视频和音频的带宽是如何计算的

ST2110中有一个基本问题---就是媒体流（视频和音频）的带宽是如何计算的，为什么4K流不是12G，音频流带宽是多少？

以下先对ST2110的数据封装策略进行简介，从而引出媒体流带宽计算的方法。

媒体流带宽可以通过实测得到，也需要从理论计算了解。通过实测了解了带宽数值，也带来了一些疑惑，这些疑惑反而需要计算答复，实测反过来也可以验证理论计算。

IP信号的检测手段多种多样——

最常见的是利用IP信号分析仪（IP示波器）进行检测；

也可以通过Wireshark软件进行数据包级别的分析；

还可以采用EBU发布的LIST工具，在线或将其部署至本地，导入由IP信号分析仪或Wireshark捕获的pcap文件进行IP流可视化分析。

我们在测试之前的问题是如何计算带宽，测试过程中遇到的问题是：不同设备发出的相同格式的4K 50p ST2110-20无压缩视频流带宽虽都在8.7Gbps左右，但会有细微的区别，有的是8.67Gbps，有的是8.75Gbps，究竟是什么原因导致的呢？难道带宽小的视频流“缺斤短两”了吗？

想要知道这些个问题的答案，首先要了解以下几个信息。

什么是带宽？

数据在网络中是如何封装的？

ST 2110-20中规定数据是如何封装的？

什么是带宽？

IP系统中不管是业务流，还是控制数据，在网络中都是以比特（bit）作为最小的信息度量单位进行传输，IP流的带宽就是用比特率来衡量的——比特率是指单位时间内传送的比特数。对于视频系统而言，单位一般采用Gbps（又作Gb/s，bps=bits per second）；音频和辅助数据则分别采用Mbps和Kbps作为单位。

带宽单位的换算关系与计算机逻辑中常用1024作为换算进制不同：

1 Gbps=1000 Mbps

1 Mbps=1000 Kbps

数据在网络中是如何封装的？

以下图摄像机作为TX设备发送组播流，切换台RX接收为例。由于未经扩展的UDP数据报MTU（最大传输单元）为1460字节，一帧4K画面要分片通过上万个数据包进行发送，每个数据包中包含画面中很小一部分的信息，这部分有效信息称为Payload（有效载荷）。

但是根据网络模型，Payload无法直接在网络中进行转发，需要进行封装标记，打上Header（头部），Payload的封装是由高层向低层逐层进行的，每到一层都要打上新的头部，每个头部包含不同信息以实现不同功能。

在应用层首先添加RTP Payload Header，然后是RTP Header；因为2110采用的RTP实时传输协议是基于UDP协议运行的，所以到达传输层后，要添加UDP Header；接下来是L3网络层和L2数据链路层的IP包头和以太网帧头，经过以上封装后，经物理层以比特位传输。数据到达接收设备后，解封装是相反的顺序，由低层向高层，逐层剥离头部。

ST 2110-20中规定数据是如何封装的？

ST 2110-20的全称是《Professional Media Over Managed IP Netwoks： Uncompressed Active Video》，副标题“无压缩有效视频”中有两个关键信息：

第一是IP网络中传输的视频流是未经压缩的，

第二“有效”指的是视频流只传输“Active”的像素数据，而不传输行消隐数据（HANC）、场消隐数据（VANC），嵌入消隐区的数据通过-30或-40流单独传输。

正因如此，ST 2110相比ST 2022-6节约了15-30%左右的带宽。

除此之外，ST 2110还定义了像素如何编组封装; RTP Header以及RTP Payload Header的格式；以及SDP会话描述文件的格式等等。

像素封装

以4：2：2，10bit采样为例，相邻的两个像素作为一个像素组，共包含2个Y，1个Cb，1个Cr分量，需占据40bits，即5Bytes （字节）。

2110-20中还定义了两种打包模式，GPM（General Packing Mode）和BPM（Block Packing Mode）。GPM是遵循RFC 4175的开放打包方式，要求数据包大于1000字节即可，优势是开放灵活、带宽利用率高。BPM是基于180字节将像素组打包，这样无论采用什么采样方式，都能使数据包大小保持一致，好处是利于网络配置和故障排查。Sony产品发送GPM数据包，可以接收GPM、BPM数据包。

头部文件

下面两张图片分别为RTP Header和RTP Payload Header的格式。可见RTP Header开销为12字节。包含一组SRD（采样行数据）的RTP Payload Header为8字节。（注：包含在RTP Payload Header中的SRD Header可以有1-3组，在单个数据包中包含多个采样行信息，即跨行传输时，才需要附加额外的SRD Header。）

其它层的Header在IT行业协议或标准中有所定义，未在ST 2110-20中体现，在此列出其开销供参考。

责任编辑：haq