流量整形与交付时间

来源：IP Oktoberfest 2021 主讲人：Kevin Salvidge 内容整理：付一兵 SMPTE ST 2110-21 规定了视频 RTP 流的发送方和接收方的定时模型，但与定时有关的内容比 CMAX 和 VRX 更多。Kevin 解释了确保基于 IP 的设施能够提供与其基带前身相同的 QoS 的其他计时参数。

目录

• 介绍
• Traffic Shaping
  • narrow gapped
  • narrow linear
  • wide sender
  • 上溢（overflow）与下溢（underflow）
• 接收端评估
• 实际操作

介绍

2110-21 规定了 RTP 流的发送方和接收方的定时模型。在广播设施中使用 IP 和 IT 技术带来了一些问题，其中之一就是新兴的非线性数据流。在 2110 中，定时信息已从底层硬件层删除，从而使分发变得异步，对于当前的广播格式，视频必须在摄像头传感器和观众的电视屏幕上进行帧同步。中间 IP 分配网络是异步的，但数据包抖动的变化直接影响延迟，导致视频和音频延迟可能比我们在 sdi 世界中经历的更长，如果不考虑这些问题，我们将面临中断和服务质量问题。因此，为了防止质量和服务问题，我们需要防止网络问题，并使信号接收器的设计更容易，对数据包突发的大小和持续时间设置一些限制是有意义的，这些限制通常被称作 Traffic Shaping & Delivery Timing。

Traffic Shaping

当我们移动到 IP 世界，所有设备都有了新名字，相机和获取信号的设备被称为发送方，发送方在网络中传输信号，接受显示这些图像信号的设备是接收方，如下图所示，信号从发送方到接收方经历了复杂的路由过程。

2110-21 定义了数据包交付的时间特性，在 dash 21 中，我们讨论三种模型：narrow gapped，narrow linear，wide senders。

narrow gapped

• 2110规定只传输视频的可见部分，即活动像素；
• 省略单独携带的辅助数据，这意味着分组流存在间隙。

所以 narrow gapped 发送方看起来很像移除辅助数据的 SDI 流，这意味着数据包以很好的方式、均匀的间隔分组进入视频缓冲区，然后在接收设备上变成一张图片。

narrow linear

narrow linear 方式下基本上是相同的数据包，但它们现在是均匀分布的，并且间隙已经被消除，我们得到一个非常均匀的数据包流进入缓冲区，它们被处理并输出在接收设备上。

wide sender

当发送方处理单元处理数据包并将它们放到网络上时，数据包被发送，这里有更广泛的比特率变化。当设计系统时，如果有任何 wide sender，就必须有 wider receiver，否则将无法读取来自这些设备的数据。wider receiver 有更大的数据缓冲区，

上溢（overflow）与下溢（underflow）

上溢意味着缓冲区中的数据包太多，无法输出，导致数据包丢失，在 IP 世界丢包很严重。下溢指数据包到达缓冲区被发送后导致缓冲区为空，接下来没有任何东西可以传递给接收器。

接收端评估

上图接收端包括了很多细节，最底端的图向我们展示了到达接收器的数据包，因此这些数据包已经离开网络，它们正在访问网络接口，但在从接收器读取数据之前，需要时间对它们进行处理。

突发和抖动可能会导致网络中的数据包丢失。为了防止损失，2110 引入了一个容量为 C_max 的缓冲区，这显示了缓冲区的最大大小，C_inst 是在任何给定时间缓冲区中的瞬时值，很明显，缓冲区将有一个定义的排放率。

最后是 V_RX，虚拟接收器缓冲区，假设我们有第一个数据包已经到达，所以虚拟缓冲区里增加一个，现在第二个数据包已经到达，它再次增加，所以我们现在有两个，最后第三个数据包已经到达，我们现在有三个，但此时第一个数据包可以输出，现在又变成两个。所以这将在两个和三个数据包之间切换，直到到达帧末尾。虚拟接收器缓冲区可以指示发送方的类型。

实际操作

如何简化和显示这些测量值，以便进行实时监控和分析？

SMPTE 目前正致力于协调与 SMPTE ST 2110-20 和 -21 相关的不同测度的解释和命名，这项计划叫做 RP 2100-25，虽然很多相关名字还在变化，但这里还是利用 leader ip analyzer lvb440 展示了1st Packet Arrival、C_INST、V_RX、Latency 和 RTP Clock 等概念：

附上演讲视频：

http://mpvideo.qpic.cn/0bc3uyabwaaa7makfdrjozrfbjwddotaagya.f10002.mp4?dis_k=8d954ca3e794197a216fef6ffca6e796&dis_t=1649675269&vid=wxv_2303668234623221763&format_id=10002&support_redirect=0&mmversion=false