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技术综合
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精确时间协议PTP在
IP视频网络中应用探究
徐俭
扬州广电传媒集团（总台）
【摘要】主要从IP视频网络的时延敏感特性、IP视频网络
精确同步需求、PTP精确时间协议、PTP同步域、帧精度净静
视频切换、I P冗余保护无缝切换等方面，探讨研究了精确时
间协议（PTP）在IP视频网络中应用的诸多问题。
【关键字】PTP IP视频网络 最优主时钟算法 PTP大
师设备 PTP主设备 PTP从设备
目前传统电视中心系统普遍采用的SDI标准是一种简单、开
放、非专有且获得广泛支持的单向协议，SDI基带视频信号传统
传输方式抖动和时延极小，同步定时及画面准确切换容易实现，
图像质量也容易保证。近几年快速发展和应用的全IP化视频工作
流程，采用了IP网络来承载MPEG-2/ASI视频TS流、无压缩(或
浅压缩)基带视频流、视频文件流和网络控制信息流。采用I P技
术传输视频数据流的主要优势，除了可在规模相对较小的广电行
业利用IT行业的规模优势，降低布线成本和重量，更重要的是可
提供路由灵活性，使得系统扩充能力不再与端口密度有关，而只
与带宽有关。采用IP网络承载无压缩SDI基带视频流必须面对的
挑战、有待解决的难题众多，本文试图以电视中心技术人员的视
角，对精确时间协议（PTP）在IP视频网络中应用的诸多问题进
行一些探讨和研究。
一．IP视频网络的时延敏感特性
通过I P协议、实时传输协议（R T P）或用户数据报协议
（UDP）来传输的无压缩SDI基带视频流称为IP视频流，鉴于IP
协议是双向协议，以及SDI基带视频信号IP化传输方式的封装和
传输协议特性，使得IP视频网络传输链路在传输IP视频流的同时
伴随着巨大但可克服的挑战，不仅存在抖动、丢包风险，本身缺
乏同步性和对称性而必然产生不同的路径时延，其延时量明显高
于SDI基带视频信号传统传输方式，因此必须管控好SDI基带视频
信号IP化传输的延时。在传输层使用RTP较使用UDP具有双重优
势，RTP包可打上时间标记，且包中还携带一个序列号，可以更
简便地检测丢包或失序包及包时延变化。
致力于视频IP化的国际标准化组织主要有自适应取样图像封
装（ASPEN）和IP媒体解决方案联盟（AIMS），两个组织在处
理视频同步方面有所不同，ASPEN通过嵌入系统时钟（27MHz）
来同步视频和音频码流，AIMS的网络定时来自用IEEE 1588精确
时间协议（PTP）产生带RTMP时间标记的RTP。
通过IP网络传输SDI基带视频流的标准和方法主要有：
SMPTE（电影电视工程师协会）ST 2022-6，是通过RTP/
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U D P传输无压缩S D I视频、嵌入式音频和元数据的一种标准，
SMPTE ST 2022-6通过SMPTE ST 2059-2来实现PTP同步。
VSF（视频服务论坛）TR-03，其与SMPTE ST 2022-6的
差异在于将视频、音频和元数据分隔到使用RTP/UDP的不同IP
流量中，VSF TR-03通过支持IEEE 1588默认配置及SMPTE ST
2059-2配置，来实现PTP同步。
Evertz公司主导的ASPEN，其与TR-03的相同点是使用
RTP/UDP的不同IP流量专门传输视频、音频和元数据，ASPEN
也是通过兼容SMPTE ST 2059-2来实现PTP同步。
二．IP视频网络精确同步需求
电视中心系统内所有电视信号在时间上必须同步，周期性的
电视信号存在帧与行两个固定周期，两个以上电视信号必须同步才
能进行正常切换、混合。根据SMPTE RP-168规定，在精确同步
的基础上，高清电视信号的切换点必须在场消隐期间的第7行，这
样信号切换时就不会影响图像、声音和辅助数据，就能够实现帧精
度净静视频切换。IP化电视中心系统无需专用线缆传输同步信号，
是将同步信息嵌入网络，在以太网中实时、准确地传输同步定时信
息。但是在IP网络环境中实现同步锁定和精确定时的难度较大，原
因是环境复杂、流量变化、传输抖动、交换机延时量变化等不确定
因素较多。IP流是采用分组数据包来适配网络传输，虽然以太网本
身的同步协议NTP（网络时间协议）可以用于局域网的同步定时，
但其ms量级的精度无法满足IP化电视中心系统视频应用对同步的
精度要求（一般≤1ms）。基于SMPTE 2059协议及其最优主时钟
算法，可以将精度控制在ps量级，可解决IP化电视中心系统的同步
问题，支持视频切换设备实现同步无缝净静切换。
三．PTP精确时间协议
IEEE 1588标准称为“网络测量和控制系统的精密时钟同步
协议标准”，简称精确时间协议（PTP），是一种对标准以太网
终端设备进行高精度时间同步和频率同步的协议，用于在局域网
设备之间解决同步定时问题，实现高精度频率同步、时间（相
位）同步和视频帧、行同步。PTP分为ns级精度的硬件PTP和us级
精度的软件PTP，SMPTE2059和IEEE802.1AS均以PTP为基础。
PTP是用于局域网的一主带多从模式的定时协议，在PTP时
钟同步网络中，PTP定时系统架构采用树形拓扑，最多服务长度
可达7跳。所有时钟都按照主从（Master-Slave）层次关系组织
在一起，各节点向网络的PTP大师设备逐级同步时钟，整个同步
的过程通过交换PTP报文来完成，从时钟通过PTP报文中携带的
时间戳信息，计算与主时钟之间的偏移和延时，据此调整本地时
钟达到与主时钟同步。PTP采用请求应答方式进行端到端的延时
测量，主时钟通过周期性地向局域网中发送一个包含时间戳的信