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为 SMPTEST 2110添加压缩功能

30.04.24 12:35 下午 作者 intoPIX

SMPTE 2110 基于IP SMPTE 2110 媒体IP
​其中-22用于JPEG XS 视频本流

SMPTEST 2110 针对基于IP 的专业媒体IP 是推动行业向IP基础设施转型的重要因素。 


这套标准规定了IP 上分离的视频、音频和辅助数据流的传输、同步和描述,用于live 制作、播放和其他专业媒体应用。 


通过添加时间戳,所有元素均可单独传输,并在任意终端点进行合并。这种流的同步分离方式(与SMPTEST 2022不同),简化了添加元数据(如字幕、电视文字、时间码)和进行简易视频编辑的过程,同时也简化了多语言、多类型音频的处理等任务。 


如今,该标准套件已得到业界广泛采用,许多厂商都推出了基于 SMPTEST 2110 标准的设备和解决方案。若想了解提供 ST 2110 产品的供应商,不妨查看AIMS 联盟的成员名单,或者JPEG XS Action”页面,该页面重点介绍了多家供应商。 

了解套件的所有部分,以及压缩视频是如何包含在内的。

核心系统级

第 10 部分——系统时序与定义(SMPTEST 2110)

它定义了系统架构、使用 PTP 的同步和数据流关系。 SMPTE ST 2059(IEEE 1588-2008 / PTP)通过为单独的数据流提供时间戳,将时间和时基分配给系统内的每个设备。它规定了各种系统时钟以及如何计算视频、音频和 ANC 信号的 RTP 时间戳。这使得音频、视频和元数据等每个组件流既能相互同步,又能保持独立的流。

第 21 部分——视频的流量整形与传输时序(SMPTEST 2110)

第 21 部分定义了SMPTE 2110 视频 RTP 流的时序模型(以流离开 RTP 发送方时的测量结果为准),并定义了用于指示此类流时序属性的发送方 SDP 参数(例如窄线性发送方、宽线性发送方)。该标准确保了视频传输的流畅性,


精华运输标准

第 20 部分——未压缩的实时视频(SMPTEST 2110- 视频)

该标准规定了在IP 网络上以 RTP 为基础实时传输未压缩的活动视频内容。为接收和解释视频流所需的图像技术元数据定义了一种基于 SDP 的信令方法。它支持高达 32K x 32K 像素的分辨率,从而很好地涵盖了当前流行的 UHD 格式、Y'Cb'Cr'、RGB、XYZ 和 I'Ct'Cp' 色彩空间、HDR 和 HFR 内容、4:2:2/10、4:2:2/12、4:4:4/16 等。


第 22 部分——压缩视频(SMPTEST 2110 JPEG XS )

SMPTE 2110 的第 22 部分SMPTE 2110 定义了通过IP 传输压缩视频的标准化方法,其中大多数情况下采用JPEG XS 、低延迟、无损质量的压缩技术(参见TicoXS)。  JPEG XS的 IETF RTP 有效载荷已得到完整定义,视频服务论坛(VSF)还针对SMPTE 2110 发布了一份技术建议——VSF TR08(更多信息请参见此处)。 


将压缩视频应用于ST 2110 标准,通过允许用户利用经济高效的商用现成(COTS)1GbE 网络传输高清(HD)、4K 和 8K 等通常需要高带宽的视频ST 2110 转向IP 工作流所带来的现有优势——灵活性、可扩展性以及无限制的访问性。 这对于带宽受限的场景(如广域网、UHD 4K 或 8K、1/2.5GbE 计算机接口等)也十分有用。


intoPIX TicoXSTicoXS FIP超低延迟、无损质量编解码器,将压缩技术定位为一种可靠且可持续的解决方案,可借助JPEG XS ,在局域网(LAN)、广域网(WAN)cloud构建经济高效、带宽利用率高且高质量的live 工作流。无论在画质还是延迟方面,它都丝毫不逊色于未压缩视频。 它在带宽方面更具优势,因为它能够(重新)利用商用现成设备、现有线缆和网络(如1GbE、10GbE),以更经济的带宽成本管理多个高清、4K 和 8K 流。请注意,ST 2110 JPEG XS IPMX 标准中。

典型带宽范围示例 

SMPTE 2110 JPEG XS 6:1 至 15:1 的压缩比,但根据所选的JPEG XS (High 或 TDC)和分辨率(例如 1080p、4K、8K),压缩比最高可达 20:1, 帧率(例如 25、50、60 fps)以及色彩采样(例如 8 位、10 位、12 位)等因素而有所不同。


视频格式SMPTEST 2110
未压缩 4:2:2 带宽 
SMPTEST 2110
JPEG XS 6:1)
SMPTEST 2110
JPEG XS 10:1)
SMPTEST 2110
JPEG XS 15:1)
1080p60、4:2:2、10 位2.4Gbps400Mbps240Mbps160Mbps
4Kp60、4:2:2、10 位9.6Gbps1.6Gbps960Mbps640Mbps
8Kp60、4:2:2、10 位38.4Gbps6.4Gbps3.8Gbps2.56Gbps

第 30 部分——PCM 数字音频(SMPTEST 2110)

ST 2110 仅涉及基于 RTP 的 PCM 数字音频流在IP 实时传输。该标准定义了一种基于 SDP 的信令方法,用于处理接收和解析音频流所需的元数据。非 PCM 数字音频信号(包括压缩音频)不在本标准的范围之内。该标准采用AES67 作为 传输层,并确保音频网络中的跨厂商兼容性。

第 31 部分——AES3 透明传输(SMPTEST 2110)

第 31 部分可处理非 PCM 音频。本部分规定了基于 RTP 的 AES3 格式音频信号在IP 网络上以网络参考时钟为基准的实时传输。(例如杜比 E、非 PCM 格式)

第 40 部分——SMPTE ST 291-1 辅助数据(SMPTEST 2110)

ST 2110 主要规定了如何将 IETF RFC 8331 与 2110 结合使用,以通用方式将辅助数据项封装到IP 。该标准规定了通过IP 传输与数字视频流相关的 SMPTE ST 291-1 辅助(ANC)数据包的方法。 通过这种方式,该标准实现了音频和 VANC(例如:闭路字幕、SCTE-104、时间码)的分流路由。

第 41 部分--快速元数据传输(FMT)

第 41 部分实现了同步和低延迟元数据(如摄影机计数、镜头数据),在live 制作和互动应用中非常有用。

支持基础设施标准、外设标准和协议

这些并非直接属于 2110 的一部分,但却是实施 2110 兼容系统的建议或要求:

时间同步 -SMPTE ST 2059-1/2

定义在专业媒体网络中使用 IEEE 1588 PTP 进行时间同步

流冗余/可靠性(SMPTEST 2022)

冗余定义了 RTP 流在冗余网络中的无缝保护切换,这对live 工作流程的可靠性至关重要。其概念是通过使用不同的路径或电缆从源端复制数据流到达目的地。

发现、注册和控制 - NMOS(AMWA)

  • IS-04IP媒体设备和服务的发现与注册。
  • IS-05 发送方和接收方之间的连接管理(路由流)。
  • IS-06 网络控制 - 与 SDN 控制器的交互。
  • IS-07 事件和计数消息(符合ST 2110 标准)。
  • IS-08 音频通道映射配置(适用于ST 2110)。
  • BCP-003-01/02 安全最佳实践(如访问控制、安全传输)。

关于 SMPTE :

一个多世纪以来,电影电视®工程师协会(SMPTE®(SMPTE),发音为"simp-tee")的人整理了媒体和娱乐技术许多重大进步的细节,从引进"谈话"和彩色电视到高清和超高清(4K,8K)电视。自 1916 年成立以来,该协会因其在推动跨行业移动影像工程方面所做的工作而获得奥斯卡奖®和多个艾美奖®奖。 SMPTE 已经制定了数千项标准、推荐做法和工程指南,其中 800 多项标准现已生效。


更多信息请访问:https://www.smpte.org

在ST 2110 上添加JPEG XS 压缩intoPIX 面向开发者和 OEM 厂商的intoPIX

intoPIX 发布了用于FPGA 的编码器和解码器IP,以及面向 OEM 和开发人员的加速SDK ,可在 Nvidia GPU 和 x86-64Intel 或 AMD CPU 上运行:

  1. TicoXSIP --提供 8、10、12 位、4:2:2 和 4:4:4 色彩采样、高清、4K、8K、高达 60fps 或 120fps 的全系列功能。TicoXS编码器和解码器IP占用空间极小,可安装在最小的 Altera、AMDXilinx 或 Lattice FPGA 上,无需额外内存,并可对FPGA现有系统进行固件升级。 另请参阅我们为 2110-22 提供的配套IPX-RTP-XSIP。
  2. 快速 TicoXSSDKs-可在Intel 和 AMD x86-64 或 ARM 64CPU 处理器以及 NvidiaGPU 上编码和解码高清、4K 或 8K。
  3. Titanium SDK SoCEDK:intoPIX 开发人员提供 ST2110 解决方案,包括SDK 嵌入式开发套件 的形式,适用于FPGA 、Jetson SoC 或其他基于 ARM 的 SoC。

更新:intoPIX 还intoPIX 了一个SMPTE 2110 Wireshark 解析器,可在此处获取,用于解析和验证您的SMPTE 2110 流。 

测试全球首款SMPTE 2110 应用程序intoPIX 专业intoPIX

intoPIX 发布面向专业人士的Titanium 套件,使任何人都能在配备千兆网络的标准计算机上运行SMPTE 2110 或 IPMX)。

  1. TitaniumViewer 是一款能够将标准笔记本电脑或工作站转变为高效、低延迟的SMPTEST 2110 音频流接收器的软件应用程序——支持高达8K的分辨率——非常适合专业音视频监看、多画面监看和实时制作工作流程。它全面集成了NMOS的发现、注册和控制功能。
  2. TitaniumShow 是一款软件应用程序,可使笔记本电脑和工作站充当SMPTEST 2110 视频源,JPEG XS ,利用标准1G或2.5G以太网网络,实现原生或虚拟屏幕(最高支持8K分辨率)的无缝、超低延迟投屏。

更新:intoPIX 还intoPIX 了一个SMPTE 2110 Wireshark 解析器,可在此处获取,用于解析和验证您的SMPTE 2110 流。 

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