在過去十年中，以太網和Wi-Fi已成為最重要的網絡技術，通過RJ45插孔或Wi-Fi將電腦、手機等終端設備接入以太網已經成為家常便飯。隨著時代的進步，這兩種技術在速度方面不斷突飛猛進，如今最先進的以太網已經演化到100Gb/s。與此同時，AV設備在這十余年間也得到大規模部署，而AV與IT融合的深入，讓AV成為了重要的網絡設備組成。雖然AV系統利用IT基礎設施進行傳輸、控制、管理的好處顯而易見，但由于IT本身并非專為專業AV而建立，因此也難以滿足專業級的嚴苛要求。融合過程中，很多問題隨之而來，例如高昂的每節點成本和令人望而生畏的部署網絡AV系統的專業技術要求。這就是為什么聯網的音視頻在過去并未如我們所期望的那樣得以廣泛應用。為了解決這些問題，IEEE 802.1 AVB工作組正致力于制定和推廣一系列的新標準，通過對現有的以太網進行功能擴展，建立高質量、低延遲、時間同步的音視頻以太網絡。

    融合的困境

    過去AV設備之間的連接是模擬單目標點對點單向連接，即使當AV流媒體傳輸進入了數字化時代也經常會重新用到點對點的單向連接結構。這些年來，音頻連接從模擬演化為I2S或SPDIF/AES；專業視頻從模擬時代的RS-170A到標志數字制作開始的SDI，再到今天的HD-SDI；而消費視頻也經歷了從模擬復合到模擬分量再到HDMI的轉變。這其中有些仍然需要預留點對點單向連接，因為當這些特殊連接首次部署的時候，使用本地局域網絡成本高且無法保障可靠性。(例如，當I2S/SPDIF連接首次用于音頻系統中時，即使單個I2S流都無法被10Mb/s CSMA/CD以太網可靠傳輸。) 但是這種專用的點對點的連接模式，在不論專業還是高端消費類應用中都會導致一堆龐雜線纜的頭疼問題。

    因此，業界也針對這些問題進行了若干嘗試，包括：

    1、專門針對專業AV的技術，例如IEEE1394/火線。

    2、針對家庭影院的多種非標準無線數字音頻傳輸分配系統。

    3、標準IT類型演變而來的網絡，例如CobraNet。

    由于針對專業、家庭和汽車使用的專用A/V技術太過專業化，因而不能與像以太網這樣的常規IT網絡進行輕松的互操作。而視頻攝像機或者專業音頻設備這些需要特殊服務保障的應用，其市場也會受到限制。

    而標準IT網絡在演進過程中同樣面臨著一些問題：它們最初是為日常設備建立的網絡，但是在專業的應用當中，要得到專業級的服務就需要對如何使用和管理設備進行嚴格的控制。所謂專業級服務意味著非常低的、確定的時延，無丟包，能夠實現流媒體的終端播放同步。

    其中，A/V流媒體對網絡的要求，包括：

    1、首先要能夠實現多個流媒體的同步。最簡單的情況就是保證“唇同步”，這樣電影或電視里的音頻和視頻就不會出現聲音和口型不一致。更加嚴格的要求包括保持多個數字揚聲器的同步相位，在專業環境中，這意味著保持媒體流的幾乎1微秒內的同步。

    2、網絡中一路媒體流在最差狀況下的時延，包括信號源和終點的緩沖時延，必須是低且確定的。對于幾乎所有的消費類應用來說，這意味著網絡必須沒有顯著造成用戶界面的延遲：這個時間是從用戶請求一個動作(例如按下控制器的按鈕)直到動作被用戶輕易感知到(例如“播放”、“停止”、“前進”、“倒退”)，這大約需要50毫秒響應。而現場演出、錄音室或游戲應用對此要求更加嚴格，大約為2毫秒。

    3、最后，應用必須達到高度的置信度，這樣才能保證有所需要的網絡資源可用，并且只要有應用需要就可保持可用性。這種情況有時被稱為“預留”，有時又被稱為“進入控制”。其目的是在應用中提前通知網絡某一路媒體流的需要，并讓網絡鎖定那個媒體流所需要的資源，如果是不可用的，便通知應用方。AV媒體流所需的典型資源包括吞吐量和具體的時延范圍。

    目前幾乎所有網絡設備都是基于IT要求的：在整個網絡上盡可能快地移動數據，以及最低的成本和最少的管理。

    只要沒有對于時延和同步的硬性限制，這是一個很好的方式。面向IT的網絡并不總是能夠滿足上述的要求，因為：

    1、在一般的IT網絡中沒有“時間”的概念，其網絡架構本身并不提供有助同步或任何精確時間的機制。

    2、時延可能太高——通過一個網絡的平均時延水平可能不高，但是幾乎不會對限制時延有所幫助。在IT網絡中，可靠地傳輸數據遠比在規定時間內傳輸數據顯得更為重要。

    3、網絡本身并不能預防網絡堵塞，所以如果緩沖不足或沒有足夠的鏈路帶寬用于流量，數據就可能丟失。IT網絡依賴更高層的協議通過傳輸節流和重新發送丟包來處理堵塞(例如TCP)。這種方式適合于可接受長時間時延的情況，但是在要求低確定性時延的地方則不適用。

    解決最后兩個問題的典型方式是緩沖，但是過多的緩沖會導致時延，這會成為消費級環境的困擾，而在專業領域更是不可接受。另一個方式是讓現在面向IT的網絡在用于AV媒體流時，在更高的層管理網絡或實施嚴格的界定和固定的配置。例如，在專業市場，很少有系統可以提供適當的時延和帶寬保證，但是他們可以提供一個單一的專用解決方案， CobraNet就是這種架構的一個例子。

    技術概覽

    AVB技術最初源于一個802.3的研究小組，在2005年11月正式成立了IEEE 802.1AVB工作組(Audio/Video Bridging Task Group)，開始著手研究制定一系列的協議，以增強現有802網絡的功能。AVnu聯盟是一個行業論壇，致力于在各網絡鏈路層推行采納IEEE 802.1音頻視頻橋接技術和相關標準，以經濟的成本實現具有專業品質的音頻視頻傳輸，并聯合其他組織和企業在各自的嘗試中利用這一技術。

    目前有來自兩個陣營的力量在推動著以太網AVB的發展，一方面是系統產品廠商，致力于提供一套基于標準的方案來為演播室、影劇院、音樂會現場及汽車娛樂系統等提供穩定可靠的音視頻服務；另一方面是芯片廠商，希望提供低延時、供家庭及企業使用的同步音視頻網絡。

    AVB于2009年7月頒布草案，并在2010年和2011年陸續完成，以下為它的四個基礎標準：

    IEEE 802.1AS(PTP)：“針對橋接局域網上的時間敏感應用的時序和同步”。自動選擇一個設備作為主時鐘，然后通過橋接的LAN/IP子網分配時間到所有其他節點。802.1AS時鐘不能用作媒體時鐘。相反，802.1AS時間可被用做節點間共享的時鐘參照，用作從講話者到聽眾的媒體時鐘端口。有了這樣的參照，當估算在大量網絡抖動的情況下發射器的實際媒體速率時，就無需確定數據包發送的時延或者計算連續運行的平均值。IEEE802.1AS是基于獲批的IEEE1588-2008標準。

    IEEE 802.1Qat (SRP)：“虛擬橋接局域網——修正案9：媒體流預留協議(SRP)”，允許在橋接的LAN/IP子網上的講話者與聽眾之間建立媒體流預留。傳統IEEE802網絡標準的特性限制了其無法將普通異步流量與時間敏感的流媒體流量進行優先級劃分。為了提供有保障的服務質量(QoS)，SRP確保了AV媒體流設備間端到端的帶寬可用性。如果所需的路徑帶寬可用，整個路徑上的所有設備(包括切換器和終端設備)將會對此資源進行鎖定。

    IEEE 802.1Qav (Qav)：“虛擬橋接局域網——修正案11：時間敏感的媒體流的轉發和排隊。描述了一種整形網絡流量的令牌桶算法①，讓預留了時延和帶寬的流媒體可以被控制，確保了傳統的異步以太網數據流量不會干擾到AVB的實時音視頻流。

    IEEE802.1BA：“音頻/視頻橋接(AVB)系統”，這同樣是基于IEEE 802.1AVB草案的標準，提供專業質量的音視頻。

    另外還有兩個建立于多種網絡鏈路層上的相關標準：

    IEEE 1722(AVBTP)：“時間敏感媒體流的第二層傳輸協議”，可實現目前使用IEEE 1394(火線)到AVB應用的轉移。定義了局域網內提供實時音視頻流服務所需的二層包格式，AV流的建立、控制及關閉協議。

    IEEE 1733(RTP)：“實時傳輸協議”，擴展的RTCP，使AVB可以支持網絡上的RTP流媒體。RTP是一種目前應用最廣泛的實時流媒體協議，與IEEE 802.1 AVB那樣完全基于二層的標準不同，RTP是一種基于三層UDP/IP網絡的協議。為了在基于IP的三層應用上利用二層AVB的性能，IEEE 1733對RTP進行了擴展，在通過橋接及路由的局域網內提供時間同步、延遲保障和帶寬預留的服務，以提供實時音視頻流的傳輸。[page]

    優勢和特點

    AVB標準為基于802的網絡提供了3個增強技術，包括：精確的時間支持低抖動的媒體時鐘和準確的多流同步；簡單的預留協議讓終端設備上的應用方可以通知同一路徑上的多種網絡參與方，讓它們預留必要的資源支持；排隊和轉發規則確保一個媒體流可以在預留協議規定的延遲范圍內通過網絡。這些增強的技術要求更高層的應用來形成這種功能，同時要求對連接技術進行改變(這在以太網中幾乎沒有)，以及兼容標準802.1橋接的其他功能。這樣，就可以摒棄過去那些需要費力調節的專業AV解決方案和精確調節的IT級別網絡設備，以支持基于標準的方式。

    同步

    通過IEEE802.1 AS精確時間協議(IEEE 802.1 AS Precision Time Protocol，簡稱PTP)，所有的AVB設備都可以根據一個共同的時基參考實現同步。802.1 AS協議定義了時鐘控制選擇算法，連接時延和連網排隊測量及補償，以及時鐘速率匹配和調整機制。利用802.1 AS，媒體流將包括一個描述(presentation)時間。通過將媒體流數據包中的描述時間信息與802.1 AS的共同時基進行對比，所有網絡中的設備就可以排列和調整它們的回放。這種方式的好處之一是，媒體流帶有802.1 AS和描述時間封包，同時AVB網絡內部支持多種同步采樣率和采樣時鐘源，這樣便能夠實現視頻和音頻流同步，即使它們以不同采樣率在不同路徑上通過。利用描述時間的第二個好處是，如果有兩個設備輸出同樣的媒體流，即使它們與源端的網絡距離不盡相同，也可以在回放中被精確鎖定。

    無基礎架構配置的可靠性

    專業AV網絡需要無音頻瑕疵(如爆裂聲或咔嗒聲)、視頻丟幀或其他問題的可靠的傳輸。目前被用在大型專業系統中的利基②解決方案要求網絡具有多重的虛擬局域網(VLAN)，以及手動調節的拓撲結構和參數。IEEE 802.1Qat媒體流預留協議(Stream Reservation Protocol,SRP)提供預留媒體流帶寬的機制，允許終端應用配置路由，因而無需這種基礎架構網絡的搭建。在AV媒體流輸出之前，SRP就會檢查端對端帶寬的可用性。如果帶寬可用，整個路徑就會處于“封閉”狀態，直到有明確的解除信息。SRP與IEEE802.1Qav排隊和轉發協議(Queuing and Forwarding Protocol,Qav)密切合作，Qav可以安排時間敏感的AV流媒體數據，確保它及時通過網絡。常規的非流媒體通信不能干擾預留的AVB通信。利用這種AVB協議，智能化的設備可以與網絡溝通，提供可靠的AV媒體流，無需安裝商或集成商進行大量的手動網絡調節。

    低延遲

    SRP和Qav協議一起確保了以端到端的方式及時發送所有預留的媒體流。如果沒有這些協議，就無法知道有多少非媒體流介入其中，或者有多少媒體數據包在排隊等候。此前，由于在接收媒體包時的不確定性，專有系統的設計師會在終端節點內設置大量緩沖。而在有線以太網絡上采用了AVB后，遍及整個網絡的最惡劣狀態下的通信時間是已知的。所以，只需要少量的緩沖并可實現非常低的延遲，如果是在一個100Mb/s的以太網上，七個轉換跳的時間為2毫秒。

    網絡上的現場聲

    通過網絡控制放大器或者有源揚聲器是司空見慣的，因此大家自然而然也希望同樣使用以太網用于信號傳輸。有了AVB，就可以輕松在音頻流媒體加入控制信號，而不用要求用戶變成IT專家。這種由SRP提供的高可靠傳輸使得AVB網絡像模擬系統一樣簡單，將一個信號從一臺設備隨時路由到另一臺設備而不必擔心故障發生。使用如今的千兆位以太網，AVB網絡的延遲幾乎感知不到。這種AVB網絡上的兩個數字產品間的最小可能的延遲，要比同樣兩個產品采用要產生D/A和A/D轉換的模擬連接的延遲更低。

    多個供應商

    今天很多小型的微控制器和DSP都是具有以太網性能的。只要做一些小的改變，這些芯片就可以輕松支持AVB。設計這些設備的成本可以被分攤到很多不同的市場，而不僅僅是專業市場的利基②部分。在過去，公司的專有解決方案一般很難提供充足資金用于其下一代芯片的開發。而由于這一技術的廣泛的適用性，專業A/V市場將有望開辟更大的市場。一些芯片公司已經宣布計劃支持AVB，預計還有更多的會很快跟進。

    應用環境

    在錄制室使用以太網是非常普遍的，無論是小型家庭工作室或者大型廣電級應用。如果未來計算機帶有AVB性能的端口，家庭錄音錄像發燒友就可擁有簡單且負擔得起的高帶寬錄制界面。在專業市場，需要路由和切換非壓縮HD視頻的大型廣電設備用戶會發現其需要的基礎設施會大大減少，因為AVB網絡可以代替昂貴的、專門建造的中央HD視頻路由器。除了AVB 10G和100G的網絡性能外，最大型的廣電設備用戶還可以利用現代IT網絡享受聯網的HD視頻傳輸和矩陣。

    那些正在建設專有解決方案，或因成本和復雜性而很少部署網絡音視頻系統的集成商和顧問公司，會發現AVB能夠滿足其需求。它具備要求最苛刻系統所需的所有性能，以及簡單的網絡管理。在AVB網絡中，可以添加不同價格點和不同性能水平的專業音視頻產品。

    由于AVB是由IEEE標準團體開發的，因此會受益于不斷增長的速度和其他選項和功能。例如，HD視頻可以不經壓縮輕松通過10G以太網連接，這在今天可以通過銅線或光纖長距傳輸。更高層的功能如安全和網絡管理，可以不必設計定制的解決方案。

    現狀與未來

    截至今年4月7日，IEEE已經發布和批準的AVB標準包括802.1Qat、802.1Qav，以及802.1AS、1722和1733標準。AVB工作組主席Michael Johas Teener表示：核心的AVB標準已經完備，我們可以加速推進在專業市場采用AVB的事宜和互操作項目。另外，剛剛公布的802.1AS能夠實現以太網上設備之間百萬分之一秒內的同步，而802.11v則能夠使802.1AS擴展到無線局域網的應用中。

    目前，在AVB的基礎推廣者中包括了博通、思科、哈曼、英特爾等行業巨頭，在推廣者中也不乏博世、巴可、聲海、舒爾、百威、德州儀器、雅馬哈、Biamp、Avid、ClearOne等專業AV領域領軍企業。在今年6月舉行的美國InfoComm展中，已經有很多廠商在現場展示了采用AVB標準的產品。

    Meyer Sound的D-Mitri是一個基于千兆位網絡的數字音頻處理和傳輸平臺，具有高清晰度音頻，真正的實時網絡環境，采用IEEE802.1AVB。D-Mitri提供整體的多聲道音頻環境，在一個全網絡的架構下結合了所有I/O、信號處理、矩陣混音、路由和揚聲器管理，并可以滿足無數特殊應用需求。D-Mitri架構的核心，結合了AVB性能，這樣便可以輕松創建一個分布式的D-Mitri系統以及遠程控制的麥克風前置放大器和其他設備。而且無需專有音頻網絡和不必要的布線。設計滿足了實時流媒體需求，并保證了服務質量(QoS)和低延遲，低抖動主時鐘保障可靠的時鐘和同步。充足的原始帶寬支持高通道數通過每個AVB端口。

Meyer Sound的D-Mitri數字音頻處理和傳輸平臺

    BSS Audio的GS724T以太網切換器是一個24端口，支持以太網AVB網絡的、全面管理的千兆位切換器。由于全面支持以太網AVB技術，GS724T允許音頻、視頻和數據在以太網AVB兼容設備之間分享，例如配備有SC以太網AVB高速選項卡的dbx產品。在全雙工模式下，24個端口中的每一個都可以支持2,000Mb/s的數據吞吐量，輸出總帶寬達48Gb/s。GS724T針對每個端口提供10/100/1,000的自動速度檢測、全/半雙工檢測以及Auto UplinkTM。在直觀的網頁瀏覽器界面上提供對性能監視、端口配置、VLAN流量控制、流量優先服務等級、流量過濾等的管理。

BSS Audio的GS724T以太網切換器

    DSP4YOU提供一系列的AVB產品，其中Dana服務器利用現有的IT架構，使用可切換的以太網作為音頻和控制數據的傳輸通道，從而帶來更大的可擴展性以及簡單性以節約成本。而Dana創新技術的核心在于基于最新AVB標準的模塊開發。在以太網上多個非壓縮和同步音頻通道流媒體的能力，幫助Dana系列提供在IT友好平臺上的優質的聲音質量。

    Biamp在InfoComm 2011上推出的網絡媒體系統Tesira是一個使用AVB技術作為主要數字傳輸方式的、具有高度可擴展性的數字音頻網絡系統。該系統配備了模塊化可擴展的輸入和輸出端，DSP和聯網的終端，提供各種類型的系統設計能力，包括集中式、分布式和混合型應用。Biamp方面表示Tesira代表著下一代的設計，是網絡媒體系統概念的進一步發展。

    AVB是真正專為音視頻網絡設計的標準，能夠解決制造商、集成商和終端用戶在目前應用中遇到的各種問題。我們也期待在IT和AV融合的大時代，這項技術能為AV行業帶來一個高質量、低延遲、易使用的專業級網絡環境。

    ①：令牌桶算法是網絡流量整形(Traffic Shaping)和速率限制(Rate Limiting)中最常使用的一種算法。典型情況下，令牌桶算法用來控制發送到網絡上的數據的數目，并允許突發數據的發送。

    ②：利基(niche)是針對企業的優勢細分出來的市場，這里指針對性、專業性很強的產品或解決方案。