IP系統(tǒng)中流特性檢測的相關要點

王辰生

上一期介紹了IP系統(tǒng)中PTP同步測量的相關要點，今天繼續(xù)和大家分享IP測量的內容。本期主要針對流特性的檢測，涉及到的標準包含ST 2110-10的一部分，以及ST 2110-20，-30，-40標準。

圖54 本期主要內容-紅框部分

本期主要內容點有：

RTP包的檢測，RTP header中哪些信息是有用的?

SDP中都包含什么信息，SDP描述錯誤會出現(xiàn)什么問題

流特性常規(guī)指標Protocol和Frequency

測量中數(shù)據(jù)流的帶寬和標準值有出入，這有什么問題么?

流定時能夠反映出哪些信息，測量它有什么意義?

一、ST2110-10中RTP和SDP的相關檢測

首先，我們再次回顧下ST2110-10標準，ST2110-10全名是：Professional Media Over ManagedIP Networks：System Timing and Definitions 系統(tǒng)定時及定義，主要包括以下幾個方面：

定義IP流使用RTP(實時傳輸協(xié)議-RFC3550)，可通過UDP傳輸實時媒體數(shù)據(jù)。

說明了ST2059 PTP同步如何在ST2110系統(tǒng)中使用。

定義如何描述IP流，即SDP(Session Description Protocol)，由控制系統(tǒng)分發(fā)(ST2110-10未定義其分發(fā))。

IP流的具體格式等信息在ST2110系列協(xié)議的其他部分介紹。

所以在該標準中我們需要關注的測量重點呼之欲出：即RTP/PTP/SDP。PTP之前我們進行過詳細介紹，下面我們來介紹RTP以及SDP的檢測內容。

1、RTP Header

實時傳輸協(xié)議(Real-timeTransport Protocol或簡寫RTP)是一個網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，它是由IETF的多媒體傳輸工作小組1996年在RFC1889中公布的，RTP基于UDP之上運行。

圖55 RTP協(xié)議解析

RTP作為網(wǎng)絡媒體傳輸協(xié)議，其包頭攜帶了很多媒體流的關鍵信息，RTP Header可以直接反映RTP包的主要信息，可作為RTP包是否正確的重要依據(jù)。利用示波器或者Wireshark軟件可以分析RTP包的包頭，其中Telestream示波器測量該參數(shù)的菜單被稱為IP SESSION-VIDEO/AUDIO/DATA。如圖55所示，可以看到包頭各個字段的詳細信息：

圖56 Telestream示波器VIDEO信號的RTP包頭分析

Leader示波器測量該參數(shù)的菜單被稱為IP MENU，如圖56所示，可以看到包頭各個字段的詳細信息：

圖57 Leader示波器VIDEO信號的RTP包頭分析

這里簡單給大家介紹下各個項的主要意義，詳細解釋說明可以查看下面兩個鏈接的標準文件：

https://www.ietf.org/rfc/rfc3550.txt

https://www.ietf.org/rfc/rfc3551.txt

圖58 RTPheader 構成

Version

RTP包頭最開始的兩個字節(jié)定義了 RTP的版本。這里默認的版本都是 2。0和1都已被使用。

Padding

這一字節(jié)表示是否存在填充字節(jié)。如果顯示false，則表示在RTP數(shù)據(jù)包的末尾沒有額外的填充字節(jié)。如果顯示true，則表示在RTP數(shù)據(jù)包中加入了不屬于有效載荷的填充字節(jié)。

Extension

這一字節(jié)表示是否存在一個擴展。false表示不存在擴展。true表示存在一個擴展。

CSRC

這里表示合并的數(shù)據(jù)流中各個源數(shù)據(jù)流的ID。我們的系統(tǒng)中此項值應為0。

Marker

這一字節(jié)用來標記數(shù)據(jù)流中的重要的事件，例如幀邊界。

RTP Payload Type

RTP Payload Type用來描述此RTP流傳輸?shù)拿襟w類型，目前在協(xié)議RFC3551中，未規(guī)定組播流的Payload Type，只劃分了96-127可供使用。ST2110流的payload type也應在96-127的范圍內，具體使用數(shù)值可以自定義，目前我們常規(guī)設置是將視頻流定義為96，音頻流定義為97，輔助數(shù)據(jù)流定義為100。

發(fā)送端和接收端對于一類IP流Payload Type必須一致，若不一致則往往會導致收端無法正常解析IP流。

圖59 通過示波器讀取Payload Type

如圖59所示，讀取到Payload Type為96時，即可認為該信號是一個視頻信號;若一個音頻信號Payload Type是98，接收設備對應音頻的Payload Type為97，即需要對發(fā)端的相應參數(shù)做修改，以免接收端無法解析IP流。我們在項目中也遇到過這種情況，這個時候示波器就將這個流識別成了2022-6的流，而系統(tǒng)內的IPG無法接收到這個音頻流，很顯然這是不對的。

Sequence number

RTP序列的計數(shù)器，每發(fā)送一個RTP數(shù)據(jù)包這個數(shù)值都會順序增加，在示波器上，可以看到這項值往往應該是隨時間增長的。

RTP Timestamp

RTP Timestamp即RTP時間戳，記錄了該包中數(shù)據(jù)的第一個字節(jié)的采樣時刻。在一次會話開始時，時間戳初始化成一個初始值，即使在沒有信號發(fā)送時，時間戳的數(shù)值也要隨時間而不斷地增加，時間戳是去除抖動和實現(xiàn)同步不可缺少的。幾個連續(xù)的RTP包如果是同時產(chǎn)生的，則擁有相同的時間戳，如：屬于視頻同一幀的RTP包，將有相同的RTP時間戳。

圖 60 通過示波器讀取Timestamp

SSRC

這些字節(jié)用來識別同步源，SSRC隨機生成，以保證系統(tǒng)中的RTP通訊里任意的兩個同步源的SSRC是不同的，避免相同的SSRC被當成環(huán)路。

RTP header中的信息很多，但是由于很多信息相對比較固定，我們只需要注意幾個重要的參數(shù)，例如payload type，RTP Timestamp的情況，確保Sequence number是順序增長的。RTP提供時間戳和序列號是用來檢測RTP包的時間問題和數(shù)據(jù)包是否丟失，它無法糾正數(shù)據(jù)包丟失時的錯誤。RTP payload type雖然無明確規(guī)定，但是目前2110系統(tǒng)中是以96，97和100用來分別表示視頻流，音頻流和輔助數(shù)據(jù)流。

2、SDP

如前文所述，SDP即會話描述協(xié)議，在ST2110系統(tǒng)內實現(xiàn)對ST2110 IP流的描述，在SDP文件中的媒體部分，對ST 2110-20、30、40等流的媒體類型參數(shù)進行了描述，例如采樣率、位深度、畫面的寬和高、色彩空間等。

如圖63所示，可以在示波器中對SDP文件內部信息進行查看，也可以使用SDPoker開源軟件讀取SDP數(shù)據(jù)。

圖63 通過示波器讀取NMOS服務器及SDP描述

圖64 示波器讀取到的SDP文件內容

如圖64，即為我們在項目中使用示波器讀取到的SDP文件，可以通過SDP讀取到IP流端口號，組播地址，設備信息，以及格式等信息。

此外，在項目中還常碰見一種情況，某些設備需要手寫SDP的方式收取IP流，此時需檢查SDP文件內的格式、組播地址、IP地址等信息，否則會導致接收端無法收流。

二、ST2110-20/30/40中描述

的數(shù)據(jù)流相關指標測量

圖65 ST2110系列標準

ST2110-20即非壓縮活動視頻，對于一個視頻信號，首先需關注的自然是圖像的畫面、顏色、質量、有無畫面異常等信息，這也是傳統(tǒng)測量常關注的一點，這里就不再贅述。

ST2110-30/40即為音頻、輔助數(shù)據(jù)，對于音頻同樣需要關注聲音質量，有無聲音異常等情況;輔助數(shù)據(jù)信號目前更多需關注其攜帶的格式信息是否正常。

在2110系統(tǒng)中，如前文ST2110-10中RTP/SDP的介紹，首先需要測量該IP流的RTP Header是否正常，SDP文件描述是否正常。此外，對于ST2110 IP數(shù)據(jù)流來說還有一些其他需要關注的要點，我們來一一介紹。

1、Protocol

這里會展示接收到的流使用的協(xié)議情況，ST2110系統(tǒng)中對應的流會有相應的protocol，如果被識別成ST2022-6，那么需要檢查發(fā)端設備的設置是否正確。

圖66 示波器Protocol狀態(tài)截圖

2、Frequency

我們需要確保收到的數(shù)據(jù)流頻率和發(fā)端設置一致，在prism中可以看marker bit frequency這項參數(shù)，在leader中直接會在圖像的格式中查看該值。

圖67 Frequency截圖

3、Packing mode

ST2110-20標準介紹了兩種打包模式，分別是GPM(General Packing Mode)和BPM(Block Packing Mode)，其中GPM是遵循RFC 4175的開放打包方式，而BPM是基于180字節(jié)，無論格式如何，都能使數(shù)據(jù)包大小保持一致(利于網(wǎng)絡配置和故障排查)

圖61 不同采樣率和位深度的BPM包大小

在索尼的系統(tǒng)一般都采用GPM的打包方式，這一點我們可以在示波器上看到。

圖62 示波器顯示Packing mode截圖

4、Bitrate

IP系統(tǒng)中不管是業(yè)務流，還是控制數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡中都是以比特(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=bitsper second);音頻和輔助數(shù)據(jù)則分別采用Mbps和Kbps作為單位。

帶寬的計算方法和詳解可參照本公眾號之前的文章，ST 2110數(shù)據(jù)封裝策略和媒體流帶寬計算。

不同格式的信號帶寬也不一樣，如下圖即為ST2110各個格式信號帶寬的典型值：

圖68 ST2110各格式信號帶寬典型值

在示波器上也可測量IP流帶寬：

圖69 Telestream 示波器測量信號帶寬

圖70 Leader示波器測量信號帶寬

一般來說，在實際系統(tǒng)中我們需要關注同一格式信號的帶寬不應超過或低于典型值過多。由于各家設備數(shù)據(jù)打包方式不盡相同，發(fā)送器類型不同，導致帶寬也略有出入，測量結果與IP流帶寬典型值(圖68)接近即可。

5、Stream RTP/PTP offset

ST2110 IP流均采用RTP協(xié)議進行傳輸，而如上文所述，RTP協(xié)議頭部攜帶有IP包的時間戳，我們通過測量接收到的視頻、音頻和數(shù)據(jù)相對于嵌入的RTP時間戳的計時，來比較其相對于RTP時間的延時，并通過它了解各類數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中傳輸后到達接收端是否有較大抖動。

利用示波器可以測量該參數(shù)，不同示波器參數(shù)名稱也略有不同，如Telestream示波器測量菜單被稱為Stream Timing：

圖71 Telestream 示波器測量IP流定時

如圖72所示，Leader示波器該選項被稱為TimingComparison：

圖 72 Leader 示波器測量包到達間隔

暫未有標準規(guī)定該項數(shù)值的取值范圍，在實際系統(tǒng)中測量此數(shù)據(jù)時一般認為數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定即可。流定時描述整個網(wǎng)絡的延遲情況，其具體數(shù)值取決于網(wǎng)絡的負載情況。同時流定時也可以反映當前狀態(tài)下音頻/視頻，數(shù)據(jù)/視頻等之間的相對延遲。

總結

RTP header需要重點關注payload type，時間戳和序列號這幾項數(shù)值，其中時間戳和序列號是用來檢測RTP包的時間問題和數(shù)據(jù)包是否丟失，而不是糾錯的手段。

SDP中的格式信息需要和實際數(shù)據(jù)流的格式一致，否則可能導致無法解析到正確的流。實際的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)流的帶寬往往和標準值有一定出入，這是因為不同設備的打包方式，發(fā)送器類型各不相同，只要和典型值相差不大，我們就可以認為其正常。在穩(wěn)定的網(wǎng)絡環(huán)境中測量到的流定時應該也是穩(wěn)定的數(shù)值，流定時出現(xiàn)波動時，很可能網(wǎng)絡中出現(xiàn)了不穩(wěn)定的因素，需要立刻檢查。

本期的內容就介紹到這里，我們將流特性的檢查項梳理了一遍，希望對您有所幫助。下期我們將介紹傳輸特性和NMOS的檢查項，期待和大家多多交流。

原文標題：IP測量探索(五)——流特性的檢測

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審核編輯：湯梓紅