IP視頻網(wǎng)絡(luò )中的故障您如何解決

　　在制作及其它業(yè)務(wù)應用中部署IP視頻網(wǎng)最常為人引用的好 處是能夠使用基于IT的商用現貨設備，這可以利用與相對較小的 廣電業(yè)相比大得多的IT行業(yè)的規模經(jīng)濟。更多的優(yōu)點(diǎn)包括降低布 線(xiàn)成本和電纜重量以及提供更靈活的制作選擇的更大的路由靈活 性。這些優(yōu)點(diǎn)迷住了業(yè)界，廣播機構已在努力盡早地部署IP視頻 網(wǎng)絡(luò )。不能比部署落后太遠的是需要有效診斷和解決故障。

　　在之前“實(shí)現混合的IP/SDI制作架構”一文中，談到IP產(chǎn) 生技術(shù)和技能新挑戰。這些挑戰包括抖動(dòng)、延遲以及丟包風(fēng)險和 網(wǎng)絡(luò )不對稱(chēng)(這導致不同的上下行路徑延遲)。

　　部署IP用于視頻制作實(shí)際上是視頻工程和網(wǎng)絡(luò )工程兩個(gè)世界 的碰撞。視頻工程師很舒服地使用SDI、同軸電纜、插線(xiàn)面板、用 于定時(shí)同步的黑場(chǎng)參考信號和三同步信號，尤其是監測信號質(zhì)量。 視頻工程師的挑戰是了解IT技術(shù)以及IT基礎設施對視頻的影響。

　　另一方面，網(wǎng)絡(luò )工程師熟悉和很舒服地使用IP流、協(xié)議、網(wǎng) 絡(luò )流量、路由器配置以及用于定時(shí)的精確時(shí)間協(xié)議(PTP)和網(wǎng) 絡(luò )時(shí)間協(xié)議(NTP)。不過(guò)，最大的差異是在大部分數據中心應 用中，數據丟失可重新發(fā)送，而對高碼率視頻事實(shí)并非如此。網(wǎng) 絡(luò )工程師的挑戰是了解視頻技術(shù)及其對IT基礎設施的影響。

　　第一步 克服抖動(dòng)

　　在數字系統中，抖動(dòng)是與信號的規則周期性的偏差。在IP網(wǎng) 絡(luò )中，抖動(dòng)是接收端包到達間隔的偏差。如果網(wǎng)絡(luò )路由器和交換 機都正確配置和運行，那么最常見(jiàn)的抖動(dòng)原因是在路由器/交換 機接口的網(wǎng)絡(luò )擁塞。

　　網(wǎng)絡(luò )單元內的應用將可能要求數據以非猝發(fā)形式被接收，因 此，接收設備采用一種去抖動(dòng)緩沖器，應用接收來(lái)自該緩沖器的 包而不是直接接收。如圖1所示，包以常規速度從緩沖器流出，消 除包流進(jìn)緩沖器的時(shí)間偏差。

　　圖1 包抖動(dòng)是包到達時(shí)間間隔周期性的偏差

　　包從去抖動(dòng)緩沖器流出的速率被稱(chēng)為“流失率”。緩沖器接 受數據的速率被稱(chēng)為“填充率”。如果緩沖器尺寸太小，那么如 果流失率超過(guò)填充率，則它最終將下溢，導致包流動(dòng)停滯。如果 下沉率超過(guò)流失率，那么緩沖器最終將溢出，導致丟包。不過(guò)，如果緩沖器尺寸太大，那么網(wǎng)絡(luò )單元將產(chǎn)生過(guò)量的延遲。

　　標繪出包到達時(shí)間間隔的時(shí)間標記與時(shí)間的關(guān)系，可測量抖 動(dòng)，如圖2所示。

　　圖2 包到達時(shí)間間隔對時(shí)間圖

　　這對確定抖動(dòng)隨時(shí)間的變化是有用的，但能夠以直方圖形式 標繪出包到達時(shí)間間隔與出現頻率的分布也是有用的。如果抖動(dòng) 值很大，導致要接收的包超出去抖動(dòng)緩沖器范圍，那么這些超出 范圍的包就被丟失。能夠確定如圖3中例子這樣的異常值有助于確 定網(wǎng)絡(luò )抖動(dòng)性能可能是或已經(jīng)是丟包原因。

　　一連串長(cháng)到達時(shí)間間隔的包將不可避免地導致一連串猝發(fā) 的短到達時(shí)間間隔的包，正是這猝發(fā)的數據流可能導致緩沖區溢 出狀況和丟包。如果超過(guò)剩余緩沖區大小的時(shí)間長(cháng)度的一段時(shí)間 (微秒單位)下沉速率超過(guò)流失率，這種情況就會(huì )發(fā)生。

　　第二步 規定去抖動(dòng)緩沖區容量

　　為規定必要的去抖動(dòng)緩沖區容量，采用了另一種稱(chēng)為延遲因 數(DF)的抖動(dòng)測量方式。延遲因數為一種時(shí)域測量，指示去抖 動(dòng)數據流必需的時(shí)域緩沖區尺寸。

　　在IP視頻網(wǎng)絡(luò )中，媒體有效載荷通過(guò)RTP(實(shí)時(shí)協(xié)議)傳輸。DF測量的一種形式利用RTP報頭傳輸反映RTP數據包取樣 瞬間的時(shí)間標記信息的這個(gè)事實(shí)。這被稱(chēng)為“時(shí)間標記的延遲因 數”或TS-DF(EBU Tech 3337所定義)，代表微秒單位的時(shí) 域緩沖區容量，如圖所示。

　　TS-DF表示當時(shí)的緩沖器大小(微秒單位)

　　TS-DF測量基于相對過(guò)渡時(shí)間，它是數據包的RTP時(shí)間標 記和到達時(shí)間接收端的時(shí)鐘之間的偏差，以微秒為單位測量。測 量周期為1秒，測量周期的第一個(gè)包被認為無(wú)抖動(dòng)，并被用作參考 包。

　　對以后每個(gè)包，計算該數據包和參考包之間的相對過(guò)渡時(shí) 間，在測量周期結束時(shí)，提取最大和最小值，計算時(shí)間標記的延 遲因數：

　　TS-DF = D(最大)– D(最小)

　　第三步 找到根本原因

　　為確定根本原因，必須清楚可見(jiàn)損傷是由IP誤碼導致還是其 它一些差錯導致。圖5表示一個(gè)網(wǎng)絡(luò )監測工具用于跟蹤時(shí)間相關(guān)的 視頻和IP誤碼的方式。這是通過(guò)關(guān)聯(lián)視頻誤碼的時(shí)間標記和RTP 包差錯實(shí)現的。

　　視頻CRC誤碼本身并不能證實(shí)視頻受損，因此使用如圖像和 波形顯示器以及音頻條這樣的傳統監測方式是可取的。

　　IP視頻網(wǎng)內的設備時(shí)鐘沒(méi)有固有的系統時(shí)間概念，因此精確 時(shí)間協(xié)議(RTP)被用于同步這些時(shí)鐘。最新版的是IEEE 1588- 2008，亦稱(chēng)為RTP第二版本，與SMPTE ST 2059 PTP檔一起， 專(zhuān)門(mén)用于廣播應用。

　　事實(shí)上，PTP提供與SDI網(wǎng)絡(luò )中黑場(chǎng)參考信號或三電平同步 信號提供的等效的同步鎖相功能?？侾TP網(wǎng)絡(luò )時(shí)間服務(wù)器被稱(chēng)為 “PTP源時(shí)鐘”，從PTP導出它們的時(shí)間的設備被稱(chēng)為“PTP從 設備”。PTP源時(shí)鐘通常同步于GPS、GLONASS或兩者。

　　在可預見(jiàn)的未來(lái)，許多視頻網(wǎng)絡(luò )將混合采用SDI和IP。為實(shí) 現SDI和IP導出內容之間的幀精確切換，黑場(chǎng)/三電平同步的定時(shí) 相對PTP時(shí)鐘沒(méi)有偏差至關(guān)重要。

　　這是通過(guò)測量PTP時(shí)鐘和黑場(chǎng)/三電平同步之間的定時(shí)偏 差，然后參照PTP時(shí)鐘偏移SDI同步信號，進(jìn)行必要的校正，從 而實(shí)現這個(gè)目的。

　　第四步 最后考慮

　　在現場(chǎng)制作應用中，網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)家可能不在制作現場(chǎng)，網(wǎng)絡(luò )設備 也可能不一定在容易進(jìn)入的地點(diǎn)。任何診斷設備可被網(wǎng)絡(luò )和視頻 工程師遠程控制是可取的。

　　全IP架構是全世界大部分廣播機構的愿景，并且已經(jīng)在許多 設施開(kāi)始出現。不過(guò)，現實(shí)是轉換不會(huì )一蹴而就，導致必須管理 混合SDI和IP基礎設施，因此IP和視頻工程師要緊密合作，確保無(wú)縫運行和快速查出故障。