IP视频网络中的故障您如何解决

　　在制作及其它业务应用中部署IP视频网最常为人引用的好 处是能够使用基于IT的商用现货设备，这可以利用与相对较小的 广电业相比大得多的IT行业的规模经济。更多的优点包括降低布 线成本和电缆重量以及提供更灵活的制作选择的更大的路由灵活 性。这些优点迷住了业界，广播机构已在努力尽早地部署IP视频 网络。不能比部署落后太远的是需要有效诊断和解决故障。

　　在之前“实现混合的IP/SDI制作架构”一文中，谈到IP产 生技术和技能新挑战。这些挑战包括抖动、延迟以及丢包风险和 网络不对称(这导致不同的上下行路径延迟)。

　　部署IP用于视频制作实际上是视频工程和网络工程两个世界 的碰撞。视频工程师很舒服地使用SDI、同轴电缆、插线面板、用 于定时同步的黑场参考信号和三同步信号，尤其是监测信号质量。 视频工程师的挑战是了解IT技术以及IT基础设施对视频的影响。

　　另一方面，网络工程师熟悉和很舒服地使用IP流、协议、网 络流量、路由器配置以及用于定时的精确时间协议(PTP)和网 络时间协议(NTP)。不过，最大的差异是在大部分数据中心应 用中，数据丢失可重新发送，而对高码率视频事实并非如此。网 络工程师的挑战是了解视频技术及其对IT基础设施的影响。

　　第一步 克服抖动

　　在数字系统中，抖动是与信号的规则周期性的偏差。在IP网 络中，抖动是接收端包到达间隔的偏差。如果网络路由器和交换 机都正确配置和运行，那么最常见的抖动原因是在路由器/交换 机接口的网络拥塞。

　　网络单元内的应用将可能要求数据以非猝发形式被接收，因 此，接收设备采用一种去抖动缓冲器，应用接收来自该缓冲器的 包而不是直接接收。如图1所示，包以常规速度从缓冲器流出，消 除包流进缓冲器的时间偏差。

　　图1 包抖动是包到达时间间隔周期性的偏差

　　包从去抖动缓冲器流出的速率被称为“流失率”。缓冲器接 受数据的速率被称为“填充率”。如果缓冲器尺寸太小，那么如 果流失率超过填充率，则它最终将下溢，导致包流动停滞。如果 下沉率超过流失率，那么缓冲器最终将溢出，导致丢包。不过，如果缓冲器尺寸太大，那么网络单元将产生过量的延迟。

　　标绘出包到达时间间隔的时间标记与时间的关系，可测量抖 动，如图2所示。

　　图2 包到达时间间隔对时间图

　　这对确定抖动随时间的变化是有用的，但能够以直方图形式 标绘出包到达时间间隔与出现频率的分布也是有用的。如果抖动 值很大，导致要接收的包超出去抖动缓冲器范围，那么这些超出 范围的包就被丢失。能够确定如图3中例子这样的异常值有助于确 定网络抖动性能可能是或已经是丢包原因。

　　一连串长到达时间间隔的包将不可避免地导致一连串猝发 的短到达时间间隔的包，正是这猝发的数据流可能导致缓冲区溢 出状况和丢包。如果超过剩余缓冲区大小的时间长度的一段时间 (微秒单位)下沉速率超过流失率，这种情况就会发生。

　　第二步 规定去抖动缓冲区容量

　　为规定必要的去抖动缓冲区容量，采用了另一种称为延迟因 数(DF)的抖动测量方式。延迟因数为一种时域测量，指示去抖 动数据流必需的时域缓冲区尺寸。

　　在IP视频网络中，媒体有效载荷通过RTP(实时协议)传输。DF测量的一种形式利用RTP报头传输反映RTP数据包取样 瞬间的时间标记信息的这个事实。这被称为“时间标记的延迟因 数”或TS-DF(EBU Tech 3337所定义)，代表微秒单位的时 域缓冲区容量，如图所示。

　　TS-DF表示当时的缓冲器大小(微秒单位)

　　TS-DF测量基于相对过渡时间，它是数据包的RTP时间标 记和到达时间接收端的时钟之间的偏差，以微秒为单位测量。测 量周期为1秒，测量周期的第一个包被认为无抖动，并被用作参考 包。

　　对以后每个包，计算该数据包和参考包之间的相对过渡时 间，在测量周期结束时，提取最大和最小值，计算时间标记的延 迟因数：

　　TS-DF = D(最大)– D(最小)

　　第三步 找到根本原因

　　为确定根本原因，必须清楚可见损伤是由IP误码导致还是其 它一些差错导致。图5表示一个网络监测工具用于跟踪时间相关的 视频和IP误码的方式。这是通过关联视频误码的时间标记和RTP 包差错实现的。

　　视频CRC误码本身并不能证实视频受损，因此使用如图像和 波形显示器以及音频条这样的传统监测方式是可取的。

　　IP视频网内的设备时钟没有固有的系统时间概念，因此精确 时间协议(RTP)被用于同步这些时钟。最新版的是IEEE 1588- 2008，亦称为RTP第二版本，与SMPTE ST 2059 PTP档一起， 专门用于广播应用。

　　事实上，PTP提供与SDI网络中黑场参考信号或三电平同步 信号提供的等效的同步锁相功能。总PTP网络时间服务器被称为 “PTP源时钟”，从PTP导出它们的时间的设备被称为“PTP从 设备”。PTP源时钟通常同步于GPS、GLONASS或两者。

　　在可预见的未来，许多视频网络将混合采用SDI和IP。为实 现SDI和IP导出内容之间的帧精确切换，黑场/三电平同步的定时 相对PTP时钟没有偏差至关重要。

　　这是通过测量PTP时钟和黑场/三电平同步之间的定时偏 差，然后参照PTP时钟偏移SDI同步信号，进行必要的校正，从 而实现这个目的。

　　第四步 最后考虑

　　在现场制作应用中，网络专家可能不在制作现场，网络设备 也可能不一定在容易进入的地点。任何诊断设备可被网络和视频 工程师远程控制是可取的。

　　全IP架构是全世界大部分广播机构的愿景，并且已经在许多 设施开始出现。不过，现实是转换不会一蹴而就，导致必须管理 混合SDI和IP基础设施，因此IP和视频工程师要紧密合作，确保无缝运行和快速查出故障。