Nghiên cứu nhóm tiêu chuẩn của tổ chức aims, rdd, amwa, jt nm

Mục lục Tiêu chuẩn AIMS 1.1 Hiệp hội giải pháp truyền hình IP gì? 1.2 Môi trường vận hành lai ghép hạ tầng SDI IP 1.2.1 Sản xuất truyền hình UHD dựa IP …6 1.2.2 Vai trò IGMP chuyển mạch IP 1.2.3 Hỗ trợ đồng .7 1.2.4 Thiết kế trường quay lớn tập trung địa điểm Tiêu chuẩn RDD (SMPTE Registered Disclosure Document) 2.1 RDD 34-35 2.1.1 Tổng quan đặc trưng mã 2.1.2 Cấu trúc luồng mã .10 2.1.3 Giải mã video 15 2.1.4 Luồng mã lập đồ IP 27 2.2 Tiêu chuẩn SMPTE RDD 37:2016 30 2.2.1 Bảng liên quan chương trình PAT ( program association table) 30 2.2.2 Bản đồ chương trình PMT phần video (Program Map Table) .30 2.2.3 Tham khảo xung nhịp chương trình PCR (Program Clock Reference) 32 2.2.4 Dữ liệu phụ 32 2.2.5 Dữ liệu âm 32 2.2.6 Dữ liệu video 32 Tiêu chuẩn JT-NM 3.2 Định nghĩa JT-NM 41 3.3 Kiến trúc JT-NM .42 3.4 Kiến trúc hệ thống 44 3.5 Sự đồng 47 Đặc điểm kĩ thuật mở truyền thông mạng NMOS (Networked Media Open Specifications) Các từ viết tắt: Tài liệu tham khảo: Danh sách hình Hình Tiêu chuẩn IP mở giải pháp hiệp hội truyền hình IP [1] Hình Hệ thống phân phối IP[2] .7 Hình Hệ thống trường quay lớn[3] Hình Sơ đồ khối mã hóa giải mã .9 Hình Cấu trúc liệu picture, TU CU 10 Hình 6.1 CU với video 4:2:2 .11 Hình 7.1 Quan hệ TU CU cấu trúc lọc băng 12 Hình Dịng qui trình giải mã video .14 Hình Thiết lập hệ số VLD dòng 15 Hình 10 Sơ đồ khối VDL 16 Hình 11 Phương pháp gán giá trị ban đầu .17 Hình 12 Phương pháp giải mã giá trị DPT .18 Hình 13 Chuyển đổi đặc trưng Wavelet không gian hai chiều .22 Hình 14 Chuyển đổi đặc trưng wavelet theo chiều dọc (V IWT) [2] 23 Hình 15 Chuyển đổi đặc trưng wavelet theo chiều ngang (H IWT) .24 Hình 16 Sự chuyển đổi đặc trưng wavelet vận hành nâng 5-3 .24 Hình 17 Sự chuyển đổi đặc trưng wavelet (IWT) tiền chuyển đổi đặc trưng wavelet (Post-IWT) 25 Hình 18 Sự chuyển đổi tiền đặc trưng wavelet CU định dạng 4:2:2 .26 Hình 19 Mơ hình mạng OSI lớp 27 Hình 20 Mối quan hệ khung video (hoặc bán ảnh) truyền thông payload video nén 27 Hình 21 Đóng gói luồng mã theo giao thức RTP 28 Hình 22 Q trình mã hóa, đóng gói giải mã, mở gói liệu 28 Hình 23 Chi tiết tiêu chuẩn dịng TS lớp đóng gói ITU-T H.222.0/ISO/IEC 13818-1 32 Hình 24 Phần PES header giải thích theo sau khái niệm 32 Hình 25 Luồng liệu video không nén 37 Hình 26 Dữ liệu video[6] 38 Hình 27 Đóng gói liệu video phân đoạn liệu video .39 Hình 28 Kiến trúc tham khảo [3] 42 Hình 29 Kiến trúc JT-NM tham khảo .43 Hình 30 Hệ thống kiến trúc tham khảo phân lớp [3] 44 Hình 31 Mơ hình mang tính ý tưởng [3] 45 Hình 32 Mơ hình định 46 Hình 33 Giải pháp thực định dựa PTP .47 Hình 34 Thực giải pháp định dựa PTP .48 Hình 35 Tiêu chuẩn NMOS mạng truyền thông IP .49 Danh sách bảng Bảng Thông số picture-info 10 NGHIÊN CỨU NHÓM TIÊU CHUẨN CỦA TỔ CHỨC AIMS, RDD, AMWA, JT-NM Giới thiệu Nền công nghiệp truyền hình bắt đầu có chuyển dịch sang chuỗi sản xuất hệ nhà quảng bá chấp nhận rộng rãi giới Và nhiều nhà quảng bá bắt đầu thực lộ trình chuyển dịch từ SDI sang sản xuất dựa IP Quá trình chuyển dịch sang IP nhà quảng bá sử dụng nhiều sản phẩm theo tiêu chuẩn hiệp hội giải pháp truyền hình IP Những trường quay nhỏ hay trường quay đặt vị trí khác kết nối IP qua chuyển đổi từ thiết bị sản xuất trường quay sử dụng từ SDI tích hợp dần thiết bị IP hạ tầng Hiện hiệp hội giải pháp truyền hình IP (AIMS) cung cấp hướng dẫn cho truyền hình dựa IP thể qua tiêu chuẩn SMPTE ST 2110 Trong SMPTE ST 2110 xây dựng tiêu chuẩn xuất theo lộ trình bao gồm SMPTE ST 2022-6 giao thức hỗ trợ kết nối SDI IP diễn tả làm SDI tái sử dụng nhúng hạ tầng IP TR-04 khuyến nghị kĩ thuật đề nghị VSF (Video Service Forum) trì khả SDI chuyển dịch IP SMPTE ST 2022-6 video AES-67 hỗ trợ xử lý luồng audio Tiêu chuẩn AIMS 1.1 Hiệp hội giải pháp truyền hình IP gì? Hiệp hội giải pháp truyền hình IP tổ chức thương mại sáng lập để nuôi dưỡng chấp nhận tiêu chuẩn chất lượng để tạo điều kiện cho nhà quảng bá công nghiệp truyền thông chuyển dịch từ sản xuất SDI sang IP Những điều lệ hiệp hội AIMS gì? - Xúc tiến tiêu chuẩn kỹ thuật mở thị trường để tương thích với thay đổi âm giải nén, hình ảnh luồng liệu phụ truyền qua hạ tầng IP - Tạo điều kiện cho tổ chức hoạt động giáo dục, phát triển xúc tiến sản phẩm hỗ trợ tiêu chuẩn mở - Tạo điều kiện thảo luận làm tăng tốc tiến trình phổ biến tiêu chuẩn thơng qua tiêu chuẩn việc cung cấp hỗ trợ, thử nghiệm, đánh giá đề xuất tiêu chuẩn môi trường thực tế AIMS tổ chức thương mại tương đương diễn đàn dịch vụ hình ảnh (VSF-Video Service Forum) VSF hỗ trợ tổ chức EBU, SMPTE Những tiêu chuẩn AIMS quảng bá: Hiện lộ trình AIMS khuyến nghị cho truyền hình quảng bá hạ tầng IP theo sau tiêu chuẩn như: - SMPTE 2022-6: AIMS tiếp tục sử dụng chấp nhận tiêu chuẩn sở cho tương thích - AES67: tiêu chuẩn cho âm qua IP VSF TR-04: tiêu chuẩn đề nghị để sử dụng hai tiêu chuẩn có, SMPTE 2202-6 video có nhúng audio AES67 luồng âm có địa IP Trong VSF TR-04, AES-67 vận hành hiệu âm rời rạc tương đương IP AES67 sử dụng nhiều công ty âm Những tiêu chuẩn kết hợp hai tiêu chuẩn VSF cho ngành cơng nghiệp truyền hình quảng bá lộ trình rõ ràng với địa IP cho âm kết nối với chuyển mạch Với giai đoạn thử nghiệm tính tương thích kỹ thuật cho âm AES67 vào tháng năm 2016, nhà quảng bá bắt đầu phát triển VSF TR-04 năm 2016 - VSF TR-03: TR-03 tiêu chuẩn giao nhận luồng liệu qua IP TR-03 gồm có ba phần Timing, Video Audio VSF TR-03 sau cải tiến đến hệ VSF TR04, thay tiêu chuẩn SMPTE 2022-6 cho phân phối liệu video Khi trình xử lý, audio nhúng SDI trước tín hiệu đóng gói dòng IP rời rạc Âm sử dụng tiêu chuẩn AES67 chấp nhận thiết bị âm chất lượng cao qua IP Hình Tiêu chuẩn IP mở giải pháp hiệp hội truyền hình IP [1] 1.2 Môi trường vận hành lai ghép hạ tầng SDI IP 1.2.1 Sản xuất truyền hình UHD dựa IP Sản xuất truyền hình UHD thiết bị SDI trước yêu cầu nhiều kết nối dây dẫn vật lí giao diện thành phần kết nối UHD SDI với thành phần tín hiệu HD định dạng 1080p Các nhà quảng bá chấp nhận chuyển dịch thành phần thiết bị từ SDI sang IP, hạ tầng IP có phần giá trị cao đồng nghĩa chi phí đầu tư cao chương trình sản xuất UHD SDI đòi hỏi đầu tư thiết bị SDI không thấp giá phải trả cho chuyển dịch Do nhà quảng bá chọn giải pháp tích hợp khơng chuyển dịch hoàn toàn sang sản xuất IP Hạ tầng IP đời có nhiều ưu điểm hỗ trợ tốt video giải nén theo lộ trình hướng dẫn hiệp hội AIMS với tiêu chuẩn đề xuất SMPTE ST 2110 Phát triển hệ thống sản xuất dựa IP điều kiện cần phải có cổng IP gateway để vận hành đấu nối chuyển đổi lai ghép SDI IP Chức lõi sản xuất dựa IP chuyển mạch (Switcher) trực tiếp phân luồng kết nối IP Để tận dụng khơng lãng phí hạ tầng sản xuất dựa SDI tùy vào mức độ tích hợp hạ tầng IP, nhà quảng bá không sử dụng thiết bị dựa SDI mà lai ghép với sản xuất dựa IP kiểm soát định tuyến thông qua switcher Thế hệ tiêu chuẩn chuyển dịch sang switcher IP cổng sẵn sàng từ 10 GigE đến 25 GigE lên tới mức giới hạn cao khoảng 40 GigE đến 100 GigE 1.2.2 Vai trị IGMP chuyển mạch IP Mơi trường studio có giao tiếp chuyển mạch hệ thống kiểm sốt định tuyến q trình giao tiếp thường xuyên thiết bị, trường hợp studio lớn trình kết nối giao tiếp có phần phức tạp hơn, thay định tuyến SDI chuyển mạch thu nhận tín hiệu có chức điều phối trực tiếp đường truyền chí chức chuyển mạch ảo cung cấp giao thức nhóm quản lý Internet (Internet Group Management Protocol) Giao thức giao tiếp mức cao thiết bị yêu cầu địa để phân phối đa luồng từ địa nguồn đến địa đích Các thiết bị IP chạy VLAN lớp trình vận hành liệu video, audio metadata hỗ trợ chuẩn SMPTE ST 2110 Ứng dụng VLAN lớp thực dễ vận hành phát triển tiến tới studio hồn toàn dựa vào mạng lưới kết nối IP đảm bảo băng thông cho liệu video, audio metadata thiết bị chuyển mạch 1.2.3 Hỗ trợ đồng Yêu cầu đồng phức tạp mơi trường studio độc lập yếu tố quan trọng xem xét thiết kế mức hạ tầng đáp ứng đầy đủ tình tác nghiệp Sự đóng góp tiêu chuẩn SMPTE ST 2110 sử dụng sản xuất truyền hình, PTP (IEEE 1588) kết hợp với SMPTE ST 2059 thiết bị định thời đồng với khóa GPS miền thời gian tiêu chuẩn mạng PTP-IP Các thiết bị đồng cao phải sử dụng nhãn thời gian gốc (time stamp) Khi đồng yêu cầu, phía phát PTP (point-to point) tạo time stamp cặp tham khảo chéo với time stamp gốc dòng liệu Trong mơi trường studio cần có đồng để tất dòng liệu đến từ nguồn từ bên truyền dẫn vào ngược lại studio giữ vai trò quản lý sản xuất nội dung trực tiếp Một cổng quản lý trình diễn tả minh họa hình Hình Hệ thống phân phối IP[2] 1.2.4 Thiết kế trường quay lớn tập trung địa điểm Sản xuất dựa IP chuyển dịch dần từ hạ tầng SDI cách tích hợp thiết bị truyền liệu IP hệ thống SDI có Tuy nhiên, việc xây dựng phim trường đại thời điểm này, nhà quảng bá thực việc thiết kế thi công hệ thống tất dựa vào tảng IP xu hướng phim trường sản xuất dựa IP ngày mở rộng hơn, bao gồm phim trường hội tựu tập trung, đặc thù ngành phát truyền hình phim trường phân tán địa lý cách xa nhau, xây dựng đồng trường quay dựa IP kết nối thơng suốt với khơng có thời gian trễ (low latency delay) thời gian trễ thấp mức chấp nhận yêu cầu toán hạ tầng sản xuất dựa IP Hình Hệ thống trường quay lớn[3] Tiêu chuẩn RDD (SMPTE Registered Disclosure Document) 2.1 RDD 34-35 Hiện môi trường mạng tốc độ cao sẵn sàng đáp ứng đường truyền Ethernet 10 GB Một vấn đề yêu cầu đáp ứng băng thơng truyền hình độ phân giải HD UHD Một yêu cầu cho nội dung truyền hình video khơng nén mang chất lượng hình ảnh cao có độ trễ thấp Các nội dung video không nén diễn tả chuẩn RDD (Registered Disclosure Document) cung cấp video có độ trễ thấp frame xem mức chất lượng cao Tiêu chuẩn RDD{, Oct 2015 #22} mô tả thông tin kỹ thuật liên quan đến định dạng video có độ trễ thấp mã hóa giải mã với tỷ lệ mẫu nhỏ 4:2:2 4:4:4 Trong tài liệu tiêu chuẩn RDD diễn tả bốn yếu tố chính: - Đặc trưng định dạng: kĩ thuật mơ hình ảnh chất lượng cao có độ trễ thấp nhớ thấp Và sơ đồ khối liên quan q trình mã hóa giải mã - Định dạng luồng: liệu hình ảnh khơng nén làm đại diện cho q trình xây dựng lại liệu số Và liệu định nghĩa liệu mẫu chiều không gian liệu mẫu Các luồng định dạng bao gồm ba lớp hình ảnh, đơn vị truyền dẫn (TU- transmission unit) đơn vị mã hóa (CU- coding unit) - Bộ giải mã: giải mã nhận luồng mã đầu vào sau codec xử lý xây dựng lại chúng xuất dạng liệu ảnh Thông tin cần thiết để cung cấp cho việc xây dựng lại liệu hình ảnh khơng nén dựa miền wavelet để tái tương thích giải mã - Lập sơ đồ IP: kiến thức giao vận luồng mã môi trường IP 2.1.1 Tổng quan đặc trưng mã a Kĩ thuật khóa mã Mã thiết kế để đáp ứng đồng thời lưu trữ liệu dung lượng thấp độ trễ truyền thấp Trong điều kiện độ trễ truyền thấp mối quan hệ với chất lượng dịch vụ cao hệ thống vận hành liên tục Nếu nhớ có kích thước đủ lớn kiểm sốt tốc độ mã hóa dẫn đến khả trình diễn hình ảnh chất lượng cao Mặt khác, tốc độ kiểm sốt kích thước nhớ nhỏ đệm trống dẫn đến độ trễ truyền thấp Kĩ thuật độ trễ truyền thấp: + Chuyển đổi đường sở đặc trưng wavelet + Vận hành nâng lọc đặc trưng wavelet (kết hợp với chuyển đổi đường sở đặc trưng wavelet vận hành nâng lọc đặc trưng wavelet) + Mã hóa giải mã đơn vị truyền dẫn sở (TU) + Mã hóa giải mã entropy đường sở (VLC: Variable Length Coding, VLD: Variable Length Decoding) + Quá trình xử lý đồng thời mã hóa giải mã Kĩ thuật chất lượng hình ảnh cao + Dùng đến lọc chuyển đổi đặc trưng wavelet chất lượng cao + Mã hóa VLC hiệu cao giải mã VLD + Kiểm soát TU băng phụ thuộc vào mã hóa + Trọng số tần số hệ số đặc trưng wavelet b Sơ đồ khối mã hóa giải mã Sơ đồ khối xử lý q trình mã hóa giải mã minh họa hình Bộ mã hóa bao gồm tiền chuyển đổi đặc trưng wavelet, chuyển đổi đặc trưng wavelet, cân VLC Bộ giải mã bao gồm trình VLD, cân chuyển đổi, chuyển đổi đặc trưng wavelet xử lý xây dựng lại đặc trưng wavelet Hình Sơ đồ khối mã hóa giải mã 2.1.2 Cấu trúc luồng mã 2.1.2.1 Tổng quan Luồng mã dạng liệu nén gồm có ba lớp: hình ảnh, đơn vị truyền dẫn đơn vị mã hóa Cấu trúc liệu gồm có ba thành phần đại diện cho picture-info header số lượng đơn vị truyền dẫn (TUs) Mỗi đơn vị truyền dẫn gồm TU-info header theo sau TUbody nén với số lượng đơn vị mã hóa (CUs) Mỗi đơn vị mã hóa bao gồm CU-info header CU-body minh họa hình Hình Cấu trúc liệu picture, TU CU 2.1.2.2 Hình ảnh Một hình ảnh bao gồm picture-info nhiều TUs Số lượng K lần TU phụ thuộc vào độ phân giải hình ảnh mức chuyển đổi đặc trưng wavelet Trong TU bao gồm 16 dịng hình ảnh ba mức phân chia chấp nhận mẫu hình ảnh 4:2:2 4:4:4 Bảng Thơng số picture-info Thông số HS2 VS3 BBD Lưu trữ NC NW Ngữ nghĩa Lưu trữ Kích thước ngang (VD:1920) Kích thước dọc (VD: 1080) Lưu trữ Độ sâu bit băng sở (VD: 10) Số thành phần Số biến đổi đặc trưng wavelet (4:2:2 4:4:4) 10 Cỡ (bits) 64 16 16 6 3 f uimsb f Frame_counter: tăng dần lên frame Giá trị trả sau chạm tới ngưỡng giá trị 255 Total_horizontal_size: số điểm ảnh đặc biệt dòng bao gồm vạch ngang Active_horizontal_size: số điểm ảnh đặc biệt kích hoạt đoạn dịng First_active_pixel: số điểm ảnh kích hoạt dòng Total_vertical_size[field]: số dòng đặc biệt bao gồm vạch dọc kích hoạt bán ảnh Theo tiến trình bán ảnh sau mang giá trị First_active_line[field]: dịng đặc biệt kích hoạt bán ảnh Nếu theo tiến trình sau bán ảnh có giá trị giá trị địa chỉ0xFFFF Frame_rate_denominator: dẫn bán ảnh DEN đề xuất ITU-T Rec H.222.0/ISO/IEC13818-1 Frame_rate_numerator: dẫn bán ảnh NUM theo đề xuất ITU-T Rec H.222.0/ISO/IEC 13818-1 Color_specification: định dạng màu 0x01: IEC 61966-2-1:1999 0x02: ITU-R Rec BT.601-7 0x03: ITU-R Rec BT.709-6 0x04: ITU-T Rec H.222.0/ISO/IEC 13818-1 0x05: ISO 26428-1(X’Y’Z’) 0x06: ITU-R Rec BT.2020-2 0x07-0xFF: Reserved Component_size: số bit đặc biệt dùng để định nghĩa thành phần Tất thành phần có số bit giống Sample_structure: số cấu trúc mẫu số thành phần 0=4:2:4, 1=4:4:4, 2=4:4:4:4, 3=4:2:2:4 Horizontal_sync_start: số điểm ảnh thời điểm bắt đầu đồng Horizontal_sync_stop: số điểm ảnh thời điểm bắt đầu dừng đồng Vertical_sync_start[field]: số dòng thời điểm bắt đầu đồng bán ảnh 36 Vertical_sync_stop[field]: số dòng thời điểm kết thúc đồng bán ảnh Horizontal_sync_polarity: tín hiệu đồng phân cực vạch ngang Phân cực đạt giá trị mức cao, phân cực đạt giá trị đạt mức thấp Vertical_sync_polarity: tín hiệu đồng phân cực vạch dọc Phân cực đạt giá trị mức cao, phân cực đạt giá trị đạt mức thấp Reserved: giá trị reserved mang giá trị PES_ES_header_CRC: giá trị CRC đạt ngõ 16 ghi giải mã tương tự định nghĩa ITU-T Rec H.222.0/ISO/IEC 13818-1 thể đa thức: x16+x12+x5+1 sau tất byte PES_packet kết thúc uncompressed_video_elementary_stream_header 2.2.6.3 Uncompressed_video_elementary_stream_data (ES data) Uncompressed_video_elementary_stream_data (ES Data) bao gồm 184 byte (ES Unit) Hình 25 Luồng liệu video không nén Khi tất uncompressed_video_elementary_stream_units nối tiếp dạng uncompressed_video_elementary_stream_data 37 uncompressed_video_pes_packet Sự xác uncompressed_video_elementary_stream_unit transport_packet 2.2.6.4 Uncompressed_video_elementary_stream_unit Cấu trúc thông tin uncompressed_video_elementary_stream_unit minh họa bảng sau Uncompressed_video_elementary_stream_unit(){ Padding_flag bslbf ‘00’ bslbf Vertical_position 13 uimsbf Reserved 16 bslbf 1440 bslbf Video_data_segment() } Padding_flag: uncompressed_video_elementary_stream_unit bao gồm padding_bits Uncompressed_elementary_stream_unit mang giá trị khơng có padding_bits uncompressed_elementary_stream_unit mang giá trị bao gồm padding_bits Vertical_position: số dòng liệu bán ảnh video_data_segment Reserved: giá trị reserved mang giá trị ‘0’ Video_data_segment: giá trị phân đoạn 1440 bit liệu video_data frame Hình 26 Dữ liệu video[7] 38 2.2.6.5 Dữ liệu video Dữ liệu video tổng hợp từ phân tử Kích thước phân tử tùy thuộc vào component_size sample structure Nếu sample_structure 4:2:2 kích thước phân tử gấp bốn lần component_size Và sample_structure 4:4:4 kích thước phân tử gấp ba lần component_size Nếu sample_structure 4:4:4:4 kích thước phân tử gấp bốn lần component_size Và sample_structure 4:2:2:4 kích thước phân tử gấp sáu lần component_size Một vài định dạng minh họa sau: + Định dạng 4:2:2 10 bit, phân tử 40 bit + Định dạng 4:4:4 bit, phân tử 24 bit + Định dạng 4:4:4 10 bit, phân tử 30 bit + Định dạng 4:4:4 12 bit, phân tử 36 bit + Định dạng 4:4:4:4 bit, phân tử 32 bit + Định dạng 4:4:4:4 10 bit, phân tử 40 bit + Định dạng 4:4:4:4 12 bit, phân tử 48 bit Dữ liệu video dạng dòng liệu nhiều dòng đặt cạnh frame liệu Các gói liệu thơ đóng gói vào phân đoạn video lưu hành tiêu chuẩn MPEG-2 TS Hình 27 Đóng gói liệu video phân đoạn liệu video Video_data(){ For(line=0; Line=first_extended_active_line[4])&& (line=first_extended_active_line[2])&& (line