Warum ist Interoperabilität für ProAV von Bedeutung?
von Thomas Wendeler, Übersetzung und Überarbeitung: Sven Schuhen , Artikel aus dem Archiv vom
Thomas Wendeler, Product Specialist Image Processing bei der Lang AG, erklärt den Testaufbau verschiedener SDVoE-Encoder und Decoder am Stand der Lang AG auf der ISE in Amsterdam und warum das herstellerübergreifende Zusammenspiel der Geräte so wichtig ist.
Nach der ISE 2019 sind Bekanntheitsgrad und Vorzüge der SDVoE Allianz in der AV-Community nachweislich nochmals deutlich gewachsen. Die neuen Möglichkeiten und die Funktionsvielfalt dieser AV over IP-Technik hat offensichtlich viele bisherige Kritiker überzeugt. „AV over IP“ ist sicherlich zu einem Schlagwort geworden und es scheint laut Wendeler jetzt der richtige Zeitpunkt zu sein, um Video über IP-Netzwerke zu senden und zu verwalten. Die Gründe erklärt er im Folgenden.
Vor weniger als zwei Jahren herrschte auf dem AV-Markt noch eine ganz andere Situation. Zu Beginn der SDVoE Allianz begannen verschiedene Mitglieder mit der Entwicklung der ersten Produkte. Interoperabilität stand nicht im Vordergrund, da jedes Unternehmen sein eigenes Produkt verkaufen wollte. Es gab lediglich einen Chipsatz des Herstellers Semtech, der jedem ermöglichte, Produkte auf einem verifizierten Qualitätsstandard zu entwickeln. Der Vorteil der Kompatibilität zwischen Herstellern wurde zuerst nicht herausgestellt. Viele Systemintegratoren wollten jedoch die totale Flexibilität bei der Wahl der Produkte, die ihren Bedürfnissen am besten entsprechen und blieben hier leider auf der Strecke.
In diesem Sinne hat die Lang AG der SDVoE Allianz ein sogenanntes Plugfest (Interoperabilitätstest) vorgeschlagen, das dann im Oktober 2018 in Lindlar organisiert wurde. Ziel war es dabei, die Kompatibilität zwischen SDVoE-Produkten zu testen, ohne dass die Hersteller die Produkte anpassen oder modifizieren müssen. Bei diesem ersten Plugfest wurden Produkte von Christie, ZeeVee, IDK sowie PureLink getestet. Im weiteren Verlauf kamen noch viele Geräte dazu.
Die SDVoE-Technologie ersetzt den herkömmlichen Matrix-Switch durch eine flexible, skalierbare, zuverlässi-ge und kostengünstige Lösung. Ethernet-Ports sind bidirektional, so dass man nicht mehr auf Ein- und Ausgän-ge achten muss. Ethernet-Switches können gestapelt und auf tausende von Ports skaliert werden. (Bild: SDVoE-Alliance)SDVoE-Produkte mit USB-Funktion bieten volle Unterstützung für USB 2.0 bei einer Bandbreite von 480 Mbit/s. Dies bedeutet, dass anspruchsvolle KVM-Anwendungen auf Workstations nicht nur mit Tastatur und Maus, sondern auch mit Kartenlesern, Fingerabdruckscannern, Webkameras und mehr bereitgestellt werden kön-nen. Mit 10 Gbit/s Netzwerkbandbreite wird jede USB-Anwendung problemlos unterstützt. (Bild: SDVoE-Alliance)
Robin Cullen, technischer Direktor bei PureLink, die mit ihren IPAV Pro De- und Encodern vertreten waren, führt zum Plugfest aus: „Die beteiligten Unternehmen hatten vor dem Treffen keinen Zugang zu den Produkten des anderen, und trotzdem arbeiteten die Produkte einwandfrei zusammen, ohne zusätzliche Einrichtung oder Konfiguration. Das ist für sich allein bereits eine beeindruckende Leistung. Kombiniert mit der Funktionalität der Plattform und der Plug-and-Play Philosophie der Installation wird dies jedoch zu einem echten Meilenstein.“
Da die Produkte alle auf dem BlueRiver-Chipsatz von Semtech basieren, wurde erwartet, dass die Encoder und Decoder AV-Signale unabhängig vom Hersteller über das Netzwerk senden können. Das Ergebnis des ersten Plugfestes war eindeutig: SDVoE-Produkte arbeiten einfach und problemlos zusammen. Thomas Wendeler erklärt: „Wir waren weniger überrascht darüber, dass es funktionierte, sondern eher wie einfach es war, ein funktionierendes System zu realisieren, selbst wenn nur grundlegende Steuerungssoftware von Semtech verwendet wurde.“
Cullen ergänzt: „Die SDVoE-Technologie verwirklicht das seit langem angestrebte Ziel der Plattform-Interoperabilität. Es funktioniert einfach. Das ist der entscheidende Punkt, den es zu verstehen gilt. Da die SDVoE API völlig markenunabhängig ist, wird die in der AV bislang unerreichbare Interoperabilität plötzlich einfach. Seit wir erstmals auf diese Technologie aufmerksam wurden, war ich von dem Konzept begeistert, weil es das Potenzial für revolutionäre Veränderungen in der AV-Welt bietet. Dieses Potenzial wurde erkannt und vor allem getestet.“
Um zu ermöglichen, dass dieses Ergebnis die AV-Welt umfassend erreicht, zeigte die Lang AG an ihrem diesjährigen ISE-Stand eine Demonstration der SDVoE-Interoperabilität.
In verschiedenen Bereichen des Pro AV-Marktes ist es für die perfekte Konfiguration wichtig, die freie Wahl beim Anbieter und des richtigen Produkts zu haben. Einige Lang-Kunden haben eine eher kurze Liste bevorzugter Produktanbieter. Jedoch kann oft kein einzelner Anbieter alle Kundenbedürfnisse bedienen. Die Möglichkeit, Systeme mit SDVoE auf so hochflexible Weise miteinander zu mischen, ist ein großer Vorteil, der mit proprietären AV-over-IP- oder klassischen Matrix-Switching-Systemen bisher nicht verfügbar war.
SDVoE basierte Systeme wurden während der ISE 2019 von 29 Mitgliedsunternehmen sowie der unabhängigen Lang AG demonstriert. Die Akzeptanz von 10-Gbit/s-Switch-Ökosystemen ist auf einem guten Weg, wobei die Preise auf unter 100 US-Dollar pro Port gefallen und damit mittlerweile günstiger als z. B. HDBaseT-Systeme sind. Darüber hinaus nimmt die Vielfalt der SDVoE-Produkte sehr schnell zu. Fast 160 verschiedene Geräte von mehr als 40 Mitgliedern der SDVoE Allianz sind bereits auf dem Markt verfügbar und weitere wurden auf der Messe vorgestellt. Tests von Mitgliedern der Allianz und bei Lang haben die Interoperabilität von Encodern und Decodern auf der SDVoE-Plattform nachgewiesen. Direkte SDVoE-Input-Integration folgen nun in Displays, Projektoren und LED-Systemen wie Christies MicroTiles LED.
In einem aktuellen Blog-Beitrag geht der Hersteller des SDVoE zugrunde liegenden Chipsatzes auf die Frage ein, warum Broadcasts Standards nicht für den ProAV-Markt benötigt werden. Hier wird nun eine Brücke zu dem ebenfalls in dieser Ausgabe erscheinenden Artikel über AES67, SMPTE ST2110 und AMWA NMOS geschlagen, die eine AV-Interoperabilität auf Broadcast-Ebene vorantreiben. Aber auch hier bringen sich ebenfalls ProAV-Hersteller und Unternehmen für eine Standardisierung ein.
Semtech beschreibt in seinem Blog, dass ProAV-Installationen deutlich von Heimkino- und Unternehmens-AV-Systemen bis hin zu geschäftskritischen Kontrollzentren und medizinischen Systemen variieren. Innerhalb dieses breiten Spektrums an ProAV-Anwendungen sei die Auswahl an Ausrüstung und Konnektivität, Video- und Audioformaten sowie Benutzersteuerungssystemen ebenso vielfältig. Während Pro AV-Installationen von einem erfahrenen Fachmann entworfen werden können, seien Benutzer und Betreiber in der Regel ungeübte, nicht interessierte Verbraucher. Die gebräuchlichste ProAV-Quelle wäre der Laptop eines Endbenutzers, der möglicherweise unvorhersehbares Verhalten aufweist, IT-Beschränkungen unterliegt und sogar Malware enthält.
ProAV-Konnektivität ist nahezu uneingeschränkt, da VGA, DisplayPort, HDMI und sogar drahtlose Konnektivität weit verbreitet sind. Zwar gibt es Standards, aber die Konformität ist bei weitem nicht so streng kontrolliert wie im Broadcast-Bereich. In der Praxis sind viele AV-Installationen geschlossene Systeme und meist von nur einem einzigen Hersteller, sodass die Notwendigkeit von Standardisierung und Interoperabilität häufig übersehen wird. Da die ProAV-Industrie nun die Vorteile der IP-basierten Verteilung mit Ethernet-Switches nutzen möchte, gibt es einige Schritte in Richtung Standardisierung. Die SDVoE Alliance will hierzu ihren Teil beitragen.
Um den Kontrast zwischen ProAV und Broadcast-Video noch weiter zu erhöhen, führt Semtech in dem Blog aus, dass die unterstützten Videoformate ebenfalls HD und 4K enthalten können, wobei zusätzlich VESA-Grafik- oder Flachbildschirmformate hinzugefügt werden können. Möglicherweise müsse ein Gerätehersteller bis zu 40 Bildschirmauflösungen und Videoformate unterstüzen. Audio in ProAV könne von analogem Mono bis Stereo oder von Multichannel-PCM bis zu den neuesten Dolby- und DTS-Formaten reichen. Dies erfordert möglicherweise die Verteilung des Multichannel-Feeds sowie die Möglichkeit, einen Stereo-Downmix zu erstellen und zu verteilen. Während Mechanismen wie EDID dabei helfen, unterstützte Videoformate zu identifizieren, ist eine zusätzliche Signalverwaltung und -steuerung erforderlich, um die bestmögliche Benutzererfahrung in einer breiten Palette von AV-Infrastrukturen sicherzustellen.
Beim Broadcasting würde der Inhaltsschutz eher durch die Natur der geschlossenen und streng kontrollierten Umgebung des Broadcasting-Studios, als durch die physische Konnektivität selbst gewährleistet. SDI-Systeme transportieren AV-Inhalte in der gesamten Gerätekette ungeschützt. Die ProAV-Branche erwarte jedoch einen Schutz für fast alle digitalen Inhalte, auch wenn sie von Laptops der Benutzer stammen. Das Verhalten von ProAV-Systemen beim Umgang mit Inhaltsschutz sei in der Regel sehr unvorhersehbar. Das Anschließen eines HDCP-fähigen Consumer-Laptops an einen Videokonferenz-Codec sollte beispielsweise einfach und unkompliziert sein, führe jedoch häufig zu einem leeren Bildschirm.
Letztlich seien die Anforderungen für Broadcast und ProAV auf den niedrigsten Ebenen gleich: AV-Inhalte auf kosteneffiziente und zuverlässige Weise von den Quellen zu den Endpunkten zu verschieben. Wie oben dargestellt, seien die Anforderungen und Erwartungen jedes Marktes recht unterschiedlich. Organisationen wie SMPTE, AMWA und AIMS konzentrieren sich auf Broadcast-Workflows und auf “alles richtig zu machen” in ihren Endanwendungen, so dass dieser Ansatz für die ProAV-Branche kaum von Nutzen sei. Um den ProAV-Markt zu bedienen, sei eine vollständige Stack-Lösung erforderlich, die alle Anforderungen berücksichtige, von der einfachen IR- und RS232-Steuerung über das HDCP-Management und 4K HDR über eine einfache Steuerungs-API. Und das liefere die SDVoE-Technologie.
Mit der SDVoE Technologie lassen sich heute klassische Matrix-Systeme ersetzen. Neben der Interoperabilität bietet SDVoE zusätzliche Funktionen, die weitere Hardware überflüssig machen. So ist zum Beispiel in den meisten Systemen eine Videowand- und Multiviewer-Technologie integriert, die auch bisher zögerliche Verfechter von klassischen AV Systemen überzeugt. Eine Signalumwandlung von elektrischen Signalen in Glasfasersignale ist nicht mehr erforderlich, da auf SDVoE basierende Systeme beide Standards gleichermaßen adressieren. Systemintegratoren können weniger Hardware mit mehr Funktionen anbieten.
Die SDVoE-Processing Engines sind in der Lage, leistungsfähige Videomanipulationen wie Skalieren, Zuschnei-den und Dehnen durchzuführen. Diese grundlegenden Verarbeitungsblöcke können zum Erstellen von Video-wänden beliebiger Größe und Form verwendet werden. Die Software teilt jedem Empfänger seine Position in einem Array mit, und das richtige Bild wird auf dem Bildschirm angezeigt.
Diskussionen über Latenzen werden überflüssig, da die durch SDVoE verursachten 0,1 Millisekunden (weniger als 1/150 eines Frames) keinen Einfluss auf die Signalkette haben, wohingegen Systeme, die auf Basis von 1 Gbit/s Topology komprimieren, eine merkliche Latenz verursachen. Im Bereich von 10 Gbit/s gibt es keine Kompressionsartefakte, die man visuell wahrnehmen könnte. Tatsächlich kann die Kompression nur von teurem Messequipment ermittelt werden.
Innerhalb des 7-Layer-OSI-Stacks adressiert SDVoE alle Ebenen. In der 5. Schicht (Session) beschreibt das SDVoE Session Management, wie der SDVoE-Controller Probleme verwaltet, z. B. welches Gerät an welche Multicast-Adresse sendet, wer verschiedene Audio- und Video-Feeds abonniert hat und wohin die IR- und COM-Steuersignale geleitet werden. In der 6. Schicht (Presentation) ist die Adaptive Clock Resynchronization von SDVoE die Methode, mit der SDVoE-Geräte HDMI-Audio- und -Videosignale codieren und decodieren. Diese Technologie wandelt die vorgenannten Signale in Netzwerkströme für die unteren Schichten um und aus diesen wieder zurück. Die SDVoE-API fügt sich schließlich technisch in Schicht 7 ein, dient aber tatsächlich als Schnittstelle zwischen der Anwendungsebene und allen darunter liegenden Ebenen. Mit der SDVoE-API können Hersteller, Entwickler und Systemintegratoren ihre Kreativität ausleben, um traditionelle AV-Anwendungsfälle neu zu erfinden und völlig neue zu entwickeln, die ohne die SDVoE-Plattform noch nicht konzipiert oder sogar möglich sind.
SDVoE adressiert standardmäßig den gesamten 7-Layer-OSI-Stack bietet als sogenannte „Full Stack“ Techno-logie Lösungen für jede Schicht. Die Grafik zeigt SDVoE im OSI-Schichtenmodell von klassischen Netzwerkprotokollen. (Bild: SDVoE Alliance)
Die SDVoE-Technologie bietet somit eine flexible Hard- und Software Plattform, die es erlaubt viele verschiedene Anwendungen wie virtuelles Matrix-Switching, KVM Switching, Video Wall Controlling oder Multiviewer Processing zu realisieren. Die Hardware kann voll vernetzt in Quellen oder Displays eingebaut werden.
„Aus technischer Sicht ist die Welt bereit für AV over IP. Die SDVoE Allianz stärkt diese Signaldistribution mit einer wachsenden Community und einem großen Pool an brandneuen Geräten. Die 4K-Leistung von SDVoE ist kompromisslos. Die kommenden Jahre werden sicherlich interessant sein, da die Bewegung der Technologie vom heutigen Matrixswitch hin zu einer vollständigen IP-basierten Umgebung immer wahrscheinlicher wird.“ erklärt Thomas Wendeler.
Herkömmliche Multiview-Prozessoren benötigen einen speziellen zentralen Videoprozessor mit großen Band-breitenfunktionen, um mehrere Video-Feeds zu empfangen und zu skalieren. Das macht sie meist sehr teuer. Der verteilte Aufbau von SDVoE ermöglicht es, die Verarbeitung auf mehrere Endpunktgeräte zu verteilen, sodass kein Gerät über teure Spezialfunktionen verfügen muss. (Bild: SDVoE-Alliance)
Robin Cullen führt weiter aus: „Die Verwendung von IP als Transportmethode bedeutet, dass die jahrelangen, bewährten technologischen Fortschritte und Weiterentwicklungen inbegriffen sind. Hinzu kommen die Bandbreite von 10G-Switching und eine große Produktauswahl. Sie erhalten als Ergebnis eine robuste, flexible und hochmoderne Plattform.“
Man fragt sich allerdings nun, wenn Semtech mit dem BlueRiver Chipsatz und der zugehörigen API bereits alle zentralen Funktionen zur Verfügung stellt und die Ethernet-Technologie grundsätzlich den Werkzeugkasten für das Switchen und Übertragen von AV-Signalen bietet, wo können AV-Hersteller mit der SDVoE-Technologie denn überhaupt noch einen Mehrwert schaffen? Hierauf antwortete Justin Kennington, Präsident der SDVoE-Alliance, als wir ihn dazu an seinem Messestand befragen: „Das Erstellen leistungsfähiger Endpunktsignalprozessoren und Softwareanwendungen ist der Schlüssel. Endpunkte, die zwischen AV-Signalen (HDMI) und Ethernet konvertieren, können Processing-Engines enthalten, die Audio- und Videosignale neu formatieren und rekonstruieren (Skalieren auf ein Display, Erstellen einer Videowand, Abmischen von Audio usw.). Die Software, die durch das Management dieser Endpunkte Benutzererfahrungen erzeugt, ist der andere Bereich, der für Innovationen reif ist. Die SDVoE-Technologie ist die standardisierte Schnittstelle zwischen Endpunkten und Software. Es gibt den Impuls, neue Anwendungsklassen zu erstellen. Die SDVoE-API ermöglicht die schnelle Entwicklung hochspezialisierter Software, die auf die Bedürfnisse einer Vielzahl von Endbenutzern zugeschnitten ist.“
Auf der ISE wurde ein Shootout zwischen den Technologien/Video-Codecs SDVoE, MJPEG2000, H.264/H.265 und VC-2 veranstaltet, um die unterschiedlichen Komprimierungen zu vergleichen. Vor allem wurde hierbei auf Latenz, Auslastung der Netzwerk-Bandbreite, Kompressionsartefakte und maximal mögliche Videoauflö-sung/Bildwiederholrate geachtet. (Bild: SDVoE-Alliance)
Die SDVoE Alliance ist ein gemeinnütziges Konsortium von Technologieanbietern, die zusammenarbeiten, um die Einführung von Ethernet für den Transport von AV-Signalen in professionellen AV-Umgebungen zu standardisieren und ein Umfeld für die SDVoE-Technologie zu schaffen, in dem man mit Hilfe von Software AV-Anwendungen definieren kann.
Die Mitglieder der SDVoE Alliance sind Hersteller mit Fachwissen in den Bereichen Signalverteilung, Displayherstellung, IT-Infrastruktur, Chip-Design und AV-Software. Ein Integrator hat Dutzende Partner zum Ausrichten und Produkte zur Auswahl.
Auf der Webseite der SDVoE-Alliance sind darüber hinaus zahlreiche als Design-Partner zertifizierte Integratoren und Berater aus aller Welt gelistet, die interessierte Kunden bei ihren Projekten unterstützen oder auch allgemein beraten können.
Anixter, Arista, AVLink, Belden, Berk-Tek, BroadData, Canare, Cleerline SSF, CYP, Danacoid, HDCVT, HPC, iMag Systems, J-Tech Digital, Liberty AV Solutions, MediaComm, niveo, NK Systems, Panduit, PureLink, Presentation Products, RGBlink, Rose Electronics, Savant, VuWall, WyreStorm
Messeaufbau Interoperabilität der Lang AG auf der ISE 2019
Auf dem Messestand der Lang AG wurden die verschiedenen Encoder und Decoder der Hersteller Christie, ZeeVee, IDK und PureLink über einen Netgear Switch der M4300 Klasse in einem herkömmlichen 10Gbit/s Netzwerk verbunden. Über einen Mini-PC auf dem die Steuersoftware von Semtech lief, konnten die Geräte frei untereinander geroutet werden.
Schematisch dargestellter Aufbau der Demonstration am ISE Stand der Lang AG. Vor Ort war DVIGear jedoch nicht vertreten. (Bild: Lang AG)
Hierbei kam zudem ein Elgato Stream Deck zum Einsatz. Diese kleine Box mit integriertem Display und Buttons diente zur Umschaltung der Signale und wurde per Script in die Basissoftware von Semtech eingebunden. Somit war ein Switching unterschiedlicher Quellen und Senken per simplen Knopfdruck machbar. Diese Umschaltung ist wahlweise im „Fast-Switch Modus“ möglich bei dem ohne Abriss des Sync Signals „Seemless“ oder im sogenannten „Genlock Modus“ umgeschaltet werden kann.
Bei letzterem beträgt die Latenz zwischen der Signalquelle und der Ausspielseite nur einige Mikrosekunden, also einen winzigen Bruchteil eines Videoframes (wenige Zeilen). Außerdem war per Tastendruck die Umschaltung in eine Videowall Anwendung möglich, wobei eine Quelle auf einer ganzen Videowand dargestellt werden kann, sowie eine Anwendung als Multiviewer mit vielen Quellsignalen auf einem einzigen Display. Ausgespielt wurde diese 4K/UHD Demonstration auf 4 Displays vom Typ EA271U von NEC. Als Quelle dienten Brightsign Player mit HDMI 2.0 Ausgabesignal. „Beim Switching spielt die Auflösung für die SDVoE keine große Rolle. Integrierte Scaler wandeln FullHD Signale bei Bedarf in UHD oder umgekehrt. Dem Anwender erleichtert dies zusätzlichen Aufwand und er spart erneut an Videoequipment.“ berichtet uns Thomas Wendeler.
