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Articulo de referencia

Conexión de audio y vídeo

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Audio Video Bridging (AVB) es el nombre común de un conjunto de estándares técnicos que proporcionan una mejor sincronización, baja latencia y confiabilidad para redes Ethernet conmutadas . [ 3 ] AVB incorpora las siguientes tecnologías y estándares:

  • IEEE 802.1AS -2011: Sincronización y gestión de tiempos para aplicaciones sensibles al tiempo (gPTP);
  • IEEE 802.1Qav -2009: Reenvío y encolamiento para flujos sensibles al tiempo (FQTSS);
  • IEEE 802.1Qat -2010: Protocolo de reserva de flujo (SRP);
  • IEEE 802.1BA-2011 : [ 4 ] Sistemas de puenteo de audio y vídeo (AVB);
  • Protocolo de transporte de capa 2 IEEE 1722-2011 para aplicaciones sensibles al tiempo (Protocolo de transporte AV, AVTP); y
  • Protocolo de descubrimiento, enumeración, gestión y control de conexiones de dispositivos IEEE 1722.1-2013 (AVDECC).

Las enmiendas IEEE 802.1Qat y 802.1Qav se han incorporado al documento base IEEE 802.1Q -2011, que especifica el funcionamiento de los puentes de control de acceso al medio (MAC) y las redes de área local virtuales con puente .

AVB fue desarrollado inicialmente por el grupo de trabajo Audio Video Bridging del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE), perteneciente al comité de estándares IEEE 802.1 . En noviembre de 2012, el grupo de trabajo Audio Video Bridging pasó a llamarse grupo de trabajo Time-Sensitive Networking (TSN) para reflejar el alcance ampliado de su trabajo, que consiste en "proporcionar las especificaciones que permitirán servicios de transmisión de baja latencia sincronizados en el tiempo a través de redes IEEE 802 ". [ 5 ] Se están llevando a cabo esfuerzos adicionales de estandarización en el grupo de trabajo IEEE 802.1 TSN.

Para ayudar a garantizar la interoperabilidad entre dispositivos que implementan los estándares AVB y TSN, la Alianza AVnu desarrolla la certificación de dispositivos para los mercados de audio y video automotriz, de consumo y profesional. [ 6 ]

Fondo

Históricamente, los equipos analógicos de audio y video (AV) utilizaban conexiones punto a punto unidireccionales y de un solo propósito. Incluso los estándares AV digitales, como S/PDIF para audio y la interfaz digital serial (SDI) para video, conservan estas características. Este modelo de conexión genera una gran cantidad de cables, especialmente en aplicaciones profesionales y de audio de alta gama. [ 7 ]

Cableado de un panel de conexiones de una furgoneta de transmisión exterior

Los intentos por resolver estos problemas se basaron en topologías de red multipunto, como IEEE 1394 (FireWire), e incluyeron la adaptación de tecnologías estándar de redes informáticas conmutadas , como Audio over Ethernet y Audio over IP . Las soluciones audiovisuales profesionales, domésticas y para automóviles comenzaron a utilizar protocolos especializados que no son interoperables entre sí ni con los protocolos de TI estándar, mientras que las redes informáticas estándar no proporcionaban una calidad de servicio precisa con una sincronización estricta y una latencia predecible o limitada. [ 7 ]

Para superar estas limitaciones, las redes Audio Video Bridging transmiten múltiples flujos audiovisuales a través de conmutadores Ethernet estándar (es decir, puentes MAC ) conectados en una topología de árbol jerárquica . AVB incluye protocolos de capa 2 para reservar ancho de banda de conexión y priorizar el tráfico de red, lo que garantiza una sincronización precisa y una baja latencia de transmisión para cada flujo. [ 7 ]

Se requiere una sincronización precisa entre múltiples flujos AV para la sincronización labial entre el vídeo y los flujos de audio relacionados, para mantener en fase varios altavoces conectados digitalmente en un entorno profesional (lo que requiere una precisión de 1 μs) y para evitar que los paquetes de audio o vídeo lleguen tarde al punto final, lo que provoca la pérdida de un fotograma de vídeo y fallos de audio no deseados, como un chasquido o silencio. El retardo en el peor de los casos, incluido el almacenamiento en búfer de origen y destino, debe ser bajo y determinista: el retardo de la interfaz de usuario debe ser de alrededor de 50  ms, de modo que la pulsación de un botón y la acción resultante se perciban como instantáneas, y de 2 ms para actuaciones en directo o trabajo en estudio. [ 7 ]

Resumen

Figura 2 - Conexiones AVB

Audio Video Bridging se implementa como una red Ethernet conmutada que funciona reservando una fracción del ancho de banda Ethernet disponible para el tráfico AV. La arquitectura AVB introduce tres diferencias principales:

El estándar IEEE 802.1BA es un estándar general que engloba estas tres tecnologías principales y que define configuraciones y procedimientos operativos específicos para cada aplicación en dispositivos de redes de audio y vídeo conmutadas.

Los nuevos protocolos de configuración de capa 2 funcionan con extensiones compatibles con versiones anteriores del formato de trama Ethernet 802.1; estos cambios mínimos permiten que los dispositivos AVB coexistan y se comuniquen en redes informáticas estándar. Sin embargo, solo los conmutadores y terminales compatibles con AVB pueden reservar recursos de red con control de admisión y sincronizar la hora local con un reloj maestro, lo cual es necesario para el tráfico sensible al tiempo y de baja latencia.

El tráfico AVB se replica mediante multidifusión, con un emisor (iniciador de la transmisión) y varios receptores. Los paquetes AVB se envían a intervalos regulares en las ranuras de tiempo asignadas, lo que evita colisiones en el tráfico AV. AVB garantiza una latencia de 2 ms para el tráfico de Clase A y de 50 ms para el tráfico de Clase B en un máximo de 7 saltos, con un período de transmisión de 125 μs para el tráfico de Clase A y de 250 μs para el tráfico de Clase B.

Un dominio de temporización de red IEEE 802.1AS incluye todos los dispositivos que se comunican mediante el protocolo gPTP. El grandmaster es un dispositivo elegido como reloj de referencia; la especificación 802.1BA exige que cada emisor y puente de red sea compatible con grandmaster.

Los protocolos de gestión de enlaces 802.3 y de medición de retardo de enlace 802.1AS calculan el retardo de ida y vuelta al punto final AVB; este debe ser mejor que el retardo de cable en el peor de los casos del algoritmo de retardo de pares 802.1AS.

Los protocolos de nivel superior pueden utilizar la información del reloj 802.1AS para establecer la hora exacta de presentación de cada flujo audiovisual.

Transporte y configuración AV.

IEEE 1722 AVTP

IEEE Std 1722-2011 [ 8 ] para un protocolo de transporte de audio y video de capa 2 (AVTP) define detalles para transmitir flujos IEEE 1394 / IEC 61883 y otros formatos AV, establecer el tiempo de presentación para cada flujo AV y administrar las latencias del retraso en el peor caso calculado por el protocolo gPTP.

IEEE 1722.1 AVDECC

IEEE Std 1722.1-2013 [ 9 ] es un estándar que proporciona descubrimiento, enumeración, administración de conexiones y control (AVDECC) de dispositivos AVB utilizando IEEE Std 1722-2011. AVDECC define operaciones para descubrir la adición y eliminación de dispositivos, recuperar el modelo de entidad del dispositivo, conectar y desconectar flujos, administrar el estado del dispositivo y de la conexión, y controlar dispositivos de forma remota.

Interoperabilidad

Los servicios de capa superior pueden mejorar la sincronización y la latencia de la transmisión de medios al asignar el ID de flujo AVB a identificadores de flujo internos y basar las marcas de tiempo internas en el reloj maestro gPTP.

IEEE 1733

IEEE Std 1733-2011 [ 10 ] define un perfil de protocolo de capa 3 para aplicaciones de protocolo de transporte en tiempo real (RTP) con un formato de carga útil RTCP , que asigna el ID de flujo de SRP al identificador de fuente de sincronización (SSRC) de RTP y correlaciona las marcas de tiempo RTP para el tiempo de presentación con el reloj maestro gPTP 802.1AS.

AES67

AES67 se basa en RTP estándar sobre UDP/IP y el protocolo de tiempo de precisión IEEE 1588 (PTPv2) para la sincronización; la interoperabilidad con AVB/TSN se puede lograr vinculando la información de sincronización IEEE 802.1AS a los datos de carga útil PTPv2 de AES67. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]

La implementación de AES67 con interoperabilidad AVB se ha demostrado en InfoComm 2016. [ 15 ] [ 16 ]

Milán

En 2018, la Alianza Avnu anunció la iniciativa de Milán para promover la interoperabilidad de los dispositivos AVB y proporcionar certificación y pruebas de productos. [ 17 ]

La especificación requiere sincronización de medios basada en el formato de referencia de reloj AVTP (Clock Reference Format) y una frecuencia de muestreo de 48  kHz (opcionalmente 96 y 192  kHz); el formato de flujo de audio se basa en el formato de audio estándar AVTP IEC 61883-6 de 32 bits AAF con 1 a 8 canales de audio por flujo (opcionalmente, formato de alta capacidad de 24 y 32 bits con 56 y 64 canales). Se proporciona redundancia con dos redes lógicas independientes para cada punto final y un mecanismo de conmutación sin interrupciones. [ 17 ]

DetNet

El Grupo de Trabajo de Redes Deterministas (DetNet) de la IETF está trabajando para definir rutas de datos deterministas con límites en la latencia, la pérdida y la variación del retardo de los paquetes (jitter), y alta fiabilidad. DetNet operará tanto en segmentos puenteados de capa 2 como en segmentos enrutados de capa 3, basándose en la interoperabilidad con conmutadores AVB/TSN cuando sea posible. [ 18 ]

Una de las posibles aplicaciones de DetNet es el audio/vídeo profesional, como la producción musical y cinematográfica, la radiodifusión, el cine, el sonido en directo y los sistemas para grandes recintos (estadios, salas, centros de conferencias, parques temáticos, aeropuertos, terminales de tren, etc.) para megafonía, transmisión de medios y anuncios de emergencia. El objetivo declarado es habilitar una intranet distribuida geográficamente, a nivel de campus o empresa , para la entrega de contenido con baja latencia controlada (10-15 ms). Una única red gestionará tanto el tráfico de audio/vídeo como el de TI, con enrutamiento de capa 3 sobre redes AVB QoS para permitir el intercambio de contenido entre segmentos AVB de capa 2 y proporcionar integración IntServ y DiffServ con AVB cuando sea posible. El ancho de banda reservado no utilizado se liberará para el tráfico de mejor esfuerzo. La pila de protocolos tendrá capacidades Plug-and-play de principio a fin para reducir la configuración y administración manuales, y permitir cambios rápidos de dispositivos de red y topología de red. [ 19 ]

Las redes AVB a gran escala, como las utilizadas por el centro de transmisión "Digital Center 2" de ESPN SportsCenter , que alberga múltiples estudios individuales, se extienden con muchos kilómetros de fibra y tienen un ancho de banda de diez Tbit/s para cien mil señales transmitidas simultáneamente; en ausencia de una solución basada en estándares para interconectar segmentos AVB individuales, se requiere un enrutador de red definido por software personalizado . [ 20 ] [ 21 ]

Normalización

El trabajo sobre transmisión de audio/video comenzó en el grupo de estudio IEEE 802.3re 'Residential Ethernet ' en julio de 2004. [ 22 ] En noviembre de 2005, se trasladó al comité IEEE 802.1 responsable de los estándares de interconexión entre redes . [ 23 ]

Referencias

  1. ↑ "Introducción a las redes AVB" . PreSonus . Consultado el 2 de diciembre de 2020 .
  2. 1 2 IEC 61883-6
  3. ↑ Kreifeldt, Rick (30 de julio de 2009). "AVB para uso audiovisual profesional" (PDF) . Libro blanco de AVnu Alliance .
  4. ↑ "IEEE 802.1: 802.1BA - Sistemas de puenteo de audio y vídeo (AVB)" . www.ieee802.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  5. ↑ "Grupo de trabajo de interconexión AV IEEE 802.1" . ieee802.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  6. ↑ "AVnu Alliance" . Sitio web oficial . Consultado el 27 de septiembre de 2011 .
  7. 1 2 3 4 Michael Johas Teener; et al. "Redes de audio/video sin excusas: la tecnología detrás de AVnu" (PDF) . Avnu Alliance. Archivado del original (PDF) el 5 de abril de 2014. 
  8. ↑ "IEEE 1722-2011 - Norma IEEE para el protocolo de transporte de capa 2 para aplicaciones sensibles al tiempo en una red de área local conmutada" . IEEE . Archivado del original el 19 de septiembre de 2018. Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  9. ↑ "IEEE 1722.1-2013 - Estándar IEEE para el protocolo de detección, gestión y control de dispositivos basados ​​en IEEE 1722(TM)" . IEEE . Archivado del original el 21 de octubre de 2019. Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  10. ↑ "IEEE 1733-2011 - Norma IEEE para el protocolo de transporte de capa 3 para aplicaciones sensibles al tiempo en redes de área local" . IEEE . Archivado del original el 7 de mayo de 2019. Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  11. ↑ AES67-2018 – Anexo D (Informativo) – Interfaz con los dominios de reloj IEEE 802.1AS
  12. ↑ AES67-2018 – Anexo C (Informativo) – Transporte de red AVB
  13. ↑ Geoffrey M. Garner, Michel Ouellette y Michael Johas Teener (27 de septiembre de 2012). "Uso de una red IEEE 802.1AS como reloj distribuido IEEE 1588 de límite, ordinario o transparente" . Simposio Internacional IEEE de 2010 sobre Sincronización de Relojes de Precisión para Medición, Control y Comunicación (ISPCS) (IEEE).
  14. ↑ Amaya, Nestor (marzo de 2016). "AES67 PARA PRODUCCIÓN DE AUDIO: ANTECEDENTES, APLICACIONES Y DESAFÍOS" (PDF) . smpte.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  15. ↑ Joao Martins (16 de junio de 2016). "AVB/TSN Momentum y AES67/AVB Harmony en InfoComm 2016" . Recuperado el 8 de diciembre de 2016 .
  16. ↑ "Módulos, chips y software de red de audio BACH ST2110 AES67 | Soluciones para desarrolladores OEM" . Ross Video . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  17. 1 2 "Milán | Un protocolo de red impulsado por el usuario para medios profesionales" . avnu.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  18. ↑ "Redes deterministas (detnet) - Documentos" . datatracker.ietf.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  19. ↑ Grossman, Ethan (11 de noviembre de 2018). "Descripción general de los casos de uso de DetNet" (PDF) . ieee802.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  20. ↑ "Estudio de caso de ESPN Digital Center Ethernet AVB: Parte 1" . Digital Design Corporation . 10 de noviembre de 2017. Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  21. ↑ Daley, Dan (10 de junio de 2014). "El DC2 de ESPN se expande considerablemente" . Sports Video Group . Recuperado el 21 de octubre de 2019 .
  22. ↑ Richard Brand; et al. (14 de julio de 2004). "Ethernet residencial: Convocatoria de interés IEEE 802.3" (PDF) . Comité de estándares IEEE 802.3 . Consultado el 27 de septiembre de 2011 . 
  23. ↑ "Grupo de Estudio de Ethernet Residencial IEEE 802.3" . Sitio web oficial . Comité de estándares IEEE 802.3. 10 de enero de 2006. Consultado el 27 de septiembre de 2011 .
  24. ↑ IEEE 802.1AS-2020 - Estándar IEEE para redes de área local y metropolitana: sincronización y temporización para aplicaciones sensibles al tiempo , IEEE , archivado del original el 16 de marzo de 2020 , consultado el 26 de enero de 2021.
  25. ↑ "P802.1AS-2020 – Sincronización y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo" . 1.ieee802.org . Consultado el 21 de octubre de 2019 .
  26. ↑ "IEEE 802.1AS-2020 Redes de área local y metropolitana: Sincronización y sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo - Corrección 1: Corrección técnica y editorial" . IEEE . Archivado del original el 16 de marzo de 2020.
  27. ↑ "IEEE 802.1BA-2021 - Estándar IEEE para redes de área local y metropolitana: sistemas de puenteo de audio y vídeo (AVB)" .
  28. ↑ IEEE 802.1Q-2022 - Norma IEEE para redes de área local y metropolitana: puentes y redes conmutadas , IEEE , consultado el 26 de enero de 2021.
  • Grupo de trabajo sobre redes sensibles al tiempo
  • Grupo de trabajo de interconexión de audio/video 802.1 (Archivado)
  • Grupo de trabajo del protocolo de transporte de capa 2 IEEE 1722 para flujos sensibles al tiempo
  • Grupo de trabajo IEEE 1722.1 para el protocolo de descubrimiento, enumeración, gestión de conexiones y control de dispositivos basados ​​en P1722.
  • Grupo de trabajo de transporte de capa 3 de IEEE 1733 AVB
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