IP-Ninjar: Was kann das 4K over IP System von IDK?
von Redaktion, Artikel aus dem Archiv
AV over IP ist die Zukunft der Übertragung von Audio- und Videosignalen – und die hat bereits begonnen. Spätestens seit der ISE 2018 in Amsterdam ist der Trend der AV-Branche zu derartigen Übertragungssystemen erkennbar, insbesondere auch für unkomprimiertes 4K mit SDVoE. PROFESSIONAL SYSTEM stellt diese interessanten Systeme vor – am Start in dieser Folge ist IP-Ninjar von IDK.
Bereits auf der Infocomm 2016 hat der japanische ProAV-Hersteller IDK sein 4K over IP System-IP-Ninjar vorgestellt. Als einer der ersten Mitwirkenden ist IDK schon sehr früh der SDVoE (Software Defined Video over Ethernet)-Allianz beigetreten, um das System unter diesem Standard zu entwickeln. Und seitdem ist die IP-Ninjar-Familie um einige Komponenten gewachsen. Für viele Informationen rund um die Produkte, die Bedienung der Management-Software sowie die Einbindung der IT-Infrastruktur über Huawei-Switche als Out-of-the-Box-Lösung stand Sascha Burghard von Videlco Europe in Ratingen bei einer In-House-Demo zu Verfügung.
(Bild: IDK)
IP-Ninjar ist für alle Anwendungen die Wahl, in denen kompromisslose Videoqualität mit 4K bei 60Hz RGB und 4:4:4 8-bit Farbabtastung gefordert ist. Denn schon ab etwa acht Endpunkten ist die 4K over IP-Lösung im SDVoE-Standard vielen herkömmlichen Videomatrizen preislich ebenbürtig, gerechnet als vollständiges System mit acht Transmittern / Receivern, Controller inklusive Lizenz, 10 Gb- Switch und SFP-Verbindungen. Was IP-Ninjar bietet, lässt sich im Folgenden erfahren.
SDVoE, Standard für 4K over IP in 10 Gb-Netzwerken
Aufgrund des SDVoE-Standards, auf dem dieses System aufbaut, sind viele Eckdaten bekannt. SDVoE will maximale Qualität und Leistung bei beliebigem Umfang und Größe der Architektur liefern und bietet eine robuste, standardisierte Plattform und eine kostengünstige Bereitstellung von IP-Netzwerken, die unkomprimierte, artefaktfreie 4K-Videoinhalte mit 60Hz ohne Latenz verarbeitet. Alle Komponenten innerhalb des Standards sind herstellerübergreifend voll miteinander kompatibel und beliebig skalierbar. Mit SDVoE sollen alle Kompromisse IP-basierter AV-Lösungen der Vergangenheit angehören. Und anscheinend sind die großen Worte der Allianzmitglieder nicht nur Schall und Rauch. In unserem 4K over IP-Trendartikel in Ausgabe 3-2018 wurde SDVoE durch die Lang AG genau unter die Lupe genommen. Es stellte sich heraus, dass Qualitätsunterschiede zum Quellmaterial nur noch nach aufwendiger Nachbearbeitung messbar und erst recht nicht mit dem Auge erkennbar waren. Ebenso ist eine Latenz von knapp 20μs (IDK gibt offiziell weniger als 100μs an) absolut vernachlässigbar. Somit konnte belegt werden, dass SDVoE-Systeme halten, was versprochen wurde.
Auch IDKs IP-Ninjar-System bietet diese Eigenschaften zu einemvergleichsweise attraktiven Preis. Eine höhere Latenz von max. 1,5 Bildern „erkauft“ man sich durch den Wechsel in den „Fast and Scaling Switching Mode“, bei dem, ähnlich einem Seamless-Switcher, keine Neu-Synchronisation des geschalteten Signals vorgenommen wird. Vielmehr besteht am Receiver dauerhaft eine Verbindung zum angeschlossenen Gerät mit der vorher eingestellten Auflösung (bis zu 4K). Je nach Inhalt, der dann zu diesem Receiver übertragen wird, findet daraufhin eine entsprechende Auf- oder Abskalierung auf das gewünschte Format statt. Dieser erhöhte Rechenaufwand erfordert die genannte Latenz.
Die Features von IP-Ninjar
IDKs IP-Ninjar ist nicht nur für Glasfaser-Leitungen konzipiert, sondern bietet auch die Transmitter und Receiver mit PHY 10GBaseT-Schnittstellen für Kupferkabel, so dass entsprechende Cat.7- (oder höher) Leitungen bis zu einer Länge von etwa 100 m verwendet werden können. Mit SFP+-Adaptern bei Multimode Glasfaser-Leitungen ist die maximale Länge mit 300 man gegeben und bei Singlemode Leitungen sind sogar Entfernungen der Endgeräte bis zu 10 km (bis zu 40 km mit den entsprechenden SFPs) möglich, falls der Ü-Wagen mal keinen Parkplatz in der Nähe der Location findet. Natürlich ist neben der Vernetzung über Standard-10Gb-Switche auch eine klassische Point-to-Point-Verbindung zwischen Transmitter und Receiver möglich. IP-Ninjar beruht auf der BlueRiver NT+ Chipplattform der AptoVision Pro AV aus Dem Hause Semtech, mit der die synchrone, paketbasierte Architektur für die Übertragung von Pixeln bereitgestellt und das unabhängige Verteilen von Video-, Audio-, Gigabit-Ethernet- und weiteren Kontrollsignalen über Standard-10Gb-Switche ermöglicht wird und somit die Anforderungen an den SDVoE-Standard erfüllt. Der Chipsatz erlaubt für Broadcast-Anwendungen oder auch medizinische Systemlösungen eine 4KÜbertragung mit 60 Hz in Verbindung mit einer Farbabtastung von 4:2:2 bei 10-bit sowie 4Kmit 60 Hz mit einer Farbabtastung von 4:2:0 bei 10-bit und 12-bit HDR (High Dynamic Range). Dabei wird lediglich bei den Übertragungsmodi 4K mit 60 Hz und 4:4:4 bei 8-bit sowie 4K mit 60 Hz und 4:2:2 bei 10-bit eine sehr leichte Kompression mit einem 1,3 zu 1 Faktor verwendet, welche jedoch absolut artefaktfrei arbeitet. Im bereits angesprochenen Test der Lang AG auf der diesjährigen ISE konnte dies zumindest für das SDVoE-System von Christie belegt werden, das auf dem gleichen Chipsatz beruhen müsste.
IP Ninjar Demo-Rack beim Vertrieb Videlco (Bild: Sven Schuhen)
Für die Audioübertragung stellt der Chipsatz I2S Stereo I/Os und I2SMulti-Channel I/Os zu Verfügung, die alle in HDMI 2.0 unterstützten Formate abdecken. Darunter ein Multi-Channel PCM, welches auch über einen Down-Mix als Stereo ausgegeben werden kann, entweder Dolby True HD oder DTS-HD Master Audio. Auch die Übertragung von Dante-Streams über das bereitgestellte 1 Gb-Netz ist möglich. Ein Abgreifen der Dante-Kanäle innerhalb des Systems ist derzeit jedoch nicht vorgesehen. Zusätzlich zu den nativen Funktionen des BlueRiver NT+ Chipsatzes hat IDK noch einige interessante Features in die Software implementiert. Neben einem EDID-Management, mit dem Quellen und Senken besser aufeinander abgestimmt werden können, und einem HDCP-Management, liegen die Stärken des Systems auch im unabhängigen und kreuzweisen Routen von digitalen und analogen Audiosignalen zwischen allen Endpunkten. Um bei Problemen mit der HDCP-Verschlüsselung nicht das übliche Bildrauschen sichtbar zu machen, wiederholt das System den Handshake und gibt dabei eine beliebige farbige Fläche aus. Außerdem kann über die Software das An- und Abstecken von HDMI-Verbindungen simuliert werden, damit man bei Problemen nicht am Gerät selber hantieren muss. Als weiteres Feature bietet IP-Ninjar auch eine Farbraumkonvertierung unterschiedlichster Standards an.
Ausführungen der IP-Ninjar-Serie
IP Ninjar bietet als Transmitter-Receiver System zum einen die Standard-Transmitter NJRT01UHD und -ReceiverNJR-R01UHDmitHDMI 2.0 und HDCP 1.4/2.2 oder 3G-SDI-Schnittstelle NJR-T01SDI (erhältlich ab 2019) mit Signal- Konvertierung zu HDMI. Daneben gibt es auch 4-fach HD-Transmitter NJR-T04HD, die vier einzelne HD-Streams (z. B. von älteren Systemen oder Video-Servern) zu einem 4KStreamzusammenfassen und übertragen sowie 4-fach HD-Receiver NJR-R04HD, die einen 4KStream in vier einzelne HD-Bilder aufteilen, um damit beispielsweise eine 4er Bildschirm- Matrix aus HD-Screens zu bespielen. Für vier 4K-Screens wären dementsprechend vier reguläre Receiver erforderlich.
Variationen zum IP Ninjar Standard-Transmitter: der 4-fach HD-Transmitter NJR-T04HD, der vier einzelne HD-Streams zu einem4K-Stream zusammenfassen und übertragen kann. (Bild: IDK)
Über einen zusätzlichen USB-Transmitter lassen sich an jedem Receiver auch KVM-Anwendungen realisieren, wenn dies benötigt wird. IDK hat sich gegen eine generelle KVM-Schnittstelle in allen Receivern entschieden und möchte es dem Anwender überlassen zu entscheiden, an welcher Stelle dies mit einem dann zusätzlichen Hardware-Add-on erforderlich ist. Im Demo-Aufbau bei Videlco befand sich weiterhin noch eine 10-fach Stromversorgung für Controlbox, Transmitter und Receiver mit im Rack, die praktischerweise die entsprechende Anzahl an Geräten ein- und ausschalten kann.(Bild: IDK)
Verwaltung des IP-Ninjar-Systems
Verwaltet wird das IP-Ninjar-System über die Control-Software, die derzeit immer mit dem an das Design der Transmitter und Receiver angepassten Mini-PC NJR-CTB mitgeliefert wird. Hiermit lassen sich verschiedene Multiview- Presets abrufen und an einen Receiver ausgeben. Neben zahlreichen Layouts aus maximal 5 x 5 verschiedenen Streams sind auch Picture-in-Picture-Anwendungen möglich. Außerdem bietet die Control-Software zahlreiche Scaling-Möglichkeiten, um die Inhalte in ihrer Größe beliebig anzupassen. Entsprechende Funktionalität in Broadcast-Qualität stellt der BlueRiver NT+ Chipsatz per se zur Verfügung. Ebenfalls integriert sind Chroma- Sampling und Frame-Rate Konvertierung. Für Videowände bietet das System synchronisierte Outputs sowie die nötige Bezel-Korrektur.
Auch beim Receiver gibt es neben der Standard-Version den 4-fach HD-Receiver NJR-R04HD, der einen 4K-Streamin vier einzelne HD-Bilder aufteilen kann, um damit beispielsweise eine 4er Bildschirm-Matrix aus HD-Screens zu bespielen. (Bild: IDK)
In Zukunft soll es auch möglich sein, die Software samt der nötigen Lizenz separat auf einem Windows-Rechner zu installieren. Der IP-Ninjar Mini-PC bleibt aber weiterhin mit dem Erwerb der Lizenz verbunden und es ist durchaus sinnvoll, ihn für seine vorgesehene Aufgabe zu verwenden. Der als Controlbox bezeichnete Mini-PC bietet darüber hinaus auch die nötigen Schnittstellen, um mit externen Mediensteuerungen zu interagieren. Die Control- Software ist derzeit auf die Verwaltung von bis zu 512 x 512 Endpunkten limitiert, soll aber zukünftig noch weiter ausgebaut werden. Dabei erkennt die Software angeschlossene Endpunkte automatisch anhand ihrer eindeutigen MAC-Adresse und fügt sie in die Verwaltung ein.(Bild: IDK)
Zur besseren Übersicht lassen sich die einzelnen Endpunkte mit Klarnamen bezeichnen und mit Tags versehen, um sie z. B. für unterschiedliche Bereiche im System zu gruppieren. Auch sind virtuelle Matrizenmöglich, die für unterschiedliche Benutzer(-gruppen) freigegeben werden. Dabei ist die Kontrollumgebung IP-unabhängig jederzeit als Web-GUI über einen Short-Link (wie z.B. bei der Fritz-Box über fritz.box bekannt) im Browser innerhalb des IP-NINJAR-Netzes zu erreichen. Die Bedienung über die Web-GUI ermöglicht auch den Zugriff von mobilen Endgeräten wie Tablets oder Smartphones über einen WiFi-Accesspoint. Der Bedarf an einer kundenspezifischen, abgespeckten bzw. anpassbaren Kontrollumgebungen für mobile Endgeräte wird derzeit geprüft. Laut Videlco soll es auch eine mobile App mit abgespecktem Funktionsumfang zur einfachen Steuerung geben.
Der Mini-PC NJR-CTB mit der Control-Software für das IP-Ninjar-System (Bild: IDK)
Die Control-Software macht einen aufgeräumten, intuitiv bedienbaren Eindruck und verhält sich bei der Demonstration sehr flüssig. Für Switching-Anwendungen kann eine Vorauswahl von Transmittern und Receivern erfolgen, die dann gemeinsam auf Knopfdruck ihre Aktionen durchführen. Zur Mitte des dritten Quartals 2018 will IDK auch die Möglichkeit von Switching-Presets in seine Software integrieren, um häufig vorzunehmende Umschaltvorgänge speichern und jederzeit abrufen zu können. Neben Infos zum Betriebszustand der Endgeräte, zeigt die Software auch die Infos zu den anliegenden Signalen, dem HDCP-Status oder dem Übertragungstyp an. In ganz speziellen Fällen konnten wir leider auch die Grenzen des Systems erreichen.
Multiviewer-Anwendungen, die ja in unterschiedlichen Anordnungen bis maximal 5×5 Streams möglich sind, lassen sich lediglich auf einen dedizierten Receiver routen – also entweder auf den R04, der vier HDMI-Ausgänge mit HD-Auflösung bereithält, um z. B. eine 2×2 Videowall aus HD-Screens zu bespielen, oder auf den klassischen R01. Eine Verbindung von mehreren R01, die eine größere Videowall mit einer Multiviewer-Anwendung bespielen, ist derzeit nicht vorgesehen. Mit einer zweiten Controlbox oder einem Weiteren mit der Control-Software versehenen Rechner im Systemlässt sich auch eine Redundanz erzielen. So wird ein fertig konfigurierter Controller als Leader festgelegt, ein weiterer als Follower integriert. Nach wenigen Sekunden spiegelt der Leader dann automatisch seine Konfiguration auf dem Follower. Bei Ausfall des Leaders schaltet sich der Follower dann umgehend auf den Hauptbetrieb um und ist von nun an über den bekannten Short-Link im IP-Ninjar-Netz zu erreichen. Über die Nutzung von automatischen Umschaltfunktionen lässt sich auch eine Video-Redundanz erzielen. Die Web-GUI ist stets über das verschlüsselte https-Protokoll zu erreichen.
IP-Ninjar im Paket mit Huawei 10Gb-Switchen
Für alle, die ganz neu in die Welt der 10Gb- Netzwerktechnologie einsteigen oder die IP-Ninjar als autarkes Systemneben dem Bestand laufen lassen wollen, bietet Videlco komplette Out-of-the-Box-Lösungen mit Huawei-Switches der S6720- und der S9700-Serie an. Die Switche bieten die nötigen 10Gb SFP+ Ports in verschiedenen Ausführungen für die Einbindung der IP-Ninjar-Endgeräte sowie je nach Bedarf auch 2 x oder 4 x 40 Gb Uplink-Ports für die Vernetzung mehrerer Switche. Ebenso sind für kleinere Systeme auch Einheiten ohne Uplink oder mit 10GBaseT-Ethernet Ports (auch in Kombination mit SFP+ Ports) erhältlich, um Netze auf Kupferbasis zu erstellen.
Übersichtlich und intuitiv bedienbar: die GUI der Control-Software (Bild: IDK)
Somit stehen für jeden Anwendungsbereich, jedes Budget und jede Systemgröße passende Geräte zu Verfügung und können nach Bedarf flexibel skaliert werden. Videlco liefert die nötigen Einstellungen für einen reibungslosen Betrieb innerhalb der vorgesehenen Spezifikationen gleichmit und berät ausführlich bei der Integration der Systeme. Neben zahlreichen Sicherheits- Richtlinien bieten die Switche auch eine große Funktionsvielfalt was die für AV over IP nötigen QoS (Quality of Service) Features angeht. Bei der 9700er Serie handelt es sich um modulare High-End-Switche mit Terabit- Switch-Bandbreite für den Aufbau großer Netze mit hohem Datendurchsatz.
Via EDID-Management per Control-Software lassen sich Quellen und Senken besser aufeinander abstimmen. (Bild: IDK)
Wie bei klassischen AV-Matrizen können hier durch Wahl der Modulkarten die benötigten Ports bereitgestellt oder bei Änderungen flexibel angepasst werden, ohne gleich den ganzen Switch tauschen und neu konfigurieren zu müssen. Die 9700er Serie kommt in drei Größen, die 2.88/5.76 Tbit/s Switching-Kapazität bei einer Paket Forwarding Rate von 2160 Mpps und drei Slots, 6.72/14.72 Tbit/s bei 2880/5040 Mpps mit sechs Slots sowie 8.64/18.56 Tbit/s bei 3840/6480 Mpps mit zwölf Slots bereithalten.
Begriffserläuterungen
SDVoE: Software Defined Video over Ethernet, ein 2017 von diversen Herstellern entwickelter Standard für AV over IP, siehe Feature über Christie Terra
SFP/SFP+: Unter einem Small Formfactor Pluggable (SFP) versteht man ein kleines Modul für Netzwerkverbindungen. SFP+ unterstützt als Nachfolger von SFP Datenraten mit bis zu 10 Gbit/s.
PCM: PCM steht für Pulse-Code-Modulation, durch die ein analoges Audiosignal in ein digitales Signal umgewandelt wird.
