-2020 شبكات المناطق المحلية والحضرية - التوقيت والمزامنة للتطبيقات الحساسة للوقت - التصحيح 1: تصحيح فني وتحريري" . IEEE . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2020.
  27. ↑ "IEEE 802.1BA-2021 - معيار IEEE للشبكات المحلية وشبكات المناطق الحضرية - أنظمة الربط الصوتي والمرئي (AVB)" .
  28. ↑ معيار IEEE 802.1Q-2022 - معيار IEEE للشبكات المحلية وشبكات المناطق الحضرية - الجسور والشبكات الموصولة ، IEEE ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يناير 2021