AV Over IP 基础知识

AV 行业有一大堆首字母缩略词。事实上，“AV” 是 audiovisual 的缩写。这是我们的专长。HDMI、HDCP、DVI、VGA、SDI 等等。我们喜欢这些字母。AV over IP 就是另一个例子。  

简单来说，AV over IP 是一种让你在标准 IT 基础设施上发送音频、视频和控制信号的技术。仅此而已。但是，这也是你如何实现目标的障碍所在。哪种 AV over IP 的“风格”适合你， 你的组织？对网络有什么影响？效果会好吗？它总是可靠的吗？这些都是很好的问题。  

坐下来，让我们进入 AV over IP 的世界。  

IP AV 基础知识

花一点时间 当今的商业 AV，您肯定会听到“AV over IP”这个短语。AV over IP 是“Audio Visual over Internet Protocol”的缩写，它意味着使用标准交换网络（如办公室的局域网或 LAN，甚至是互联网）通过标准交换网络分发音频、视频和控制信号。AV over IP 可显著降低成本、扩大范围并实现对您组织的 AV 系统的卓越远程管理。 

关键概念

在 AV/IP 设置中，AV 源（例如来自摄像机和麦克风的 HDMI 输出）被馈送到编码器。编码器连接到标准 IP 网络。解码器连接到接收端的目的地，例如会议室中的显示器和扬声器。但是，它可能是一个流媒体或广播系统，或者您可能集成到 AV 系统中的任何其他东西。

在设计或指定系统时，请务必区分 AV over IP 与 HDBaseT 或其他点对点 AV 传输系统。从架构上看，两者具有许多相似元素。HDBaseT 具有 A/V 发射器、A/V 接收器和 A/V 交换机，而不是编码器、IP 交换机和解码器。两者都使用与 IP 计算机网络相同的以太网电缆和插孔，但 HDBaseT 不会在 IP 交换机上运行。

使用您组织现有的 IP 网络而不是专用 AV 网络可以发挥 AV over IP 的诸多优势。您无需拉出一组额外的电缆。与购买额外的 HDBaseT A/V 交换机相比，以太网的规模经济使得通过 IP 交换机添加额外端口的成本相当低廉。AV/IP 可以实现显著的成本节省；有人估计高达 40%！

传输协议

AV/IP 可以使用基于标准或专有的分组化技术通过 IP 网络和交换机进行传输。分组化是 IP 的核心，本质上是将数据分解为包含路由和序列信息的小“数据包”，以便将数据发送到正确的位置并按正确的顺序重新组装。

与任何其他基于 IP 网络的解决方案一样，AV over IP 系统采用传输层协议来定义数据包的格式化、传输和接收方式。
传输协议（例如 TCP/IP）为应用程序提供端到端服务，例如可靠性或保证（用于验证数据是否已收到）、面向连接的通信（用于验证在传输数据之前是否已建立会话或连接）、流量控制（用于确保数据发送速度不超过接收速度）等。TCP/IP、UDP/IP 和 RTP/RTSP 协议通常用于 AV/IP。  

术语  

IP AV 世界有自己的语言。在本节中，我们将介绍设计和指定系统时最关键的那些内容。  

色度子采样

在 AVoIP 世界中，色度或色度二次采样是指编解码器对图像和视频进行编码的方式。它用三个数字表示。4:4:4 就是一个例子。第一个数字是水平采样参考，第二个是色度数，最后一个是色度样本的变化数。每个数字越高，就越复杂，所需的带宽也越多。数字越低，带宽就越低。  

分辨率 

分辨率是发送图像的大小。这可以用诸如 HD、4K 或 1920X1080 等术语来表示。这些是视频或图形图像中存在的像素数。与色度一样，数字越高，所需的带宽就越大。 

刷新率 

刷新率是指每秒在屏幕上绘制图像的次数。以 24、60 或 120Hz 等术语表示。与色度和分辨率非常相似，数字越高，所需的带宽就越大。  

数字越高，图像质量就越高。但情况并非总是如此。它们之间并不是一一对应的。即使带宽更高，在指定和部署网络范围之前，也请始终尝试在系统中测试编码器和解码器。

编解码器

AV/IP 设备包括用于处理视频和音频的各种编解码器。标准视频编解码器包括 H.264（又名 MPEG-4 AVC（高级视频编码））和高效视频编码 (HEVC) H.265，后者比 H.264 以更低的比特率提供更好的质量。SDVoE（以太网软件定义视频）是一种开放标准，被众多制造商采用，它利用 10 GB 网络提供多个 4K HDR 视频流。

许多 AV 制造商使用专有编解码器来提供低延迟的高质量视频。它们与其他标准不兼容。基于开放标准的 AV over IP 解决方案可以（但只是有时）与其他供应商的产品互操作。现实世界的影响是，在大多数情况下，您需要从同一制造商处购买编码器和解码器，即使两个不同的品牌都指定它们使用“相同”的编解码器。 

在大多数解决方案中，音频可以独立于视频信号传输。流行的音频编解码器包括 AES67（音频工程协会的 IP 音频标准）和 Dante（一种广泛采用的专有低延迟、高质量音频规范）。  

SMPTE ST 2110 标准专为采用 RTP（实时协议）传输协议的广播环境而设计。它将视频、音频和其他数据分离为单独的 IP 流。随着企业视频制作变得越来越复杂，它有望在商业 AV 中变得更加普遍。

您应该始终研究产品是否“开放”且能够与来自不同供应商的编码器或解码器配合使用。您将拥有更顺畅的项目集成体验！
 

IP AV 网络注意事项 

组织决定从现有的有线 AV 系统迁移到更现代的 IP AV 解决方案的原因不胜枚举 - 从提高成本效率到解锁整个企业的简化协作和内容共享。在这里，我们将重点介绍在用基于 IP 的网络基础设施替换传统 AV 配置时需要考虑的一些最重要的网络注意事项。  

 但首先，通过 IP 网络分发和管理视听内容与通过硬连线集成之间的主要区别是什么？  

在传统的系统设置中，会议室显示器、扬声器和麦克风等 AV 设备通过物理电缆连接，实际长度限制为几英尺，通常需要将连接的设备放置在相对较近的位置。除此之外，硬线系统还使用所谓的基于电路的切换来分配 AV 信号，所有信号都通过具有固定输入输出容量的矩阵切换器进行路由和控制。 

 另一方面，AV over IP 使用您组织的 IP 网络或独立的专用网络无缝传输高质量音频和视频，就像在您的计算机或笔记本电脑上连接到互联网一样。视听设备不再依赖专用电缆和有限的硬件，而是通过 IP 交换机使用以太网或 Wi-Fi 连接到网络。  

数据、带宽和延迟 

在这里我们会发现，通过网络基础设施的数据传输开始说明 AV over IP 系统的主要区别因素。  

一旦 AV over IP 设置中的所有音频、视频和控制信号都集成到基于 IP 的网络中，它们就会被格式化为互联网协议 (IP) 数据标准并转换为数字数据包。 

现在，如果我们想象这些数据包通过网络上的数字高速公路而不是传统路线行驶，那么带宽就像是顺利行驶的能力。  

在 AV over IP 系统中，拥有足够的带宽对于保存外观和声音效果出色且无任何中断或延迟的内容至关重要。 

为了确保具有各种来源和端点的生态系统高效运转，优化带宽通常涉及实施一些策略，例如视频和音频压缩以保持 AV 保真度、调整分辨率和帧速率以有效交付内容，以及通过网络设置优先处理关键数据流。 

许多相同的策略有助于减少延迟并将其保持在最低限度。延迟是指 AV 数据从源传输到输出设备上的显示之间的延迟。您可以将其视为 AV“滞后”，这会导致同步问题和不太无缝的用户体验。减少延迟的另一种方法是配置 IP 交换机和网络基础设施中的所有设备，以优化快速处理能力，提高流媒体质量并更新固件/软件。 

确保网络安全

为了完善我们对 AV over IP 系统集成的网络考虑因素的概述，让我们来看一下一个误解。人们有时认为从有线网络过渡到基于 IP 的网络会带来更多的网络安全风险。但是，不必担心；随着灵活性的提高和现代部署选项的增加，经过验证的方法可以保护敏感数据并防止未经授权的访问。 

重要的安全最佳实践包括使用加密协议来确保安全的数据传输，实施访问控制机制（例如使用用户名/密码或生物识别技术进行身份验证），部署防火墙和入侵检测系统来保护网络，以及进行例行安全审计、固件更新和修补程序以维护系统完整性并遵守 IT 安全标准。 

通过花时间了解和结合一些基本的网络考虑因素，以及简单地采用正确的技术来增加最大化 AV over IP 部署的实用价值的机会。 

IP AV 标准 

在介绍 AV over IP 时，我们讨论了一些实现该功能的标准。在本课中，我们将更深入地讨论这些标准，并添加一些标准。 请记住，某些 AV over IP 解决方案（即使是基于“开放”标准的解决方案）无法与其他供应商的产品互操作。验证您正在考虑的产品是否能与您正在合作的所有供应商的解决方案互操作至关重要！ 

AVoIP 可以使用基于标准或专有的分组化技术通过 IP 网络和交换机进行传输。分组化是 IP 的核心，本质上是将数据分解为包含路由和序列信息的小“数据包”，以便将数据发送到正确的位置，并按正确的顺序重新组装。

与任何其他基于 IP 网络的解决方案一样，AV over IP 系统采用传输层协议来定义数据包的格式化、传输和接收方式。  

传输协议（例如 TCP/IP）为应用程序提供端到端服务，例如可靠性或保证（用于验证数据是否已收到）、面向连接的通信（用于验证在传输数据之前是否已建立会话或连接）、流量控制（用于确保数据发送速度不超过接收速度）等。TCP/IP、UDP/IP 和 RTP/RTSP 协议通常用于 AV/IP。 

IP 或 Internet 协议 – 所有 AV over IP 解决方案均采用互联网协议，这是一组控制如何在本地网络（实际上是互联网本身）中寻址和路由数据包的规则。

TP 或传输协议 – 传输协议控制数据在网络上的发送和接收方式。传输控制协议 (TCP) 不是最快的，但它能确保所有数据包按顺序到达并确认已收到。（丢失的数据包将是最近的。）用户数据报协议 (UDP/IP) 比 TCP 更快，但它不能确保所有数据包都按正确的顺序传送。

RTP / RTSP – 实时传输协议 (RTP) 和实时流协议 (RTSP) 是 AV over IP 和其他“一对多”或多播视频流的核心应用级协议。RTSP 启动和结束流，RTP 传输视频数据，而 RTCP 监控服务质量和其他统计数据。RTP 通常在 UDP/IP 上运行，其主要目标是防止视频影响其他网络服务，即通过调整数据速率来最大限度地减少网络拥塞。

SDVoE – 以太网软件定义视频旨在“加速用基于以太网的 AV 分配取代点对点连接和矩阵交换机”。 SDVoE 联盟包括设计师、集成商和许多制造商。其主要优势包括灵活性、协议设计的“全栈”方法以及对 4 GB 网络上多个 10K HDR 视频流的支持。

但丁 AV – Audiante 的 Dante 结合了软件、硬件和网络协议，可通过标准千兆 IP 网络提供未压缩的多通道、低延迟数字音频和高达 4K 60 4:4:4 的视频。它承诺可与来自 4000 多家制造商的 600 多种产品实现互操作性。

SMPTE ST 2110 – SMPTE ST 2110 标准专为采用 RTP（实时协议）传输协议的广播环境而设计。它将视频、音频和其他数据分离为单独的 IP 流。随着企业视频制作变得越来越复杂，它有望在商业 AV 中变得更加普遍。

NMOS - 网络媒体开放规范是“一系列开放、免费的规范，可实现 IP 基础设施上媒体设备之间的互操作性”。NMOS 提供了一种制造商中立的方式来连接 SMPTE ST 2110 发送器和接收器。它是开放的、免费的，并提供 ST 2110 中未包含的许多控制、配置和安全功能。 

IPMX – Internet Protocol Media Experience 是一种针对 AV over IP 的“新兴”开放标准，有望为 Pro AV 客户端带来互操作性，就像 NMOS 为广播提供的服务一样。  

IP 音视频产品  

大多数组织已经跨入了依赖数字内容日常通信和实时视频协作的业务运营。精心设计的 AV over IP 解决方案可以促进无缝和高性能的视听体验，并最终控制所有这些内容，从而提高日常通信和数字共享的参与度和内在价值。 

 清晰地了解关键技术要素和网络要求对于成功部署 AV over IP 至关重要。除了集成解决方案中的高分辨率显示器、音频系统、会议摄像头、管理软件和其他常见外围设备外，让我们来看看基于 IP 的信号分发基础设施究竟发挥了什么作用。 

编码器和解码器 

这些设备对于将视听信号转换为 IP 数据包以通过网络传输，然后将其解码回可用信号至关重要。编码器从摄像机、计算机和媒体播放器等来源捕获内容，并将其转换为数字流。解码器接收这些流并将其转换回屏幕或其他输出设备上显示。 

此外，AV over IP 的一个主要优势是其可扩展性——可以轻松添加额外的编码器、解码器和端点，以满足不断增长的业务需求，而无需进行重大的基础设施变更。 

IP 网络交换机 

高性能网络交换机支持千兆以太网或更高速率，此外还具备处理大多数 AV 环境高带宽要求所必需的服务质量 (QoS) 功能，可充当系统的控制中心。它们有助于在网络上路由和分发或切换视听数据，从而简化对观看内容、时间、地点和方式的控制。  

网络基础设施组件

支持 AV over IP 系统的数据密集型特性取决于强大、功能强大且可扩展的网络基础设施。这意味着选择合适的高速以太网电缆、Cat6a 或光纤电缆进行长距离传输、具有快速处理能力的网络交换机以及保护数据完整性的网络安全措施。 

私有网络与公共网络

在决定使用 AV over IP 系统时，主要考虑因素之一是是否要使用独立的私有网络或使用现有的公司基础设施。通常，这种公共网络被称为“生产”LAN。  

A 专用网络允许充分利用网络带宽。电子邮件、互联网浏览或其他使用网络资源的应用程序不会共享资源。在生产 LAN 上设置 AVoIP 意味着系统将与可用于发送 AV 信号的带宽竞争。这两种做法都有好处。  

使用专用网络意味着您可以使用所有带宽，而无需与任何其他应用程序共享。网络与其他流量和网络安全问题隔离。利用现有的生产 LAN 意味着无需创建完全独立的网络。专用网络需要连接到公共 LAN 以进行监控和管理。  

控制系统

AV over IP 系统通过集中控制系统实现，可现场或远程管理各种 AV 设备。这些系统通常集成了用户友好的界面，包括触摸屏、移动应用程序和基于软件的平台，提供对系统的直观控制和监控。总而言之，它们使用户能够在源之间切换、调整音量、控制显示器和自动化工作流程，从而增强了整体用户体验。

IP AV 解决方案 

AV over IP 使组织能够将 AV 系统分发到校园和世界各地。使用这项技术，您可以在任何有网络信号的地方提供信息和协作。但这并不意味着设计和指定一个系统没有挑战。 

记住您要做什么。您要解决什么问题。如果它是在本地显示一台简单的笔记本电脑，那么 AVoIP 解决方案可能不适合您。但是，如果您需要在校园或网络的其他地方获取本地信号，那么它是解决该问题的完美答案。  

带宽、图像分辨率和色度采样都是设计系统时需要考虑的因素。分辨率和色度越高，所需的带宽就越大。这也将决定部署哪种类型的网络。使用新的私有网络或利用生产 LAN 将成为您设计考虑的一部分。  

IP AV 可以解决许多问题。从您要解决的问题开始，然后再从那里开始。如果您决定采用 IP AV，我们希望为您提供做出明智决定的工具。