计算演播室IP视频信号带宽

韦斯·辛普森

计算一个IP网上视频信号要求的带宽不很难，但确实要求相当熟悉基础技术和封包格式。对像估算某一网络连接上可传输的视频数量或计算传输两个设施之间信号的长距离连接之成本这样的任务来说，获得正确的答案非常重要。

本文将探讨1080p59.94视频信号以两个目前流行的不压缩IP视频传输格式传输时将消耗的带宽。

第一个格式为SMPTE ST 2022-6，它最初為在长距离网络上传输不压缩信号（包括所有嵌入音频及其它包含在HANC和VANC空间内的信号）而设计。这个格式目前依然受欢迎，原因是它很容易接收一个SDI信号源（SD、HD或3G），将它转换为ST 2022-6以便在IP连接上传输，并且在不改变一个比特的情况下在目的地恢复为完全相同的SDI信号。它已经被很多设备供应商广泛采用，并且在不少业内活动（如VSF（视频服务联盟）主办的VidTrans）上证实了互操作性。

另一个格式较新，但它允许以独立的IP打包流形式传输每种媒体要素（视频、音频等）。这种方式无需嵌入和解嵌音频及其它信号到传输的SDI流中，并且如下面的计算所示，减少视频传输所需的IP网络带宽。VSF TR-03建议基于RFC 4175，它接收成组像素，并直接把它们映射到RTP包。此推荐标准预计很快演进为SMPTE ST 2110-20，它将使用类似的包格式。

包有效载荷

计算信号带宽的第一步是估计每个包内可传输的媒体要素量。对于ST 2022-6，这一步很容易，每个包携带固定的1376B有效载荷。对于VSF T R-03，可能有好几种选择，因此为简化计算，每个包含1920像素的视频行将被分为4个各有480像素的相等部分。使用4：2：2取样，每对像素要求4个10b取样（2个亮度和2个色度），这相当于40b或5B。因此，480像素将占（480/2）*5=1200B。

包报头和开销

如图1所示，在每一层，当包通过协议栈时，增加了新报头。对于ST 2022-6，增加了一个高码率媒体报头。对于TR-03（即将成为ST 2110-20），使用了一个8B有效载荷报头。接着，加上12B RTP报头和8B UDP报头，随后是IPv4报头和8B UDP报头。在以太网层，14B的标准以太网报头往往被一个4B VLAN标记扩张，而所需的4B帧检验序列被添加到包，因此总共有22B的开销。在标准的路径上传输时，每个以太网帧之前有一个8B前导码，随后是一个相当于12B长度的帧间间隔，总开销等于20B长度。

包传输速率计算

一旦知道了每个包的大小，计算信号带宽所需的另一因素是每秒包数量。这必须用原始信号速率计算。

对于ST 2022-6，由于传输整个 1080p59.94有效载荷，此计算必须基于完整视频帧。每行有2200个取样，每帧有1125行，每个取样有20b（采用4：2：2 10b取样），每帧总字节数为6187500。每个包有1376B，也就是每个视频帧有4492个包。在59.94fps，总包速率为269550包/秒。

对于TR-03/ST 2110-20，仅仅传输有效视频区。由于每个包携带一个视频行的四分之一，一个完整的视频帧需要4x1080 = 4320个包。以59.94fps帧率，此码流将每秒消耗258941个包。

为获得总码率，余下的就是包速率乘以以比特为单位的包尺寸。如图1最后一行所示，2022-6信号带宽约比1080p视频正常要求的2.97Gb/s高200Mb/s，而TR-03/ST 2110-20比原生SDI低约300Mb/s。

音频怎么样？

在现代化制作设施内唯一的其它高带宽信号就是音频信号。在ST 2022-6中，音频信号是在SDI有效载荷内传输的，因此对音频无额外的带宽要求（假定音频声道数量少于S D I能够传输的数量）。

但在TR-03/SMPTE ST 2110中，将需要分配更多带宽给音频。由于一个48 KHz、24b立体声信号占不到3Mb/s，因此音频流一般不是千兆级网络上的大负担。

值得注意的问题

任何传输I P视频信号的网络连接中指配的实际带宽要比本文中计算的原生码率大。特别是部分由于视频（带VANC所在间隔的像素块）的突发性，穿过每个网络跃点应当提供更多带宽，大于本文中计算的数量。SMPTE委员会目前正在研究增加带宽的建议量。B&P