NIEUWS

Audio Video Bridging over Ethernet


Ulco Schuurmans | 07 maart 2015

Iedereen kent wel ethernet voor het aanleggen van netwerken tussen computers en ook voor residentiële automatisering. In het slimme huis en kantoor maar ook in de auto is met Ethernet echter nog meer mogelijk op het gebied van audiovisuele media. Met behulp van een nieuwe standaard, Audio Video Bridging (AVB) en slimme distributiepunten (switches) zijn audio- en videobestanden in de hoogste kwaliteit in het overige netwerkverkeer te voegen.



Ethernet is in feite het ei van Columbus voor netwerken thuis, in de auto, op kantoor in bedrijven en bij het onderwijs. Vrijwel elke computer beschikt over een Ethernetpoort, hetzelfde geldt voor tal van randapparaten en met behulp van software gestuurde routers en switches valt het dataverkeer, snel (1 tot 10 Gigabyte per seconde) betrouwbaar, flexibel en in grote hoeveelheden te distribueren. Naast het standaarddataverkeer tussen computers en bij home of office automation schreeuwt ook hoogwaardige video en audio om een plek op het lokale Ethertnet-netwerk. Een super AV-LAN dat AV in High Definition (2K, 4K UHD, 3D, 5K en zelfs 8K) realtime zonder verlies van beeldjes en kwaliteit tegelijkertijd (synchroon) kan aanbieden. Daarvoor is een nieuwe IEEE standaard 802.1 met gemakkelijk en goedkoop te implementeren toepassingen ontwikkeld. Deze heet Audio Video Bridging (AVB). Er is zelfs een aparte alliantie, de AVnu, (spreek uit Avenue) voor opgericht. 2014 wordt naar verwachting van de International CES het jaar van AVB voor het slimme huis, kantoor, auto en AV-industrie. Je kunt straks verwachten dat compatibele luidsprekers, mediaplayers en beeldschermen gewoon plug and play in het lokale AVB-Ethernet-netwerk zijn op te nemen.



Wat is AVB?
Audio Video Bridging (AVB) is op de keper beschouwd een paraplu voor nieuwe augmented IEEE-standaards plus netwerkprotocollen bij het gesynchroniseerd realtime verspreiden van audio- en videomedia over Ethernet. AVB rekent op het LAN en ook bij WiFi af met synchronisatieproblemen, frame loss (verlies van beeldjes), onbetrouwbare bezorging en kopzorgen over het netwerkmanagement bij de provider/broadcaster. Een veelbelovende (live) productiestandaard die snel zijn weg vindt in zowel de AV-industrie als consumer electronics.



In feite doet AVB drie belangrijke dingen:
- Het is een open standaard waar elke fabrikant op kan inspelen, Gebruikers kunnen gewoon plug and play apparatuur plaatsen zonder allerlei kopzorgen over de installatie.
- Uitbreiden van de netwerkcomponenten is niet duur en vrijwel altijd mogelijk.
- AVB brengt audio en video in de hoogste tijd realtime en op hetzelfde moment bij de geadresseerden (= de ontvangende apparaten) aan.
- De interne verkeersmanagers is heel efficiënt bij het voorrang geven, inplannen en verspreiden van de datapakketjes over Ethernet.
Inmiddels zijn er al meer dan 60 fabrikanten die IEEE 802.1 ondersteunen.



Pakketpost op tijd en het juiste adres
Als je het heel simpel bekijkt is AVB gewoon een kwestie van de ‘pakketpost’ op tijd afleveren. De AV-content is verpakt in datapakketjes die netjes volgens een vooraf ingestelde tijd nauwkeurig gesynchroniseerd bij de opgegeven outputs worden afgeleverd.
Van postbezorging is bekend dat affiniteit met de distributie van groot belang is. Bij een niet geïnteresseerde, slordige of zorgeloze bezorger komt de post verkeerd, te laat of helemaal niet aan. Het oude Ethernet zou het een ‘dataworst’ zijn wat er met de datapakketjes in de praktijk gebeurde. Dat moesten de verzender (talker), tussenliggende switches en ontvangers (listeners) zelf maar uitvinden. Een flinke kopzorg voor het beheersmanagement van het LAN!
De insteek van AVB is Quality of Service (QoS). Voor het eerst is Ethernet zich ook echt bewust van hetgeen er over het LAN gaat. AVB controleert volgens de gebruikte standaard zelf op de synchronisatie en latentie met een interne klok, waar de pakketjes terechtkomen. Het netwerk beschikt zelf over foutanalyse, debugging, error logging en veiligheidscontrole plus identificatie van de aangesloten devices. De operator hoeft alleen via een software-controller aan te geven welke device output is gekoppeld aan wiens input. Het netwerk doet de rest.

Talkers, listeners en hoppen
Een AVB-device met output naar het AVB-netwerk heet een talker. In feite gewoon een bron van audio en/of video naar het Ethernetnet-LAN of WiFi-link. Een talker identificeert zich als zodanig op het AVB-netwerk en is daarmee direct zichtbaar voor besturingssoftware en de ontvangers. Een AVB- device met input van het netwerk heet een listener. Deze luisteraar abonneert zich op één of meer talkers uit het AVB-netwerk.

Het genoemde Stream Reservation Protocol zorgt er voor dat de communicatie tussen de talkers en listeners op het AVB-netwerk tot stand komt. Dat gaat via een aangelegd datapad dat de volgende keer ook weer meteen beschikbaar is. Dat is een slimme benadering want in de tussentijd, als er geen ‘gesprekken’ plaatsvinden, is het netwerk beschikbaar voor andere taken. Dat spaart op bandbreedte.
Eveneens besparend op de bandbreedte is de mogelijkheid om datapakketten ter hoogte van de switchers te dupliceren. Als meerdere listeners op één talker zijn geabonneerd hoeft er maar een pakket verstuurd te worden. De switch die het meest dichtbij de luisteraar zit dupliceert het datapakket.



Elke keer dat een datapakket een link in het netwerk passeert heet een hop. Elke hop veroorzaakt een lichte vertraging. Dit is afhankelijk van de netwerkcapaciteit/bandbreedte. Hoe meer hops des te groter de kans op vertraging en het verlies van synchroniteit bij de presentatie van datapakketten. Het Timing and Synchronisation Protocol van een AVB-netwerk draagt er zorg voor dat alle luisteraars om hetzelfde moment de data gepresenteerd krijgen. Onder andere van cruciaal belang bij streaming broadcast-toepassingen.



Containerprincipe
Ook AVB gebruikt voor de te verzenden en weer te ontvangen AV-datapakketten het containerprincipe. Containers voor AV-content zijn al veel langer beproefd in gebruik. Bijvoorbeeld in het QuickTime (QT)-formaat waarin tal van video-, audio- en foto(grafische)-dataformaten passen.
Bij AVB kan de container volgens de IEEE 1722-norm gewoon standaard SMPTE-materiaal in alle ondersteunde resoluties en AES compatibele audiobestanden bevatten. De Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) definieert de videoformaten, tijdcode, signaaltype en hoe deze in data om te zetten. Hetzelfde geldt voor de audiofiles gedefinieerd door de Audio Engineering Society (AES). IEEE 1722/23 neemt de verpakking in datapackets op zich. AVB staat borg voor het vrijwel foutloos afleveren van de AV-pakketjes op de bestemming in de daartoe opgegeven tijd. Ook nog toekomstig te ontwikkelen SMPTE- en AES-formaten zullen naadloos in de containers passen.

EDITORS' CHOICE