AVoIP - der neue Industriestandard
AVoIP – der neue Industriestandard!
AV over IP oder kurz auch AVoIP benannte Technologie beschreibt auf einfacher Art und Weise die Bereitstellung von AV-Inhalten über ein Standard-Ethernet-Netzwerk, einschließlich Video, Audio, Peripheriegeräte und Steuersignalen.
AVoIP ermöglicht flexible Installationen, die sogar Ultra-HD-Qualität mit nahezu Null Latenz übertragen kann und zusätzlich ist diese Technologie noch relativ einfach zu integrieren und auch einfach zu bedienen. Aufgrund der Vielseitigkeit hat sich AV over IP schnell zum Industriestandard für AV-Installationen - sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich - entwickelt.
Einfach Aufbau eines AVoIP-Systems bestehent aus einem Decoder, einem Encoder und einem CAT-Kabel
Die Sprache der AVoIP-Welt
Chroma-Subsampling
Chroma oder Chroma-Subsampling bezeichnet in der AVoIP-Welt die Art und Weise, wie ein Codec Bilder und Videos kodiert. Es wird mit drei Zahlen wiedergegeben. 4:4:4 wäre ein Beispiel. Die erste Zahl ist die horizontale Sampling-Referenz, die zweite die Zahl der Chrominanz und die letzte die Zahl der Änderungen in den Chroma-Samples. Je höher die Zahl, desto komplexer und desto mehr Bandbreite wird benötigt. Niedrigere Zahlen korrelieren direkt mit einer geringeren Bandbreite.
Weitere Infos dazu unter 500-50-004 Thema: Was ist Chroma Subsampling?
Auflösung
Die Auflösung ist die Größe des gesendeten Bildes. Sie wird in Begriffen wie HD, 4K oder 1920 x 1080 ausgedrückt. Dabei handelt es sich um die Anzahl der Pixel, die im Video- oder Grafikbild vorhanden sind. Wie bei der Farbsättigung gilt: Je höher die Zahl, desto mehr Bandbreite ist erforderlich.
Aktualisierungsrate
Die Bildwiederholrate gibt an, wie oft pro Sekunde das Bild auf einem Bildschirm dargestellt wird. Sie wird durch Werte wie 24, 60 oder 120 Hz angegeben. Ähnlich wie bei Farbsättigung und Auflösung gilt: Je höher die Zahl, desto mehr Bandbreite ist erforderlich. Höhere Zahlen sind normalerweise mit einer höheren Bildqualität verbunden.
CODECS
AV/IP-Geräte umfassen verschiedene Codecs zur Verarbeitung von Video und Audio. Zu den Standard-Videocodecs gehören H.264, auch bekannt als MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding), und High-Efficiency Video Coding (HEVC), H.265, das eine bessere Qualität bei niedrigeren Bitraten als H.264 bietet. SDVoE, Software Defined Video over Ethernet, ist ein offener Standard, der von einer Vielzahl von Herstellern verwendet wird und 10G-Netzwerke nutzt, um mehrere 4K-HDR-Videostreams anbieten zu können.
Viele AV-Hersteller verwenden proprietäre Codecs, um qualitativ hochwertige Videos mit geringer Latenz zu liefern. Sie sind dann nicht zu anderen Standards kompatibel. AV-over-IP-Lösungen auf Basis offener Standards können u.U. mit Produkten anderer Anbieter kombiniert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass man in den meisten Fällen Encoder und Decoder vom selben Hersteller kaufen muss, selbst wenn bei zwei verschiedenen Herstellern derselbe Codec angegeben wird.
Bei den meisten Lösungen kann Audio unabhängig von Videosignalen übertragen werden. Zu den beliebtesten Audiocodecs gehören AES67, der Standard der Audio Engineering Society für Audio über IP und Dante, eine weit verbreitete proprietäre Audiospezifikation mit geringer Latenz und hoher Qualität.
Mehr Infos zu Dante findest Du im Beitrag „Was ist Dante“, 500-50-010
AV over IP • Größe - Erweiterung - Entfernung - Flexibilität
Es gibt bei AV over IP praktisch keine Entfernungsbeschränkungen, was es bequem und kostengünstig macht. Verlustfreie Videoauflösungen und extrem niedrige Latenzzeiten verbessern die Leistung. Integratoren können vorhandene Netzwerkinfrastrukturen nutzen, zusätzliche Ports nach Bedarf ergänzen und übermäßige Verlängerungskabel eliminieren. All dies sorgt für eine kostengünstige und hochnuancierte Installationsumgebung, die einfach von einem Smartphone oder Tablet aus konfiguriert und gesteuert werden kann.
IP-basiertes Switching hat viele Vorteile, der größte davon ist die Möglichkeit, ein virtuelles System auf einer bereits vorhandenen Backbone-Architektur aufzubauen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Kabelinfrastrukturen für kurze und lange Strecken zu schaffen, die je nach Anwendung recht kostspielig sein können.
Gestapelte Ethernet-Switches können mit einem Hochgeschwindigkeits-Stack-Port erweitert werden. Switches können mehrfach und jederzeit gestapelt werden, wodurch die gesamte Infrastruktur um einen leicht verfügbaren und kostengünstigen Ethernet-Switch erweitert werden kann.
Maximale Systemgröße
Mit einer virtuellen Matrix von AV-Quellen und Video-Displays/Beamer (Senken), die alle über ein Ethernet-Netzwerk verbunden sind, ist die Möglichkeit, die Anzahl von Quellen und Senken zu erhöhen, nahezu unbegrenzt. Wenn man über ein Netzwerk verfügt, das maximale Bandbreiten bewältigen kann, kann eine Matrix Hunderte von Quellen und Senken enthalten. Ihre Portanzahl wird erheblich verbessert, da beispielsweise ein typisches Signal mit einer Auflösung von 1.080p, das in einem 1G Ethernet-Netzwerk transportiert wird, durchschnittlich etwa 250 Sender mit viel mehr Empfängern unterstützen kann. Der Grund dafür ist, dass nur die Sender viel Verkehr erzeugen und somit ausreichend Bandbreite benötigen.
Einfachste Systemerweiterung
Es war auch noch nie einfacher, Quellen und Senken in einem AV-Projekt zu erweitern. Ethernet-Switches werden einfach nach Bedarf gestapelt, um das Netzwerk zu erweitern. Im Gegensatz dazu ist das Hinzufügen von weiteren Ein- bzw. Ausgängen bei einer Video-Matrix auch sehr einfach, wenn diese noch nicht vollständig belegt ist. Ist dies allerdings der Fall, dann muss eine weitere Video-Matrix erworben werden bzw. bei einem modularen Matrix-System weitere Ein-/Ausgangskarten ergänzt werden. Vollbelegte Stand-Alone-Matrixmodelle können leider gar nicht erweitert werden.
Größere Entfernungen
AV-Systeme, die viele verschiedene Quellen und Senken umfassen, erfordern oft einzigartige Platzierungen, da sich jede Quelle und jede Senke in verschiedenen Räumen, Gebäuden usw. befinden kann. AV over IP-Systeme ermöglichen den Anschluss von Quellen und Senken bis zu 100 m vom Ethernet-Switch entfernt. Verteilte Ethernet-Switches können je nach gewünschter Entfernung mit verschiedenen Kabeltypen gestapelt werden.
Ethernet-Switches können mit CATx-Kabel bis zu 100 m, mit Multimode-Glasfaser bis zu 300 m oder mit Singlemode-Glasfaser sogar bis zu 80 km entfernt gestapelt werden. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Ethernet Switches in unterschiedlichen Gebäuden oder sogar unterschiedlichen Städten zu platzieren.
AV-Quellen, die H.264/H.265-Codecs mit 4K-Auflösung verwenden, können über das Internet kommunizieren und dabei wirklich sehr große Entfernungen unterstützen. Dies gelingt auch mit einer klassischen Video-Matrix, allerdings nur mit Modellen, die mit HDBaseT-Technologie arbeiten oder zusätzliche AV-Extender zum Einsatz kommen.
Die Anpassungsfähigkeit ermöglicht es Integratoren, Systeme Port für Port zu erweitern, wobei die Systemgröße nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt ist. Virtuelle Infrastrukturen können erstellt und neu angeordnet werden, wobei die Signalübertragung Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Multipunkt- und Multipunkt-zu-Multipunkt-Konfigurationen erfolgen kann.
Flexibilität
Wenn es um flexibles Switching geht, glänzen AV over IP-Architekturen besonders. Jeder Sender kann Inhalte an jeden Empfänger senden, indem er seine eindeutige IP-Adresse in einem Any-to-Any- sowie Any-to-All-Szenario verwendet. Non-Blocking Switching ist vollständig aktiviert, wenn ein einzelner Ethernet-Switch oder mehrere gestapelte Ethernet-Switches verwendet werden. Der Begriff Non-Blocking steht für die Eigenschaft eines Switches, dass dieser genügend Bandbreite hat, um an allen Ports die jeweils maximal mögliche Datenübertragungsrate bereitzustellen.
AV over IP für jedes Budget und jede Applikation
Anders als bei klassischen AV-Signalverteilungen lassen sich mit AV over IP auch direkt Steuerbefehle und KVM-Funktionen sowie USB-Features übertragen. Dies macht AV over IP somit auch für Industrie-Anwendungen wie Kontrollräume hochinteressant. Aber auch Digital-Signage-Projekte profitieren von der Skalierbarkeit von AV over IP. Konferenzräume können einfach miteinander vernetzt und schnell mit Lösungen für Videotelefonie und Bildwiedergabe ausgestattet werden. Für Videowalls oder Multiscreen-Anwendungen lassen sich über entsprechende Decoder Bilder kosteneffizient über die Kontrollsoftware passend verteilen.
Auch die herkömmliche Video-Matrix bietet beispielsweise mit HDBaseT das mögliche Nutzen von vorhandenen IT-Strukturen – Netzwerkkabel und Steckverbindungen –, bleibt aber dabei jedoch immer eine proprietäre Punkt-zu-Punkt-Lösungen. Man könnte zwar mit einer Video-Matrix eine AV-Verteilung mit zusätzlicher Hilfe von Switches und Splittern aufbauen, aber man ist immer in der Anzahl der Ein- und Ausgänge der genutzten Hardware gebunden. Bei AV over IP-Systemen kann man hingegen die offenen Standards nutzen und zwei Switches miteinander über einen geeigneten Backbone (Verbindung zwischen zwei Netzen, z. B. zwei Switches) verbinden, um weitere Ein- und Ausgänge zu schaffen.
Je nach Hersteller fungieren separate Transmitter und Receiver als Endpunkte oder Geräte, die beides in sich vereinen und je nach Bedarf software- oder hardwareseitig umgeschaltet werden können. Da sich Standard-Netzwerke auch für die AV-Distribution nutzen lassen, gibt es viele neue Möglichkeiten, um z. B. auf vorhandene IT-Infrastruktur aufbauen oder bei neuen Projekten auf bewährte IT-Systeme zurückgreifen zu können, mit der sowohl die benötigte IT-Infrastruktur als auch die AV-Distribution abgebildet werden kann. Ganz klarer Vorteil hierbei: Im Prinzip hat man nun die Möglichkeit, jederzeit und überall einen Transmitter oder Receiver dort integrieren zu können, wo auch ein Netzwerkanschluss existiert. Zudem ermöglicht AV over IP eine theoretisch unendliche Skalierbarkeit, die allein durch die vorhandene oder geplante IT-Infrastruktur oder zu schmale Backbones begrenzt wird. AV over IP stellt für jedes Budget, jede Applikation und jeden Anspruch eine Lösung bereit. So werden auch unterschiedliche Komprimierungsformate angeboten: H265 und JPEG 2000.
H.264/5 und JPEG 2000 für ein 1G oder 10G-Netz?
Falls auf eine bestehende IT-Infrastruktur zurückgegriffen werden soll, kann diese nur begrenzt vom AV over IP System genutzt werden. Es steht natürlich nicht die volle Bandbreite zur Verfügung, da das vorhandene Netz ja auch von der IT genutzt wird. Dann greift man auf ein AV over IP-System zurück, dass ein stark komprimierten H265-Codec (wird auch manchmal HEVC benannt) nutzt, der aufgrund seiner Eigenschaften höhere Latenz und eine leicht geringere Bildqualität liefert.
Der H264 bzw. der Nachfolger H265-Codec ist auf geringere Bandbreiten hin optimiert und dient auch als Standard für Blu-Ray Discs oder auch HDTV. Zusätzlich haben solche AV over IP-Systeme den Vorteil, dass sie kostengünstig angeboten werden.
Steht allerdings im Gegensatz dazu nun ein eigenes Netzwerk zur Verfügung bzw. die noch nutzbare Bandbreite ist deutlich größer als im vorangegangenen Beispiel, dann kann auch ein AV over IP-System mit dem JPEG-2000-Codec zum Einsatz kommen. Kompressionsartefakte treten bei diesem Format erst bei hoher Bildkompression auf. JPEG-2000 AV over IP-Systeme können in preiswerten 1G Netzwerken zum Einsatz kommen. Die verfügbare Hardware ist noch günstig zu haben und ist relativ einfach zu installieren. Ein JPEG-2000-Codec ist auf geringe Latenzen optimiert.
Wer allerdings keine Kompromisse bei der Bildqualität eingehen, zeitkritische Anwendungen nutzen möchte (keine Latenzen in Kauf nehmen möchte) sowie keine sichtbare Kompression wünscht, der wird erst mit einem 10G Netzwerk auf der absolut sicheren Seite sein.
Wie man sich auch letztendlich entscheidet, wer ein AV over IP-System aufbauen möchte, benötigt Kenntnisse sowohl aus der AV-Technik also auch Kenntnisse über IT-Netze. Neben AV-Integratoren sollte man bei AV over IP je nach Produkt auch einen Netzwerk-Spezialisten an Board haben.
So benötigen einige Lösungen Layer-3-fähige Switches, die auch IGMP (Internet Group Management Protocol) unterstützen. IGMP ist erforderlich, damit Video Streams, die mehrere Ausgabegeräte gleichzeitig versorgen sollen, nur einmal übertragen werden. Dies reduziert die benötigte Bandbreite erheblich.
Auch Power over Ethernet (PoE) als Spannungsversorgung für Netzwerkgeräte kann in vielen Projekten helfen, da Endgeräte hier über das Netzwerkkabel mit Strom versorgt werden. Üblicherweise können Netzwerkkabel eine Distanz von etwa 100 m überwinden. Bei Verwendung von Glasfasernetzen sind mit Multimode-Leitungen bis zu 600 m und mit Singlemode-Leitungen auch mehrere Kilometer Entfernung möglich.
Ethernet-Netze werden üblicherweise in Sterntopologie errichtet. Alle Endgeräte sind hierbei mit jeweils eigener Leitung zum Switch verkabelt. Manche Systeme erlauben aber auch eine Daisy-Chain-Verkabelung, also ein Durchschleifen, in vordefinierten Grenzen.
Die AV over IP-Betriebsarten
Eins-zu-Eins Betriebsart – Extender-Betriebsart
Eins-zu-n-Betriebsart – Splitter-Betriebsart
n-zu-m-Betriebsart – Matrix-Betriebsart
Das Zusammenspiel von Daten, Bandbreite und Latenz
Hier stellt man schnell fest, dass die Datenübertragung über eine IT-Netzwerkinfrastruktur den primären Differenzierungsfaktor für AV-over-IP-Systeme darstellt. Sobald alle Audio-, Video- und Steuersignale in einer AV-over-IP-Konfiguration in das IP-basierte Netzwerk integriert sind, werden sie in den Internet Protocol (IP)-Datenstandard formatiert und in digitale Pakete umgewandelt.
Stellen wir uns nun vor, dass diese Datenpakete nicht über herkömmliche Routen, sondern über eine digitale Autobahn durch das Netzwerk reisen, dann ist die Bandbreite so etwas wie die Fähigkeit, reibungslos zu reisen. In einem AV-over-IP-System ist eine ausreichende Bandbreite entscheidend, um Inhalte in hervorragender Optik und tollem Klang ohne Unterbrechungen oder Verzögerungen zu erhalten.
Um ein effizient funktionierendes AVoIP-System mit einer Vielzahl von Quellen und Endpunkten zu gewährleisten, umfasst die Optimierung der Bandbreite normalerweise die Implementierung einiger Strategien, wie etwa Video- und Audiokomprimierung zur Wahrung der AV-Wiedergabetreue, die Anpassung von Auflösung und Bildrate für eine effektive Bereitstellung von Inhalten und die Priorisierung kritischer Datenströme über die Netzwerkeinstellungen.
Viele dieser Strategien tragen dazu bei, die Latenz zu reduzieren und auf ein Minimum zu beschränken. Latenz bezeichnet die Verzögerung zwischen der Übertragung von AV-Daten von einer Quelle bis zu ihrer Anzeige auf einem Ausgabegerät. Man kann sich das als eine Art AV-Verzögerung vorstellen, die zu Synchronisierungsproblemen und einem deutlich weniger nahtlosen Benutzererlebnis führt.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Latenz besteht darin, IP-Switches und alle Geräte in der Netzwerkinfrastruktur so zu konfigurieren, dass sie für schnelle Verarbeitungsfunktionen optimiert sind, die Streaming-Qualität zu verbessern und Firmware/Software ständig zu aktualisieren.
Gewährleistung der Netzwerksicherheit
Die Umstellung von festverdrahteten zu IP-basierten AV-Systemen wird manchmal als größeres Netzwerksicherheitsrisiko angesehen. Aber keine Angst: Mit mehr Flexibilität und modernen Optionen können bewährte und bekannte Methoden und Vorgehensweisen vertrauliche Daten schützen und unbefugten Zugriff verhindern.
Zu den wichtigsten bewährten Sicherheitspraktiken gehören die Verwendung von Verschlüsselungsprotokollen zur Gewährleistung einer sicheren Datenübertragung, die Implementierung von Zugriffskontrollmechanismen wie Authentifizierung mit Benutzernamen/Passwörtern oder Biometrie, der Einsatz von Firewalls und Intrusion Detection-Systemen zum Schutz des Netzwerks sowie die Durchführung regelmäßiger Sicherheitsprüfungen, Firmware-Updates und Patches, um die Systemintegrität aufrechtzuerhalten und IT-Sicherheitsstandards einzuhalten.
Vorteile der AVoIP-Technik
Nachteile der AVoIP-Technik
Der Einfluss des Netzwerk-Switches auf das AV over IP-System
Der verwendete Netzwerk-Switch spielt eine wesentliche Rolle im gesamten AV over IP-System. Ein Exkurs an dieser Stelle in die Netzwerktechnik würde diesen Artikel sprengen. Wir empfehlen deshalb generell folgendes Vorgehen:
Weitere und detailliertere Informationen zum Netzwerk-Switch und dem Zusammenspiel mit einem AVoIP-System findet man im Artikel „Netzwerk-Switche und AVoIP“, 500-50-009
Tipps für ein AVoIP Netzwerk-Design
Schematischer Aufbau eines AVoIP-Systems
Ab wann lohnt sich AV over IP?
AVoIP ist aufgrund der Integration in die vorhandene IT-Infrastruktur kostengünstiger als traditionelle AV-Technik. Doch die Kosteneinsparung hängt davon ab, wie viele Endgeräte installiert werden. Die herkömmliche AV-Technik erfordert bei einer hohen Anzahl an Endgeräten viele unterschiedliche Anschlüsse und einen hohen Verkabelungsaufwand. Hinzu kommen kostspielige Matrix-Switches. Verglichen damit ist ein Netzwerk-Switch leichter skalierbar und kostengünstiger. Daher gilt: Je größer die Umgebung ist und je mehr Endgeräte eingesetzt werden, umso effektiver ist AV over IP!
Fazit
Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass die Grenze zwischen AV und IT mit der Zeit aufgehoben und die AV-Technik mehr ein Teil der IT-Welt wird. Jedoch erfordert diese Integration auch eine Umstellung der bisherigen Herangehensweise bei Planung und Entwicklung. Somit können AV und IT nicht mehr als eigenständige Welten angesehen werden.
Beispiele
AV over IP ist ein schnell wachsender Markt
Zu den Treibern gehört der Bedarf an Lösungen, die eine 10GB-Videoverteilung unterstützen und echtes 4K sowie High Definition Range (HDR) ohne Kompromisse liefern können. Außerdem werden die Endnutzerkosten gesenkt und das Erstellen von Netzwerken wird schneller und einfacher. Es gibt weitaus mehr Innovationspotenzial, da IP-basiertes Pro AV für ein weitaus breiteres Publikum verfügbar – und erschwinglich – wird.
Der traditionelle AV-Markt wird durch AVoIP „beeinflusst“ und „Software Defined Video over Ethernet“ (kurz SDVoE) spielt dabei eine Hauptrolle. Warum haben die IP-Innovationen im Videobereich nicht schon früher Fuß gefasst wenn man bedenkt, wie etabliert IP in anderen Branchen ist? Die Antwort ist ganz einfach, es mussten einige Hindernisse überwunden werden beispielweise die notwendige Komprimierung, eine Standardisierung, die resultierenden Preise für den Nutzer sowie ein genereller Mangel an Netzwerken, die bereits in der Lage sind, hochwertiges AVoIP übertragen zu können.
Durch den extrem schnellen Feldzug der AVoIP-Technik sind durch die verschiedensten Hersteller auch verschiedene AVoIP-Entwicklungsansätze realisiert worden, die letztendlich zu Chaos und zu einem Mischmasch von IP-Produkten geführt haben.
Da AV-Anwendungen jedoch immer komplexer, vielfältiger und anspruchsvoller werden, ist die Überwindung dieser Barrieren von entscheidender Bedeutung: Die alte Welt der Punkt-zu-Punkt- oder leitungsbasierten Matrix-Switches ist einfach nicht mehr zweckdienlich für eine Branche, in der Flexibilität, Skalierbarkeit, Latenzfreiheit und hohe Geschwindigkeit nicht verhandelbare Anforderungen sind.
Mit SDVoE werden diese Probleme beseitigt und damit die Grundlage für eine flexible, skalierbare, durchgängige und leistungsstarke AV-Verteilung geschaffen. Darüber hinaus etabliert SDVoE ein universelles, auf Standards basierendes Framework, das eine nahtlose Interoperabilität zwischen Standardprodukten verschiedener Anbieter gewährleistet, die sich in AV-Netzwerke integrieren lassen und die nach Bedarf erweitert werden können.
SDVoE basierte AVoIP
Schauen wir uns AVoIP mal genauer an. Aufgrund der vorgegebenen Ethernet-Natur entfällt die Notwendigkeit einer Komprimierung. Dies stellt eine grundlegende Veränderung im Vergleich zu früheren Ansätzen dar, AV über proprietäre (nur mit einem herstellereigenem Computermodell einsetzbare) Methoden zu liefern, bei denen eine Komprimierung unvermeidlich war und sowohl die Bildqualität als auch die Bereitstellung beeinträchtigte.
Nur AVoIP kann 4K/60-Videos über Standard-Ethernet-Hardware und High Dynamic Range (HDR) übertragen und viele andere weniger anspruchsvolle Formate unterstützen. Die Latenz ist in den meisten Fällen nahezu null und dass mit minimalen Anforderungen an eine IGMP-fähige Netzwerkinfrastruktur. Da Ethernet zusätzlich alle Datenpakete gleich behandelt – Eingang oder Ausgang – ist der verwendete Codec oder die verwendete Komprimierung irrelevant.
Die Übertragung im Backend dauert nur eine Mikrosekunde (wir sprechen von zwei Tausendstel einer Millisekunde). Wenn Sie einen AVoIP, SDVoE-zertifizierten Switch verwenden, liegt der Preis pro Port schließlich im Vergleich zu herkömmlichen AV-Systemen wie beispielsweise einem HDBase-T-Switcher, was bedeutet, dass Pro AV-Nutzer viel mehr für ihr Geld bekommen.
Neben der cleveren Technologie ist auch der offene Ansatz der SDVoE-Allianz sehr wichtig. Eine globale API bedeutet, dass dies nicht nur für große Player gilt: Kleinere Unternehmen können SDVoE-Standards nutzen, um beispielsweise Lösungen für kleine und mittelständige Unternehmen oder andere kleine Nischen zu entwickeln.
Für Endbenutzer bedeuten SDVoE-Produkte eine nahtlose Konnektivität aller Komponenten in einem Pro AV-Netzwerk: Digital Signage, 4K-Kameras, 4K-Server, Blu-Ray-Player, Kabel- und Satellitenboxen sowie Laptops.
AV-Systeme werden nicht mehr nur von einem Anbieter abhängig, sondern können auch einfacher geändert oder erweitert werden, sind flexibler und müssen sich nicht mehr auf komplizierte Konfigurationen festlegen, deren Änderung teuer und komplex ist.
Die SDVoE-Allianz (Quelle: www.sdvoe.org)
Die SDVoE Alliance ist ein gemeinnütziges Konsortium von Technologieanbietern, um die Einführung von Ethernet zur Übertragung von AV-Signalen in professionellen AV-Umgebungen zu standardisieren und ein Ecosystem rund um die SDVoE-Technologie zu schaffen.
Dieses Bündnis hat die folgenden Aufgaben:
1. Standardisierte Einführung von Ethernet zur Übertragung von AV-Signalen in professionellen AV-Umgebungen.
2. Eine Hardware-/Softwareplattform bieten, die besser auf die Bedürfnisse der Nutzer zugeschnitten ist.
3. Eine Systemarchitektur, die flexibler, zuverlässiger und kostengünstiger ist als eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung und Matrix-Switcher.
4. Eine echte AV/IT-Konvergenz, die eine gemeinsame Nutzung der AV- und Datennetzwerke in einer einzigen Infrastruktur ermöglicht.
5. Gerätehersteller, Softwareentwickler, Chipsatzdesigner und Systemintegratoren unter einem Dach zusammenzuführen, um die gemeinsame Zusammenarbeit zu fördern
6. Auf neue Möglichkeiten und Technologien aufmerksam machen, und das durch Aufklärung und Schulung innerhalb der Branche.
Eine Full-Stack-Lösung für AVoIP
SDVoE ist die einzige Standardtechnologie, die eine „Full-Stack-Lösung“ bietet. Andere Technologien bieten nur Teile einer Lösung – wie man Bits über eine Leitung verschiebt oder wie man mit Timing-Fehlern in einem Netzwerk umgeht. Jedes dieser Puzzleteile ist wichtig, aber ohne SDVoE müssen Hersteller und Anwender Lösungen aus vielen Teilen zusammenschustern. SDVoE adressiert den gesamten 7-Schichten OSI-Stack und bietet Lösungen auf jeder Schicht.
SDVoE Session Management behandelt, wie der SDVoE-Controller Probleme verwaltet, z. B. welches Gerät an welcher Multicast-Adresse sendet, wer verschiedene Audio- und Video-Feeds abonniert hat und wohin IR- und COM-Steuersignale geleitet werden.
SDVoE Adaptive Clock Resynchronization ist die Art und Weise, wie SDVoE-Geräte HDMI-Audio- und -Videosignale codieren und decodieren. Diese Technologie wandelt diese Signale in und zurück von Netzwerkströmen für die unteren Schichten um.
Die SDVoE-API passt technisch in Schicht 7, dient aber wirklich als Schnittstelle zwischen der Anwendungsschicht und allem darunter. Die SDVoE-API ermöglicht es Herstellern, Entwicklern und Systemintegratoren, ihrer Kreativität freien Lauf zu lassen, um traditionelle AV-Anwendungsfälle neue zu erfinden, die ohne die SDVoE-Plattform noch nicht erdacht oder sogar möglich wären.
Die SDVoE-Technologie schafft eine flexible Hardware- und Softwareplattform, die viele Anwendungen ermöglichen kann, einschließlich Matrix-Switches, KVM-Switches, Videowand-Controller und Multiview-Bildprozessoren. Es kann auch in Quellen und Displays integriert werden, die alle netzwerkfähig sind. Aber darüber hinaus ebnet die SDVoE-Technologie den Weg für die Schaffung ganz neuer Anwendungen.
Da die AV-Branche unweigerlich zu AV-over-IP-Lösungen übergeht, werden einfache AV-Umschaltung und Signalverteilung durch die ultimative Bit-Moving-Technologie – Ethernet – standardisiert.
Echte AV/IT-Konvergenz nur bei 10G?
Der wahre Kundennutzen der AV/IT-Konvergenz liegt in der Vereinfachung der Infrastruktur. Die Installation, Verwaltung und Wartung eines einzigen Netzwerks hat enorme Auswirkungen auf die Gesamtbetriebskosten eines Systems. Heutige 1G-Netzwerke verfügen nicht über ausreichend Bandbreite, um eine echte Konvergenz von IT- und AV-Systemen zu ermöglichen und gleichzeitig die Videoqualität mit tolerierbarer Latenz aufrechtzuerhalten.
Natürlich kann dem AV-Netzwerkverkehr Priorität eingeräumt werden, aber dies führt zu einer unerwünschte IT-Nutzererfahrung (langsame Dateiübertragungszeiten und nicht reagierende Browser). In ähnlicher Weise führt die Priorisierung des IT-Datenverkehrs zu einer schlechten und unvorhersehbaren Videoqualität aufgrund der Notwendigkeit einer starken Komprimierung und der Auswirkungen von stoßweisem IT-Datenverkehr zu ungünstigen Zeiten. Eine höhere Komprimierung führt auch zu einer höheren Latenz. Diese Herausforderungen werden durch die Einführung von Videos mit höherer Auflösung wie 4K weiter verschärft.
Parallele Netzwerke sind nicht die Lösung
Die meisten IT-Abteilungen werden einfach nicht zulassen, dass mehrere AV-Sender, die Hunderte von Megabit pro Stream verbrauchen, zu bestehenden IT-Systemen hinzugefügt werden, die über ein 1G-Netzwerk laufen – und das aus gutem Grund! Die Benutzer des IT-Netzwerks erwarten, dass ihnen fast die gesamte Bandbreite von 1G für Dateidownloads, Zusammenarbeit und sogar PC- und mobiles Videostreaming zur Verfügung steht.
Wenn das AV-System anfängt, den größten Teil dieser Bandbreite zu verbrauchen, wird das IT-Erlebnis erheblich beeinträchtigt. Einige Hersteller, die die Vorteile von 1G-Netzwerken anpreisen, entwickeln Produkte, die 990 Mbit/s verbrauchen – das sind 99 % der gesamten Netzwerkbandbreite, die einem einzelnen Videostream gewidmet sind. Kein Wunder, dass Konvergenz mit diesen Systemen nicht erreichbar ist.
Integratoren, IT-Systemadministratoren und sogar Hersteller von 1Gbit/s-Videoprodukten haben dies bereits erkannt, sodass die Standardpraxis darin besteht, zwei parallele Netzwerke zu erstellen. Neben dem bereits bestehenden 1G-IT-Datennetz wird ein physisch unabhängiges 1G-Netzwerk aufgebaut, das ausschließlich dem AV-Datenverkehr gewidmet ist. Dadurch wird das Ziel der Konvergenz vollständig aber auch einige der Kostenvorteile, die mit vernetztem AV verbunden sind, zunichte gemacht.
Ja, echte AV- und IT-Konvergenz nur mit 10G!
Angesichts des schnellen Wachstums und der Bereitstellung von 10-Gigabit-Ethernet-Infrastrukturen und -Produkten sowie ihrer ständig sinkenden Kosten ist ein Upgrade auf ein 10G-Datennetzwerk die effektivste Methode, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen. Mit dieser Netzwerkklasse kann HDMI-Video mit wenig bis gar keiner Komprimierung übertragen werden, und volle 1G (oder mehr) können für IT-Netzwerkanforderungen bereitgestellt werden.
Das IT-Nutzererlebnis bleibt durch das Hinzufügen von AV-Netzwerkgeräten völlig unbeeinflusst, während keine Komprimierung keine Latenz und keine Beeinträchtigung der Bildqualität bedeutet. Basierend auf grundlegenden Ethernet-Technologien können 10G-Geräte mit einem bestehenden 1G-Netzwerk verbunden werden, sodass die vorhandene 1G-Infrastruktur wie gewohnt funktioniert, während die 10G-Erweiterung nur dort benötigt wird, wo Kapazität für qualitativ hochwertiges Video benötigt wird.
Von Grund auf darauf ausgelegt, die Vorteile der 10G-Infrastruktur voll auszuschöpfen, kann nur die SDVoE-Technologie echte AV/IT-Konvergenz mit der für professionelle AV-Anwendungen erforderlichen Latenz von null Millisekunden und makelloser Bildqualität liefern.
Warum AVoIP die AV-Matrix ablösen wird!
AV over IP beschreibt einfach die Bereitstellung von AV-Inhalten über ein Standard-Ethernet-Netzwerk, einschließlich 4K/60-Video, Audio, Peripheriegeräten und Steuersignalen.
Es bietet flexible Installationen, die sogar Ultra-HD-Qualität mit nahezu Null Latenz übertragen kann und zusätzlich ist es noch relativ einfach zu integrieren und auch einfach zu bedienen.
Aufgrund der Vielseitigkeit hat sich AV over IP schnell zum Industriestandard für AV-Installationen - sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich - entwickelt. Die Anpassungsfähigkeit ermöglicht es Integratoren, Systeme Port für Port zu erweitern, wobei die Systemgröße nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt ist.
Virtuelle Infrastrukturen können erstellt und neu angeordnet werden, wobei die Signalübertragung Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Multipunkt- und Multipunkt-zu-Multipunkt-Konfigurationen zugewiesen wird.
Es gibt praktisch keine Entfernungsbeschränkungen, was es bequem und kostengünstig macht, AV im ganzen Haus/Gebäude oder auf der ganzen Welt zu verbinden und darauf zuzugreifen.
Verlustfreie Videoauflösungen und extrem niedrige Latenzzeiten verbessern die Leistung. Integratoren können vorhandene Netzwerkinfrastrukturen nutzen, für zusätzliche Ports nach Bedarf bezahlen und übermäßige Verlängerungskabel eliminieren.
All dies sorgt für eine kostengünstige und hochnuancierte Installationsumgebung, die einfach von einem Smartphone oder Tablet aus konfiguriert und gesteuert werden kann.
Heute ist klar, dass AV over IP offiziell angekommen ist. Im letzten Jahr verzeichneten AV-over-IP-Installationen laut Futuresource Consulting einen jährlichen Anstieg von 138 %. Parallel dazu gingen die Installationen von AV-Matrix-Switches um 3,4 % zurück.
Futuresource prognostiziert eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von fast 65 % bis zum 2024, wenn die meisten Installationen standardmäßig auf einer AV-over-IP-Infrastruktur basieren werden.
Backbone-Architektur
IP-basiertes Switching hat viele Vorteile, der größte davon ist die Möglichkeit, ein virtuelles System auf einer bereits vorhandenen Backbone-Architektur aufzubauen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Kabelinfrastrukturen für kurze und lange Strecken zu schaffen, die je nach Anwendung recht kostspielig sein können.
Gestapelte Ethernet-Switches können einfach mit einem Hochgeschwindigkeits-Stack-Port erweitert werden. Switches können mehrfach und jederzeit gestapelt werden, wodurch die gesamte Infrastruktur einfach um einen leicht verfügbaren und kostengünstigen Ethernet-Switch erweitert werden kann.
Bei Verwendung eines herkömmlichen Matrixswitch-Backbones verlassen Sie sich auf die Fähigkeiten des Matrixswitches selbst, die beim Kauf bestimmt werden, und können nur bis zu seiner maximalen festen Größe oder bis zur maximalen Kartenanzahl eines modularen Chassis-basierten Modells erweitert werden. Daher wird Matrix-Switching zu einer Lösung mit fester Größe, die grundsätzlich in ihren Möglichkeiten zur einfachen Erweiterung eingeschränkt ist.
Maximale Systemgröße
Mit einer virtuellen Matrix von Quellen und Bildschirmen, die alle über ein Ethernet-Netzwerk verbunden sind, ist die Möglichkeit, die Anzahl von Quellen und Bildschirmen zu erhöhen, nahezu unbegrenzt. Wenn Sie über ein Netzwerk verfügen, das maximale Bandbreiten bewältigen kann, kann Ihre Matrix Hunderte von Quellen und Bildschirmen enthalten.
Ihre Portanzahl wird erheblich verbessert, da beispielsweise ein typisches Signal mit einer Auflösung von 1080p, das in einem 1Gig-Ethernet-Netzwerk transportiert wird, durchschnittlich etwa 250 Sender mit viel mehr Empfängern unterstützen kann. Der Grund dafür ist, dass nur die Sender viel Verkehr erzeugen und somit ausreichend Bandbreite benötigen.
Wenn Sie einen 1G-Ethernet-Switch verwenden, der mit einem 10G-Glasfaser-Stack-Port gestapelt ist, wobei jeder Port zwei Richtungen unterstützt, kann Ihr System 250 Sender mit 1.080p verarbeiten, mit einer typischen Bandbreitenanforderung von 80 Mbit/s (10.000 Mbit/s / 80 Mbit/s x 2 Richtungen). Bei 4K-Auflösungen sinkt diese Zahl auf 40 Sendereinheiten und wiederum mit viel mehr Empfängern, mit einer typischen Bandbreitenanforderung von 500 Mbit/s (10.000 Mbit/s/500 Mbit/s x 2 Richtungen).
Um 250 Quellen auf viel mehr Displays zu erweitern, wäre ein riesiger Matrix-Switch oder viele gestapelte Switches erforderlich, um diese Anzahl aufzunehmen, alle mit der erforderlichen Verkabelung, um sie alle miteinander zu verbinden.
Die meisten herkömmlichen Matrixswitches aus dem AV-Bereich sind viel kleiner dimensioniert und umfassen 4x4, 8x8, 16x16, 32x32 und 64x64.
Systemerweiterung
Es war noch nie einfacher, eine Matrix von Quellen und Bildschirmen auf einem AV-over-IP-System zu erweitern. Kostengünstige Ethernet-Switches werden einfach nach Bedarf gestapelt, um das Netzwerk zu erweitern.
Parallel dazu ist das Hinzufügen von weiteren Ports bei einem Matrixswitch sehr einfach, wenn dieser nicht vollständig bestückt ist. Ist dies allerdings der Fall, dann muss eine weitere Matrix dazu gekauft werden bzw. bei einem modularen System weitere Eingangskarten ergänzt werden. Darüber hinaus können Standalone-Matrixmodelle nicht erweitert werden.
Größere Entfernungen
AV-Systeme, die viele verschiedene Quellen und Bildschirme umfassen, erfordern oft einzigartige Platzierungen, da sich jede Quelle und jeder Bildschirm in verschiedenen Räumen, Gebäuden usw. befinden kann. AV-over-IP-Systeme ermöglichen den Anschluss von Quellen und Bildschirmen bis zu 100 m vom Ethernet-Switch entfernt und verteilte Ethernet-Switches können je nach gewünschter Entfernung mit verschiedenen Kabeltypen gestapelt werden. Somit können gestapelte Ethernet-Switches innerhalb der 100-m-Grenze jeder Quelle oder Anzeige verteilt werden.
Ethernet-Switches können mit CATx-Kabel bis zu 100 m, mit Multimode-Glasfaser bis zu 300 m oder mit Singlemode-Glasfaser sogar bis zu 80 km entfernt gestapelt werden. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Ethernet Switches in unterschiedlichen Gebäuden oder sogar unterschiedlichen Städten zu platzieren.
Noch besser: AV-Quellen, die H.264/H.265-Codecs mit 4K-Auflösung verwenden, können über das Internet kommunizieren und dabei wirklich weltumspannende Entfernungen unterstützen.
Mit einem herkömmlichen AV-Matrix-Switch haben Sie auch die Möglichkeit, Quellen und Bildschirme auf größere Distanzen zu betreiben, typischerweise bis zu 40 m, 70 m oder 100 m mit CATx-Verkabelung. Dies gelingt aber nur, wenn Sie Matrix-Switches verwenden, die mit HDBaseT-Technologie arbeiten oder zusätzliche Extender zum Einsatz kommen.
Flexibilität
Wenn es um flexibles Switching geht, glänzen AV-over-IP-Architekturen wirklich. Jeder Sender kann Inhalte an jeden Empfänger senden, indem er seine eindeutige IP-Adresse in einem Any-to-Any- sowie Any-to-All-Szenario verwendet. Non-Blocking Switching ist vollständig aktiviert, wenn ein einzelner Ethernet-Switch oder mehrere gestapelte Ethernet-Switches verwendet werden.
Herkömmliche Matrixswitches unterstützen auch Non-Blocking Switching bei Verwendung eines einzelnen Switches. Die meisten Matrixswitches unterstützen jedoch kein blockierungsfreies Umschalten zwischen mehreren Switches. Beispielsweise kann ein Sender auf einem herkömmlichen Matrixswitch nicht mit einem kompatiblen Empfänger auf einem anderen Matrixswitch verbunden werden, da es keine gemeinsame Switching-Plattform für beide Matrixswitches gibt.
Auflösung/Videobandbreite im Vergleich zu Komprimierungsanforderungen
Ein zu berücksichtigender Vorbehalt ist die Tatsache, dass AV over IP eine Videokomprimierung erfordert, wenn eine Verbindung über einen 1Gig-Ethernet-Switch hergestellt wird. Für die meisten Anwendungen ist dies kein Problem, da aktuelle Komprimierungstechnologien sehr effektiv sind und im Allgemeinen visuell verlustfreie Übertragungen unterstützen.
Bei Verwendung eines 10-Gigabit-Ethernet-Switch wird jedoch eine gewisse Komprimierung eliminiert. AV-over-IP-Systeme unterstützen unkomprimiertes Video in einem 10Gig-Netzwerk bis zu 4K/30 (4:4:4) sowie 4K/60 (4:2:0), was für viele der heutigen kommerziellen Broadcast-Anwendungen durchaus geeignet ist.
HDBaseT-Technologien unterstützen auch unkomprimiertes Video bis zu 4K/30 (4:4:4) oder 4K/60 (4:2:0). Für den aktuellen Goldstandard von 4K/60 (4:4:4), der entweder AV over IP in einem 10Gig-Netzwerk oder die Nutzung der HDBaseT-Technologie verwendet, erfordern beide eine leichte Videokomprimierung.
Zu den typischen Komprimierungsalgorithmen gehört Motion JPEG, eine aus JPEG-Bildern zusammengesetzte Videosequenz. JPEG2000 komprimiert 30 % mehr als M-JPEG. H.264 komprimiert 80 % mehr als M-JPEG und H.265 komprimiert 50 % mehr als H.264. Es gibt also Verbesserungen in der Kompressionstechnologie, die wahrscheinlich die Bedenken hinsichtlich der Kompression und ihrer Auswirkungen auf die Sehschärfe und Leistung beseitigen werden.
Heutzutage werden diese Komprimierungstechnologien von den meisten als visuell verlustfrei beim Betrachten von Videos angesehen. Angesichts des schnellen, oft erstaunlichen Aufstiegs technologischer Innovationen im Bereich des Internets der Dinge wird AV over IP zum Status quo der meisten kleinen und großen Implementierungen in der AV-Welt. Es ist flexibel und erweiterbar, eine Tatsache, die besonders beim Bau von Videowänden und Mosaiken wünschenswert ist.
Die Systemgröße ist nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt. Virtuelle Splitter- und Matrixanordnungen können einfach und ohne Hardwareanpassungen neu konfiguriert werden. Inhalte können sofort lokal, regional und sogar global bereitgestellt werden. Diese Arten von erweiterbaren Infrastrukturen sind praktisch und kostengünstig, da kabellastige Installationen über eine (häufig bereits vorhandene) Ethernet-LAN-Infrastruktur entfallen.
Die Möglichkeit, das gesamte System von überall mit einem Smart Device oder Tablet zentral zu verwalten, ist im Grunde das Sahnehäubchen auf einer sehr effektiven und sehr entgegenkommenden Technologie.
AV over IP oder kurz auch AVoIP benannte Technologie beschreibt auf einfacher Art und Weise die Bereitstellung von AV-Inhalten über ein Standard-Ethernet-Netzwerk, einschließlich Video, Audio, Peripheriegeräte und Steuersignalen.
AVoIP ermöglicht flexible Installationen, die sogar Ultra-HD-Qualität mit nahezu Null Latenz übertragen kann und zusätzlich ist diese Technologie noch relativ einfach zu integrieren und auch einfach zu bedienen. Aufgrund der Vielseitigkeit hat sich AV over IP schnell zum Industriestandard für AV-Installationen - sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich - entwickelt.
Einfach Aufbau eines AVoIP-Systems bestehent aus einem Decoder, einem Encoder und einem CAT-Kabel
Die Sprache der AVoIP-Welt
Chroma-Subsampling
Chroma oder Chroma-Subsampling bezeichnet in der AVoIP-Welt die Art und Weise, wie ein Codec Bilder und Videos kodiert. Es wird mit drei Zahlen wiedergegeben. 4:4:4 wäre ein Beispiel. Die erste Zahl ist die horizontale Sampling-Referenz, die zweite die Zahl der Chrominanz und die letzte die Zahl der Änderungen in den Chroma-Samples. Je höher die Zahl, desto komplexer und desto mehr Bandbreite wird benötigt. Niedrigere Zahlen korrelieren direkt mit einer geringeren Bandbreite.
Weitere Infos dazu unter 500-50-004 Thema: Was ist Chroma Subsampling?
Auflösung
Die Auflösung ist die Größe des gesendeten Bildes. Sie wird in Begriffen wie HD, 4K oder 1920 x 1080 ausgedrückt. Dabei handelt es sich um die Anzahl der Pixel, die im Video- oder Grafikbild vorhanden sind. Wie bei der Farbsättigung gilt: Je höher die Zahl, desto mehr Bandbreite ist erforderlich.
Aktualisierungsrate
Die Bildwiederholrate gibt an, wie oft pro Sekunde das Bild auf einem Bildschirm dargestellt wird. Sie wird durch Werte wie 24, 60 oder 120 Hz angegeben. Ähnlich wie bei Farbsättigung und Auflösung gilt: Je höher die Zahl, desto mehr Bandbreite ist erforderlich. Höhere Zahlen sind normalerweise mit einer höheren Bildqualität verbunden.
CODECS
AV/IP-Geräte umfassen verschiedene Codecs zur Verarbeitung von Video und Audio. Zu den Standard-Videocodecs gehören H.264, auch bekannt als MPEG-4 AVC (Advanced Video Coding), und High-Efficiency Video Coding (HEVC), H.265, das eine bessere Qualität bei niedrigeren Bitraten als H.264 bietet. SDVoE, Software Defined Video over Ethernet, ist ein offener Standard, der von einer Vielzahl von Herstellern verwendet wird und 10G-Netzwerke nutzt, um mehrere 4K-HDR-Videostreams anbieten zu können.
Viele AV-Hersteller verwenden proprietäre Codecs, um qualitativ hochwertige Videos mit geringer Latenz zu liefern. Sie sind dann nicht zu anderen Standards kompatibel. AV-over-IP-Lösungen auf Basis offener Standards können u.U. mit Produkten anderer Anbieter kombiniert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass man in den meisten Fällen Encoder und Decoder vom selben Hersteller kaufen muss, selbst wenn bei zwei verschiedenen Herstellern derselbe Codec angegeben wird.
Bei den meisten Lösungen kann Audio unabhängig von Videosignalen übertragen werden. Zu den beliebtesten Audiocodecs gehören AES67, der Standard der Audio Engineering Society für Audio über IP und Dante, eine weit verbreitete proprietäre Audiospezifikation mit geringer Latenz und hoher Qualität.
Mehr Infos zu Dante findest Du im Beitrag „Was ist Dante“, 500-50-010
AV over IP • Größe - Erweiterung - Entfernung - Flexibilität
Es gibt bei AV over IP praktisch keine Entfernungsbeschränkungen, was es bequem und kostengünstig macht. Verlustfreie Videoauflösungen und extrem niedrige Latenzzeiten verbessern die Leistung. Integratoren können vorhandene Netzwerkinfrastrukturen nutzen, zusätzliche Ports nach Bedarf ergänzen und übermäßige Verlängerungskabel eliminieren. All dies sorgt für eine kostengünstige und hochnuancierte Installationsumgebung, die einfach von einem Smartphone oder Tablet aus konfiguriert und gesteuert werden kann.
IP-basiertes Switching hat viele Vorteile, der größte davon ist die Möglichkeit, ein virtuelles System auf einer bereits vorhandenen Backbone-Architektur aufzubauen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Kabelinfrastrukturen für kurze und lange Strecken zu schaffen, die je nach Anwendung recht kostspielig sein können.
Gestapelte Ethernet-Switches können mit einem Hochgeschwindigkeits-Stack-Port erweitert werden. Switches können mehrfach und jederzeit gestapelt werden, wodurch die gesamte Infrastruktur um einen leicht verfügbaren und kostengünstigen Ethernet-Switch erweitert werden kann.
Maximale Systemgröße
Mit einer virtuellen Matrix von AV-Quellen und Video-Displays/Beamer (Senken), die alle über ein Ethernet-Netzwerk verbunden sind, ist die Möglichkeit, die Anzahl von Quellen und Senken zu erhöhen, nahezu unbegrenzt. Wenn man über ein Netzwerk verfügt, das maximale Bandbreiten bewältigen kann, kann eine Matrix Hunderte von Quellen und Senken enthalten. Ihre Portanzahl wird erheblich verbessert, da beispielsweise ein typisches Signal mit einer Auflösung von 1.080p, das in einem 1G Ethernet-Netzwerk transportiert wird, durchschnittlich etwa 250 Sender mit viel mehr Empfängern unterstützen kann. Der Grund dafür ist, dass nur die Sender viel Verkehr erzeugen und somit ausreichend Bandbreite benötigen.
Einfachste Systemerweiterung
Es war auch noch nie einfacher, Quellen und Senken in einem AV-Projekt zu erweitern. Ethernet-Switches werden einfach nach Bedarf gestapelt, um das Netzwerk zu erweitern. Im Gegensatz dazu ist das Hinzufügen von weiteren Ein- bzw. Ausgängen bei einer Video-Matrix auch sehr einfach, wenn diese noch nicht vollständig belegt ist. Ist dies allerdings der Fall, dann muss eine weitere Video-Matrix erworben werden bzw. bei einem modularen Matrix-System weitere Ein-/Ausgangskarten ergänzt werden. Vollbelegte Stand-Alone-Matrixmodelle können leider gar nicht erweitert werden.
Größere Entfernungen
AV-Systeme, die viele verschiedene Quellen und Senken umfassen, erfordern oft einzigartige Platzierungen, da sich jede Quelle und jede Senke in verschiedenen Räumen, Gebäuden usw. befinden kann. AV over IP-Systeme ermöglichen den Anschluss von Quellen und Senken bis zu 100 m vom Ethernet-Switch entfernt. Verteilte Ethernet-Switches können je nach gewünschter Entfernung mit verschiedenen Kabeltypen gestapelt werden.
Ethernet-Switches können mit CATx-Kabel bis zu 100 m, mit Multimode-Glasfaser bis zu 300 m oder mit Singlemode-Glasfaser sogar bis zu 80 km entfernt gestapelt werden. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Ethernet Switches in unterschiedlichen Gebäuden oder sogar unterschiedlichen Städten zu platzieren.
AV-Quellen, die H.264/H.265-Codecs mit 4K-Auflösung verwenden, können über das Internet kommunizieren und dabei wirklich sehr große Entfernungen unterstützen. Dies gelingt auch mit einer klassischen Video-Matrix, allerdings nur mit Modellen, die mit HDBaseT-Technologie arbeiten oder zusätzliche AV-Extender zum Einsatz kommen.
Die Anpassungsfähigkeit ermöglicht es Integratoren, Systeme Port für Port zu erweitern, wobei die Systemgröße nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt ist. Virtuelle Infrastrukturen können erstellt und neu angeordnet werden, wobei die Signalübertragung Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Multipunkt- und Multipunkt-zu-Multipunkt-Konfigurationen erfolgen kann.
Flexibilität
Wenn es um flexibles Switching geht, glänzen AV over IP-Architekturen besonders. Jeder Sender kann Inhalte an jeden Empfänger senden, indem er seine eindeutige IP-Adresse in einem Any-to-Any- sowie Any-to-All-Szenario verwendet. Non-Blocking Switching ist vollständig aktiviert, wenn ein einzelner Ethernet-Switch oder mehrere gestapelte Ethernet-Switches verwendet werden. Der Begriff Non-Blocking steht für die Eigenschaft eines Switches, dass dieser genügend Bandbreite hat, um an allen Ports die jeweils maximal mögliche Datenübertragungsrate bereitzustellen.
AV over IP für jedes Budget und jede Applikation
Anders als bei klassischen AV-Signalverteilungen lassen sich mit AV over IP auch direkt Steuerbefehle und KVM-Funktionen sowie USB-Features übertragen. Dies macht AV over IP somit auch für Industrie-Anwendungen wie Kontrollräume hochinteressant. Aber auch Digital-Signage-Projekte profitieren von der Skalierbarkeit von AV over IP. Konferenzräume können einfach miteinander vernetzt und schnell mit Lösungen für Videotelefonie und Bildwiedergabe ausgestattet werden. Für Videowalls oder Multiscreen-Anwendungen lassen sich über entsprechende Decoder Bilder kosteneffizient über die Kontrollsoftware passend verteilen.
Auch die herkömmliche Video-Matrix bietet beispielsweise mit HDBaseT das mögliche Nutzen von vorhandenen IT-Strukturen – Netzwerkkabel und Steckverbindungen –, bleibt aber dabei jedoch immer eine proprietäre Punkt-zu-Punkt-Lösungen. Man könnte zwar mit einer Video-Matrix eine AV-Verteilung mit zusätzlicher Hilfe von Switches und Splittern aufbauen, aber man ist immer in der Anzahl der Ein- und Ausgänge der genutzten Hardware gebunden. Bei AV over IP-Systemen kann man hingegen die offenen Standards nutzen und zwei Switches miteinander über einen geeigneten Backbone (Verbindung zwischen zwei Netzen, z. B. zwei Switches) verbinden, um weitere Ein- und Ausgänge zu schaffen.
Je nach Hersteller fungieren separate Transmitter und Receiver als Endpunkte oder Geräte, die beides in sich vereinen und je nach Bedarf software- oder hardwareseitig umgeschaltet werden können. Da sich Standard-Netzwerke auch für die AV-Distribution nutzen lassen, gibt es viele neue Möglichkeiten, um z. B. auf vorhandene IT-Infrastruktur aufbauen oder bei neuen Projekten auf bewährte IT-Systeme zurückgreifen zu können, mit der sowohl die benötigte IT-Infrastruktur als auch die AV-Distribution abgebildet werden kann. Ganz klarer Vorteil hierbei: Im Prinzip hat man nun die Möglichkeit, jederzeit und überall einen Transmitter oder Receiver dort integrieren zu können, wo auch ein Netzwerkanschluss existiert. Zudem ermöglicht AV over IP eine theoretisch unendliche Skalierbarkeit, die allein durch die vorhandene oder geplante IT-Infrastruktur oder zu schmale Backbones begrenzt wird. AV over IP stellt für jedes Budget, jede Applikation und jeden Anspruch eine Lösung bereit. So werden auch unterschiedliche Komprimierungsformate angeboten: H265 und JPEG 2000.
H.264/5 und JPEG 2000 für ein 1G oder 10G-Netz?
Falls auf eine bestehende IT-Infrastruktur zurückgegriffen werden soll, kann diese nur begrenzt vom AV over IP System genutzt werden. Es steht natürlich nicht die volle Bandbreite zur Verfügung, da das vorhandene Netz ja auch von der IT genutzt wird. Dann greift man auf ein AV over IP-System zurück, dass ein stark komprimierten H265-Codec (wird auch manchmal HEVC benannt) nutzt, der aufgrund seiner Eigenschaften höhere Latenz und eine leicht geringere Bildqualität liefert.
Der H264 bzw. der Nachfolger H265-Codec ist auf geringere Bandbreiten hin optimiert und dient auch als Standard für Blu-Ray Discs oder auch HDTV. Zusätzlich haben solche AV over IP-Systeme den Vorteil, dass sie kostengünstig angeboten werden.
Steht allerdings im Gegensatz dazu nun ein eigenes Netzwerk zur Verfügung bzw. die noch nutzbare Bandbreite ist deutlich größer als im vorangegangenen Beispiel, dann kann auch ein AV over IP-System mit dem JPEG-2000-Codec zum Einsatz kommen. Kompressionsartefakte treten bei diesem Format erst bei hoher Bildkompression auf. JPEG-2000 AV over IP-Systeme können in preiswerten 1G Netzwerken zum Einsatz kommen. Die verfügbare Hardware ist noch günstig zu haben und ist relativ einfach zu installieren. Ein JPEG-2000-Codec ist auf geringe Latenzen optimiert.
Wer allerdings keine Kompromisse bei der Bildqualität eingehen, zeitkritische Anwendungen nutzen möchte (keine Latenzen in Kauf nehmen möchte) sowie keine sichtbare Kompression wünscht, der wird erst mit einem 10G Netzwerk auf der absolut sicheren Seite sein.
Wie man sich auch letztendlich entscheidet, wer ein AV over IP-System aufbauen möchte, benötigt Kenntnisse sowohl aus der AV-Technik also auch Kenntnisse über IT-Netze. Neben AV-Integratoren sollte man bei AV over IP je nach Produkt auch einen Netzwerk-Spezialisten an Board haben.
So benötigen einige Lösungen Layer-3-fähige Switches, die auch IGMP (Internet Group Management Protocol) unterstützen. IGMP ist erforderlich, damit Video Streams, die mehrere Ausgabegeräte gleichzeitig versorgen sollen, nur einmal übertragen werden. Dies reduziert die benötigte Bandbreite erheblich.
Auch Power over Ethernet (PoE) als Spannungsversorgung für Netzwerkgeräte kann in vielen Projekten helfen, da Endgeräte hier über das Netzwerkkabel mit Strom versorgt werden. Üblicherweise können Netzwerkkabel eine Distanz von etwa 100 m überwinden. Bei Verwendung von Glasfasernetzen sind mit Multimode-Leitungen bis zu 600 m und mit Singlemode-Leitungen auch mehrere Kilometer Entfernung möglich.
Ethernet-Netze werden üblicherweise in Sterntopologie errichtet. Alle Endgeräte sind hierbei mit jeweils eigener Leitung zum Switch verkabelt. Manche Systeme erlauben aber auch eine Daisy-Chain-Verkabelung, also ein Durchschleifen, in vordefinierten Grenzen.
Die AV over IP-Betriebsarten
Eins-zu-Eins Betriebsart – Extender-Betriebsart
Eins-zu-n-Betriebsart – Splitter-Betriebsart
n-zu-m-Betriebsart – Matrix-Betriebsart
Das Zusammenspiel von Daten, Bandbreite und Latenz
Hier stellt man schnell fest, dass die Datenübertragung über eine IT-Netzwerkinfrastruktur den primären Differenzierungsfaktor für AV-over-IP-Systeme darstellt. Sobald alle Audio-, Video- und Steuersignale in einer AV-over-IP-Konfiguration in das IP-basierte Netzwerk integriert sind, werden sie in den Internet Protocol (IP)-Datenstandard formatiert und in digitale Pakete umgewandelt.
Stellen wir uns nun vor, dass diese Datenpakete nicht über herkömmliche Routen, sondern über eine digitale Autobahn durch das Netzwerk reisen, dann ist die Bandbreite so etwas wie die Fähigkeit, reibungslos zu reisen. In einem AV-over-IP-System ist eine ausreichende Bandbreite entscheidend, um Inhalte in hervorragender Optik und tollem Klang ohne Unterbrechungen oder Verzögerungen zu erhalten.
Um ein effizient funktionierendes AVoIP-System mit einer Vielzahl von Quellen und Endpunkten zu gewährleisten, umfasst die Optimierung der Bandbreite normalerweise die Implementierung einiger Strategien, wie etwa Video- und Audiokomprimierung zur Wahrung der AV-Wiedergabetreue, die Anpassung von Auflösung und Bildrate für eine effektive Bereitstellung von Inhalten und die Priorisierung kritischer Datenströme über die Netzwerkeinstellungen.
Viele dieser Strategien tragen dazu bei, die Latenz zu reduzieren und auf ein Minimum zu beschränken. Latenz bezeichnet die Verzögerung zwischen der Übertragung von AV-Daten von einer Quelle bis zu ihrer Anzeige auf einem Ausgabegerät. Man kann sich das als eine Art AV-Verzögerung vorstellen, die zu Synchronisierungsproblemen und einem deutlich weniger nahtlosen Benutzererlebnis führt.
Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung der Latenz besteht darin, IP-Switches und alle Geräte in der Netzwerkinfrastruktur so zu konfigurieren, dass sie für schnelle Verarbeitungsfunktionen optimiert sind, die Streaming-Qualität zu verbessern und Firmware/Software ständig zu aktualisieren.
Gewährleistung der Netzwerksicherheit
Die Umstellung von festverdrahteten zu IP-basierten AV-Systemen wird manchmal als größeres Netzwerksicherheitsrisiko angesehen. Aber keine Angst: Mit mehr Flexibilität und modernen Optionen können bewährte und bekannte Methoden und Vorgehensweisen vertrauliche Daten schützen und unbefugten Zugriff verhindern.
Zu den wichtigsten bewährten Sicherheitspraktiken gehören die Verwendung von Verschlüsselungsprotokollen zur Gewährleistung einer sicheren Datenübertragung, die Implementierung von Zugriffskontrollmechanismen wie Authentifizierung mit Benutzernamen/Passwörtern oder Biometrie, der Einsatz von Firewalls und Intrusion Detection-Systemen zum Schutz des Netzwerks sowie die Durchführung regelmäßiger Sicherheitsprüfungen, Firmware-Updates und Patches, um die Systemintegrität aufrechtzuerhalten und IT-Sicherheitsstandards einzuhalten.
Vorteile der AVoIP-Technik
- Ein AVoIP-System ist nicht beschränkt durch die Anzahl der Ein- und Ausgänge
- Eine Port-Erweiterung ist jederzeit ohne Probleme möglich
- AVoIP Systeme sind einfach, preiswert und mit deutlich weniger Aufwand zu installieren
- Sie bieten generell eine höhere Audio- und Videoqualität
- Sie sind digital und damit unglaublich schnell
- Es gibt Systeme für jedes Budget und jede Anwendung
Nachteile der AVoIP-Technik
- Die IP-basierte Übertragung erfordert eine Umstellung der Denk- und Arbeitsweise bei der Planung und der Installation
- Für die Installation und Planung sollten neben AV-Kenntnisse auch Kenntnisse über IT-Netzwerke vorhanden sein
Der Einfluss des Netzwerk-Switches auf das AV over IP-System
Der verwendete Netzwerk-Switch spielt eine wesentliche Rolle im gesamten AV over IP-System. Ein Exkurs an dieser Stelle in die Netzwerktechnik würde diesen Artikel sprengen. Wir empfehlen deshalb generell folgendes Vorgehen:
- Nur Netzwerk-Switche nutzen, die herstellerseitig schon AV over IP unterstützen können!
- Komplett vorkonfigurierte Switche verwenden (AVPro Edge, Niveo Professional, Netgear), denn sie bieten eine einfache und nahtlose Integration in AV-Systeme mit Zero-Touch-Installation „out of the box“!
Weitere und detailliertere Informationen zum Netzwerk-Switch und dem Zusammenspiel mit einem AVoIP-System findet man im Artikel „Netzwerk-Switche und AVoIP“, 500-50-009
Tipps für ein AVoIP Netzwerk-Design
- Nur AVoIP gekennzeichnete oder dafür explizit geeignete Netzwerk-Switche verenden
- Finde heraus, welches die wichtigsten Anforderungen für das zu realisierende Projekt sind (AV-Qualität, Latenz)
- Finde dazu Komponenten, die auch den Anforderungen gerecht werden und baue Reserven ein
- Nutze VLANs
- Vergiss nicht, alle Ports eines Netzwerk-Switches sind Voll-Duplex – Daten können sowohl gesendet als auch empfangen werden, ohne die Bandbreite aufteilen zu müssen
- QoS ist nicht die Lösung! Wenn das Netzwerk nicht richtig entworfen wurde und es zu Engpässen kommt, kann auch QoS nichts mehr richten
- AVoIP-System immer unter dem Aspekt der Skalierbarkeit planen
- Erstelle ein dediziertes AV-Netzwerk für höchste Leistungen und niedrigste Latenz
- Verwende Qualitäts-Produkte
Schematischer Aufbau eines AVoIP-Systems
Ab wann lohnt sich AV over IP?
AVoIP ist aufgrund der Integration in die vorhandene IT-Infrastruktur kostengünstiger als traditionelle AV-Technik. Doch die Kosteneinsparung hängt davon ab, wie viele Endgeräte installiert werden. Die herkömmliche AV-Technik erfordert bei einer hohen Anzahl an Endgeräten viele unterschiedliche Anschlüsse und einen hohen Verkabelungsaufwand. Hinzu kommen kostspielige Matrix-Switches. Verglichen damit ist ein Netzwerk-Switch leichter skalierbar und kostengünstiger. Daher gilt: Je größer die Umgebung ist und je mehr Endgeräte eingesetzt werden, umso effektiver ist AV over IP!
Fazit
Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass die Grenze zwischen AV und IT mit der Zeit aufgehoben und die AV-Technik mehr ein Teil der IT-Welt wird. Jedoch erfordert diese Integration auch eine Umstellung der bisherigen Herangehensweise bei Planung und Entwicklung. Somit können AV und IT nicht mehr als eigenständige Welten angesehen werden.
Beispiele
AV over IP ist ein schnell wachsender Markt
Zu den Treibern gehört der Bedarf an Lösungen, die eine 10GB-Videoverteilung unterstützen und echtes 4K sowie High Definition Range (HDR) ohne Kompromisse liefern können. Außerdem werden die Endnutzerkosten gesenkt und das Erstellen von Netzwerken wird schneller und einfacher. Es gibt weitaus mehr Innovationspotenzial, da IP-basiertes Pro AV für ein weitaus breiteres Publikum verfügbar – und erschwinglich – wird.
Der traditionelle AV-Markt wird durch AVoIP „beeinflusst“ und „Software Defined Video over Ethernet“ (kurz SDVoE) spielt dabei eine Hauptrolle. Warum haben die IP-Innovationen im Videobereich nicht schon früher Fuß gefasst wenn man bedenkt, wie etabliert IP in anderen Branchen ist? Die Antwort ist ganz einfach, es mussten einige Hindernisse überwunden werden beispielweise die notwendige Komprimierung, eine Standardisierung, die resultierenden Preise für den Nutzer sowie ein genereller Mangel an Netzwerken, die bereits in der Lage sind, hochwertiges AVoIP übertragen zu können.
Durch den extrem schnellen Feldzug der AVoIP-Technik sind durch die verschiedensten Hersteller auch verschiedene AVoIP-Entwicklungsansätze realisiert worden, die letztendlich zu Chaos und zu einem Mischmasch von IP-Produkten geführt haben.
Da AV-Anwendungen jedoch immer komplexer, vielfältiger und anspruchsvoller werden, ist die Überwindung dieser Barrieren von entscheidender Bedeutung: Die alte Welt der Punkt-zu-Punkt- oder leitungsbasierten Matrix-Switches ist einfach nicht mehr zweckdienlich für eine Branche, in der Flexibilität, Skalierbarkeit, Latenzfreiheit und hohe Geschwindigkeit nicht verhandelbare Anforderungen sind.
Mit SDVoE werden diese Probleme beseitigt und damit die Grundlage für eine flexible, skalierbare, durchgängige und leistungsstarke AV-Verteilung geschaffen. Darüber hinaus etabliert SDVoE ein universelles, auf Standards basierendes Framework, das eine nahtlose Interoperabilität zwischen Standardprodukten verschiedener Anbieter gewährleistet, die sich in AV-Netzwerke integrieren lassen und die nach Bedarf erweitert werden können.
SDVoE basierte AVoIP
Schauen wir uns AVoIP mal genauer an. Aufgrund der vorgegebenen Ethernet-Natur entfällt die Notwendigkeit einer Komprimierung. Dies stellt eine grundlegende Veränderung im Vergleich zu früheren Ansätzen dar, AV über proprietäre (nur mit einem herstellereigenem Computermodell einsetzbare) Methoden zu liefern, bei denen eine Komprimierung unvermeidlich war und sowohl die Bildqualität als auch die Bereitstellung beeinträchtigte.
Nur AVoIP kann 4K/60-Videos über Standard-Ethernet-Hardware und High Dynamic Range (HDR) übertragen und viele andere weniger anspruchsvolle Formate unterstützen. Die Latenz ist in den meisten Fällen nahezu null und dass mit minimalen Anforderungen an eine IGMP-fähige Netzwerkinfrastruktur. Da Ethernet zusätzlich alle Datenpakete gleich behandelt – Eingang oder Ausgang – ist der verwendete Codec oder die verwendete Komprimierung irrelevant.
Die Übertragung im Backend dauert nur eine Mikrosekunde (wir sprechen von zwei Tausendstel einer Millisekunde). Wenn Sie einen AVoIP, SDVoE-zertifizierten Switch verwenden, liegt der Preis pro Port schließlich im Vergleich zu herkömmlichen AV-Systemen wie beispielsweise einem HDBase-T-Switcher, was bedeutet, dass Pro AV-Nutzer viel mehr für ihr Geld bekommen.
Neben der cleveren Technologie ist auch der offene Ansatz der SDVoE-Allianz sehr wichtig. Eine globale API bedeutet, dass dies nicht nur für große Player gilt: Kleinere Unternehmen können SDVoE-Standards nutzen, um beispielsweise Lösungen für kleine und mittelständige Unternehmen oder andere kleine Nischen zu entwickeln.
Für Endbenutzer bedeuten SDVoE-Produkte eine nahtlose Konnektivität aller Komponenten in einem Pro AV-Netzwerk: Digital Signage, 4K-Kameras, 4K-Server, Blu-Ray-Player, Kabel- und Satellitenboxen sowie Laptops.
AV-Systeme werden nicht mehr nur von einem Anbieter abhängig, sondern können auch einfacher geändert oder erweitert werden, sind flexibler und müssen sich nicht mehr auf komplizierte Konfigurationen festlegen, deren Änderung teuer und komplex ist.
Die SDVoE-Allianz (Quelle: www.sdvoe.org)
Die SDVoE Alliance ist ein gemeinnütziges Konsortium von Technologieanbietern, um die Einführung von Ethernet zur Übertragung von AV-Signalen in professionellen AV-Umgebungen zu standardisieren und ein Ecosystem rund um die SDVoE-Technologie zu schaffen.
Dieses Bündnis hat die folgenden Aufgaben:
1. Standardisierte Einführung von Ethernet zur Übertragung von AV-Signalen in professionellen AV-Umgebungen.
2. Eine Hardware-/Softwareplattform bieten, die besser auf die Bedürfnisse der Nutzer zugeschnitten ist.
3. Eine Systemarchitektur, die flexibler, zuverlässiger und kostengünstiger ist als eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung und Matrix-Switcher.
4. Eine echte AV/IT-Konvergenz, die eine gemeinsame Nutzung der AV- und Datennetzwerke in einer einzigen Infrastruktur ermöglicht.
5. Gerätehersteller, Softwareentwickler, Chipsatzdesigner und Systemintegratoren unter einem Dach zusammenzuführen, um die gemeinsame Zusammenarbeit zu fördern
6. Auf neue Möglichkeiten und Technologien aufmerksam machen, und das durch Aufklärung und Schulung innerhalb der Branche.
Eine Full-Stack-Lösung für AVoIP
SDVoE ist die einzige Standardtechnologie, die eine „Full-Stack-Lösung“ bietet. Andere Technologien bieten nur Teile einer Lösung – wie man Bits über eine Leitung verschiebt oder wie man mit Timing-Fehlern in einem Netzwerk umgeht. Jedes dieser Puzzleteile ist wichtig, aber ohne SDVoE müssen Hersteller und Anwender Lösungen aus vielen Teilen zusammenschustern. SDVoE adressiert den gesamten 7-Schichten OSI-Stack und bietet Lösungen auf jeder Schicht.
SDVoE Session Management behandelt, wie der SDVoE-Controller Probleme verwaltet, z. B. welches Gerät an welcher Multicast-Adresse sendet, wer verschiedene Audio- und Video-Feeds abonniert hat und wohin IR- und COM-Steuersignale geleitet werden.
SDVoE Adaptive Clock Resynchronization ist die Art und Weise, wie SDVoE-Geräte HDMI-Audio- und -Videosignale codieren und decodieren. Diese Technologie wandelt diese Signale in und zurück von Netzwerkströmen für die unteren Schichten um.
Die SDVoE-API passt technisch in Schicht 7, dient aber wirklich als Schnittstelle zwischen der Anwendungsschicht und allem darunter. Die SDVoE-API ermöglicht es Herstellern, Entwicklern und Systemintegratoren, ihrer Kreativität freien Lauf zu lassen, um traditionelle AV-Anwendungsfälle neue zu erfinden, die ohne die SDVoE-Plattform noch nicht erdacht oder sogar möglich wären.
Die SDVoE-Technologie schafft eine flexible Hardware- und Softwareplattform, die viele Anwendungen ermöglichen kann, einschließlich Matrix-Switches, KVM-Switches, Videowand-Controller und Multiview-Bildprozessoren. Es kann auch in Quellen und Displays integriert werden, die alle netzwerkfähig sind. Aber darüber hinaus ebnet die SDVoE-Technologie den Weg für die Schaffung ganz neuer Anwendungen.
Da die AV-Branche unweigerlich zu AV-over-IP-Lösungen übergeht, werden einfache AV-Umschaltung und Signalverteilung durch die ultimative Bit-Moving-Technologie – Ethernet – standardisiert.
Echte AV/IT-Konvergenz nur bei 10G?
Der wahre Kundennutzen der AV/IT-Konvergenz liegt in der Vereinfachung der Infrastruktur. Die Installation, Verwaltung und Wartung eines einzigen Netzwerks hat enorme Auswirkungen auf die Gesamtbetriebskosten eines Systems. Heutige 1G-Netzwerke verfügen nicht über ausreichend Bandbreite, um eine echte Konvergenz von IT- und AV-Systemen zu ermöglichen und gleichzeitig die Videoqualität mit tolerierbarer Latenz aufrechtzuerhalten.
Natürlich kann dem AV-Netzwerkverkehr Priorität eingeräumt werden, aber dies führt zu einer unerwünschte IT-Nutzererfahrung (langsame Dateiübertragungszeiten und nicht reagierende Browser). In ähnlicher Weise führt die Priorisierung des IT-Datenverkehrs zu einer schlechten und unvorhersehbaren Videoqualität aufgrund der Notwendigkeit einer starken Komprimierung und der Auswirkungen von stoßweisem IT-Datenverkehr zu ungünstigen Zeiten. Eine höhere Komprimierung führt auch zu einer höheren Latenz. Diese Herausforderungen werden durch die Einführung von Videos mit höherer Auflösung wie 4K weiter verschärft.
Parallele Netzwerke sind nicht die Lösung
Die meisten IT-Abteilungen werden einfach nicht zulassen, dass mehrere AV-Sender, die Hunderte von Megabit pro Stream verbrauchen, zu bestehenden IT-Systemen hinzugefügt werden, die über ein 1G-Netzwerk laufen – und das aus gutem Grund! Die Benutzer des IT-Netzwerks erwarten, dass ihnen fast die gesamte Bandbreite von 1G für Dateidownloads, Zusammenarbeit und sogar PC- und mobiles Videostreaming zur Verfügung steht.
Wenn das AV-System anfängt, den größten Teil dieser Bandbreite zu verbrauchen, wird das IT-Erlebnis erheblich beeinträchtigt. Einige Hersteller, die die Vorteile von 1G-Netzwerken anpreisen, entwickeln Produkte, die 990 Mbit/s verbrauchen – das sind 99 % der gesamten Netzwerkbandbreite, die einem einzelnen Videostream gewidmet sind. Kein Wunder, dass Konvergenz mit diesen Systemen nicht erreichbar ist.
Integratoren, IT-Systemadministratoren und sogar Hersteller von 1Gbit/s-Videoprodukten haben dies bereits erkannt, sodass die Standardpraxis darin besteht, zwei parallele Netzwerke zu erstellen. Neben dem bereits bestehenden 1G-IT-Datennetz wird ein physisch unabhängiges 1G-Netzwerk aufgebaut, das ausschließlich dem AV-Datenverkehr gewidmet ist. Dadurch wird das Ziel der Konvergenz vollständig aber auch einige der Kostenvorteile, die mit vernetztem AV verbunden sind, zunichte gemacht.
Ja, echte AV- und IT-Konvergenz nur mit 10G!
Angesichts des schnellen Wachstums und der Bereitstellung von 10-Gigabit-Ethernet-Infrastrukturen und -Produkten sowie ihrer ständig sinkenden Kosten ist ein Upgrade auf ein 10G-Datennetzwerk die effektivste Methode, um die Netzwerkkapazität zu erhöhen. Mit dieser Netzwerkklasse kann HDMI-Video mit wenig bis gar keiner Komprimierung übertragen werden, und volle 1G (oder mehr) können für IT-Netzwerkanforderungen bereitgestellt werden.
Das IT-Nutzererlebnis bleibt durch das Hinzufügen von AV-Netzwerkgeräten völlig unbeeinflusst, während keine Komprimierung keine Latenz und keine Beeinträchtigung der Bildqualität bedeutet. Basierend auf grundlegenden Ethernet-Technologien können 10G-Geräte mit einem bestehenden 1G-Netzwerk verbunden werden, sodass die vorhandene 1G-Infrastruktur wie gewohnt funktioniert, während die 10G-Erweiterung nur dort benötigt wird, wo Kapazität für qualitativ hochwertiges Video benötigt wird.
Von Grund auf darauf ausgelegt, die Vorteile der 10G-Infrastruktur voll auszuschöpfen, kann nur die SDVoE-Technologie echte AV/IT-Konvergenz mit der für professionelle AV-Anwendungen erforderlichen Latenz von null Millisekunden und makelloser Bildqualität liefern.
Warum AVoIP die AV-Matrix ablösen wird!
AV over IP beschreibt einfach die Bereitstellung von AV-Inhalten über ein Standard-Ethernet-Netzwerk, einschließlich 4K/60-Video, Audio, Peripheriegeräten und Steuersignalen.
Es bietet flexible Installationen, die sogar Ultra-HD-Qualität mit nahezu Null Latenz übertragen kann und zusätzlich ist es noch relativ einfach zu integrieren und auch einfach zu bedienen.
Aufgrund der Vielseitigkeit hat sich AV over IP schnell zum Industriestandard für AV-Installationen - sowohl im gewerblichen als auch im privaten Bereich - entwickelt. Die Anpassungsfähigkeit ermöglicht es Integratoren, Systeme Port für Port zu erweitern, wobei die Systemgröße nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt ist.
Virtuelle Infrastrukturen können erstellt und neu angeordnet werden, wobei die Signalübertragung Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Multipunkt- und Multipunkt-zu-Multipunkt-Konfigurationen zugewiesen wird.
Es gibt praktisch keine Entfernungsbeschränkungen, was es bequem und kostengünstig macht, AV im ganzen Haus/Gebäude oder auf der ganzen Welt zu verbinden und darauf zuzugreifen.
Verlustfreie Videoauflösungen und extrem niedrige Latenzzeiten verbessern die Leistung. Integratoren können vorhandene Netzwerkinfrastrukturen nutzen, für zusätzliche Ports nach Bedarf bezahlen und übermäßige Verlängerungskabel eliminieren.
All dies sorgt für eine kostengünstige und hochnuancierte Installationsumgebung, die einfach von einem Smartphone oder Tablet aus konfiguriert und gesteuert werden kann.
Heute ist klar, dass AV over IP offiziell angekommen ist. Im letzten Jahr verzeichneten AV-over-IP-Installationen laut Futuresource Consulting einen jährlichen Anstieg von 138 %. Parallel dazu gingen die Installationen von AV-Matrix-Switches um 3,4 % zurück.
Futuresource prognostiziert eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von fast 65 % bis zum 2024, wenn die meisten Installationen standardmäßig auf einer AV-over-IP-Infrastruktur basieren werden.
Backbone-Architektur
IP-basiertes Switching hat viele Vorteile, der größte davon ist die Möglichkeit, ein virtuelles System auf einer bereits vorhandenen Backbone-Architektur aufzubauen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, Kabelinfrastrukturen für kurze und lange Strecken zu schaffen, die je nach Anwendung recht kostspielig sein können.
Gestapelte Ethernet-Switches können einfach mit einem Hochgeschwindigkeits-Stack-Port erweitert werden. Switches können mehrfach und jederzeit gestapelt werden, wodurch die gesamte Infrastruktur einfach um einen leicht verfügbaren und kostengünstigen Ethernet-Switch erweitert werden kann.
Bei Verwendung eines herkömmlichen Matrixswitch-Backbones verlassen Sie sich auf die Fähigkeiten des Matrixswitches selbst, die beim Kauf bestimmt werden, und können nur bis zu seiner maximalen festen Größe oder bis zur maximalen Kartenanzahl eines modularen Chassis-basierten Modells erweitert werden. Daher wird Matrix-Switching zu einer Lösung mit fester Größe, die grundsätzlich in ihren Möglichkeiten zur einfachen Erweiterung eingeschränkt ist.
Maximale Systemgröße
Mit einer virtuellen Matrix von Quellen und Bildschirmen, die alle über ein Ethernet-Netzwerk verbunden sind, ist die Möglichkeit, die Anzahl von Quellen und Bildschirmen zu erhöhen, nahezu unbegrenzt. Wenn Sie über ein Netzwerk verfügen, das maximale Bandbreiten bewältigen kann, kann Ihre Matrix Hunderte von Quellen und Bildschirmen enthalten.
Ihre Portanzahl wird erheblich verbessert, da beispielsweise ein typisches Signal mit einer Auflösung von 1080p, das in einem 1Gig-Ethernet-Netzwerk transportiert wird, durchschnittlich etwa 250 Sender mit viel mehr Empfängern unterstützen kann. Der Grund dafür ist, dass nur die Sender viel Verkehr erzeugen und somit ausreichend Bandbreite benötigen.
Wenn Sie einen 1G-Ethernet-Switch verwenden, der mit einem 10G-Glasfaser-Stack-Port gestapelt ist, wobei jeder Port zwei Richtungen unterstützt, kann Ihr System 250 Sender mit 1.080p verarbeiten, mit einer typischen Bandbreitenanforderung von 80 Mbit/s (10.000 Mbit/s / 80 Mbit/s x 2 Richtungen). Bei 4K-Auflösungen sinkt diese Zahl auf 40 Sendereinheiten und wiederum mit viel mehr Empfängern, mit einer typischen Bandbreitenanforderung von 500 Mbit/s (10.000 Mbit/s/500 Mbit/s x 2 Richtungen).
Um 250 Quellen auf viel mehr Displays zu erweitern, wäre ein riesiger Matrix-Switch oder viele gestapelte Switches erforderlich, um diese Anzahl aufzunehmen, alle mit der erforderlichen Verkabelung, um sie alle miteinander zu verbinden.
Die meisten herkömmlichen Matrixswitches aus dem AV-Bereich sind viel kleiner dimensioniert und umfassen 4x4, 8x8, 16x16, 32x32 und 64x64.
Systemerweiterung
Es war noch nie einfacher, eine Matrix von Quellen und Bildschirmen auf einem AV-over-IP-System zu erweitern. Kostengünstige Ethernet-Switches werden einfach nach Bedarf gestapelt, um das Netzwerk zu erweitern.
Parallel dazu ist das Hinzufügen von weiteren Ports bei einem Matrixswitch sehr einfach, wenn dieser nicht vollständig bestückt ist. Ist dies allerdings der Fall, dann muss eine weitere Matrix dazu gekauft werden bzw. bei einem modularen System weitere Eingangskarten ergänzt werden. Darüber hinaus können Standalone-Matrixmodelle nicht erweitert werden.
Größere Entfernungen
AV-Systeme, die viele verschiedene Quellen und Bildschirme umfassen, erfordern oft einzigartige Platzierungen, da sich jede Quelle und jeder Bildschirm in verschiedenen Räumen, Gebäuden usw. befinden kann. AV-over-IP-Systeme ermöglichen den Anschluss von Quellen und Bildschirmen bis zu 100 m vom Ethernet-Switch entfernt und verteilte Ethernet-Switches können je nach gewünschter Entfernung mit verschiedenen Kabeltypen gestapelt werden. Somit können gestapelte Ethernet-Switches innerhalb der 100-m-Grenze jeder Quelle oder Anzeige verteilt werden.
Ethernet-Switches können mit CATx-Kabel bis zu 100 m, mit Multimode-Glasfaser bis zu 300 m oder mit Singlemode-Glasfaser sogar bis zu 80 km entfernt gestapelt werden. Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Ethernet Switches in unterschiedlichen Gebäuden oder sogar unterschiedlichen Städten zu platzieren.
Noch besser: AV-Quellen, die H.264/H.265-Codecs mit 4K-Auflösung verwenden, können über das Internet kommunizieren und dabei wirklich weltumspannende Entfernungen unterstützen.
Mit einem herkömmlichen AV-Matrix-Switch haben Sie auch die Möglichkeit, Quellen und Bildschirme auf größere Distanzen zu betreiben, typischerweise bis zu 40 m, 70 m oder 100 m mit CATx-Verkabelung. Dies gelingt aber nur, wenn Sie Matrix-Switches verwenden, die mit HDBaseT-Technologie arbeiten oder zusätzliche Extender zum Einsatz kommen.
Flexibilität
Wenn es um flexibles Switching geht, glänzen AV-over-IP-Architekturen wirklich. Jeder Sender kann Inhalte an jeden Empfänger senden, indem er seine eindeutige IP-Adresse in einem Any-to-Any- sowie Any-to-All-Szenario verwendet. Non-Blocking Switching ist vollständig aktiviert, wenn ein einzelner Ethernet-Switch oder mehrere gestapelte Ethernet-Switches verwendet werden.
Herkömmliche Matrixswitches unterstützen auch Non-Blocking Switching bei Verwendung eines einzelnen Switches. Die meisten Matrixswitches unterstützen jedoch kein blockierungsfreies Umschalten zwischen mehreren Switches. Beispielsweise kann ein Sender auf einem herkömmlichen Matrixswitch nicht mit einem kompatiblen Empfänger auf einem anderen Matrixswitch verbunden werden, da es keine gemeinsame Switching-Plattform für beide Matrixswitches gibt.
Auflösung/Videobandbreite im Vergleich zu Komprimierungsanforderungen
Ein zu berücksichtigender Vorbehalt ist die Tatsache, dass AV over IP eine Videokomprimierung erfordert, wenn eine Verbindung über einen 1Gig-Ethernet-Switch hergestellt wird. Für die meisten Anwendungen ist dies kein Problem, da aktuelle Komprimierungstechnologien sehr effektiv sind und im Allgemeinen visuell verlustfreie Übertragungen unterstützen.
Bei Verwendung eines 10-Gigabit-Ethernet-Switch wird jedoch eine gewisse Komprimierung eliminiert. AV-over-IP-Systeme unterstützen unkomprimiertes Video in einem 10Gig-Netzwerk bis zu 4K/30 (4:4:4) sowie 4K/60 (4:2:0), was für viele der heutigen kommerziellen Broadcast-Anwendungen durchaus geeignet ist.
HDBaseT-Technologien unterstützen auch unkomprimiertes Video bis zu 4K/30 (4:4:4) oder 4K/60 (4:2:0). Für den aktuellen Goldstandard von 4K/60 (4:4:4), der entweder AV over IP in einem 10Gig-Netzwerk oder die Nutzung der HDBaseT-Technologie verwendet, erfordern beide eine leichte Videokomprimierung.
Zu den typischen Komprimierungsalgorithmen gehört Motion JPEG, eine aus JPEG-Bildern zusammengesetzte Videosequenz. JPEG2000 komprimiert 30 % mehr als M-JPEG. H.264 komprimiert 80 % mehr als M-JPEG und H.265 komprimiert 50 % mehr als H.264. Es gibt also Verbesserungen in der Kompressionstechnologie, die wahrscheinlich die Bedenken hinsichtlich der Kompression und ihrer Auswirkungen auf die Sehschärfe und Leistung beseitigen werden.
Heutzutage werden diese Komprimierungstechnologien von den meisten als visuell verlustfrei beim Betrachten von Videos angesehen. Angesichts des schnellen, oft erstaunlichen Aufstiegs technologischer Innovationen im Bereich des Internets der Dinge wird AV over IP zum Status quo der meisten kleinen und großen Implementierungen in der AV-Welt. Es ist flexibel und erweiterbar, eine Tatsache, die besonders beim Bau von Videowänden und Mosaiken wünschenswert ist.
Die Systemgröße ist nur durch die Netzwerkbandbreite begrenzt. Virtuelle Splitter- und Matrixanordnungen können einfach und ohne Hardwareanpassungen neu konfiguriert werden. Inhalte können sofort lokal, regional und sogar global bereitgestellt werden. Diese Arten von erweiterbaren Infrastrukturen sind praktisch und kostengünstig, da kabellastige Installationen über eine (häufig bereits vorhandene) Ethernet-LAN-Infrastruktur entfallen.
Die Möglichkeit, das gesamte System von überall mit einem Smart Device oder Tablet zentral zu verwalten, ist im Grunde das Sahnehäubchen auf einer sehr effektiven und sehr entgegenkommenden Technologie.