傳統(tǒng)的4K60 4:4:4高清視頻由于其動轍12G以上的帶寬占用，一般采用HDMI技術(shù)傳輸。HDMI的高帶寬和低延時廣泛受到業(yè)界的認(rèn)可與歡迎。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及和各類分布式系統(tǒng)的應(yīng)用，專業(yè)AV的應(yīng)用也變得要遠(yuǎn)程控制、分布部署。而此時HDMI的短距離(15米)和不可管理就成為了發(fā)展的瓶頸。而另外諸多的技術(shù)為了將4K60 4:4:4視頻遷移到IP網(wǎng)絡(luò)上來，只能采取犧牲視頻品質(zhì)，將視頻大幅度壓縮，甚至有低至1G以下的數(shù)據(jù)流，高延時，低畫質(zhì)，但這個結(jié)果，明顯不是用戶希望看見的。
4K視頻在網(wǎng)絡(luò)傳輸中需要多大的帶寬，我們實際來算一下，計算公式如下：
帶寬 =水平象素 x 垂直象素 x 色彩深度 x 刷新率
4K (3840*2160 60HZ 8bit色深 4:4:4 ) 帶寬的計算，實時非壓縮傳輸速率需要12G的帶寬。
計算過程：
3840*2160*24bit*60fps=11943936000 bits
11943936000 bits /1024=11664000 Kbits
11664000 Kbits /1024=11390.625 Mbits
11390.625 Mbits /1024=11.123 Gbits
4K無損AV對帶寬的要求：
超過12G的帶寬，實際上在10G的網(wǎng)絡(luò)中也是無法滿足其傳輸要求，所以SDVOE聯(lián)盟正是突破這個技術(shù)瓶頸，將4K60 4:4:4高清視頻無損壓縮至10Gbps以內(nèi)，保持4K60 4:4:4的畫質(zhì)的前提下，輔以帶寬保障與延時校準(zhǔn)，至此，任何4K60 4:4:4的超高清視頻和設(shè)備，都能夠平滑遷移到IP網(wǎng)絡(luò)上來。4K超高清AV網(wǎng)絡(luò)，變成一個可以分布式部署、可以遠(yuǎn)程管理控制、可以隨意伸縮的軟件定義網(wǎng)絡(luò)。毫不夸張地說，這是AV網(wǎng)絡(luò)化的一個里程碑。
SDVOE聯(lián)盟由NETGEAR 、AptoVision、Aquantia、科視、索尼和ZeeVee共同成立，以標(biāo)準(zhǔn)化在專業(yè)AV環(huán)境采用以太網(wǎng)傳輸AV信號，并建立一種以允許軟件定義AV應(yīng)用的SDVoE技術(shù)為中心的生態(tài)系統(tǒng)。多家企業(yè)致力于實現(xiàn)SDVoE聯(lián)盟在專業(yè)AV環(huán)境采用標(biāo)準(zhǔn)化以太網(wǎng)傳輸AV信號，并創(chuàng)建一個圍繞SDVoE技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)去以軟件定義AV應(yīng)用的目標(biāo)。
接下來小編帶大家來親身體驗一下SDVOE解決方案。
一、SDVOE系統(tǒng)架構(gòu)圖
1、首先我們先了解一下SDVOE解決方案的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)架構(gòu)中主要的設(shè)備有帶10G接口的編碼器和解碼器、4K拼接屏、控制服務(wù)器、視頻源服務(wù)器以及一些其它配件。其中最主要的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是全10G交換機(jī)，支持RJ45和SFP+接口，可通過超六類以上網(wǎng)線和光纖兩種介質(zhì)進(jìn)行連網(wǎng)，根據(jù)用戶實際需要交換機(jī)選擇不同數(shù)量的接口，來確定具體型號。其網(wǎng)絡(luò)連接架構(gòu)是編碼器、解碼器通過10G以太網(wǎng)接口連接到10G交換機(jī)接口，可實現(xiàn)一對一、一對多、多對多的4KAV的傳輸。
本次SDVOE測試的系統(tǒng)組成有下面幾個部分：
1、6臺55寸超窄邊液晶4K高清顯示屏
2、顯示控制系統(tǒng)平臺
3、6對編解碼器
4、M4300-96X 12個插槽式萬兆交換機(jī)(配置相應(yīng)的接口模塊)
5、信號源、信號切換、信號處理、信號顯示控制等
6、其它配件(如HDMI、光纖、超六類線)等
二、拼接屏的安裝
本次測評提供的大屏幕顯示系統(tǒng)拼接墻由6套超窄邊液晶55”4K顯示單元以2(行)×3(列)的方式拼接而成。
安裝效果示意圖如下：
采用4K/60hz超高清系統(tǒng)，是目前畫質(zhì)的4K分布式系統(tǒng)，利用10GbE以太網(wǎng)技術(shù)實時對視頻、音頻、以太網(wǎng)和其他控制信號進(jìn)行矩陣切換、延伸以及分配，分辨率達(dá)4K/60 4:4:4HDR(超高清)。提供無與倫比的圖像質(zhì)量，無畫面延遲，無壓縮，無偽影。
2. 1 拼接屏的支架安裝
搭建SDVOE整套系統(tǒng)中的工作量是4K拼接屏的安裝搭建，本次共安裝6臺55寸4K高清顯示器，需要安裝在支架平臺上，搭建支架平臺非常重要，它的好壞直接影響拼接屏的使用效果，當(dāng)然這個需要大量的體量活。
采用立式支架，模塊化設(shè)計，架框用螺絲固定，安裝起來相對簡單方便，我們工程人員正認(rèn)真進(jìn)行組合安裝。
花費了一些時間，終于把支架平臺完美搭建完成。
2.2、拼接屏安裝
接下來，最關(guān)鍵的步驟是安裝拼接屏。每臺4K液晶顯示屏在安裝之前需要先安裝整固配件，為了實現(xiàn)完美拼接效果，調(diào)整配件設(shè)計了六方位調(diào)整功能，實現(xiàn)上下/前后/左右位置的調(diào)整，以確保液晶顯示拼接墻的平整度要求。
1、上下調(diào)整固定件：在上述的掛鉤上方開螺絲孔位，通過調(diào)節(jié)螺絲松緊調(diào)整屏的上下。
2、前后調(diào)整固定件：在橫向柱上設(shè)計前后調(diào)整固定件，固定件上設(shè)有2個螺絲，分別調(diào)節(jié)屏的前后。通過松緊這2個螺絲，實現(xiàn)該固定件與掛鉤的配合聯(lián)動，實現(xiàn)屏的前后調(diào)節(jié)。
3、左右調(diào)整固定件：在橫向柱上設(shè)計左右調(diào)整固定件，通過調(diào)整螺絲的松緊實現(xiàn)屏的左右移動。
安裝好配件后，顯示屏上架構(gòu)，6臺顯示屏逐一上架，如下圖：
由于顯示屏是易碎品，在安培過程中，一定需要小心，輕拿輕放避免碰撞，屏幕之間要做到合理受力，無擠壓，無變形。
安裝好6個屏幕后，需要對屏幕進(jìn)行調(diào)整，通過屏幕上安裝好的三個固定件來調(diào)整，解決屏與屏之間的平衡與空隙。
拼接屏完美的安裝完成后，現(xiàn)在最主要是SDOVE系統(tǒng)的各設(shè)備的安裝和連接。
三、SDVOE 組網(wǎng)架構(gòu)安裝
3. 1 安裝編解碼器
編解碼器采用無損壓縮技術(shù)傳輸4K@60Hz音視頻信號。通過萬兆交換機(jī)可以實現(xiàn)信號的切換、分配、拼接、開窗和漫游功能，同時雙向IR, RS-232和雙向音頻信號的傳輸。
先折包解碼器6臺，連接好電源線，按設(shè)備順序排好。
解碼器上的10G 以太網(wǎng)口用超六類線連接到10G交換機(jī)M4300-96X的10G以太網(wǎng)接口上。由于傳輸速率需達(dá)10G的帶寬，所以連接網(wǎng)絡(luò)至少要求超六類線以上的標(biāo)準(zhǔn)。解碼器上的以太網(wǎng)接口，常見有兩種類型，RJ45和SFP+接口，SFP+用來連接10G光纖，可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。
同時，解碼器上還有HDMI接口，通過HDMI線連接顯示屏。
編碼器的安裝，連接好電源，同樣編碼器上有HDMI接口和10以太網(wǎng)接口。10G以太網(wǎng)RJ45接口通過超六類線連接到M4300-96X的10G接口上。通過HDMI線連接到視頻源設(shè)備(如PC，小米盒等)。
下圖為編碼器的HDMI線連接到PC、小米盒上。
最后安裝和配置好控制服務(wù)器，通過控制服務(wù)器來控制管理編解碼器，以及它們的輸出輸入，管理和切換拼接屏的顯示方式 ，整個系統(tǒng)操作簡單，可以通過上位機(jī)操作，同時也提供標(biāo)準(zhǔn)API接口供上游控制系統(tǒng)調(diào)用。
3. 2 全 10G 交換機(jī)安裝
每一對編解碼器是一一對應(yīng)的，在4K60 4:4:4無損壓縮傳輸超高清視頻，一路視頻在以太網(wǎng)上傳輸需要高達(dá)9G左右的帶寬，所以，對交換機(jī)處理能力要求很高，每個10G端口都能實現(xiàn)全線率交換。至于采用全光架構(gòu)、全電架構(gòu)、還是混合架構(gòu)，需根據(jù)用戶實際環(huán)境來決定。
本架構(gòu)中采用NETGEAR M4300可堆疊全萬兆交換機(jī)系列為網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)核心帶來高性價比的L2/L3/L4、IPv4/IPv6服務(wù)，具備無與倫比的易用性，同系列的10G/40G型號無縫堆疊，支持脊葉(spine leaf)線速堆疊拓?fù)?。不間斷轉(zhuǎn)發(fā)虛擬機(jī)箱架構(gòu)提供高可用(HA)特性，可以在堆疊組里面無中斷失效切換。雙重冗余、模塊化電源供給、全寬型號一起增強(qiáng)業(yè)務(wù)連續(xù)性。3層特性集包括靜態(tài)、動態(tài)、基于策略的路由、IGMP等——作為標(biāo)準(zhǔn)配置。
由于SDVOE系統(tǒng)架構(gòu)中，用到的全萬兆交換機(jī)需要支持全線速運行，所以交換機(jī)的背板和包轉(zhuǎn)發(fā)率要求更高，不能有瓶頸。一臺交換機(jī)全線速轉(zhuǎn)發(fā)的包轉(zhuǎn)發(fā)率計算：
包轉(zhuǎn)發(fā)率(吞吐量)：指交換機(jī)所能線速處理的數(shù)據(jù)包的速度，單位為pps(packet percent second)。
交換機(jī)1個萬兆端口在包長為64B 時的理論吞吐量為14.88Mpps。
10G交換機(jī)包轉(zhuǎn)發(fā)率的計算公式：
萬兆端口數(shù)×14.88Mpps
交換機(jī)標(biāo)稱的包轉(zhuǎn)發(fā)速率高于這個速率，那么交換機(jī)可以達(dá)到線速交換，提供無阻塞的包交換。如果達(dá)不到該值，那么該交換機(jī)有可能采用的是有阻塞的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
SDVOE系統(tǒng)采用精心設(shè)計的以太網(wǎng)、TCP、IP、IGMP傳輸，SDVOE系統(tǒng)的高清AV的傳輸使用IGMP組播協(xié)議來實現(xiàn)，IGMP組播協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中屬于技術(shù)，應(yīng)用配置相對比較復(fù)雜，對于用戶的技術(shù)工程師想搭建這樣的網(wǎng)絡(luò)還是有一定的難度?？紤]到這個因素，SDVOE聯(lián)盟成員在設(shè)計這個系統(tǒng)方案時，就把這個技術(shù)定了標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，出廠的所有系統(tǒng)設(shè)備支持即插即用的功能，包括NETGEAR提供的M4300系列全萬兆交換機(jī)。
所以SDVOE系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，必須支持全10G速率交換機(jī)，且支持IGMP協(xié)議：
ü 交換機(jī)必須支持IGMP偵聽 (v2)
ü 交換機(jī)必須支持IGMP查詢器 (v2)
ü 交換機(jī)必須支持IGMP快速離開
ü 交換機(jī)必須丟棄未知組播數(shù)據(jù)包
IGMP的工作機(jī)制：
NETGEAR M4300全萬兆交換機(jī)支持IGMP查詢和IGMP偵聽。
NETGEAR 交換機(jī)無需額外的設(shè)備用來作為查詢器。
IGMP偵聽配置頁面
IGMP查詢器配置頁面。
IGMP快速離開配置頁面。
所以，SDVOE系統(tǒng)的架構(gòu)搭建完成，系統(tǒng)開機(jī)運行即可，接下來我們就來看下真4K60 4:4:4 AV的運行效果。首先我們配置好多媒體管理平臺，對屏幕進(jìn)行管理配置，據(jù)不同需求，可實現(xiàn)單屏分別單獨顯示、單屏分割顯示、任意組合顯示、全屏顯示，支持縮放拉伸、跨屏顯示、畫中畫等各種顯示預(yù)案的設(shè)置和運行，全高清信號實時處理。
利用多媒體管理系統(tǒng)進(jìn)行對4K60 4:4:4的AV視頻進(jìn)行管理：
ü 全屏顯示
ü 分屏顯示
ü 自由屏顯示
1、全屏顯示，可將6個顯示器整合成一個大屏，進(jìn)行全屏顯示。
2、分屏顯示，可根據(jù)屏幕的數(shù)量，進(jìn)行分別顯示不同的視頻。
3、自由屏顯示，可以對拼屏幕進(jìn)行任意大小的切割，以滿足不同應(yīng)用的顯示。
先看下分屏顯示，如下圖：
再看下全屏顯示，4K@60Hz的幀率，4:4:4的色彩幀率，超高清、零延時傳輸畫面，實現(xiàn)超高清的畫面顯示。
為保證信號無幀丟失與無損傳輸，并以全色彩深度(30BIT 4:4:4)還原信號顯示，滿足企業(yè)級用戶的4K信號顯示與切換。
硬件上，M4300-96X采用積木式的模塊設(shè)計。為滿足AV / IP網(wǎng)絡(luò)化過程中所需要的各種接口需求，M4300-96X提供包含了10G SFP+光接口、10GBase-T電接口、10GBase-T PoE+電接口和QSFP+ 40G接口在內(nèi)的四種模塊類型。無論是80公里的遠(yuǎn)距離，還是樓層內(nèi)的銅纜接入，均可以通過M4300-96X來實現(xiàn)。
軟件上，M4300系列充分考慮到AV系統(tǒng)工程師們的專業(yè)領(lǐng)域，將AV遷移至IP網(wǎng)絡(luò)過程中所需要的各種IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，以及與SDVoE聯(lián)盟產(chǎn)品聯(lián)動的各項功能對接，均預(yù)先內(nèi)置在M4300之中，真正使AV系統(tǒng)工程師在部署的時候即插即用，只需要專注自己的AV調(diào)校與部署。
總結(jié)，針對此次對SDVOE系統(tǒng)架構(gòu)測評，真4K AV視頻在10G以太網(wǎng)上的傳輸已完美實現(xiàn)，所以SDVoE像素編碼是IP分布式系統(tǒng)的選擇，其的特點是：
在4K60 4：4：4 HDR零延遲、無壓縮、實現(xiàn)完美畫質(zhì)。
? 畫質(zhì)是至高無上 -你無法妥協(xié)的
? 延遲 -稍縱即逝,無法回頭
? 越來越便宜的帶寬成本
借助此次測評，NETGEAR與廣大企業(yè)客戶及合作伙伴暢談SDVOE技術(shù)趨勢、細(xì)數(shù)4K AV熱點議題、共享創(chuàng)新體驗，深入探討如何充分利用10G網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來傳輸真4K視頻在實際場景中的應(yīng)用。
