電視播出技術(shù)的IP化變革

陳明培

隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，IT技術(shù)在各行各業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并且成為推動國民經(jīng)濟發(fā)展的新動力。2010年，國務(wù)院制定了三網(wǎng)融合發(fā)展的具體方向，廣電行業(yè)在三網(wǎng)融合的驅(qū)動下，必須求新求變才能適應(yīng)新形勢的發(fā)展要求。在這樣一個變革時期，廣電系統(tǒng)既面臨著發(fā)展機遇，又要應(yīng)對很多挑戰(zhàn)。本文通過對廣播電視播出現(xiàn)狀及發(fā)展進行梳理，引出并闡述了IP化電視播出系統(tǒng)及其在傳統(tǒng)播出系統(tǒng)中的技術(shù)改造要求，通過對IP化電視播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)進行對比分析，揭示出IP化播出系統(tǒng)的優(yōu)勢和面臨的問題，最后介紹了實現(xiàn)IP化播出系統(tǒng)運行的思路。

1 廣播電視播出現(xiàn)狀和發(fā)展

隨著我國廣播電視事業(yè)迅猛發(fā)展，廣播電視設(shè)備和信號傳輸方式等都處于更新?lián)Q代時期，衛(wèi)星、有線電視和地面電視廣播都迅速步入數(shù)字化時代。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布《2017年國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示，2017年我國廣播節(jié)目綜合人口覆蓋率為98.4%，電視節(jié)目綜合人口覆蓋率為98.9%，有線電視用戶2.5億，有線數(shù)字電視用戶為2.38億，同比2014年分別增加2.1億和0.51億。電視用戶的逐年增長，加快了電視事業(yè)的快速發(fā)展。

隨著電視的不斷發(fā)展，IT技術(shù)在電視播出上的應(yīng)用也愈加廣泛。電視播出經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從標清到高清，從傳統(tǒng)播出方式到智能化、IP化播出的轉(zhuǎn)變。具體來說，電視播出技術(shù)主要經(jīng)歷了三個發(fā)展過程。

1.1 電視信號數(shù)字化高清化

隨著人們對電視質(zhì)量的要求越來越高，數(shù)字信號被廣泛采用。數(shù)字信號具有抗干擾能力強、圖像質(zhì)量好、易于實現(xiàn)信號實時處理等特點。目前，數(shù)字電視已由標清、高清向超高清發(fā)展。

1.2 播出系統(tǒng)趨于IT化網(wǎng)絡(luò)化

隨著數(shù)字電視快速發(fā)展，電視節(jié)目的數(shù)量和質(zhì)量也在不斷提高，磁帶播出逐漸被文件播出所取代，系統(tǒng)的控、管、監(jiān)要求越來越高，因此需要將電視技術(shù)與IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合起來，使播出系統(tǒng)達到較高的自動化程度，因系統(tǒng)全程具有非線性，所以整體效率明顯提高。另外，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)與資源共享。網(wǎng)絡(luò)化、IT化播出系統(tǒng)不僅能在很大程度上提升電視播出的質(zhì)量，還為電視播出系統(tǒng)的智能化奠定了堅實的基礎(chǔ)。在廣播電視領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展過程中，廣電總局制定了《電視臺數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)白皮書》，這對行業(yè)內(nèi)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)起到了指導(dǎo)和規(guī)范作用。全國廣電行業(yè)網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)步入正軌，極大地提高了節(jié)目的制播水平和效率。

1.3 SDI信號IP化傳輸

2010年，國務(wù)院制定了三網(wǎng)融合時間表，在相關(guān)部門的共同推進下，互聯(lián)網(wǎng)視音頻技術(shù)及新媒體迅速發(fā)展，這對廣電行業(yè)技術(shù)系統(tǒng)建設(shè)提出了更高要求。為了實現(xiàn)媒體資源的有效融合，電視節(jié)目分發(fā)平臺不僅要把電視信號分發(fā)到傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，還要通過新媒體接口把信號發(fā)布到各個網(wǎng)站、移動軟件等平臺之中，以便人們可以通過電視機、電腦、手機等不同終端隨時隨地享受高質(zhì)量的電視節(jié)目。由于新媒體運營基于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和IP技術(shù)體系的平臺，傳統(tǒng)的廣電信號傳輸方式無法滿足其節(jié)目傳輸?shù)男枰?，所以信號IP化傳輸自然成為人們關(guān)注的重點。另外，隨著超高清電視的發(fā)展，高碼率的電視信號也促進了基帶SDI信號的IP化傳輸。

2 IP化電視播出系統(tǒng)概述

隨著電視技術(shù)的進步，超高清電視和新媒體技術(shù)在電視領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普遍，推動了IP化電視播出技術(shù)的發(fā)展。IP化電視播出系統(tǒng)指的是采用以高速IP網(wǎng)構(gòu)架為基礎(chǔ)的電視綜合網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電視視音頻信號傳送的系統(tǒng)。IP化電視播出系統(tǒng)采用的是基于互聯(lián)網(wǎng)的新型電視播出技術(shù)，其在傳統(tǒng)電視播出系統(tǒng)的改造中具有以下三方面的特點。

首先，由于互聯(lián)網(wǎng)本身的虛擬性、不確定性，所以IP化播出系統(tǒng)在傳統(tǒng)系統(tǒng)中的改造上必須保障共享信息與內(nèi)部信息的安全，要通過建立防火墻、網(wǎng)閘、網(wǎng)絡(luò)審計引擎、病毒入侵檢測引擎及身份認證和終端安全管理系統(tǒng)來保障交互信息的安全，使播出系統(tǒng)在工作中始終處于安全監(jiān)控狀態(tài)；其次是操作便捷。IP化電視播出系統(tǒng)的界面要求簡潔易操作，在硬件設(shè)施和整體布局上要注重簡單易行的特點；最后是功能齊全。IP化電視播出系統(tǒng)必須擁有精確的播出控制和IP化信號的凈切換功能，要以數(shù)據(jù)庫為支撐，具備各類信息數(shù)據(jù)的通信功能，能夠完成素材整備、管理和穩(wěn)定的解碼播出，能提供廣告、節(jié)目的接口服務(wù)等。

3 傳統(tǒng)播出與IP化播出的對比分析

傳統(tǒng)播出系統(tǒng)人員參與度較高、自動化程度低、設(shè)備功能也較單一，但系統(tǒng)風(fēng)險小。IT技術(shù)發(fā)展推動了IP化播出的廣泛應(yīng)用，IP化播出的特點是IT集群化、應(yīng)用虛擬化和視音頻IP化，其強大的技術(shù)優(yōu)勢也凸顯出IP化播出必將是未來電視播出的主流。

3.1 IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比所具有的優(yōu)勢

3.1.1 IT資源利用方面

IP化播出是基于虛擬技術(shù)的播出系統(tǒng)，它通過對物理服務(wù)器配置的有效控制，使物理服務(wù)器資源可以得到充分利用。CPU應(yīng)用效能的不斷提高使IT資源在廣電播出領(lǐng)域中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，如果IT資源在廣電播出領(lǐng)域得到充分應(yīng)以后，且IT資源利用率從10%提高到70%，那么廣電系統(tǒng)硬件上的運行成本就會得到控制。

3.1.2 資源分配方面

其次，IP化播出能夠按照業(yè)務(wù)需求靈活、專項地制定業(yè)務(wù)流程，按需進行資源的分配，不同工作站點之間可以通過網(wǎng)絡(luò)進行資源共享，可以通過軟件提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率。

3.1.3 實現(xiàn)控制的方式方面

傳統(tǒng)SDI播出視頻服務(wù)器及周邊設(shè)備都是通過點對點間的連線來實現(xiàn)控制，而IP化播出中的設(shè)備均通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議來實現(xiàn)控制，由于不需要點對點布線，部署上更簡單。

3.1.4 采用的方式方面

IP化播出系統(tǒng)采用IP方式，用以太網(wǎng)取代同軸電纜，能夠進行雙向傳輸，并可以將音頻、視頻，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+中，從而簡化了系統(tǒng)、降低了成本，便于維護和升級。

3.1.5 監(jiān)控方面

IP化播出系統(tǒng)有利于對IT及AV設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、軟件、業(yè)務(wù)和信號等實現(xiàn)全域監(jiān)控，當電視播出信號出現(xiàn)故障時，能自動進行應(yīng)急處理、迅速恢復(fù)播出。

3.2 IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比存在的不足

盡管IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比較有很大的優(yōu)勢，但是其本身所存在的不足，所以IP化播出系統(tǒng)在應(yīng)用上仍有很多地方需要改進。IP化播出系統(tǒng)與傳統(tǒng)播出系統(tǒng)相比較，其不足之處體現(xiàn)在三個方面。

首先，IP化播出系統(tǒng)的搭載平臺是一個基于虛擬平臺的網(wǎng)絡(luò)化播出系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)所存在的安全風(fēng)險及諸多不確定因素極易造成IP化播出系統(tǒng)出現(xiàn)虛擬平臺癱瘓的問題。其次，在IP化播出模式下，除核心設(shè)施外，還有很多周邊IT設(shè)備的功能被集成到一臺計算機中，一臺計算機虛擬為多臺邏輯計算機，提高了IT資源利用率，但其性能及穩(wěn)定性還需要通過更多的播出實踐來驗證。最后，傳統(tǒng)的SDI信號傳輸非常穩(wěn)定，但IP數(shù)據(jù)包會產(chǎn)生丟包、網(wǎng)絡(luò)抖動等問題，電視信號傳輸實時性要求很嚴格，實時視音頻信號的傳輸不具備重傳能力，一旦網(wǎng)絡(luò)故障，就會導(dǎo)致傳輸節(jié)目流中斷或信號劣化。另外，由于IP化傳輸方式的封裝和傳輸協(xié)議特性，所以其延時要明顯高于SDI信號傳輸。

總而言之，人們運用傳統(tǒng)播出系統(tǒng)不管是在技術(shù)上，還是在操作上，都已經(jīng)很嫻熟，并且在長期的應(yīng)用中積累了大量的經(jīng)驗，所以整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也要高于IP化播出系統(tǒng)。

4 IP化播出系統(tǒng)的實現(xiàn)思路

IP化播出憑借技術(shù)優(yōu)勢，必將成為未來電視主要播出方式。但也要看到IP化播出系統(tǒng)存在安全性較低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差等問題。在IP化播出中，為了防范虛擬平臺癱瘓和一體機故障，一定要做好網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備冗余備份。關(guān)于IP化傳輸?shù)姆€(wěn)定性，SMPTE 2022標準涵蓋了壓縮、無壓縮的視頻傳輸及無中斷的保護機制，SMPTE 2059 PTP采用最優(yōu)主時鐘算法實現(xiàn)同步，只要使用符合標準的設(shè)備，采用IP化播出的關(guān)鍵技術(shù)，就能保證IP化信號的正常播出。IP化播出分為無壓縮SDI OVER IP和有壓縮TS OVER IP兩種方式。TS OVER IP是基帶信號經(jīng)過編碼壓縮再封裝成IP包進行傳輸，能節(jié)省很多帶寬，HEVC/H.265 標準是目前公認的4K編碼壓縮技術(shù)，下面以4K H.265 IP化播出為例，介紹解碼和解封裝兩種模式。

4.1 解碼模式

以解碼技術(shù)為基礎(chǔ)，在4K H.265 IP化播出中，通過解碼、重新編碼，完成4K TS的IP化播出。對TS文件進行解碼再編碼，可在IP流信號中實現(xiàn)臺標疊加，但這種模式會增加資源的占用，這也是當前IP化播出面對的一大技術(shù)難題。

4.2 解封裝模式

對要播出的素材統(tǒng)一轉(zhuǎn)碼形成分辨率一致、格式相同的4K H.265 TS標準格式文件。播出時對TS文件進行解封裝，再將TS文件封裝成IP包以滿足IP化播出的要求。這種模式資源占有率較低，可用一臺服務(wù)器完成多頻道播出。不過，由于素材文件不需要重新編碼，所以在播出過程中無法實現(xiàn)IP流疊加臺標字幕的功能，只能通過后級字幕機完成對臺標字幕的疊加。

4K H.265 IP化播出采用解封裝模式的實施難度相對要小一些，在解封裝模式下只有硬盤和I/O資源占用有所增加，而CPU資源占用不會明顯上升。

5 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和人們對電視觀看及參與要求的提高，傳統(tǒng)電視播出模式的改變勢在必行，IP化播出系統(tǒng)具有的強大技術(shù)優(yōu)勢，雖然電視領(lǐng)域IP化播出還處于初始階段，要取代現(xiàn)有的播出架構(gòu)還需要解決不少問題,但是電視播出IP化是大勢所趨。現(xiàn)在應(yīng)該積極推廣IP化播出的應(yīng)用，逐步積累使用經(jīng)驗，儲備專業(yè)技術(shù)人才，為電視播出IP化發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]徐儉.IP化播出技術(shù)初探[J].廣播電視信息,2017(3).

[2]王寬.IP虛擬化播出和傳統(tǒng)播出對比[J].聲屏世界,2016(s1).