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的數據封裝策略進行簡介，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值，也帶來了一些疑惑，這些疑惑反而需要計算答復，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軟件進行數據包級別的分析；

還可以采用EBU發布的LIST工具，在線或將其部署至本地，導入由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：不同設備發出的相同格式的4K 50p ST2110-20無壓縮視頻流帶寬雖都在8.7Gbps左右，但會有細微的區別，有的是8.67Gbps，有的是8.75Gbps，究竟是什么原因導致的呢？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？

數據在網絡中是如何封裝的？

ST 2110-20中規定數據是如何封裝的？

什么是帶寬？

IP系統中不管是業務流，還是控制數據，在網絡中都是以比特（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。對于視頻系統而言，單位一般采用Gbps（又作Gb/s，bps=bits per second）；音頻和輔助數據則分別采用Mbps和Kbps作為單位。

帶寬單位的換算關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

數據在網絡中是如何封裝的？

以下圖攝像機作為TX設備發送組播流，切換臺RX接收為例。由于未經擴展的UDP數據報MTU（最大傳輸單元）為1460字節，一幀4K畫面要分片通過上萬個數據包進行發送，每個數據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）。

但是根據網絡模型，Payload無法直接在網絡中進行轉發，需要進行封裝標記，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不同功能。

在應用層首先添加RTP Payload Header，然后是RTP Header；因為2110采用的RTP實時傳輸協議是基于UDP協議運行的，所以到達傳輸層后，要添加UDP Header；接下來是L3網絡層和L2數據鏈路層的IP包頭和以太網幀頭，經過以上封裝后，經物理層以比特位傳輸。數據到達接收設備后，解封裝是相反的順序，由低層向高層，逐層剝離頭部。

ST 2110-20中規定數據是如何封裝的？

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

第一是IP網絡中傳輸的視頻流是未經壓縮的，

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

正因如此，ST 2110相比ST 2022-6節約了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40bits，即5Bytes （字節）。

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，要求數據包大于1000字節即可，優勢是開放靈活、帶寬利用率高。BPM是基于180字節將像素組打包，這樣無論采用什么采樣方式，都能使數據包大小保持一致，好處是利于網絡配置和故障排查。Sony產品發送GPM數據包，可以接收GPM、BPM數據包。

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。包含一組SRD（采樣行數據）的RTP Payload Header為8字節。（注：包含在RTP Payload Header中的SRD Header可以有1-3組，在單個數據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行業協議或標準中有所定義，未在ST 2110-20中體現，在此列出其開銷供參考。

責任編輯：haq