視頻和音頻的帶寬是如何計算的

ST2110中有一個基本問題---就是媒體流（視頻和音頻）的帶寬是如何計算的，為什么4K流不是12G，音頻流帶寬是多少？

以下先對ST2110的數(shù)據(jù)封裝策略進行簡介，從而引出媒體流帶寬計算的方法。

媒體流帶寬可以通過實測得到，也需要從理論計算了解。通過實測了解了帶寬數(shù)值，也帶來了一些疑惑，這些疑惑反而需要計算答復(fù)，實測反過來也可以驗證理論計算。

IP信號的檢測手段多種多樣——

最常見的是利用IP信號分析儀（IP示波器）進行檢測；

也可以通過Wireshark軟件進行數(shù)據(jù)包級別的分析；

還可以采用EBU發(fā)布的LIST工具，在線或?qū)⑵洳渴鹬帘镜?，?dǎo)入由IP信號分析儀或Wireshark捕獲的pcap文件進行IP流可視化分析。

我們在測試之前的問題是如何計算帶寬，測試過程中遇到的問題是：不同設(shè)備發(fā)出的相同格式的4K 50p ST2110-20無壓縮視頻流帶寬雖都在8.7Gbps左右，但會有細(xì)微的區(qū)別，有的是8.67Gbps，有的是8.75Gbps，究竟是什么原因?qū)е碌哪?？難道帶寬小的視頻流“缺斤短兩”了嗎？

想要知道這些個問題的答案，首先要了解以下幾個信息。

什么是帶寬？

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中是如何封裝的？

ST 2110-20中規(guī)定數(shù)據(jù)是如何封裝的？

什么是帶寬？

IP系統(tǒng)中不管是業(yè)務(wù)流，還是控制數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)中都是以比特（bit）作為最小的信息度量單位進行傳輸，IP流的帶寬就是用比特率來衡量的——比特率是指單位時間內(nèi)傳送的比特數(shù)。對于視頻系統(tǒng)而言，單位一般采用Gbps（又作Gb/s，bps=bits per second）；音頻和輔助數(shù)據(jù)則分別采用Mbps和Kbps作為單位。

帶寬單位的換算關(guān)系與計算機邏輯中常用1024作為換算進制不同：

1 Gbps=1000 Mbps

1 Mbps=1000 Kbps

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中是如何封裝的？

以下圖攝像機作為TX設(shè)備發(fā)送組播流，切換臺RX接收為例。由于未經(jīng)擴展的UDP數(shù)據(jù)報MTU（最大傳輸單元）為1460字節(jié)，一幀4K畫面要分片通過上萬個數(shù)據(jù)包進行發(fā)送，每個數(shù)據(jù)包中包含畫面中很小一部分的信息，這部分有效信息稱為Payload（有效載荷）。

但是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模型，Payload無法直接在網(wǎng)絡(luò)中進行轉(zhuǎn)發(fā)，需要進行封裝標(biāo)記，打上Header（頭部），Payload的封裝是由高層向低層逐層進行的，每到一層都要打上新的頭部，每個頭部包含不同信息以實現(xiàn)不同功能。

在應(yīng)用層首先添加RTP Payload Header，然后是RTP Header；因為2110采用的RTP實時傳輸協(xié)議是基于UDP協(xié)議運行的，所以到達(dá)傳輸層后，要添加UDP Header；接下來是L3網(wǎng)絡(luò)層和L2數(shù)據(jù)鏈路層的IP包頭和以太網(wǎng)幀頭，經(jīng)過以上封裝后，經(jīng)物理層以比特位傳輸。數(shù)據(jù)到達(dá)接收設(shè)備后，解封裝是相反的順序，由低層向高層，逐層剝離頭部。

ST 2110-20中規(guī)定數(shù)據(jù)是如何封裝的？

ST 2110-20的全稱是《Professional Media Over Managed IP Netwoks： Uncompressed Active Video》，副標(biāo)題“無壓縮有效視頻”中有兩個關(guān)鍵信息：

第一是IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)囊曨l流是未經(jīng)壓縮的，

第二“有效”指的是視頻流只傳輸“Active”的像素數(shù)據(jù)，而不傳輸行消隱數(shù)據(jù)（HANC）、場消隱數(shù)據(jù)（VANC），嵌入消隱區(qū)的數(shù)據(jù)通過-30或-40流單獨傳輸。

正因如此，ST 2110相比ST 2022-6節(jié)約了15-30%左右的帶寬。

除此之外，ST 2110還定義了像素如何編組封裝; RTP Header以及RTP Payload Header的格式；以及SDP會話描述文件的格式等等。

像素封裝

以4：2：2，10bit采樣為例，相鄰的兩個像素作為一個像素組，共包含2個Y，1個Cb，1個Cr分量，需占據(jù)40bits，即5Bytes （字節(jié)）。

2110-20中還定義了兩種打包模式，GPM（General Packing Mode）和BPM（Block Packing Mode）。GPM是遵循RFC 4175的開放打包方式，要求數(shù)據(jù)包大于1000字節(jié)即可，優(yōu)勢是開放靈活、帶寬利用率高。BPM是基于180字節(jié)將像素組打包，這樣無論采用什么采樣方式，都能使數(shù)據(jù)包大小保持一致，好處是利于網(wǎng)絡(luò)配置和故障排查。Sony產(chǎn)品發(fā)送GPM數(shù)據(jù)包，可以接收GPM、BPM數(shù)據(jù)包。

頭部文件

下面兩張圖片分別為RTP Header和RTP Payload Header的格式?？梢奟TP Header開銷為12字節(jié)。包含一組SRD（采樣行數(shù)據(jù)）的RTP Payload Header為8字節(jié)。（注：包含在RTP Payload Header中的SRD Header可以有1-3組，在單個數(shù)據(jù)包中包含多個采樣行信息，即跨行傳輸時，才需要附加額外的SRD Header。）

其它層的Header在IT行業(yè)協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)中有所定義，未在ST 2110-20中體現(xiàn)，在此列出其開銷供參考。

責(zé)任編輯：haq