索尼大法—IP Live Production System後面的那些技術

在廣電圈IP技術發展如火如荼的今天，業內各個公司都頗有「ALL IN」的意思，身為行業標杆的大法（SONY）自然是不會落後的，SONY家的IP技術是以IP Live Production System（以下簡稱IP Live）這一整體解決方案呈現在大家面前的，這三個單詞詮釋了SONY所認為的IP技術應用方向——SONY的IP技術是服務於實時節目製作的。這樣一個簡單的名字幫助人們更好的記住了SONY的IP技術，但是它後面其實是由一系列黑科技組合起來的。

IP Live 的底層核心技術是壓縮和封裝，大家可能在SONY的宣傳資料中經常會看到NMI和LLVC這兩個詞，NMI（Networked Media Interface）和LLVC（Low Latency Video Codec）是SONY開發的IP封裝（介面）和壓縮技術。SMPTE為了制定IP標準，廣泛向廠家徵詢技術方案，SONY提交的NMI和LLVC分別收錄成為RDD（REGISTERED DISCLOSURE DOCUMENT） 40和RDD 34草案，與這兩個草案一樣被收錄的還有SONY提出的「NDCP網路設備控制協議」方案（RDD 38）。

———————下方高能———————

LLVC定義了一種視頻壓縮的方案，能夠實現低延時和無損壓縮，壓縮率可以從3:1到14:1。其採用「基於行的小波變換/逆小波變換」、「基於行的焗編碼/解碼」（可變長編碼/解碼）和並行編解碼處理等技術實現低延時和高質量壓縮。簡單說就是這樣。。。。

經過LLVC壓縮後的4K視頻典型帶寬在4.2Gb左右，一個10Gb通道可以傳輸兩路壓縮的4K視頻。

LLVC的碼流分為Picture（一幀或一場畫面）、TU（Transmission Unit）和CU（Codec Unit）三層結構。壓縮後的CU組合起來裝載進TU，TU再組合成畫面。這就像一列火車拉著一串車皮，而車皮內又裝有不同的貨箱一樣。從下圖可以看出來，通過不同CU的組合可以支持4:2:2和4:4:4不同採樣率畫面，最高可達4:4:4 12bit。

一個TU裝載的數據量保證了無論採用4:2:2還是4:4:4，一個TU都能放下整數組的CU，也方便了TU的拆分。這樣的碼流結構有助於實現數據的封裝，TU拆散適配進固定大小的Media Payload中，並加上數據頭和包頭以及地址，就實現了視頻IP封裝。

NMI中定義了24bit和20bit兩種音頻的獨立封裝方法，輔助數據也是單獨封裝。需要特別了解的是，NMI將視頻、音頻和數據單獨封裝，但這幾個元素仍在同一個組播組中。 視頻/音頻/數據封裝成IP包後就可以在COTS交換機中進行交換了——這也正是IP化的優勢。

NMI標準通過FEC（前向糾錯）實現數據重建，增加可靠性。和SMPTE 2022-5不同的是，NMI定義的FEC包，可以檢測幀尾數據塊並自動終結FEC包，這樣就不會把兩幀的FEC塊打進一個包中，數據重建和包切換都更容易。

和SMPTE 2022標準一樣，NMI通過2059-2協議實現精確同步，以及SMPTE 2022-7協議實現鏈路的冗餘切換。而NMI的凈切換是由IGMP協議的「Join & Leave」命令實現的。可以看出，只要是用RTP協議傳輸的組播流，其同步、QoS、凈切換等功能其實實現起來都差不多。

——————複雜的在上面——————

總結一下，就是IP Live系統中的信號採用了淺壓縮的方式（典型3:1），並通過封包實現了IP化。數據包可以實現精確同步、凈切換、鏈路冗餘等多種滿足廣電製作應用的功能。

IP Live架構和其他標準一樣，網路控制和管理非常重要。大家知道，普通交換機中的包轉發是不受外界控制的，這對於廣電應用來說存在著很大的風險，這也是為什麼有廠家堅持採用私有交換設備的原因。但是隨著交換機技術的發展，現在很多廠家都推出了SDN交換機，其提供了開放的API和可編程特性，用戶完全可以根據自己的業務需求來定製網路架構和數據分發方式，還可以監控整個網路狀況。Cisco Nexus 9500和Arista 7500系列交換機的最高帶寬已經達到172TB和150TB（上萬路無壓縮4K視頻），完全可以應付高帶寬需求的廣電應用。

Live System Manager（LSM）是SONY開發的管理系統，通過和交換機底層的交互，LSM系統可以完成信號路由、設備管理、冗餘設置、設備/網路監控等一系列操作。可以說LSM是IP Live在應用層的核心。

在IP Live生態環境中 SONY有自己支持NMI的攝像機、切換台和視頻伺服器，也有一些IP周邊。而其他相關設備IP Live聯盟里其他廠家都有提供。隨著未來IP標準的明確，SONY也加入了AIMS聯盟，並積極推動SVoIP（Studio Video Over IP）向互聯互通、可管可控（IS-04/05/06）發展。意味著SONY除了支持自己的NMI+LLVC，也支持SMPTE 2110協議族。

最後要吐槽一下，公(mian)開(fei)渠道幾乎找不到詳細介紹NMI封裝方式和LLVC壓縮的技術文章。只能去下載SMPTE的文檔，每篇120美金的費用讓筆者在夏天也感受到了一絲涼意。

不過對於技術人員來說，了解這些信息，有助於更好的理解IP技術，選擇標準和產品的時候心裡更有數。所以，大家有興趣眾籌SMPTE文檔么。。。

（開個玩笑）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！