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AVB: 以太网音视频桥接技术(Audio Video Bridging)

 

当今状况

目前,我们使用的不外乎以下两种我们称之为“标准”的手段将激光秀数据传输给激光器:

  1. 模拟信号, 点对点方式的链接,使用ILDA DB25数据线
  2. 通过以太网进行数字化的数据传输,需要用到专利协议,如IDN,或其他供应商

还有一个方案并没有和上述两种方式归类在一起,这种方案通过利用以太网的的互联功能,将多个激光图像控制器放在激光器附近,而通过以太网将这些控制器连接起来,比如我们的内置式DSP激光图像控制器。

上面所述的模拟信号的点对点传输方式具有其固有的优势,简单易懂,配置容易,用ILDA DB25信号线把激光控制器和激光器连接起来就立马OK了。
但是这种方式的缺点也显而易见:由于只能使用点对点的链接方式,你可能需要很多根,甚至很长的多芯信号线.

再来看上面所述的Legacy Ethernet以太网数字信号传输方式,这种方式试图解决在模拟信号传输方式中遇到的困境,可以同时却也存在以下的缺点:

  • 在传统的Legacy 层级网络中,没有时间的概念,因此在这样的网络中无法实现时间同步.
  • 延迟是不可预测的,因为在这样的网络中并没有定义任何限制。数据传输的可靠性相比数据到达的准时性具有更高的优先级.
  • 网络自身无法防止网络数据拥堵, 如果网路上的设备过多,其带宽将大大下降。更高级别的协议比如TCP/IP 尝试通过限制数据流量来杜绝网络拥堵,并会对丢失的数据包进行重新传输,从而导致延迟。同时用户需要具有一定的IT方面的专业知识,以避免IP冲突等等.

人们通常使用缓存的办法解决上述 问题...缓存越多越好...但是过多的缓存同样会导致无法忍受的延迟。还有一些所谓的解决方案试图从网络的更高层级上进行“管理”,或使用专利协议和其他方案进行强制定义,干涉。

 

AVB是什么?

AVB 是Audio Video Bridging (以太网音视频桥接技术)的缩写 ,该协议被用来在以太网上传输对于时间因素较为敏感的数据,比如音频数据和视频数据.
AVB 是由IEEE 802.1 AVB 任务组开发并制定的. IEEE是负责开发或定义所有基于以太网技术或协议的一个组织.
该任务小组于2007年开始了相关工作,并于2011年发布了AVB协议的相关标准The .
第一台基于AVB协议的设备诞生于
如今,AVB标准由新的组织AVnu alliance 进行相关的推广和支持,其中已经有诸多会员如Cisco,Meyer Sound等等.

 

AVB 相关术语  

为了更好地使用AVB网络进行传输,在这里我们介绍一下相关常用术语:

  • Stream数据流 – 可以想象为一个管道,其中包含了AVB网络中的一个或多个通道的音、视频数据. 激光控制数据可以被看做一种多通道的音频数据来对待.
  •  Talker(发送端- AVB网络中的一个可以发送数据流的实体或设备
  • Listener(接收端) - AVB网络中的一个可以接收数据流的实体或设备
  • Controller (控制器)-AVB网络中的一个用来对发送端和接收端进行配置和互联的实体或设备
  • Entity (实体)- 一个设备或一个软件

实例:

Talker(发送端:  可以是一个麦克风,一个数字音、视频播放器比如Motu 24Ai 24 通道模拟输入设备,或者LaserAnimation生产的 ILDA->AVB 转换器。

Listener接收端): 可以是一个喇叭,或一个数字音、视频录制设备,或者是Motu 24Ao 24 通道模拟输入设备,或者是一个LaserAnimation生产的 AVB->ILDA 转换器或PHAENON Accurate 激光器(其他型号的激光将陆续开始配备AVB功能).

Controller(控制器):  一个简单易用的软件,不需要任何专业IT知识,即可对发送端和接收端设备进行轻松配置和匹配。控制器可以是一款单独的软件,或者是内嵌在AVB设备中的嵌入式软件。

 

AVB的优势是什么?

AVB是一种通过局域网来进行时间敏感数据传输(如音频流,视频流,激光数据流)的协议。它基于IEEE802.1 关于带宽预留,配置,数据整形,时间同步等四项规定内容。

同步

  • AVB 使用类似唇形同步的方式 (例如音频和视频之间的同步). 
    所有的 AVB 设备将都针对一个主时钟进行同步。数据流中可以包含时间元素,比如某一个声音,或某一段视频、某一帧激光图像应该在什么时候被播放。即使多个不同采样率的数据流(比如音频,视频,激光数据)通过不同路径以不同的路径进行传输也不在话下!如果两台发送端设备同时输出相同的数据流,及时这两个数据流经过了长短十分不同的网络路径(例如一个经过很短的网络路径,另外一个较长的路径则跨越很多集线器)最终到达接收端,他们在播放的时候将会达到十分严格的同步。两者误差将在1微妙以下。
  • 极高的可靠性,无需进行对基础设施进行设置
    一个专业的音视频尤其是激光数据的传输网络对传输过程的可靠性要求很高,其中不能出现坏包,爆音,丢包,丢帧等情况。AVB协议内部就像是有一个虚拟的IT高手,在每个数据流开始进行传输之前,“他”数据流进行管理,检查,并进行带宽预留。带数据流开始传输之后,在整个传输路径上,该带宽都将被锁定使其无法被其他用途所占用,直到“他”声明该传输已完成,此部分带宽才会被释放。“他”同时确保数据的准时到达。
    传统的非“流”数据传输的信息(比如TCP/IP)不会和AVB数据流发生互相干扰,可以向往常一样正常使用,比如可以使用LAToolbox和PHAENON激光器进行连接。
    大概有75%的带宽被预留用来进行无冲突的数据流传输,其他25%留给传统网络信息交互。
  • 低延迟
    相比传统网络传输的无法预测的延迟,在一个100Mbit百兆的网络中,AVB传输可以确保在经过多大7个集线器/路由器之后的最高延迟不超过2毫秒,因此在接收端节点只需要很小的缓存。如果使用先进更流行的1000Mbit千兆网络,其延迟完全可以忽略不计。
  • 公共开放标准
    IEEE 802.1 AVB 是一个公共的开放标准协议,无需缴纳专利费,任何人都可以免费使用。

 

 AVB 对激光图像系统有哪些助力与积极意义?

  • AVB 可以极大的减少布线的工作量,并且具有极大的灵活性。例如,不需要对硬件及布线链接进行任何更改,就可以随时将激光控制器的数据发送给不同的激光器。
  • AVB 这项新技术将无可置疑地成为音、视频网络的新标准,对环境和规模都没有限制,因此激光灯数据将可以被无缝集成到该系统当中。
    一旦 AVB 网络的应用成为标准,激光数据和其他音视频数据可以在同一个网络中进行传输。
  • 在那些播放固定节目内容的工程安装项目中,你只需要一个基于软件的多通道数字播放器即可。节目内容被以标准的形式传输到激光器,而其他的信号修正如尺寸,位移,颜色,几何校正等工作都可以被保存在激光器自身内部。
  • AVB 网络容易掌控,如果某个设备在网路上消失不见,系统可以立即发觉,安装替补设备的工作也可以轻松完成,无需进行特别的设置。
  • AVB 是一个真正专业的,低成本的解决方案。
  • AVB 目前依然在IEEE旗下的一个工作组IEEE TSN(时间敏感网络)的引领下继续开发的脚步,这同时也彰显了该这项技术的重要性,它的应用将远远不限于音视频网络数据传输领域。

AVB网络的拓扑结构

  • AVB 数据传输可以发生在点对点之间(比如一台Lasergraph DSP激光控制器和一台激光器之间),或一点对多点(如一台Lasergraph DSP对多台激光器)。
    如果AVB 设备配有了Dual LAN接口,则更可以轻松地互相串接而无需通过交换机。
    通常的AVB拓扑结构是由星型链接的网络构成的,网络上的每一个节点都有一个特殊的AVB集线器.
    AVB 云:AVB云可以包含从家庭网络到整个体育场馆或整个主题公园的网络。同时,AVB云网络可以是一个更大型传统网路设施中的一部分,当然AVB的数据传输方式只有在AVB云网络内部才可用。
  • 网络中的设备通过该设备的独特MAC物理地址予以区分。
    LaserAnimation 拥有自己的独立MAC物理地址代码,因此由LaserAnimation生产的设备都具有独立的网络MAC物理地址和名称。

 

需要用到那些网络硬件设备?

AVB 使用和传统网络一样的数据线 (5类网线, 6类网线,  光纤) ,同时对这些线缆的长度要求和限制也与传统网络一样 (比如通常设备和集线器中间的连线不超过100m).

AVB网络需要用到特殊的AVB集线器,  很容易获取(比如Motu生产的)。这些集线器和传统的高质量网络集线器价格相当,在未来价格还会持续下降。

如果你的激光秀控制器只能输出传统的ILDA 信号,那你需要配备一个ILDA->AVB的转换器。

如果你的激光器只能接收传统的ILDA信号,那你需要配备一个AVB->ILDA的信号转换器(LaserAnimation制造); 该转换器不仅可以用作激光秀信号的数模转换,还附带有几何校正等很多其他高级功能。

由于苹果电脑Mac的操作系统已经支持了AVB技术,所以在和Mac电脑连接后,你可以直接使用电脑的AVB功能。或者你可以使用LaserAnimation的USB->AVB转换器来和其他设备建立AVB网络。

由于Windows和以往一样反应迟缓,因此在其操作系统中还没有集成AVB功能,因此在使用运行Window的PC时,将必须用到LaserAnimation的USB->AVB转换器。

 

使用了那些数据类型?

LaserAnimation 使用了多通道的AIFF 音频文件格式来储存激光秀的相关数据,如X,Y, 各种颜色等等。
AIFF 音频文件可以轻松通过录制ILDA模拟信号获得,或者直接从ILDA帧数据文件转换而来。至于录制所得数据在未来以何种方式被使用是无关紧要的。其中的颜色,尺寸,几何校正等参数可以由负责内容投射的激光器来进行控制(使用我们的LA Toolbox 软件) 。
LaserAnimation 使用 IEEE 1722 媒体传输协议来进行激光秀数据的传输。
一台激光灯可以被看做是一个声卡或一个声卡的某些通道,所以激光影像的数据也可以使用某些用于创作音频的软件来进行制作或修改,比如Ableton Live, Cubase, Max MSP, VVVV等等。、

 

采样率和精确度如何?

AVB 音频流使用 48kHz, 96kHz, 192 kHz 乃至更高的采样率, 这对于传统的基于点和线条的激光矢量图演示来说足够了 (但目前我们将采样率限制在192 kHz,这主要是由于数模/模数转换设备的限制).
用来录制和回访数据的精确度可以达到32bit (IEEE1722媒体传输协议),但是目前被限制在24bit,同样是由于数模/模数转换设备的限制。

 

在AVB 云网络上,可以传输多少路激光演示信号?

一个100Mbit 百兆网络可以支持多大9路独立的立体声音频流,也就是18个通道。由于比传统网络占用更少的网络开销*(可理解为除有用数据之外的信息所占用的网络资源),这样一个100Mbit百兆网络可以支持多达45个通道,也就是说可以传输9路完整的 X,Y, RGB信号,供9台激光演示设备使用。如果是单色的激光设备则占用的通道数更少。现在设想一下,使用当前主流的1000Mbit 千兆网以及即将登场的100Gbit网,你将可以传输多少路激光演示信号!

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