AVoIP etabliert sich mehr und mehr in der AV-Welt. Eine wichtige Rolle dabei spielt der Standard IPMX. Warum das „Internet Protocol Media Experience“ so wichtig ist und welche Vorzüge es gegenüber anderen AVoIP-Standards hat, erläutert Jean Lapierrre, Senior Director of Advanced Technologies bei Matrox und Co-chair der VSF Working Group on IPMX.
Der Wandel von Baseband-Technologien hin zu AV over IP ist weit mehr als ein bloßer Trend. Er eröffnet die Möglichkeit, standardisierte IP-Infrastrukturen, Netzwerk-Switches und Computer-Hardware für AV-Installationen zu nutzen (Bild 1). Skalierungseffekte senken die Kosten, weil ITTechnik von viel mehr Menschen genutzt wird. Zudem ist in der IT-Welt der Druck höher als in der AV-Branche, schneller bessere Technologien zu entwickeln. Ein Vorteil von AV over IP ist zudem: Sind Signale einmal in einem IPNetzwerk drin, kann man sie überall hin verbreiten, auch über große Distanzen, rund um den ganzen Planeten.
Warum aber braucht es IPMX als weiteren AVoIP-Standard, wo es doch schon andere gibt? Weil manche AVoIP-Technologien proprietär und nur bei einem einzigen Anbieter verfügbar sind. Andere sind zwar auch noch proprietär, aber immerhin bei mehreren Anbietern zu bekommen, und wieder andere sind zwar offen, aber unvollständig.
Die Schwächen bisheriger AVoIP-Lösungen
Nimmt man eine proprietäre AV-over-IP-Lösung, die es nur bei einem einzigen Anbieter gibt, funktioniert alles reibungslos, wenn man sich komplett in dessen Ökosystem bewegt: Die Geräte sind aufeinander abgestimmt, die Interoperabilität ist gegeben. Aber man ist dann auch vollständig von diesem Anbieter abhängig. Spätestens seit der Corona-Pandemie wissen wir, wie problematisch das sein kann (Bild 2).
Zudem hat nicht jeder Anbieter das vollständige Spektrum an Geräten in seinem Portfolio. Wenn in einem Sortiment ein Multiviewer fehlt, bleibt nichts anderes übrig, als ein Produkt eines anderen Herstellers zu finden – und wenn das nicht kompatibel ist, muss aufwendig ein Gateway installiert werden, etwa zu einem Baseband-Signal wie SDI (Serial Digital Interface) oder zu HDMI (High Definition Multimedia Interface).
Ein weiteres Problem ist: Viele der verfügbaren AV-over- IP-Technologien erlauben kein separates Routing von Audio und Video. Wenn man nur das Audiosignal eines Mikrofons über das Netzwerk an einen Lautsprecher oder Monitor senden möchte, müssen deshalb Video und Audio oft gemeinsam übertragen werden, selbst wenn das gar nicht nötig wäre. Um beides getrennt zu nutzen, ist zusätzliches Equipment nötig. Proprietäre Systeme setzen zudem häufig unterschiedliche Steuerprotokolle ein. Dann sind für Audio und Video zwei Steuerungssysteme nötig – oder ein Drittanbieter- System, das beide Protokolle versteht, aber die Kosten erhöht (Bild 3).
IPMX bietet einen Ausweg aus diesen Problemen. Es ist ein offener Standard und deckt sowohl den Transport von Medien über das Netzwerk wie das Routing ab. Jeder Hersteller kann IPMX frei implementieren. Geräte unterschiedlicher Anbieter kann man problemlos mischen – Audio von Hersteller A, Video von Hersteller B, Steuerung von Hersteller C. Als Kunde kann ich die besten Geräte für meine Anwendung auswählen – den besten Multiviewer, das beste Mikrofon, die besten Lautsprecher – ich muss mich nicht auf das Angebot eines Anbieters beschränken. Außerdem reicht ein einziges Steuerungssystem.
SMPTE ST 2110: Ein Meilenstein mit Grenzen
SMPTE ST 2110 war seit seiner Veröffentlichung 2017 ein echter Meilenstein beim Umstieg auf AVoIP – für das Broadcasting. Es ermöglichte den Übergang von SDI-Infrastrukturen hin zu AV-over-IP-Workflows. In Broadcast- Umgebungen kann ST 2110 SDI ersetzen (Bild 4). Das wirft die Frage auf: Wenn ProAV schon SDI nutzt, warum sollte man dort nicht auch auf ST 2110 setzen können? Vor allem, da es ja wie SDI ist, nur eben als AV over IP. Was fehlt, ist im Grunde ein HDMI für AVoIP.
Um das zu verstehen, muss man sich ansehen, wie ST 2110 funktioniert. Video, Audio und Zusatz-Informationen werden dort jeweils als eigene Streams übertragen. Audio und Video lassen sich unabhängig voneinander im Netzwerk routen – etwa von verschiedenen Quellen an ein gemeinsames Zielgerät –, ohne sie aufwändig zusammenführen zu müssen. ST 2110 unterstützt zudem komprimierte und unkomprimierte Streams. Darüber hinaus verwendet ST 2110 das Precision Time Protocol (PTP) für eine exakte Zeitsynchronisation. So erkennt das System, welche Audio- und Videodaten zueinander gehören – selbst wenn kurzzeitig ein Signal ausfällt. Andere Protokolle geraten bei Paketverlusten oft dauerhaft aus dem Takt, während 2110 synchron bleibt.
Man kann sich ST 2110 als eine Art SDI für AV over IP vorstellen. Trotz seiner Vorzüge stößt es im ProAV-Einsatz jedoch an mehrere Grenzen. Vor allem bietet es keinen gleichwertigen Ersatz für HDMI. In SDI sind alle Signale Genlock-synchronisiert, sie kommen in einer Broadcast-Facility alle exakt zur selben Zeit an. ST 2110 unterstützt aber keine Signale, die nicht genlock-synchronisiert sind wie die asynchronen HDMI-Signale.
HDMI wiederum unterstützt Funktionen wie EDID ( Extended Display Identification Data), mit denen sich ein Computer beim Monitor erkundigen kann, welche Bildformate er akzeptiert, dann passt er sich daran an und schickt ein kompatibles Signal. Bei SDI entfällt dieses automatische Aushandeln – es liegt in der Verantwortung der Installierenden, nur Geräte zu verwenden, die exakt zur gewählten Auflösung passen, andernfalls wird kein Bild dargestellt. Es fehlt in ST 2110 also:
• die Unterstützung flexibler Auflösungen wie bei HDMI
• die Übertragung von HDCPgeschützten Signalen, die bei HDMI Standard ist
• die Unterstützung von USB, was für KVM-Anwendungen (Keyboard, Video, Mouse) wichtig wäre
• das Verschlüsseln von KVMEingaben • die Unterstützung für einfachere Netzwerke mit 1 Gbit/s und ohne PTP
• Ein Protokoll für die automatische Gerätekonfiguration, IPZuweisung und Steuerung der Signalflüsse.
Außerdem kennt 2110 zwar grundsätzlich das in der AV-Welt dominierende RGB, doch in der Praxis setzen die meisten Hersteller im Broadcast-Bereich nur auf YUV (10 Bit, 4:2:2). Und PTP ist als Synchronisationsprotokoll zwar großartig und auch nicht übermäßig kompliziert. Aber gerade bei größeren Installationen benötigt man spezielle Switches mit PTP-Unterstützung
IPMX als Weiterentwicklung von ST 2110
Von der Alliance for IP Media Solutions, kurz AIMS, ist die IPMX-Entwicklung ursprünglich einmal ausgegangen (Bild 5). Heut werden die Spezifikationen von IMPX nicht zuletzt vom Video Services Forum (VSF) fortentwickelt (Bild 6). Diese Gruppe von Ingenieuren aus verschiedenen Unternehmen erarbeitet als offene Arbeitsgruppe technische Spezifikationen für konkrete Probleme und gießt sie in Technical Recommendations (TR). SMPTE ST 2110 zum Beispiel wurde ursprünglich in der VSF als VSF STR 03 entwickelt. Später hat die Society of Motion Picture and Television Engineers, kurz SMPTE, diese Spezifikation in einen offiziellen Standard überführt.
Aktuell gibt es bei der VSF eine Arbeitsgruppe zu IPMX, die Jean Lapierre als Co-Vorsitzender betreut. Die zugehörige VSFSpezifikation trägt den Namen TR-10. Man habe die Lücken in ST 2110 identifiziert und ST 2110 um das ergänzt, was ihm fehlte oder bislang nur als optional enthalten war. Man kann sich deshalb IPMX als eine Art ST 2110 mit sinnvollen Erweiterungen vorstellen.
IPMX arbeitet sowohl mit wie ohne PTP, unterstützt asynchrone Signale, die nicht Genlock-synchronisiert sind und verarbeitet RGB und YUV. Es unterstützt Verschlüsselung, die Übertragung von HDCP-geschützten Inhalten, H264- und H265-Kompression, das Handling von Extended Display Identification Data (EDID) und standardisierte Protokolle zur automatischen Gerätekonfiguration. Zu den neuen Spezifikationen von IPMX gehören:
• HKEP (HDCP Key Exchange Protocol)
• Variable Bit-Rate Compressed Video
• HDMI Info Frame
• Privacy Encryption Protocol (PEP)
• USB
Zu den optionalen Inhalten von 2110, die in IPMX als obligatorisch obligatorisch definiert werden, gehören die Networked Media Open Specifications (NMOS) für das Erkennen und Verwalten von Geräten. Diese von der Advanced Media Workflow Association (AMWA) entwickelte Spezifikation lässt den Controller erkennen, was mit den Geräten möglich ist – und was nicht – und ermöglicht das Routing von Signalen zwischen Geräten. Die NMOS-Pflicht in IPMX stellt sicher, dass Geräte in einem IPMX- Netzwerk nahtlos zusammenarbeiten – auch über Subsystemgrenzen hinweg. So lassen ich zum Beispiel AES67- oder Dante-Audio-Netzwerke über IPMX verbinden (Bild 7).
IPMX basiert auf SMPTE ST 2110 und ist hoch-kompatibel. Aber Funktionen, die von IPMX hinzugefügt werden, funktionieren nicht unbedingt auf jedem ST-2110-Gerät. Ein Beispiel (Bild 8): Eine Kamera speist zwei Encoder – einen mit 2110, einen mit IPMX. Beide Signale können von 2110- und IPMX-Empfängern verarbeitet werden. Ein Computer hingegen, der RGB über HDMI sendet und mit einem IPMX-Encoder arbeitet, funktioniert möglicherweise nicht mit einem 2110-Empfänger – es sei denn, dieser unterstützt RGB. Bei IPMX ist die RGB-Unterstützung dagegen verpflichtend.
Szenario für ein IPMX-Netzwerk
Ein realistisches Szenario für eine IPMX-Installation könnte so aussehen: Es gibt mehrere Konferenzräume, in denen IPMX verwendet wird. Die zentrale Produktion basiert auf 2110 – in der Regel unkomprimiert. Wenn in der IPMX-Welt komprimiert gearbeitet wird, lassen sich die Signale über ein IPzu- IP-Gateway in die 2110-Umgebung übertragen.
Wichtig: Dieses Gateway bleibt vollständig auf IP-Basis – es erfolgt kein Rückfall auf Baseband- Technik. Die Latenz, die bei einem solchen IP-zu-IP-Gateway entsteht, liegt deutlich unter einer Millisekunde – und ist damit praktisch vernachlässigbar.
So wie in Bild 9 gezeigt könnte ein vollständiges IPMX-Netzwerk aussehen. Wir benötigen keine Konverter mehr, um von einem Protokoll zu einem anderen zu wechseln. Auch der Monitor ist nativ IPMX. Ein Laptop sendet nativ einen IPMX-Stream über ein Gigabit-Netzwerk, ein Media-Player spielt HDCP-Inhalte ab, ein KVM-Sender verschlüsselt einen Stream und kann ihn an jedes autorisierte Display senden, nicht nur an das mit dem KVM verbundene Display. All dies wird mit Geräten von beliebigen Anbietern erreicht. Die Erkennung und Steuerung für alle Geräte erfolgt über NMOS.
Durch offene Standards wie AES67, IPMX, NMOS und SMPTE ST 2110 sind große Installationen mit unterschiedlichen Protokollen möglich geworden (Bild 10). IPMX könnte zum Beispiel in Konferenzräumen eingesetzt werden, in denen ein 1-Gb/s-Netzwerk verwendet wird. Ein Laptop sendet IPMX-Signale über ein 1-Gigabit-Netzwerk direkt – ohne zusätzliche Hardware. Dafür sorgt die Kompression, die in IPMX spezifiziert ist. Teil der derselben Installation wäre ein High-End-Produktionsstudio, das SMPTE ST 2110 verwendet – inklusive eines Tonstudios, das mit AES67-Geräten oder einer kompatiblen Technologie ausgestattet ist.
Jetzt benötigen wir möglicherweise ein Gateway, um ein AV-Signal von einem unserer Konferenzräume an das ST-2110-Produktionsstudio zu senden. Oder auch umgekehrt. Das liegt nicht daran, dass die Protokolle inkompatibel sind, sondern daran, dass einige Geräte nur ein komprimiertes Format und andere nur ein unkomprimiertes Format unterstützen. Dabei kann man in der IPWelt bleiben, wir müssen dafür nicht zum Baseband zurückkehren.
Die Möglichkeit, unterschiedliche AV-Quellen innerhalb eines Unternehmens nahtlos zu verknüpfen, macht IPMX besonders attraktiv. Der offene Standard ermöglicht es, Laptops, Kameras und Mikrofone flexibel in Konferenzen einzubinden, ohne zusätzliche Hardware oder komplexe Umrüstungen. Auch Audio-Systeme auf Basis von Dante oder AES67 lassen sich problemlos ntegrieren. Die IPMXGeräte sind kompatibel mit 2110 und ermöglichen ein umfassendes Signal-Monitoring über alle Formate hinweg.
Zwei Praxisbeispiele
IPMX ist nicht nur Theorie – es wird bereits in Projekten real eingesetzt. Ich habe zum Beispiel IPMX-Equipment in die Konferenzräume der Zentrale einer großen Bank mit 42 Stockwerken installiert. Dort wurde bislang auf proprietäre AV-Technik gesetzt. Nun können die Mitarbeiter das Bildsignal eines Laptops direkt per IPMX an den Projektor, eine Kamera oder ins Konferenzsystem schicken. Die gewohnten Abläufe bleiben bestehen – nur die Signalübertragung erfolgt jetzt per IPMX.
Ein besonderer Vorteil ist: Alle Streams aus dem Konferenzraum lassen sich direkt in die bestehende 2110-Produktionsumgebung einspeisen. Das bedeutet: Wenn der CEO eine Präsentation halten möchte, muss er nicht mehr ins Produktionsstudio wechseln, sondern kann einfach im Konferenzraum vor der Kamera sprechen.
Ein Highend-Beispiel für den IPMX-Einsatz stammt aus Las Vegas: Das spektakuläre Sphere. Diese imposante Veranstaltungshalle ist mit unzähligen LED-Kacheln an Decken und Wänden ausgestattet – mit einer Technik dahinter, die eine Kombination aus IPMX und 2110 ist. IPMX, weil alles in RGB mit 12 Bit Farbtiefe wiedergegeben wird, und ST 2110 schafft das nicht wirklich. Die Inhalte haben keine klassischen Broadcast-Auflösungen, weshalb Geräte eingesetzt werden, die beide Standards – IPMX und 2110 – unterstützen. So eine Installation wäre kaum möglich gewesen mit Baseband-Technologie, weil das viel zu viel Raum benötigt hätte.
Fazit & Ausblick
IPMX ermöglicht es, Standard-IT-Equipment für AV-Installationen zu nutzen. Wenn IPMX richtig verwendet wird, macht es die Dinge einfacher. Der Einsatz von IPMX nimmt stetig zu. Hersteller von LED-Walls, Videomischern und Multiviewern beginnen, IPMX, ST 2110 oder beides nativ zu unterstützen.
Dabei gilt: Wo ST 2110 schon vorhanden ist, ist der Schritt zu IPMX technisch nicht mehr groß. Natürlich ersetzt niemand von heute auf morgen die komplette Infrastruktur. Die Umstellung erfolgt schrittweise, oft mit gemischten Technologien. Ein Konferenzraum mit bestehender HDBaseT-Technik soll auch weiterhin in die Gesamtstruktur eingebunden bleiben. Wenn dort jedoch IPMX verwendet wird, ist die Integration viel einfacher – das Signal kann direkt gemischt und weiterverarbeitet werden. IPMX schließt die Lücke zwischen proprietären Systemen und IP-Standards. Die Idee ist, flexible Gateways zu entwickeln, mit denen man nahtlos zwischen proprietären Technologien, IPMX und 2110 wechseln kann. Während AES67 als Brücke in der Audiowelt dient, ist IPMX eine universelle Brücke.
