走向IP化

張闖 安達(dá)斯集團(tuán)視音頻系統(tǒng)集成事業(yè)部總經(jīng)理

走向IP化

張闖 安達(dá)斯集團(tuán)視音頻系統(tǒng)集成事業(yè)部總經(jīng)理

本文對FOX電視臺IP化進(jìn)程和規(guī)劃進(jìn)行了介紹，闡述了IP化的發(fā)展趨勢和應(yīng)對的理念。

IP化 發(fā)展趨勢 應(yīng)對理念

在2016年NAB期間參觀FOX電視臺時(shí)，我與他們的工程部托馬斯先生對IP化的走向進(jìn)行了深入溝通。對此我總結(jié)了一些有啟發(fā)性的理念，與大家分享和探討。

FOX電視臺認(rèn)為IP化已經(jīng)開始了，各種優(yōu)化的格式、各種制作手段以及運(yùn)營模式會很快推進(jìn)，現(xiàn)在尚未發(fā)生的，但相信今后將會發(fā)生，同時(shí)我們面臨很多不可知性。因此他們制定了FOX IP框架的目標(biāo)，以應(yīng)對今后各種各樣的系統(tǒng)需求。

下面這張圖是FOX電視臺今后五年的規(guī)劃。他們認(rèn)為五年以后，廣播電視系統(tǒng)只是一個數(shù)據(jù)中心，在這個系統(tǒng)里已看不到傳統(tǒng)的廣電設(shè)備。在這個五年規(guī)劃里面，他們希望做到所有設(shè)備在系統(tǒng)中都能夠非常靈活的應(yīng)用。一個平臺能支持多種格式，能夠應(yīng)用現(xiàn)在通用的IP行業(yè)的硬件，來實(shí)現(xiàn)構(gòu)架整個廣電行業(yè)的硬件平臺；通過虛擬化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)很多功能，比如系統(tǒng)功能化的應(yīng)用。希望通過軟件運(yùn)算方式，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中對媒體信號的處理，更重要的一點(diǎn)他們也希望這個平臺建好以后，能夠跟私有云、專有云的對接，實(shí)現(xiàn)信號的云分享、云制作，這是他們的一個理念。

對此我有以下幾點(diǎn)啟發(fā)。

（1）IP標(biāo)準(zhǔn)的理解

按FOX現(xiàn)在的說法，未來IP化只有在統(tǒng)一到一個標(biāo)準(zhǔn)以后，才能實(shí)現(xiàn)整個IP化擴(kuò)展的優(yōu)勢，才能為下一步實(shí)現(xiàn)IP應(yīng)用打下一個基礎(chǔ)。大家一直都在提IP的標(biāo)準(zhǔn)，如索尼的NMI標(biāo)準(zhǔn)，包括TR03的標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都是無壓縮實(shí)時(shí)視頻IP封裝的標(biāo)準(zhǔn)，并不是整個IP化的全部，是IP化標(biāo)準(zhǔn)的一個過程，只是其中的一小步。完成IP化，按照國際上的理念需要五步來完成，第一步就是實(shí)時(shí)視頻信號的IP化封裝。第二步要解決的是把實(shí)時(shí)視頻信號封裝成流以后，這些流的同步、切換的問題。第三步要解決的是這些流在系統(tǒng)中的描述。第四步主要是登記，然后發(fā)現(xiàn)，還有識別，即信號接到IP系統(tǒng)里面發(fā)現(xiàn)查找的過程。第五步要解決的是對整個系統(tǒng)流的便利控制，

以及整個系統(tǒng)QS質(zhì)量監(jiān)控的描述。

我們已能感受到在國外IP化撲面而來，很多系統(tǒng)已經(jīng)不得不IP化了，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在快速推進(jìn)。SMPTE成立了一個小組，由這個小組發(fā)起，與各個標(biāo)準(zhǔn)委員會進(jìn)行合作，來完善IP化的標(biāo)準(zhǔn)。NABA是北美廣播電視的組織，它主要提出實(shí)踐系統(tǒng)需求，包括實(shí)踐系統(tǒng)的檢驗(yàn)工作。VSF主要提供視頻標(biāo)準(zhǔn)化定義， AUDIO AES主要提供音頻的標(biāo)準(zhǔn)， AMWA旗下的NMOS的小組，主要完成IP控制API接口通用標(biāo)準(zhǔn)部分的研發(fā)和推動工作。還有一部分是IEEE在做的工作，他們提出IEEE 1588 PTP，主要完成在IP格式下時(shí)間切換問題，IETF這個組織主要提供實(shí)時(shí)的傳輸視頻信號封裝的描述和定義。

我們可以看到這個過程其實(shí)是很快的。現(xiàn)在像TR-03標(biāo)準(zhǔn)，包括音頻的AES67已經(jīng)很成熟了，包括SMPTE ST 2059，現(xiàn)在唯一比較難的是對流的控制。對流的控制為什么相對來講比較難呢？當(dāng)時(shí)我們跟FOX和SMPTE的專家交流，他們也明確指出對流的控制不僅需要廣電工作者的努力，更多層面上取決于交換機(jī)廠家的配合。由于現(xiàn)在很多交換機(jī)廠家的設(shè)備不是很開放，造成Broadcast Controler 和Network controler之間的API處理有很多困難?，F(xiàn)在他們一直在致力于廣電的PMN（專業(yè)媒體網(wǎng)絡(luò)）系統(tǒng)跟IP交換機(jī)接口的問題，這是未來一段時(shí)期內(nèi)非常棘手的問題，這也是為什么一部分生產(chǎn)廠家不得不選用專用的，或者適合于廣電的交換機(jī)。

現(xiàn)在大家都很彷徨，到底要不要建IP，如何去建

IP？在和FOX技術(shù)專家交流時(shí)，他們也給了我們一些建議。他們的建議是選擇一個支持TR-03、ASPEN等主流的格式，可以適應(yīng)當(dāng)前廣電系統(tǒng)對信號的控制要求，并可以升級到SMPTE ST 2110標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，這樣既可以保證系統(tǒng)的安全性，又能保證系統(tǒng)應(yīng)對未來的不確定性，他們自己也是基于這個理念建了一個IP系統(tǒng)。

（2）IP化的共享、距離、以及包容性的理解

下面這張圖是我們熟悉的傳統(tǒng)的廣播電視系統(tǒng)。系統(tǒng)中的外來矩陣、演播室分控矩陣、播出矩陣、分發(fā)矩陣分布的非常散。過去分布散的原因有很多，其中有設(shè)備安裝位置差距的原因和分工管理的原因，但主要的原因是以往的SDI矩陣規(guī)模沒那么大，合在一起管理比較復(fù)雜，也不容易實(shí)現(xiàn)。很多人都會關(guān)注到，IP化后信號是雙向傳輸?shù)?，每條網(wǎng)線可走video、audio、tally、 control等多路信號。

我們知道IP化后的信號要靠軟件去控制，但很少關(guān)注到SDN軟件是IP化的核心。通過SDN多級級連的交換機(jī)上的信號可以做到一級切換，而且在整個IP系統(tǒng)的末端，第三方設(shè)備也可以通過SDN進(jìn)行管理，整個系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)同地完成廣播電視節(jié)目的制作。

IP平臺的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)最大信號源的核心共享，目前專業(yè)的交換機(jī)可以做到46T、相當(dāng)于13800X13800 HD信號的路由能力，也比較容易解決距離、地域受限的問題。通過control in band 控制信號可以和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信號同時(shí)傳輸，也可以包容多種用途的信號，只要信號是IP封裝的，整個IP的平臺就能夠進(jìn)行路由調(diào)度管理。需要強(qiáng)調(diào)的是，IP化的目標(biāo)不只是少布放很多視頻電纜，也不是簡單的把SDI視頻電纜換成網(wǎng)線， IP化最主要的目的是通過現(xiàn)有的IT技術(shù)，優(yōu)化我們的系統(tǒng)流程，引入微服務(wù)等。

（3）IP矩陣的合并

早期思考設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候，會想未來IP大系統(tǒng)是不是能夠通過小的IP交換機(jī)，端口級聯(lián)、合并而成。在和FOX技術(shù)專家交流時(shí)，發(fā)現(xiàn)如果開始階段建立一個較小級別的IP交換系統(tǒng)，短期內(nèi)高清信號可能問題不大，但未來的格式可能是4K，也有可能是8K，甚至現(xiàn)在還提出來了高真率的問題，較小級別的總帶寬是不夠的，會限制未來的“可能性”。兩矩陣相連的連線帶寬，限制了他們信號交換的能力，但更大的影響是同時(shí)限制了未來的可能性。例如：干線帶寬是10Ge (1條10Ge =雙向各6路1.5G HD)：

能力只能用以作主備兩路PGM再加4路其他用途的信號，而B矩陣也可同時(shí)經(jīng)同一條網(wǎng)線把回看送回矩陣。

干線帶寬是40Ge (4條10Ge=雙向各24路1.5G HD)：

若A系統(tǒng)是一個中小型HD演播室，差不多所有Camera、圖像、放像、收錄等，都能彼此共享，兩系統(tǒng)協(xié)同，互備之類的功能，也可以簡單實(shí)現(xiàn)。

干線帶寬是160Ge (16條10Ge =雙向各16路4K NMI)：

分享的能力與上同，但已經(jīng)是4K了！

通過兩個較小級別的交換機(jī)端口級聯(lián)實(shí)現(xiàn)，如果實(shí)現(xiàn)全帶寬實(shí)時(shí)共享，需要浪費(fèi)50% 的帶寬，這一塊資源和成本的浪費(fèi)是不必要的。

有人也提出，用堆疊的方式實(shí)現(xiàn)，其實(shí)堆疊口也是有帶寬限制的，全帶寬共享也存在資源浪費(fèi)。堆疊交換機(jī)，當(dāng)某一個交換機(jī)的堆疊口變動了，系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間很長，對我們的直播系統(tǒng)會增加不必要的風(fēng)險(xiǎn)。而且堆疊一起的上、下游交換機(jī)的SDN管理會非常復(fù)雜，所以堆疊不是一個應(yīng)付未來帶寬要求增長的好方案。

最簡單的方案就是將所有的IP化信號建立一個核心的IP矩陣，取代多極IP矩陣的級聯(lián)工作，這樣從長遠(yuǎn)來看既節(jié)省成本，又解決了對未來信號不可知性的支持能力。FOX，ESPN的系統(tǒng)也是這樣布署的。

（4）格式標(biāo)準(zhǔn)

最近也跟很多臺在交流怎么做IP化系統(tǒng)，大家覺得目前IP化系統(tǒng)還有很多風(fēng)險(xiǎn)和不確定性。其實(shí)所有的信號格式發(fā)展都有一個標(biāo)準(zhǔn)化的過程，都是需要時(shí)間的，不可能等所有的系統(tǒng)、所有的格式全都完善以后，才去建設(shè)我們的系統(tǒng)，那個時(shí)候可能已經(jīng)晚了。

我們在選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，關(guān)注的重點(diǎn)是理清我們的系統(tǒng)到底應(yīng)用在傳輸領(lǐng)域還是在制作領(lǐng)域。如果是在制作領(lǐng)域，最好選無壓縮的視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)單獨(dú)封裝的格式，如TR03等。如果用于長距離傳輸，就選目前生產(chǎn)廠家普遍支持的SMPTE2022-6標(biāo)準(zhǔn)。業(yè)界目前對4K還沒有主流標(biāo)準(zhǔn)，若是把4K看成一個獨(dú)立的信號群族，多個4K系統(tǒng)采用同一4K IP格式，信號共享，也是可以的。這個方案看起來也很簡單，把整個4K系統(tǒng)全部做成SONY NMI，HD系統(tǒng)用SMPTE2022-6格式。演播室A與B 之間4K信號直接交換，演播室C, D與E 之間HD信號直接交換，演播室A與B 與其他HD系統(tǒng)交換信號用SMPTE2022-6，兩個系統(tǒng)的信號必須統(tǒng)一到ST2022-6才能共享。

還有一種方案是把整個4K、SD、HD統(tǒng)一成ASPEN，一路10GE不能走4K，但由于信號只有1種格演播室A,B,C,D,E之間信號可以直接交換。這樣做最大的好處是整個信號源可以比較簡單的共享。式，矩陣不用分隔成2層，畫分及監(jiān)看的調(diào)度會更方便；

以上的這兩個方案都是可行的，國際上也有很多類似的案例。

（5）視頻信號以外的IP化

要同時(shí)考慮監(jiān)看、監(jiān)聽、音頻、監(jiān)控、通話等混合在同一個IP化平臺上，通過核心IP矩陣進(jìn)行統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，向多平臺伸展。

IP畫分的方式，可以用與現(xiàn)時(shí)一些SDI畫分SDI輸出回至矩陣，再選至各大屏的方法一樣，把畫分畫面回送IP矩陣變成一路信號， 可在多區(qū)調(diào)度使用；畫分可以中央調(diào)度使用；用IP連線，不受DVI線長度限制。

可以把信號編碼分發(fā)用電腦,手機(jī),平板作為監(jiān)看,監(jiān)聽,通話的工具。參考ESPN案例，臺內(nèi)所有通話統(tǒng)一以選定的音頻IP規(guī)格作信號交換，對各種外接入，接出，與各演播室音頻系統(tǒng)信號，遠(yuǎn)程演播室等進(jìn)行交換，提供極大方便性。

把固接的KVM變成IP化，各控制室工位變成可以調(diào)度使用，應(yīng)付不同的使用場景及未來加入的功能及設(shè)備。各種監(jiān)控及信息,可利用KVM與IP 視頻之間調(diào)用各類監(jiān)看。

（5）全面IP化，走向全功能軟件化時(shí)代的大趨勢

未來的系統(tǒng)將發(fā)展為基于刀片服務(wù)器計(jì)算和軟件授權(quán)的方式?，F(xiàn)在一些廠家的IP產(chǎn)品已經(jīng)具有了微服務(wù)的概念。最終廣電系統(tǒng)的理想狀態(tài)是由四大部分組成的：交換、控制、計(jì)算和存儲。整個系統(tǒng)根據(jù)不同節(jié)目需求由軟件控制實(shí)現(xiàn)動態(tài)分配資源、服務(wù)。

最終廣播電視機(jī)房的總控、演播室分控等將被DATA Center 取代。下面這張圖是理想中的未來廣播電視機(jī)房的數(shù)據(jù)中心。