Praxistest: AV over IP mit Atlona OmniStream

Mittlerweile bieten etliche Anbieter „AV over IP“-Lösungen verschiedenster Art an. Warum man sich aber gerade die Atlona OmniStream-Serie mal genauer ansehen sollte, zeigt dieser Artikel. In einem Testaufbau konnten wir die Geräte auf Herz und Nieren prüfen.

(Bild: Atlona)

AV over IP ermöglicht die Übertragung von bis zu 4K Videodaten, Audio und Kontrollinformationen über ein Standard- Gigabit-Netzwerk, wie sie in den meisten Fällen derzeit verwendet werden. Da hierzu für eine AV-Übertragung über IP entweder auf bereits bestehende IT-Netzwerkstrukturen zurückgegriffen werden kann, oder aber, falls dort die zu Verfügung stehenden Bandbreiten nicht ausreichen, kostengünstig eine entsprechende Infrastruktur für die AV-Übertragung eingerichtet werden kann, sind AV over IP-Lösungen derzeit stark auf dem Vormarsch. Dabei können diese Systeme nahezu beliebig skaliert werden, denn es muss hierbei nicht auf klassische Videomatrizen mit fest definierter Anzahl von Ein- und Ausgängen zurückgegriffen werden.

Die Anzahl der Endgeräte in „AV over IP“- Systemen ist lediglich durch die Anzahl der verfügbaren Ports der Netzwerk-Switche begrenzt – diese können durch Erweiterung oder Austausch beliebig verändert werden. Damit ist die Größe eines Systems nicht mehr durch die Wahl der Videomatrix vordefiniert, sondern lässt sich den individuellen Bedürfnissen des Nutzers anpassen. Darüber hinaus gibt es auch „AV over IP“-Technologien in 10GB-Netzen, die durch höhere Bandbreiten nahezu unkomprimierte Übertragungen von Videoinhalten zulassen.

Eine 10GB-Netzwerkinfrastruktur ist jedoch seltener und deutlich teurer und macht vor allem Sinn, wenn höchste Qualitätsansprüche an die AV-Übertragung gefordert sind. Viele Anbieter nutzen für die Verwaltung der Endgeräte Soft- oder Hardware-Controller, die dem Nutzer eine virtuelle Videomatrix bieten um Quellen und Senken miteinander zu verschalten und das System zu konfigurieren. Je nach Komplexität des Systems und Anforderungen an Sicherheit und Performance sind nun aber IT-Techniker für Einrichtung, Betrieb und Wartung unerlässlich.

Überzeugende Argumente schon beim Aufbau

Überzeugend beim Aufbau war schon die Tatsache, dass so gut wie alle Geräte per PoE (Power over Ethernet) direkt durch das Netzwerkkabel mit Spannung versorgt werden können, einen entsprechenden Switch vorausgesetzt. Natürlich wäre auch eine Spannungsversorgung per PoE über einen PoE-Injektor (einer Art Netzteil, das die nötige Spannung auf das Netzwerkkabel gibt) möglich, doch dann kann auch das optional erhältliche Stecknetzteil benutzt werden, um das Gerät direkt mit Strom zu versorgen.

Außerdem besitzen die Encoder und Decoder der Dual-Channel Serie zwei HDMI Ein- bzw. Ausgänge, was so bisher noch kein anderer Anbieter im Portfolio hat. Gerade in Anwendungen, in denen mehrere Signale gleichzeitig gesendet oder Empfangen werden müssen, bietet Atlona hier deutliche Vorteile.

Neben den beiden HDMI-Ports sind die En- und Decoder auch mit je zwei Ethernet- Ports ausgestattet. Mit der entsprechenden Bandbreite ist es möglich zwei 1080p/60Hz Datenströme oder einen 4K/60Hz auf einer 1- GB-Leitung zu übertragen. Das nutzt Atlona, um hier ein bisher völlig neues Thema ins Feld zu führen: Redundanz – entweder eine Kabelredundanz, um Verbindungsabbrüche bei der Verkabelung aufzufangen, oder aber eine völlige Redundanz, um bei Spiegelung der ITInfrastruktur die Datenströme über zwei völlig autarke Netzwerke zu leiten. Zukünftig will der Hersteller auch zwei 4K/30Hz Streams auf einer 1-GB-Leitung unterbringen. Die Stromversorgung der Zweikanalgeräte ist ebenfalls redundant ausgelegt.

Je nach Infrastruktur nutzt der Encoder entweder beide Ethernet-Ports, um jeweils den Datenstrom eines HDMI-Eingangs zu übertragen, oder überträgt beide Datenströme über den gleichen Port. Im Falle eines Verbindungsabbruchs legt der Encoder nun im ersten Fall beide Datenströme gemeinsam auf die noch vorhandene bzw. gute Verbindung des anderen Ports oder wechselt im zweiten Fall mit beiden Datenströmen auf den anderen Port. Der Umschaltvorgang ist hierbei von der Neusynchronisierung zwischen Quelle und Senke abhängig, dauerte in unserem Testaufbau jedoch nur wenige Sekunden.

Was steckt hinter OmniStream?

Atlona nutzt für die Komprimierung der Signale in der AV-Distribution über IP-Netzwerke den SMTP VC-2-Codec und geht auch hier einen anderen Weg als viele Mitbewerber, die auf JPEG2000 oder H.264 setzen. Hierbei nutzen Anbieter die Kompressionsstärke des H.264-Codecs vor allem, um möglichst viele AV-Datenströme innerhalb eines Gigabit-Netzwerks realisieren zu können. Da eine hohe Kompression mit hohen Latenzen einhergeht, sind diese Anwendungen hauptsächlich in Bereichen anzutreffen, bei denen Latenzen eine untergeordnete Rolle spielen. Andersherum kann der JPEG2000-Codec aufgrund seiner geringeren Kompression und damit geringen Latenzen überall dort eingesetzt werden, wo eine höhere Qualität des Video-Signals und niedrige Latenzen gefordert werden. Der von Atlona verwendete VC-2-Codec wurde von der BBC für kritische, qualitative Broadcast-Anwendungen entwickelt und ist ideal für Bewegtbilder und Grafikanwendungen mit 4:4:4 Farbumfang.

Dabei soll die Kompression für den Betrachter verlustfrei arbeiten und das Videosignal gerade so weit komprimieren, dass ein 4K-Signal mit 1 GB Bandbreite übertragen werden kann. Außerdem bietet VC-2 eine Encode-zu-Decode- Latenz von einem halben Frame und ist damit deutlich geringer als die beiden zuvor genannten Codecs. Für ein Video mit 60 Hz wären das 9 ms und bei 30 Hz 17 ms. Damit wäre OmniStream auch für Live-Anwendungen geeignet.

Was bietet Atlonas OmniStream noch?

Laut Atlona bietet OmniStream kompromisslose AV over IP Performance und Zuverlässigkeit. Doch solche und ähnliche Aussagen äußert nahezu jeder Hersteller. Was hat Atlona also neben Redundanz, Dual-Stream-Funktionalität und der Nutzung der VC-2-Codecs sonst noch in die kleinen Metallkisten gepackt? Da hätten wir ein EDID-Management. Mit Hilfe des EDID-Managements lassen sich die gewünschten Auflösungen und Bildfrequenzen anhand der unterstützten Auflösungen der Quellen und Senken bearbeiten. Möglicherweise sollen Quellen uns Senken nur auf bestimmten Auflösungen oder Frequenzen arbeiten, selbst wenn sie andere (bessere) unterstützen, weil eventuell der Content nur in dieser Auflösung vorliegt. Auch lassen sich bevorzugte Audioformate und Kanalanzahl festlegen, die übertragen werden sollen. Das EDID-Management kann auch zur Behebung von Kompatibilitätsproblemen verwendet werden. Der EDID-Manager kann hierzu eine bestimmte Auflösung emulieren, an die sich dann Quellen und Senken binden lassen.

Darüber hinaus stellt OmniStream auch ein HDCP-Management zu Verfügung. Bei Geräten, die eine HDCP-Verschlüsselung für eine AV-Übertragung verlangen, kann es immer wieder zu Kompatibilitäts- und/oder Handshake-Problemen kommen. Mit dem HDCPManager lassen sich Quellen und Senken emulieren, um dem jeweils anderen Endpunkt ein kompatibles Gerät anzuzeigen und Probleme zu umgehen. Auch eine Konvertierung zu niedrigeren HDCP-Versionen oder die Auskopplung von verknüpften Features können mit dem Management realisiert werden.(Bild: Atlona)

Mit der Aspect Ratio Control kann das Bildformat zum Beispiel von 4:3 zu 16:9 oder ein kleineres Bild auf die gegebene Auflösung eingepasst werden. Hin und wieder haben hier Quellen und Senken unterschiedliche Formate, die hier einfach und schnell angeglichen werden können. Viele kennen diese Funktion vielleicht von ihrem heimischen Fernseher, bei dessen Fernbedienung oft eine Taste für die Aspect Ratio vorhanden ist.

OmniStream bietet darüber hinaus einen 4K/UHD Scaler im Decoder, mit dem das Quellmaterial beliebig an die gewünschte Auflösung skaliert werden kann. Somit werden auch 2K/HD Inhalte auf 4K/UHD aufgeblasen oder umgekehrt runterskaliert. Neben einer reinen Skalierung sorgen Algorithmen darüber hinaus für Bildverbesserungen bei Bildtiefe und – schärfe.

Mit der Funktion des Logo Overlay, bzw. Fullscreen Image lassen sich beliebige Inhalte in den Quellen und Senken hinterlegen. Beim Logo Overlay kann ein Logo oder eine gewünschte Information dauerhaft bei jeder Wiedergabe über den Content gelegt werden. Das Fullscreen Image wird hingegen dann angezeigt, wenn Quelle oder Senke keine Bildinformationen bekommen, sei es durch Probleme auf dem Signalweg oder weil die Quelle gerade keine AV-Zuspielung erhält oder ausgeschaltet ist.

Besonders stolz ist Atlona auch auf die Unterstützung von FEC (Forward Error Correction), damit Datenpakete in riesigen Netzwerken mit vielen Switchen zwischen Quellen und Senken auch zuverlässig, unterbrechungs- und artefaktfrei übertragen werdenauch mit günstigeren Cat. 5e Kabeln.

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EDID

Die EDID (Extended Display Identification Data) enthält Daten über die Quelle oder Senke wie zum Beispiel Hersteller, Fertigungsdatum, Typ, Seriennummer, Displaygröße, native und weitere unterstütze Auflösungen, unterstützte Audioformate und -kanalanzahl sowie ob bestimmte Features wie Skalierung oder Pivot-Modus zu Verfügung stehen. Sie bildet damit einen Standard, um die Kommunikation zwischen Quellen und Senken zu erleichtern. Bevor ein AV-Stream zum Beispiel bei HDMI-Verbindungen zwischen Quellen und Senken zustande kommt, werden zuerst die EDID-Informationen ausgetauscht. Daraufhin ermitteln Quelle und Senke ihre Kompatibilität und versuchen möglichst mit nativer Auflösung, die Datenverbindung einzurichten. Sollte diese von einer Seite nicht unterstützt werden, wird nach dem nächsten gemeinsamen Nenner innerhalb der unterstützten Auflösungen gesucht und dann die Verbindung aufgenommen. Ebenso können auch unterstützte Tonformate ausgetauscht werden.

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Atlona OmniStream verwalten & steuern

Um die En- und Decoder zu Konfigurieren bieten die Geräte ein Webinterface. Bei mehreren Geräten wird eine Verwaltung und Konfiguration über jedes einzelne Webinterface etwas mühselig. Hierzu bietet Atlona mit dem das AMS 2.0 (Atlona Management System) an, welches die Verwaltung, Konfiguration und Routing aller im Netzwerk angeschlossenen OmniStream-Geräte übernimmt. Das AMS ist als separates Gerät oder auch als Softwarelizenz für eigene Hardwarelösungen verfügbar.

Die Verwaltung des AMS funktioniert ganz ähnlich einer klassischen Videomatrix. Hierbei findet das AMS automatisch alle verfügbaren OmniStream-Geräte im Netzwerk und listet diese in der virtuellen Matrix auf. Darüber hinaus dient das AMS auch für ein Monitoring der angeschlossenen Komponenten, erstellt Backups der aktuellen Konfiguration und kann zentral alle verbundenen Geräte mit Updates versorgen. Neben der Konfiguration über ein Webinterface bietet die AMS-Hardware-Lösung auch einen HDMI- und 4 USB-Ports um lokal mit Bildschirm und angeschlossener Tastatur und Maus zu arbeiten.

OmniStream ist vor allem wegen der Dual-Channel Encoder auch für Video-Wall- Anwendungen interessant. Um diese einzurichten, bietet das System eine Verwaltung von bis zu 500.000 Displays, die nötige Bezel- Korrektur sowie die Möglichkeit, Bildinhalte zu rotieren.

Für die Anbindung an eine Mediensteuerung hat Atlona die Velocity-Plattform. Für Velocity Touch-Displays können Steuerungsumgebungen flexibel erstellt werden, die eine einfache und intuitive Bedienung der OmniStream Geräte zur Verfügung stellen. Aber auch für die Einrichtung der Mediensteuerung sind keine Programmierkenntnisse mehr notwendig. Eine Art Wizard leitet den Nutzer durch die nötigen Menüs, und über vordefinierte Treiber stellt man sein System zusammen. Über Drag&Drop lassen sich Elemente der Steuerung hinzufügen und mit den Befehlen aus den Treibern versehen, um diese auf den Touchdisplays oder einem Tastenfeld abrufen zu können.

Kai Ellingsen (Senior Sales Manager DACH bei Atlona) und Thorsten Goecke (Director of Business Development EMEA bei Atlona) haben uns anlässlich ihres Besuchs im Verlag verraten, welche Updates in Version 1.2.1 vorgenommen wurden und welche in naher Zukunft für OmniStream geplant sind: Frisch im System wird nun AES67, wie bisher auch Dante, direkt als Audio over IP integriert.

Infrarot-Signale können an En- und Decodern entgegengenommen und als Steuerbefehl über das Netzwerk geleitet werden, um am gewünschten anderen Ende wieder zwecks Gerätesteuerung emittiert zu werden. Das Video- Switching wurde weiter beschleunigt, und bei den Zwei-Kanal-En- und Decodern ist nun eine Daisy-Chain-Verkabelung möglich, was vor allem eine Verkabelung von Video-Walls extrem vereinfacht. Im nächsten Schritt soll das Skalieren im Decoder zukünftig auch mit Konversion der Bildwiederholfrequenz möglich sein. Somit wäre ein Skaling, zum Beispiel von 2160p24 auf 1080p60, möglich.

Kurz vor Redaktionsschluss erreichte uns außerdem die Nachricht, dass Atlonas OmniStream nun auch Full Dolby Vision mit 60 Hz unterstützt und somit HDR (High Dynamic Range) mit 12 Bit Farbtiefe bietet.

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HDCP

HDCP (High-bandwidth Digital Content Protection) ist ein Verschlüsselungssystem, welches die Filmindustrie für die geschützte Datenübertragung bei DVI-, HDMI- und DisplayPort- Schnittstellen durchgesetzt hat. Es kommt bei allen Geräten zum Einsatz, bei dem Inhalte vor einem unberechtigten Abgreifen geschützt werden sollen. Jedes Gerät beinhaltet einen Satz von 40 Schlüsseln mit je 56 Bit, die jedoch nie im Klartext übertragen werden.

Für den eigentlichen Kopierschutz muss der Hersteller seine Geräte jedoch bei der Digital Content Protection LLC zetifizieren. Vor allem bei Receivern für HDTV und PayTV als auch bei Blu-ray-Playern ist HDCP im Einsatz. Wenn die Quelle eine HDCP-Verschlüsselung fordert, muss die Senke diese unterstützen. Ohne Unterstützung oder bei Problemen wird keine AV-Übertragung aufgebaut. Anbieter von Inhalten können aber die Wiedergabe der Inhalte bei nicht-HDCP-fähigen Geräten auch einschränken, so dass zum Beispiel nur eine geringere Auflösung oder nur ein Schwarz-Weiß- Bild wiedergegeben wird. HDCP ist jedoch immer wieder in der Kritik, weil es nicht nur ein Kopierschutz ist, sondern auch die Wiedergabe auf nicht lizenzierten Geräten unterbindet. Darüber hinaus sind die Spezifikationen nicht eindeutig, so dass es immer wieder mal Probleme zwischen Quellen und Senken gibt, obwohl es sich um lizenzierte Geräte handelt. Für die Wiedergabe von Inhalten in 4K wurde kürzlich HDCP in der Version 2.2 veröffentlicht und ist nicht abwärtskompatibel. Für den Genuss von Filmen und Serien in Ultra High Definition (UHD) können also ausschließlich nur Geräte mit Unterstützung für diesen neuen Verschlüsselungsstandard genutzt werden. Das gilt ebenso für Audiogeräte, die digitale Formate wie DTS oder gar Dolby Atmos wiedergeben sollen. Einzig mit bidirektionalen HDCP Konvertern wird eine Wiedergabe auf nicht-HDCP2.2-kompatiblen Senken möglich.

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Die OmniStream Produktfamilie

OmniStream bietet eine Unterscheidung zwischen Pro-Serie und R-Type (für Residential). Die Serien sind kompatibel im Rahmen der vorhanden Features – auf die R-Type-Serie wollen wir hier jedoch nicht näher eingehen. Die Pro-Serie bietet gegenüber der R-Type- Serie folgende zusätzlichen Eigenschaften: eine auswählbare Optimierung für Computergrafiken, Unterstützung von VESA-Auflösungen, Redundanz (2-Kanal Lösung), FEC, IEEE 802.1x Authentifizierung, Gruppierung von Encodern, Konfiguration variabler Bitraten und automatisches Input-Switching. Die Pro- Serie umfasst folgende Produkte:

• Omni 111 und 121 Ein-Kanal En- und Decoder – 4K/UHD @30 Hz 4:4:4 – HDMI- und LAN-Port – 9,5″ Rackmontage
• Omni 121 und 122 Zwei-Kanal En- und Decoder – 4K/UHD @30 Hz 4:4:4 – @60Hz 4:2:0 chroma subsampling – zwei HDMIund LAN-Ports – 9,5″ Rackmontage; jeweils analoger Stereo In- und Output an den Decodern
• Omni 232 Zwei-Kanal Dante Audio Interface – zwei symmetrische Line/Mic Inputs mit 48 V Phantomspeisung sowie zwei symmetrische Line Outputs – AES67-kompatibel, PoE
• Omni 238 Acht-Kanal Stereo Dante Audio Interface – 16 symmetrische Mono- bzw. acht Stereo-Line-Outputs, zwei LAN-Ports für Redundanz, RS232 Steuerungsmöglichkeit – AES67-kompatibel, kein POE
• GAIN 120 – Stereo/Mono Audio-Verstärker – 120W, in Kombination mit dem GAIN-NET IP Audio Interface Dante/AES67 Integration

Mit OmniStream Audio stellt Atlona auch eine reine „Audio over IP“-Integration über AES67 und Dante bereit. Ganz neu im Portfolio sind die OmniStream USB Komponenten. Mit diesen Geräten bietet Atlona eine „USB over IP“-Integration. USB-Geräte können somit an jeder Stelle im Netzwerk zu Verfügung gestellt werden – und zwar plug&play über das native USBProtokoll, ohne dass zusätzliche Treiber notwendig wären. Dabei wird USB 2.0 mit bis zu 480Mb/s unterstützt. Über das AMS können auch Regeln vergeben werden, die beliebige Quellen mit Senken verknüpft, je nachdem welche Audio- und/oder Video-Verbindungen aktiv sind. Hier sind folgende Geräte erhältlich:

• OmniStream 311 USB zu IP Adapter für PCs/Laptops – kann mit bis zu 7 OmniStream 324 IP zu USB-Adaptern verbunden werden
• OmniStream 324 IP zu USB-Adapter für Peripheriegeräte – stellt 4 USB-Ports für den Anschluss von Geräten zu Verfügung und überträgt die Daten dieser an einen beliebigen OmniStream 311 Adapter

Wie bereits erwähnt, bietet Atlona seine AMS-Software auch als Hardware-Lösung an. Diese stellt den Management Server für alle OmniStream Komponenten zu Verfügung. Leider ist dieser nicht PoE-kompatibel. Für die Mediensteuerung über Atlonas Velocity ist der Velocity Kontroll-Prozessor erforderlich. Dieser verwaltet bis zu 250 IPAdressen/ Endgeräte und stellt eine Management- Suite zu Verfügung, um die Mediensteuerung für OmniStream zu konfigurieren. Wer etwas Größeres plant, kann über die Velocity Software jeden Server für die Mediensteuerung vorbereiten, mit dem dann bis zu 5.000 angeschlossene Geräte angesprochen werden können.

Um die Konfiguration von der Mediensteuerung zu trennen, bietet der Velocity Kontroll- Prozessor zwei LAN-Ports. Das AMS System kann ebenfalls auf dem Kontroll-Prozessor installiert werden, um nur eine Hardware für beide Aufgaben zu integrieren. Für die Bedienung der Mediensteuerung finden sich im Portfolio von Velocity zwei Touch-Displays mit 5,5″ und 8″ Größe in den Farben weiß und schwarz. Darüber hinaus steht auch ein einfaches, hinterleuchtetes 8-Tasten- Bedienfeld zu Verfügung. Die Displays und das Tastenfeld können über PoE mit Strom versorgt werden.

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Atlona und Kern&Stelly

Atlona mit Hauptquartier im Silicon Valley ist seit 15 Jahren auch als Hersteller auf dem Markt tätig und war vormals ein reiner Vertrieb. In den USA ist die Firma vor allem im Residential- Markt sehr groß. Um sich und das eigene Portfolio mehr auf IP-basierte Systeme auszurichten, wurden vor allem aus dem Silicon Valley viele IT-Fachleute ins Boot geholt. Hieraus entstand dann ein IP-zentrisches Kontrollsystem und als Case-Study ein komplett IP-basierter Konferenzraum.

Mit der OmniStream-Serie finden sich nun alle nötigen Bausteine für diesen vernetzen Konferenzraum im Angebot von Atlona. OmniStream wurde 2016 erstmals angekündigt, und Anfang 2017 begann die Auslieferung. Mit der Atlona Acedemy bietet der Hersteller ein Online-Trainingscenter für Verkäufer und Techniker. Atlona wird in Deutschland von Kern&Stelly vertrieben.

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Für wen ist AV over IP interessant?

AV over IP ist für solche Unternehmen und Organisationen bzw. Einrichtungen wie z. B. Universitäten oder Kliniken interessant, bei denen Audio und Video zwischen Gebäuden übertragen wird und an jeder denkbaren Stelle zu Verfügung stehen soll. Sicherheitsfeatures wie eine AES-128-Verschlüsselung und die IEEE- 802.1x-Authentifizierung machen es auch für Anwendungen in Regierungs-, Militär oder Unternehmensumgebungen interessant, wo IT-Sicherheitsrichtlinien beachtet werden müssen.

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