AV over IP生態系蓬勃發展　NDI/ST 2110/IPMX/Dante各顯神通(1)

2023-09-08

在不斷變化的專業多媒體世界中，轉變至乙太網路和IP網路是從根本上改變產業的重要趨勢之一。影音(A/V)不再受限於點到點連接，AV-over-IP相關標準與技術陸續崛起，一同擘劃影音傳輸未來。

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在不斷變化的專業多媒體世界中，轉變至乙太網路和IP網路是從根本上改變產業的重要趨勢之一。影音(A/V)不再受限於點到點連接。設備正從大型機架單位資本支出轉向更靈活且基於營運支出的網路可定位平台使用，這些平台儲存在本地或雲端，並且僅在需要時進行配置。在工作室或透過雲端，為各種設備之間提供靈活連接選項，變得比以往任何時候都更加重要。因此，傳統影音連接標準和IP網路之間的支援和橋接，現已成為眾多多媒體系統所需的關鍵元件(圖1)。

基頻影音連接與廣播和專業媒體系統中的許多傳統技術一樣，不會在一夜之間被乙太網路取代，尤其是在端點中。針對高畫質多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface, HDMI)和DisplayPort的新標準將定期發布，可提高速度並改善可承載和顯示的影音格式。HDMI 2.1是支援8K超高清(UHD)影片的最新版本，主要用於電視等消費類設備。DisplayPort 1.4同樣支援8K，但在桌上型運算應用和顯示器更為常見，並且2.1版本的推出將進一步擴展其功能。串列數位介面(Serial Digital Interface)在廣播領域無處不在，並且仍然是各種設備進行點對點連接的主力，包括攝影機、切換器和專業監視器。AMD憑藉元件功能與IP核心(IP Core)來支援這些標準。它們需要高位元率收發器，以便在晶片內外遷移內容，也需要高效能可程式設計邏輯來實現所需的標準格式化，甚至可以在同一元件中將這些功能互相結合，或實現多個通道。

目前，業界大部分公司選擇採用乙太網路進行影音傳輸。儘管乙太網路的設定與維護相較SDI等介面要複雜得多，卻更為靈活且具備可擴展性，能夠支援更高的解析度和畫面播放速率，同時也能在單鏈路中聚合多個通道，更能將設備從獨立設備轉變為遠端可定址處理平台。基於AMD FPGA和SoC提供的1~400Gbps乙太網路MAC，可以實現各種流行與新興的IP網路通訊協定，進而透過鏈路傳輸影音與資料。例如，SMPTE ST 2110現在是所有廣播應用中AV-over-IP的主要標準，但網路裝置介面(Network Device Interface)在透過現有IP網路傳輸的串流媒體專業廣播媒體中也大受歡迎。NDI也用於現場活動、實況轉播甚至是即時協作中的專業影音中。

同樣在專業影音領域，一項名為IPMX(IP Media eXperience)的新標準正嶄露頭角。該標準建立於ST 2110基礎之上，能為AV-over-IP提供最具可擴展性、開放性並不依賴供應商的解決方案。針對AoIP(Audio-over-IP)，Audinate推出的Dante已經成為專業音訊和直播活動中實際採用的協定，並且現正透過其新款Dante影音產品擴展到影片領域。選擇何種技術取決於延遲、壓縮品質、使用案例、成熟度、成本以及易用性。

這些協定中常採用無法交互操作的不同編解碼器(Codecs)，不過，透過AMD可程式化設計硬體和乙太網路MAC，依然可以在基頻影音和所提到的任意IP網路通訊協定之間進行橋接。這些可程式化設計硬體和乙太網路MAC結合來自NDI、Audinate、Nextera Video & Adeas、Macnica和intoPIX等業者的IP核心和參考設計。本文將更詳細地探討乙太網路、NDI、IPMX、ST 2110和Dante，重點介紹各種使用案例和解決方案，並以AMD自行調適嵌入式運算平台為例，展示其如何協助降低風險、保持選項開放，支援任意網路上的任意媒體。

讓乙太網路盡顯強大優勢

前面介紹了傳統影音連接標準和乙太網路IP網路之間的橋接支援，這是許多多媒體系統需要的關鍵功能。接下來，將深入研究設計人員使用AMD自行調適SoC透過乙太網路進行影音傳輸時所擁有的選擇。

Zynq 7000 SoC

對於空間受限、功耗預算吃緊的成本最佳化型應用，AMD Zynq 7000元件為1Gbps乙太網路媒體傳輸提供具吸引力的解決方案。Zynq 7000元件在其處理系統(Processing System, PS)中包含兩個固線式10/100/1G乙太網路埠，並且可以透過使用在該元件的可程式化設計邏輯(Programmable Logic, PL)中實現的IP核心來增加額外的1G/2.5G乙太網路埠。事實上，配備GTX收發器的Zynq-7030以及更大型的元件，甚至可以在PL中實現10G乙太網路埠。MAC之外，在PL中也可以實現其他網路處理和加速功能(圖2)。

Zynq UltraScale+ MPSoC

AMD Zynq UltraScale+ MPSoC在PS中提供四個固線式的10/100/1G乙太網路埠和更高效能的Arm應用處理器單元，擴展Zynq 7000系列的功能。與Zynq 7000 SoC一樣，該元件可以透過PL中的IP核心新增額外的乙太網路埠，包括USXGMII(通常稱為NBaseT，透過雙絞線支援1G/2.5G/5G/10G乙太網路)，並在配備GTY收發器的XCZU11EG和更大型元件中可擴展支援25G乙太網路(圖3)。得益於該系列中一些最大型元件配備固線式的CMAC區塊，即便是100G乙太網路也有機會實現。

Versal自行調適SoC

需要多個10G或25G乙太網路埠時，AMD Versal Prime ACAP為一款有效的解決方案，其整合一個或多個固線式多速率乙太網路MAC(MRMAC)區塊。每個MRMAC都具備高度可配置性，可實現多達四個10G或25G乙太網路埠、兩個50G乙太網路埠或單個40G或100G乙太網路埠。若需要超過100G的速率，可運用Versal Premium ACAP，該系列元件不僅包括多個MRMAC，也包括一個或多個固線式DCMAC區塊，其中每個均可實現六個100G乙太網路埠、三個200G乙太網路埠或一個400G乙太網路埠(圖4)。