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La transizione a SMPTE ST 2110: Visione dettagliata del protocollo

Introduzione e Scenario di Mercato

PERCHÉ SMPTE ST 2110

L'incremento nell'adozione di ST 2110 nella produzione live audiovisiva, nelle piattaforme di playout e nei sistemi di contribution è motivato da diversi elementi cruciali:

• Scalabilità: Rispetto all'infrastruttura SDI, in un network IP è decisamente più semplice aggiungere flussi e apparati.
• Flessibilità: Un unico cavo Ethernet è in grado di veicolare numerosi stream video e audio simultaneamente.
• De-incapsulamento: Suono, video e metadati sono gestiti in maniera autonoma per operazioni di missaggio, codifica o distribuzione.
• Ottimizzazione della banda passante: Migliora l'utilizzo della capacità di rete IP.
• Riduzione dei costi per hardware IP quali switch, cavi di rete, ecc.
• Interoperabilità: Si integra efficacemente con sistemi di telecomunicazioni, servizi di streaming e piattaforme multimediali di ultima generazione.
• Coesistenza con altri protocolli: ST 2110 può operare congiuntamente con NDI, SRT, RTMP e altre soluzioni di trasporto basate su IP. .

L'APPROCCIO PROMAX: SOSTENERE L'EVOLUZIONE CON APPARATI DI PRECISIONE

Noi di PROMAX siamo coscienti delle problematiche che gli operatori del settore radiotelevisivo incontrano nel passaggio all'IP. Le nuove tecnologie apportano potenti opportunità, ma al contempo incrementano la complessità. L'integrità del flusso, la sincronizzazione del network e la diagnosi devono essere gestite con accuratezza per prevenire discontinuità nelle operazioni mission-critical.

A questa esigenza, la nostra risposta è l'ATLAS NG: un apparato di misura da campo ad elevate performance, sviluppato per affrontare le necessità sia dei sistemi ibridi che di quelli full IP. Una piattaforma che offre un supporto completo per l'analisi del signal ST 2110, mettendo a disposizione tool per il monitoraggio in tempo reale. Associa funzionalità di verifica avanzate a una facilità d'uso, posizionandolo come strumento ideale per i tecnici che operano nei production center, nelle regie mobili e nei network operations center, consentendo loro di installare e gestire infrastrutture IP con certezza, senza rinunciare al controllo o alla stabilità.

Panoramica Tecnica di SMPTE ST 2110

RIDEFINIRE IL TRASPORTO DEI SEGNALI BROADCAST: DALLE SEGNALI EMBEDDED AI FLUSSI IN STREAMING

Le piattaforme di broadcast convenzionali hanno fatto ampio affidamento sull'interfaccia SDI (Serial Digital Interface) per veicolare suono, video e metadati attraverso un unico cavo. È un approccio solido, ma che presenta vincoli in termini di flessibilità di instradamento, espandibilità e costo dell'architettura. La norma SMPTE ST 2110 rappresenta un'evoluzione notevole: permette il trasporto di media audiovisivi professionali come streams separati e sincronizzati su network IP standard. Così, i tecnici possono manipolare, supervisionare e ri-instradare singolarmente ogni categoria di contenuto, favorendo un ecosistema broadcast più dinamico.

Per maggiore chiarezza, è importante considerare la terminologia adoperata in ST 2110, in particolare per quanto concerne i termini “essence” e “flow”. Concettualizziamo l'essence come il contenuto audiovisivo (video, audio, metadati...) e il flow (trasmissione di rete) come il canale che lo veicola. Diversi canali (flows) possono trasportare differenti tipologie di contenuti audiovisivi (essence).

ARCHITETTURA DELLO STANDARD ST 2110

SMPTE ST 2110 non è un singolo documento, bensì un insieme di specifiche coordinate, ciascuna indirizzata a un particolare aspetto dei media real-time su IP. Di seguito evidenziamo i più significativi:

• ST 2110-10 – Clock di sistema: Delinea l'architettura core e pone le fondamenta per sincronizzare la trasmissione impiegando tecniche di timing accurate. Tutti gli apparati sul network si basano su questo riferimento comune per rimanere in perfetta sincronizzazione.
• ST 2110-20 – Trasporto video: Specifica le modalità di pacchettizzazione e invio su IP del video non compresso.
• ST 2110-21 – Formazione del traffico: Definisce le normative per la spaziatura temporale dei pacchetti al fine di garantire una trasmissione scorrevole e la compatibilità dei buffer tra gli equipaggiamenti interconnessi.
• ST 2110-30 – Trasporto audio: Standardizza la consegna di audio lineare professionale (tipicamente, PCM a 48 kHz) sulla stessa rete.
• ST 2110-31 – Audio compresso: Supporto per flow di suono compresso, secondo AES3.
• ST 2110-40 – Dati complementari: Permette il trasporto di metadati come sottotitoli, codici di tempo e segnali di controllo, che in precedenza erano embedded in SDI.
• ST 2110-22 – Video compresso (emergente): Destinato a supportare formati video che fanno un uso efficiente della larghezza di banda laddove il loro trasporto senza compressione risulta impraticabile, come le sedi di produzione remote.

Questa concezione modulare permette agli operatori radiotelevisivi di limitarsi a implementare gli elementi pertinenti al loro flusso di lavoro, conferendo agilità al dispiegamento ed espandibilità per necessità future.

SINCRONISMO E TIMING: IL RUOLO CRUCIALE DI PTP

Il sincronismo perfetto tra i dispositivi è un requisito cardine dello standard ST 2110. Tale obiettivo viene raggiunto impiegando il protocollo PTP (Precision Time Protocol), il quale consente a tutti i terminali del network di agganciarsi a un riferimento temporale primario con una accuratezza che eccede il microsecondo. Un timing robusto assicura che audio e video si mantengano sincronizzati su diversi apparati, anche se veicolati autonomamente. Questa base temporale è prodotta da uno o più clock PTP.

A supporto di implementazioni complesse, l'infrastruttura di network potrebbe prevedere clock boundary o trasparenti che distribuiscono le informazioni temporali con efficienza e accuratezza. Slittamenti dell'audio o fotogrammi video non allineati sono criticità che, in assenza di questo livello di coordinamento, potrebbero inficiare l'integrità della produzione. Per questo ST 2110 abilita la produzione distribuita e la collaborazione a distanza, il tutto salvaguardando l'integrità e la precisione del segnale richieste dal broadcast professionale.

Per quanto concerne il livello di trasporto, ST 2110 si avvale del protocollo UDP (User Datagram Protocol), fondamentale per lo streaming real-time dove una ridotta latenza è prioritaria e, tipicamente, le ritrasmissioni di pacchetti (come in TCP) non sono auspicabili. In sintesi: i pacchetti video e audio sono solitamente incapsulati in pacchetti RTP su UDP. RTP fornisce timestamp e numerazione di sequenza, essenziali per mantenere il sincronismo e rilevare perdite di pacchetti in tempo reale nei flow di contenuti multimediali. Ogni “essence” (come video o audio non compresso) è veicolato nel proprio stream RTP (noto come flow distinti).

INTEROPERABILITÀ E INTEGRAZIONE NELL'AMBIENTE OPERATIVO

Un punto di forza notevole di SMPTE ST 2110 è la sua attitudine a permettere una vera interoperabilità tra equipaggiamenti di svariati fabbricanti all'interno di un'infrastruttura di broadcast basata su IP. Contrariamente ai sistemi SDI tradizionali, in cui i dispositivi comunicavano attraverso interfacce hardware rigidamente definite, ST 2110 si basa su protocolli IP standard. Ciò genera un contesto aperto e versatile dove componenti di fornitori multipli possono coesistere, interagire e operare nello stesso workflow.

Il fulcro di questa interoperatività è l'approccio incentrato sulla rete di ST 2110. Ogni flusso (indipendentemente che sia video non compresso, audio multicanale o metadati ausiliari) è incapsulato in pacchetti RTP (Real-time Transport Protocol) e veicolato tramite indirizzamento IP multicast. Poiché RTP e multicast sono tecnologie consolidate ampiamente supportate dall'hardware di telecomunicazione e radiodiffusione, gli apparati che soddisfano le specifiche ST 2110 possono operare in un'infrastruttura multimediale condivisa senza vincoli proprietari.

I flussi ST 2110 possono essere gestiti per mezzo di router e switch IP standard che supportino i protocolli IGMP (Internet Group Management Protocol) e QoS (Quality of Service), e la cui operatività sia compatibile con PTP. Ciò consente agli operatori radiotelevisivi di beneficiare dell'infrastruttura di rete COTS (Commercial Off-The-Shelf), contenendo i costi e semplificando la manutenzione degli aggiornamenti.

Sebbene ST 2110 definisca come le essence multimediali (video, audio, metadati) siano veicolate su IP, non specifica come i dispositivi si individuano a vicenda, o come vengano stabilite e gestite le interconnessioni. È qui che interviene NMOS (Networked Media Open Specifications) di AMWA: agevola la scoperta, la registrazione, la connessione e il controllo di apparati e flussi nel network ST 2110 in maniera uniforme e vendor-agnostic. NMOS supporta gli operatori nella gestione dell'instradamento dei segnali, nella configurazione degli apparati e nel monitoraggio dello stato del sistema tramite piattaforme centralizzate.

Il misuratore ATLAS NG supporta NMOS ed Ember+, ed è in grado di interfacciarsi con la piattaforma di controllo centrale del network (l'orchestratore).

L'ATLAS NGpuò altresì essere configurato attraverso una piattaforma di gestione off-band, in modalità non invasiva, permettendo così di monitorare e analizzare i flows ST 2110 senza accedere all'orchestratore.

ATLAS NG: L'ANALIZZATORE PER RILEVARE PROBLEMI NELLE RETI ST 2110 ›

VANTAGGI PER I WORKFLOW DI RADIODIFFUSIONE

Le specifiche tecniche di interoperabilità di ST 2110 si riflettono in numerosi benefici operativi:

• Spiegamento più rapido di sistemi che aggregano equipaggiamenti di svariati fornitori.
• Contenimento della dipendenza da protocolli di controllo proprietari.
• Semplicità nella diagnosi dei difetti per mezzo di tool standard di supervisione delle reti.
• Maggiore scalabilità per flussi di lavoro di produzione remota e virtualizzati.

Adottando una piattaforma basata su ST 2110, gli operatori radiotelevisivi possono passare da sistemi proprietari e hardware-dipendenti a architetture modulari software-defined. Oltre a contenere i costi, ciò spiana la strada all'automazione, alla gestione centralizzata e a modelli di produzione ibridi basati su cloud.

In questo scenario, le soluzioni di test come l'ATLAS NG di PROMAX svolgono una funzione cruciale assicurando che l'interoperabilità si trasformi da teorica a pienamente operativa. Convalidando la conformità dei flussi, il sincronismo dei PTP e il comportamento del network in tempo reale, l'ATLAS NGsi configura come uno strumento fondamentale per mantenere un ambiente broadcast su IP performante e adeguatamente integrato.

Aspetti da Considerare nell'Implementazione e Esempi Applicativi

IL PASSAGGIO A IP: UN CAMBIO DI PARADIGMA CON RIPERCUSSIONI OPERATIVE

Nel settore della radiodiffusione, il passaggio da SDI a IP è una scelta che comporta aspetti tecnici e operativi. Anche se l'evoluzione promette maggiore espandibilità, agilità ed efficienza nel lungo periodo, la migrazione necessita di un'attenta pianificazione e convalida. Contrariamente ai collegamenti coassiali punto-punto, le infrastrutture IP-based dipendono da componenti di network gestiti, orologi sincronizzati e shaping del traffico in tempo reale per assicurare la veicolazione dei flussi di contenuto audiovisivo.

L'implementazione efficace di un workflow ST 2110 si basa su una conoscenza approfondita sia dei formati multimediali che del comportamento del network. Problematiche quali perdita di pacchetti, jitter e disallineamento temporale possono inficiare la sincronizzazione dei segmenti audio e video o addirittura bloccare totalmente il flusso del segnale. Tali rischi devono essere mitigati in fase di design, impiegando strumenti di convalida ed eseguendo una supervisione costante.

ASPETTI PRATICI DA CONSIDERARE PRIMA DELLO SPIEGAMENTO

Di solito, nel disegnare un network audiovisivo basato su ST 2110, i tecnici si concentrano su diversi punti cruciali:

• Architettura del network: I sistemi devono essere ideati per supportare traffico ad elevata densità e ridotta latenza. La ridondanza, l'efficienza del multicast e la segmentazione del traffico sono fondamentali.
• Sincronizzazione: L'affidabilità dell'intera rete dipende da una sincronia precisa. I dispositivi devono sincronizzarsi a un clock comune usando PTP, e la rete deve trasferire il segnale di clock con una deriva minima.
• Amministrazione della banda passante: I flussi video non compressi possono richiedere un consumo notevole di capacità trasmissiva. È necessario considerare lo scenario di picco e calibrare i margini di sicurezza per ciascun segmento del network.
• Latenza e buffering: Per una riproduzione senza interruzioni, il sincronismo tra sorgente e destinazione deve mantenersi entro tolleranze rigide. Le soluzioni di monitoraggio devono vigilare affinché i flussi video e audio siano riprodotti senza problematiche.
• Interoperatività: Non è sufficiente che dichiarino la conformità alle normative; in fase di setup, è cruciale accertare che gli apparati di differenti fabbricanti trattino in maniera omogenea il sincronismo, la segnalazione e l'andamento dei pacchetti.

L'analizzatore broadcast ATLAS NG è progettato per supportare gli ingegneri in queste fasi, offrendo metriche precise, chiare e in tempo reale sullo stato del segnale, le condizioni della rete e la sincronizzazione del PTP.

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SCENARI D'USO CONCRETI

Grazie alla sua struttura modulare, ST 2110 si presta a un'ampia gamma di contesti produttivi. L'elenco che segue illustra gli ambiti più frequenti in cui le soluzioni PROMAX (e nello specifico, l'ATLAS NG) apportano valore:

• Produzione live da studio: Oggi, nelle sale di controllo di produzione, gli operatori possono aver bisogno di commutare, instradare e monitorare vari feed video ad alta risoluzione in tempo reale. L'ATLAS NG garantisce la sincronia di questi stream e che non siano interrotti lungo il flusso di lavoro.
• Unità mobili e remote: Le unità di produzione esterne spesso incontrano vincoli di spazio, cablaggio e tempi operativi. I sistemi basati su IP diminuiscono la dipendenza dal fisico e semplificano l'interconnessione. L'ATLAS NG permette ai tecnici di verificare la corretta trasmissione e il sincronismo del segnale in finestre temporali molto ristrette e in condizioni di rete mutevoli.
• Central Control Rooms e Sistemi Playout: Le strutture centralizzate, preposte alla distribuzione finale dei contenuti, devono assicurare un'operatività 24 ore su 24, 7 giorni su 7. In questo contesto, il monitoraggio in tempo reale dei flussi 2110 (in particolare, i pacchetti difettosi) è fondamentale. L'ATLAS NG offre funzionalità per l'analisi della perdita di pacchetti, della latenza del segnale e dei formati video e audio; ciò garantisce la continuità e la diagnosi tempestiva dei malfunzionamenti.
• Banchi di test e laboratori di R&D: Gli ingegneri responsabili della progettazione o dell'integrazione di nuove apparecchiature devono assicurare la compatibilità con lo standard ST 2110. L'ATLAS NG agevola l'esecuzione delle prove funzionali e la verifica dell'interoperabilità, accelerando i cicli di sviluppo e il time-to-market.

REALIZZAZIONI GARANTITE

Senza considerare le dimensioni o la complessità dell'impianto, il passaggio a ST 2110 impone una strategia di collaudo rigorosa. Oltre all'analisi basilare, gli apparati di misura devono svelare anomalie nel timing, andamenti di jitter, pacchetti non congruenti o difetti nella configurazione del multicast.

L'ATLAS NG è stato progettato per consentire a tecnici e ingegneri broadcast di implementare, verificare e mantenere con sicurezza il trasporto del segnale basato su IP. Sia durante la fase di avvio che nell'operatività quotidiana.

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PROMAX è un produttore leader di sistemi di test e misura, impianti di distribuzione di segnale broadcast e TV. Le nostre linee di prodotto includono strumenti di misura per TV via cavo, TV satellitare, reti ottiche broadcast, wireless e fibra, gli analizzatori di FTTH e GPON. Modulatori DVB-T, stelle filanti IP o IP convertitori (ASI, DVB-T) sono tra i più recenti sviluppi della società.