オーディオビデオブリッジ

AVB
AVnu認証マーク
メーカー情報
メーカー	IEEE、AVnu
開発日	2011年9月; 13年前 （2011年9月）
ネットワーク互換性
切り替え可能	はい
ルーティング可能	いいえ
イーサネットデータレート	不可知論者
オーディオ仕様
最小遅延	2ms  （最大）[1]
リンクあたりの最大チャネル数	256
最大サンプリングレート	192kHz [2 ]
最大ビット深度	32ビット浮動小数点[2] ：条項8.3

オーディオビデオブリッジング（AVB）は、スイッチ型イーサネットネットワークの同期、低遅延、信頼性を向上させる一連の技術標準の一般的な名称です。 ^[3] AVBには、次の技術と標準が組み込まれています。

• IEEE 802.1AS -2011: 時間に敏感なアプリケーションのタイミングと同期 (gPTP);
• IEEE 802.1Qav -2009: 時間依存ストリームの転送とキューイング (FQTSS);
• IEEE 802.1Qat -2010: ストリーム予約プロトコル (SRP);
• IEEE 802.1BA-2011 : ^[4]オーディオビデオブリッジング（AVB）システム
• IEEE 1722-2011 時間依存アプリケーション向けレイヤー2トランスポートプロトコル（AVトランスポートプロトコル、AVTP）
• IEEE 1722.1-2013 デバイスの検出、列挙、接続管理および制御プロトコル (AVDECC)。

IEEE 802.1Qat および 802.1Qav の修正は、メディア アクセス制御 (MAC) ブリッジおよび仮想ブリッジ ローカル エリア ネットワークの動作を規定する基本IEEE 802.1Q -2011 ドキュメントに組み込まれています。

AVB は当初、電気電子技術者協会(IEEE) の IEEE 802.1 標準化委員会のオーディオ ビデオ ブリッジング タスク グループによって開発されました。2012 年 11 月、オーディオ ビデオ ブリッジング タスク グループは、その作業範囲の拡大を反映して、タイム センシティブ ネットワーキング タスク グループに改名されました。その作業範囲は、 「 IEEE 802ネットワークを介して時間同期された低遅延ストリーミング サービスを可能にする仕様を提供する」というものです。^[5] IEEE 802.1 TSN タスク グループでは、さらなる標準化の取り組みが進行中です。

AVBおよびTSN規格を実装したデバイス間の相互運用性を確保するために、AVnu Allianceは自動車、消費者、プロフェッショナルオーディオおよびビデオ市場向けのデバイス認証を開発しています。^[6]

アナログオーディオビデオ（AV）機器は、歴史的に一方向、単一目的、ポイントツーポイント接続を使用してきました。オーディオ用のS/PDIFやビデオ用のシリアルデジタルインターフェース（SDI）などのデジタルAV規格でも、これらの特性が保持されています。この接続モデルは、特にプロフェッショナルアプリケーションやハイエンドオーディオでは、大量のケーブルを必要とします。^[7]

これらの問題を解決するための試みは、 IEEE 1394（FireWire）などのマルチポイントネットワークトポロジに基づいており、 Audio over EthernetやAudio over IPなどの標準スイッチコンピュータネットワークテクノロジの採用も含まれていました。プロフェッショナル、家庭用、自動車用のAVソリューションでは、相互運用性のない特殊なプロトコルや標準ITプロトコルが使用されるようになり、標準的なコンピュータネットワークでは、厳密なタイミングと予測可能または制限された遅延を伴う厳格なサービス品質が提供されませんでした。 ^[7]

これらの制限を克服するために、オーディオビデオブリッジングネットワークは、階層的なツリートポロジで接続された標準イーサネットスイッチ（MACブリッジ）を介して複数のオーディオビジュアルストリームを送信します。AVBには、接続帯域幅を予約し、ネットワークトラフィックに優先順位を付けるレイヤー2プロトコルが含まれており、各ストリームの正確な同期クロックと低い伝送遅延を保証します。^[7]

複数の AV ストリーム間の緊密な同期は、ビデオと関連するオーディオ ストリーム間のリップシンク、プロフェッショナル環境での複数のデジタル接続スピーカーの位相の維持 (1 μs の精度が必要)、およびオーディオまたはビデオ パケットがエンドポイントに遅れて到着してビデオのフレームがドロップされたり、ポップ音や無音などの不要なオーディオ グリッチが発生したりするのを防ぐために必要です。ソースと宛先のバッファリングを含む最悪の遅延は、低く確定的である必要があります。ユーザー インターフェイスの遅延は、ボタンを押してその結果生じるアクションが即座に発生したと認識されるように約 50 ミリ秒、ライブ パフォーマンスやスタジオ作業の場合は 2 ミリ秒である必要があります。^[7]

オーディオ ビデオ ブリッジングは、利用可能なイーサネットの一部を AV トラフィック用に予約することで機能するスイッチ型イーサネット ネットワークとして実装されます。AVB アーキテクチャには、主に次の 3 つの違いがあります。

• 一般化高精度時間プロトコル（gPTP）プロファイル（IEEE 802.1AS ）を使用した正確な同期、
• フレーム優先度（IEEE 802.1Qav）とVLANタグ（IEEE 802.1Q ）を使用したAVストリームのトラフィックシェーピング、および
• ストリーム予約プロトコル(IEEE 802.1Qat)によるアドミッション コントロール。

IEEE 802.1BA は、これら 3 つの主要テクノロジーの包括的な標準であり、スイッチド オーディオ ビデオ ネットワーク内のデバイスのアプリケーション固有の構成と操作手順を定義します。

新しいレイヤー 2構成プロトコルは、イーサネット 802.1 フレーム形式への下位互換性のある拡張機能で動作します。このような最小限の変更により、AVB デバイスは標準の IT ネットワークで共存して通信できますが、低遅延の時間に敏感なトラフィックに必要な、アドミッション コントロールを使用してネットワーク リソースを予約し、ローカル時間をマスター クロックに同期できるのは、AVB 対応のスイッチとエンドポイントだけです。

AVB トラフィックは、1 つのトーカー (ストリーム イニシエーター) と複数のリスナーを使用して、マルチキャスト方式で複製されます。AVB パケットは、割り当てられたタイム スロットで一定の間隔で送信され、AV トラフィックの衝突を防止します。AVB は、最大 7 ホップでクラス A トラフィックの場合は 2 ミリ秒、クラス B トラフィックの場合は 50 ミリ秒の遅延を保証し、送信周期はクラス A の場合は 125 μs、クラス B トラフィックの場合は 250 μs です。

IEEE 802.1AS ネットワーク タイミング ドメインには、gPTP プロトコルを使用して通信するすべてのデバイスが含まれます。グランドマスターは、基準クロックとして選択されるデバイスです。802.1BA 仕様では、すべてのトーカーとネットワーク ブリッジがグランドマスターに対応している必要があります。

802.3 リンク管理および 802.1AS リンク遅延測定プロトコルは、AVB エンドポイントへの往復遅延を計算します。これは、802.1AS ピア遅延アルゴリズムによる最悪のワイヤ遅延よりも優れている必要があります。

上位レベルのプロトコルは、802.1AS クロック情報を使用して、各 AV ストリームの正確な表示時間を設定する場合があります。

IEEE Std 1722-2011 ^[8]のレイヤー2オーディオビデオトランスポートプロトコル（AVTP）では、 IEEE 1394 / IEC 61883ストリームやその他のAV形式の送信、各AVストリームのプレゼンテーション時間の設定、gPTPプロトコルによって計算された最悪の遅延からのレイテンシの管理の詳細が定義されています。

IEEE Std 1722.1-2013 ^[9]は、 IEEE Std 1722-2011を使用してデバイスのAVB検出、列挙、接続管理、および制御（AVDECC）を提供する標準です。AVDECCは、デバイスの追加と削除の検出、デバイスエンティティモデルの取得、ストリームの接続と切断、デバイスと接続ステータスの管理、およびデバイスのリモート制御を行う操作を定義します。

上位層サービスでは、AVB ストリーム ID を内部ストリーム識別子にマッピングし、内部タイムスタンプを gPTP マスター クロックに基づいて設定することで、メディア伝送の同期と遅延を改善できます。

IEEE Std 1733-2011 ^[10]は、RTCPペイロード形式を備えたリアルタイムトランスポートプロトコル（RTP）アプリケーションのレイヤー3プロトコルプロファイルを定義し、SRPからのストリームIDをRTPの同期ソース識別子（SSRC）に割り当て、プレゼンテーション時間のRTPタイムスタンプを802.1AS gPTPマスタークロックと相関させます。

AES67は、 UDP/IP上の標準RTPとタイミング用のIEEE 1588高精度時間プロトコル（PTPv2）に基づいています。IEEE 802.1ASタイミング情報をAES67 PTPv2ペイロードデータにリンクすることで、AVB/TSNとの相互運用性を実現できます。^{[11] [12] [13] [14]}

AVB相互運用性を備えたAES67の実装はInfoComm 2016でデモされました。^{[15] [16]}

2018年、Avnu AllianceはAVBデバイスの相互運用性を促進し、製品の認証とテストを提供するミラノイニシアチブを発表しました。^[17]

この仕様では、AVTP CRF（クロックリファレンスフォーマット）に基づくメディアクロッキングと48kHz（オプションで96kHzと192kHz）のサンプルレートが要求されています。オーディオストリームフォーマットは、AVTP IEC 61883-6 32ビット標準AAFオーディオフォーマットに基づいており、ストリームあたり1〜8個のオーディオチャネルがあります（オプションで、56および64チャネルの24ビットおよび32ビット高容量フォーマット）。冗長性は、エンドポイントごとに2つの独立した論理ネットワークとシームレスなスイッチオーバーメカニズムによって提供されます。^[17]

IETF Deterministic Networking (DetNet)ワーキンググループは、遅延、損失、パケット遅延変動（ジッター）の制限と高い信頼性を備えた決定論的データパスの定義に取り組んでいます。DetNetは、可能な場合はAVB/TSNスイッチとの相互運用性に依存して、レイヤー2ブリッジセグメントとレイヤー3ルーティングセグメントの両方で動作します。^[18]

DetNet の適用例としては、音楽や映画制作、放送、映画、ライブ サウンド、大規模会場 (スタジアム、ホール、会議センター、テーマ パーク、空港、駅など) の公共アドレス、メディア ストリーミング、緊急アナウンス システムなどのプロフェッショナル オーディオ/ビデオが挙げられます。目標は、地理的に分散したキャンパスまたは企業全体のイントラネットで、制限された低遅延 (10 ～ 15 ミリ秒) でコンテンツを配信できるようにすることです。1 つのネットワークで A/V トラフィックと IT トラフィックの両方を処理し、AVB QoS ネットワーク上でレイヤー 3 ルーティングを実行してレイヤー 2 AVB セグメント間でコンテンツを共有できるようにし、可能な場合はIntServとDiffServ をAVB と統合します。未使用の予約帯域幅は、ベスト エフォート トラフィック用に解放されます。プロトコル スタックは、上から下までプラグ アンド プレイ機能を備え、手動セットアップと管理を減らし、ネットワーク デバイスとネットワーク トポロジをすばやく変更できるようにします。^[19]

ESPN SportsCenter 「Digital Center 2」放送施設で使用されているような、複数のスタジオを収容する大規模なAVBネットワークは、数マイルの光ファイバーで敷設され、10万の信号を同時に送信するために10Tbit/sの帯域幅を備えています。個々のAVBセグメントを相互接続するための標準ベースのソリューションがない場合、カスタムのソフトウェア定義のネットワークルーターが必要です。^{[20] [21]}

A/Vストリーミングの作業は、 2004年7月にIEEE 802.3re「住宅用イーサネット」研究グループで開始されました。 ^[22] 2005年11月、この作業はネットワーク間ブリッジング標準を担当するIEEE 802.1委員会に移管されました。^[23]

• タイムセンシティブネットワーキングタスクグループ
• 802.1 オーディオ/ビデオ ブリッジング タスク グループ (アーカイブ)
• 時間に敏感なストリームのための IEEE 1722 レイヤー 2 トランスポート プロトコル ワーキング グループ
• P1722 ベースのデバイスのデバイス検出、列挙、接続管理、および制御プロトコルに関する IEEE 1722.1 ワーキング グループ
• IEEE 1733 AVB レイヤー 3 トランスポート ワーキング グループ
• AVB 対応デバイスのネットワークと相互運用性、William Gravelle、UNH-IOL 著
• AV ブリッジとイーサネット AV – AVB の概要プレゼンテーション
• AVBに関する議論のフォーラム