全媒體環(huán)境下演播室的IP化改造設(shè)想

潘琦婕 江蘇省廣播電視總臺電視技術(shù)部

1.引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛躍發(fā)展，融媒體的概念已成為廣播電視領(lǐng)域的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢。隨著云計(jì)算技術(shù)被大規(guī)模推廣，云計(jì)算平臺將成為未來電視臺的核心基礎(chǔ)平臺。在此前景下，電視節(jié)目制作系統(tǒng)將逐步從傳統(tǒng)的廣播電視架構(gòu)中脫離出來，并以全新的IP化形態(tài)構(gòu)建。探索廣電技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合之道，推動廣電技術(shù)的IT化發(fā)展進(jìn)程勢在必行。

本文根據(jù)演播室系統(tǒng) IP化的建設(shè)背景，通過分析傳統(tǒng)演播室的優(yōu)缺點(diǎn)和演播室系統(tǒng)的構(gòu)建趨勢，提出建設(shè) IP化系統(tǒng)的可行性方案及相應(yīng)問題對策，為云平臺建設(shè)提供支撐。

2. 演播室IP化建設(shè)背景

當(dāng)前，廣播電視的發(fā)展正面臨著戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。以互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)為代表的新技術(shù)正迅速崛起，廣播電視作為傳統(tǒng)主流媒體正面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新新技術(shù)對廣電節(jié)目制作、播出、服務(wù)模式產(chǎn)生了全方位影響。

2015年，中央全面深化改革領(lǐng)導(dǎo)小組通過《關(guān)于推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)“堅(jiān)持先進(jìn)技術(shù)為支撐、內(nèi)容建設(shè)為根本，推動傳統(tǒng)媒體和新媒體的內(nèi)容、整合渠道、平臺、經(jīng)營、管理的深度等方面，形成立體多樣、融合發(fā)展的現(xiàn)代傳播體系”。加快廣電節(jié)目制播系統(tǒng)與新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的深度融合，創(chuàng)新服務(wù)方式和服務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)廣電媒體向融合媒體的演變，已成為廣電生存和發(fā)展的必由之路。

為促進(jìn)媒體融合，電視臺需要改變單一的采編和傳播方式，向“臺網(wǎng)”融合轉(zhuǎn)變。我們需要利用IP化、云計(jì)算等技術(shù)，致力于打造先進(jìn)的技術(shù)平臺，為臺內(nèi)節(jié)目生產(chǎn)制作、開展全媒體業(yè)務(wù)做好技術(shù)支撐。

3. 應(yīng)用平臺的關(guān)鍵技術(shù)

隨著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)形態(tài)的多元化，傳統(tǒng)媒體已經(jīng)不再是各類信息資訊唯一的傳播渠道，節(jié)目內(nèi)容層面的去中心化形態(tài)已然成為全媒體環(huán)境的發(fā)展現(xiàn)狀。作為廣電發(fā)展的根基，先進(jìn)的廣電技術(shù)永遠(yuǎn)要服務(wù)于節(jié)目內(nèi)容，所以基于物理層面技術(shù)平臺的去中心化，要為內(nèi)容層面的去中心化提供支撐。技術(shù)平臺要想實(shí)現(xiàn)去中心化，沒有廣電技術(shù)的IT化作為前提是不行的。為了充分推動廣電的IT化進(jìn)程，云計(jì)算和IP架構(gòu)是搭建基礎(chǔ)平臺的關(guān)鍵技術(shù)。這兩種技術(shù)都將改變當(dāng)前技術(shù)平臺的核心架構(gòu)。目前我臺荔枝云私有云已初具規(guī)模，構(gòu)建基于云的全I(xiàn)P工作流程是發(fā)展方向，演播室系統(tǒng)全I(xiàn)P化也在逐步推進(jìn)。

4. 演播室制作IP化現(xiàn)狀分析及可行性

目前，我臺部分演播室與總臺制作部之間已經(jīng)完成了IP化節(jié)目交換。例如演播室進(jìn)行部分IP化改造后，各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過云平臺進(jìn)行節(jié)目文件化交換，實(shí)現(xiàn)了全程文件化、網(wǎng)絡(luò)化。由于演播室系統(tǒng)與制作網(wǎng)絡(luò)和播出網(wǎng)絡(luò)的連接，演播室不再是一個封閉的系統(tǒng)，節(jié)目采編播流程也愈加方便。如今，演播室系統(tǒng)依然以SDI信號為主，而進(jìn)一步構(gòu)建全I(xiàn)P工作流程的核心是SDI信號的IP化。

在過去的20多年中，SDI作為廣電行業(yè)信號傳輸?shù)奶赜袠?biāo)準(zhǔn)已經(jīng)應(yīng)用于廣電行業(yè)的各個系統(tǒng)，目前我臺的演播室系統(tǒng)基本上是以SDI基帶信號為系統(tǒng)架構(gòu)。SDI電視系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:可靠性和穩(wěn)定性高，通用性和幀精度高，低延時、低抖動；結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系清晰，方便故障定位和排查，系統(tǒng)同步簡單，協(xié)議開放，無需授權(quán)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，節(jié)目制作信號源也日益豐富：從原來的模擬信號、SDI信號、HDSDI信號，到4K信號、網(wǎng)絡(luò)信號等非演播室系統(tǒng)內(nèi)的信號源，基礎(chǔ)架構(gòu)的種類日益增多，信號調(diào)度的矩陣規(guī)模越來越大，系統(tǒng)對矩陣的兼容性和處理能力也有了更高的要求，而且系統(tǒng)布線及信號的處理更加復(fù)雜，有必要整合大量不同類型的電纜。隨著廣電技術(shù)的發(fā)展，SDI信號漸漸出現(xiàn)了信號不兼容、系統(tǒng)擴(kuò)展性受到限制、線纜整合困難等這樣的缺點(diǎn)。

采用IP信號作為演播室的基礎(chǔ)架構(gòu)就相對簡單，一根網(wǎng)線就可以解決數(shù)據(jù)、控制和同步的傳輸。IP系統(tǒng)架構(gòu)可以復(fù)用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在此基礎(chǔ)上提高端口密度，增加雙向傳輸特性。網(wǎng)線取代同軸電纜可大幅降低線纜體積和重量，還有一個顯而易見的好處就是降低了系統(tǒng)成本。按 IP封裝模式進(jìn)行的傳輸未經(jīng)過新的信號轉(zhuǎn)換，沒有重新編碼的過程，以原始質(zhì)量傳遞的原始碼流避免了多次編碼產(chǎn)生的信號質(zhì)量劣化，最大程度的保障了文件質(zhì)量。如果在視頻系統(tǒng)內(nèi)均通過IP形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，傳輸質(zhì)量被保持在最高，對節(jié)目生產(chǎn)效果可起到最大的支撐作用。通過將演播室系統(tǒng)IP化，并在基于SDN( software defined network，軟件定義網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)絡(luò)中將各種數(shù)據(jù)流統(tǒng)一調(diào)度、智能管理，將有效提升節(jié)目生產(chǎn)的靈活性和可伸縮性，電纜布線也較SDI信號更加精簡，更易于演播室設(shè)備的管理和維護(hù)。

5. 演播室IP化的關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)構(gòu)成

以日益成熟的4K超高清信號傳輸為例，如果用SDI接口傳輸，有以下實(shí)現(xiàn)方式:一是最原始的方法，4個子圖像轉(zhuǎn)換為4路3Gbps數(shù)據(jù)流，之后即可以直接生成4路對應(yīng)的3G-SDI信號，但這種方式連線復(fù)雜。二是將12G數(shù)據(jù)壓縮到單個3G-SDI信號，采用現(xiàn)有的高清視頻線纜傳輸，但這種方式對數(shù)據(jù)壓縮太大。三是通過12G-SDI接口傳輸未壓縮的視頻，采用高性能的視頻線纜來傳輸，但是12G-SDI速率較高，傳輸距離短。由此可見，用視頻線纜來傳輸4K信號雖然可行，但是會使演播室系統(tǒng)變得過于復(fù)雜。

如果采用IP化架構(gòu)來傳輸，這一問題將得到解決。IP技術(shù)的格式無關(guān)性是區(qū)別于SDI的顯著特點(diǎn)之一。SDI從270 M到1.5 G再到3 G，傳輸方式從Single- Link到 Quad- Link，隨著專用設(shè)備的升級，傳輸格式的升級必須緊跟其后。系統(tǒng)IP化改造后，信號以IP包的形式被封裝和傳輸，信號格式和內(nèi)容與網(wǎng)絡(luò)傳輸通道無關(guān)。以IP信號傳輸不僅信號格式與系統(tǒng)擴(kuò)展自由，方便與制作系統(tǒng)公用平臺鏈接，而且可以實(shí)現(xiàn)高效信號分享，方便所有接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管和維護(hù)。因此，在4K超高清電視基礎(chǔ)架構(gòu)中，IP化方向已經(jīng)受到了廣泛的認(rèn)同——即用RJ-45以太網(wǎng)口或光纖接口取代BNC接口，用 IP交換機(jī)取代 SDI基帶矩陣。為了解決這個問題，越來越多的設(shè)備開始安裝IP接口，更多的電視演播室考慮用IP化基礎(chǔ)架構(gòu)來建設(shè)4K超高清視頻系統(tǒng)。

在演播室系統(tǒng)IP化的過程中，錄制設(shè)備的發(fā)展趨勢是文件化、無帶化。標(biāo)清磁帶錄像機(jī)隨著電視臺節(jié)目的高清化普及將漸漸退出歷史舞臺，越來越多演播室采用硬盤錄像機(jī)、P2錄像機(jī)。硬盤錄像機(jī)具有記錄格式多樣化的特點(diǎn)，解決了錄像設(shè)備格式和后期制作格式不兼容的問題。且硬盤錄像機(jī)基于PC平臺，自帶網(wǎng)絡(luò)接口，兼容 TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，可以通過網(wǎng)絡(luò)直接與后期系統(tǒng)進(jìn)行互聯(lián)，減少了素材傳輸環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率。P2錄像機(jī)則具有便攜、操作簡便、錄制誤碼率低的特點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)普遍用于演播室、外景活動等各種形式的節(jié)目錄制中。

SMPTE（電影電視工程協(xié)會）標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)部分定義了如何將SDI信號的全部信息（包括視頻、嵌入音頻、附屬 HANC和 VANC、時間碼、元數(shù)據(jù)等）在IP網(wǎng)絡(luò)中以RTP包的形式傳輸。封包后的視頻、音頻和附屬數(shù)據(jù)可用于電視及任何類型的實(shí)時內(nèi)容交換網(wǎng)絡(luò)，既可以是局域網(wǎng)，也可以是廣域網(wǎng)。SMPTEST也定義了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的定時同步機(jī)制，將廣電常用的GenLock功能復(fù)制到了IP網(wǎng)絡(luò)中，通過IP實(shí)現(xiàn)同步鎖定，準(zhǔn)確地傳輸同步定時信息。SDI系統(tǒng)中，設(shè)備需額外接入同步信號以保證信號同步和畫面的正常切換，IP系統(tǒng)架構(gòu)不需要專用線纜傳輸同步信號，同步信息嵌入在網(wǎng)絡(luò)中。切換臺等系統(tǒng)設(shè)備需要全面支持IP輸入輸出，可以同時處理SDI和IP信號。電視演播室系統(tǒng) IP化架構(gòu)的理想狀態(tài)，是使用通用IP交換機(jī)。設(shè)備通過IP接口直接與交換機(jī)相連并具有統(tǒng)一的協(xié)議。

演播室系統(tǒng)全I(xiàn)P化是發(fā)展趨勢，但I(xiàn)P化的優(yōu)勢是以網(wǎng)絡(luò)帶寬充裕為前提的。從高清過渡到超高清系統(tǒng)，最常用的3840×2160p50，數(shù)據(jù)量將是原來的8倍。如果用SDI信號來承載，即需要從1.5G升級到12G。而目前廣泛采用的以太網(wǎng)速率是10GbE，單鏈接網(wǎng)絡(luò)信號顯然已經(jīng)無法承載無壓縮的12G-SDI信號，那么如何構(gòu)建超高清、全 IP的系統(tǒng)呢?

我們可以嘗試以SMPTE ST2022-6的鏈接與映射為基礎(chǔ)，采用4個3G-IP鏈路綁定來傳輸一個超高清信號，此方案雖然可行，但是降低了設(shè)備利用率，使得布線任務(wù)劇增、給走線空間增加了負(fù)擔(dān)，且至少需要兩條10GbE的鏈接。這個方案雖然可以實(shí)現(xiàn)無壓縮傳輸，但廣電行業(yè)尚未出臺基于IP的超高清傳輸標(biāo)準(zhǔn)，信號分配問題及延時問題都需要解決。

還有一個無壓縮的方案是采用更高速的以太網(wǎng)。根據(jù)以太網(wǎng)聯(lián)盟(Ethernet Alliance)2016年度報(bào)告——“ Ethernet Roadmap”，25 GbE大規(guī)模推廣應(yīng)用的前景被看好，很有可能取代10GbE，成為下一個以太網(wǎng)單鏈接的速率。SMPTE超高清電視生態(tài)系統(tǒng)研究組(UHDTV Ecosystem Study Group)在研究報(bào)告(2014年)中也向SMPTE建議，開發(fā)基于IP的超高清無壓縮實(shí)時接口標(biāo)準(zhǔn)。同時將 SMPTE ST2022-6擴(kuò)展到12G-SDI，如果這樣的標(biāo)準(zhǔn)出臺，使用4鏈接25GbE，可以以更高的性價(jià)比來實(shí)現(xiàn)100GbE網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)速率也足以對云平臺建設(shè)提供更大的支撐。

超高清全 IP化的另一個思路是對信號進(jìn)行輕壓縮以適配現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，但是在廣電行業(yè)內(nèi)，以輕壓縮數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)時直播、切換需要的是高質(zhì)量、低延時和低壓縮比。目前有滿足壓縮比要求的已經(jīng)被 SMPTE標(biāo)準(zhǔn)化的方案，但是編解碼延時、不同編碼格式之間的交互，碼流之間的同步都要經(jīng)過大量實(shí)踐來證明其可行性。另外，整個傳輸鏈路中的各個設(shè)備(如:攝像機(jī)、切換臺、錄像機(jī)、字幕機(jī))都要支持此壓縮方法，不同的壓縮方法需要各自專用的編解碼器實(shí)現(xiàn)操作，當(dāng)系統(tǒng)中采用了不同壓縮格式的設(shè)備時，互操作性是個問題。

6. 全I(xiàn)P化系統(tǒng)的優(yōu)化

（1）服務(wù)質(zhì)量

在構(gòu)建全I(xiàn)P系統(tǒng)架構(gòu)過程中，要重視服務(wù)質(zhì)量需求。 基于SDN技術(shù)(軟件定義網(wǎng)絡(luò))，可合理地對網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和業(yè)務(wù)進(jìn)行配置和規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)變得更加智能化。例如，在網(wǎng)絡(luò)任務(wù)繁忙的節(jié)假日之前，網(wǎng)絡(luò)會出現(xiàn)堵塞、任務(wù)隊(duì)列、找不到素材等情況，使用SDN技術(shù)，可保證視音頻流獲得穩(wěn)定帶寬，實(shí)現(xiàn)全部可能路徑上的智能負(fù)載均衡，避免數(shù)據(jù)流之間相互沖突，從而得到需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

（2）網(wǎng)絡(luò)安全

IP化架構(gòu)相較于SDI架構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)的任何設(shè)備都有被外部非法訪問甚至攻擊的可能；IP化架構(gòu)存在網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲、數(shù)據(jù)包丟失和同步不精確等問題，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問是至關(guān)重要的。在構(gòu)建全I(xiàn)P系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的過程中，可以考慮網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、設(shè)備認(rèn)證和用戶認(rèn)證三方面的安全防護(hù)手段，在保持系統(tǒng)安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)IP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。 通過實(shí)施用戶認(rèn)證功能，可消除非法或未經(jīng)授權(quán)用戶的操作。系統(tǒng)管理員還可為每個特定用戶分配特定權(quán)限，使得非法訪問的風(fēng)險(xiǎn)降到最低；設(shè)備認(rèn)證功能是要對接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行身份識別認(rèn)證，通過設(shè)備認(rèn)證，系統(tǒng)管理員可以控制住該非法訪問設(shè)備的使用權(quán)限，從而避免其對系統(tǒng)造成破壞；網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證的目的是保障系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)環(huán)境不被網(wǎng)外干擾，以提供安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

（3）互聯(lián)互通

演播系統(tǒng)全I(xiàn)P化正處在發(fā)展初期，各廠商和標(biāo)準(zhǔn)化組織出于各種因素的考慮，推出的封裝格式和標(biāo)準(zhǔn)大多彼此不兼容。在構(gòu)建全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的過程中，如何設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，使得不同廠商的設(shè)備、不同格式的IP流能像SDI那樣便捷的互聯(lián)互通，仍然需要經(jīng)過不懈努力。一旦這個問題得以解決，IP化進(jìn)程也能前進(jìn)一大步。

（4）問題排查

在基于SDI信號的演播室系統(tǒng)中，系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的：系統(tǒng)邏輯清楚，故障節(jié)點(diǎn)容易排查，問題能夠及時發(fā)現(xiàn)，及時解決。隨著IP信號在演播室中越來越多的應(yīng)用，素材很多都來源于網(wǎng)絡(luò)。如果是電視臺制作系統(tǒng)以外的素材，則取決于素材來源網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和演播室外部網(wǎng)絡(luò)是否順暢連接。如果是臺內(nèi)系統(tǒng)之間的素材遷移，則很難判斷問題節(jié)點(diǎn)的具體位置，這個問題可以有待相應(yīng)軟件進(jìn)行解決。

7. 結(jié)束語

廣電行業(yè)無論如何發(fā)展，堅(jiān)持以先進(jìn)技術(shù)為引領(lǐng)是內(nèi)容為王的前提。二十年來，我們見證了從模擬到數(shù)字，從標(biāo)清到高清，文件取代磁帶的變化，廣電行業(yè)正在被發(fā)展迅猛的IT技術(shù)不斷顛覆。當(dāng)前，信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迭代發(fā)展正在不斷改變著媒體的格局。沒有積極運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)的意識和能力，就不能在激烈的媒體競爭中站穩(wěn)腳跟。傳統(tǒng)媒體技術(shù)人員只要克服技術(shù)恐慌、不斷適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用，就能在不斷發(fā)展的全媒體環(huán)境下創(chuàng)建新的天地。