電視演播室IP化關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)構(gòu)成

陳奕翔

4K技術(shù)、融合技術(shù)等媒體技術(shù)的發(fā)展步伐較為迅速，網(wǎng)絡(luò)線纜以及帶寬等問題已經(jīng)在很大程度上限制了信號傳輸，影響了數(shù)據(jù)傳輸、節(jié)目制作等各個環(huán)節(jié)。目前，在電視演播室使用的都是以串行數(shù)字接口和專用數(shù)字視頻矩陣為基礎(chǔ)的技術(shù)架構(gòu)，這種架構(gòu)已經(jīng)達(dá)不到需求，主要表現(xiàn)在以下幾方面。一是電纜數(shù)量多、維護(hù)相對困難。由于在電視演播室內(nèi)部，矩陣交換一根電纜只能承載1路SDI的TS信號，一般電視演播室有幾百甚至上千條SDI電纜，電纜長且捆綁在一起，一旦發(fā)生故障，更換困難，只能新增電纜，從而增加成本。二是SDI信號傳輸距離短。SDI信號傳輸距離小于100 m，一些個線路不具備傳輸高清節(jié)目信號的條件，在傳輸過程中比較容易產(chǎn)生錯誤代碼，從而使圖像變得不清晰。三是串行數(shù)字接口的高清系列產(chǎn)品價格比較高昂且種類比較單一，從而出現(xiàn)系統(tǒng)方案選擇性少且整體造價比較高的情形。IP化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)范圍較為廣泛，傳輸技術(shù)發(fā)展到今天也比較成熟，電視演播室IP化已經(jīng)成為未來的發(fā)展方向。

1 電視演播室IP化關(guān)鍵技術(shù)

電視演播室IP化架構(gòu)發(fā)展主要包括3個階段，即傳輸級的IP化、總控交換級的IP化、全流程無壓縮音視頻IP化。電視演播室IP化架構(gòu)是第三個階段，其中，還需要對相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)做進(jìn)一步細(xì)化和完善。

1.1 同步

電視信號具有時間同步的特點(diǎn)，否則信號切換和混合就會難以操作。SMPTE RP-168 文件指出，傳統(tǒng)的SDI系統(tǒng)必須額外接入同步信號才能使信號同步和正常切換畫面，而IP系統(tǒng)就不用專用線纜傳輸同步信號，同步信息嵌入在網(wǎng)絡(luò)中（如圖1所示）。

1.2 幀精度凈視頻切換

不同的廠商其凈切換方式各異，索尼公司和艾弗茨均使用IP交換機(jī)來進(jìn)行切換，這樣一來，設(shè)備和交換機(jī)就可以直接進(jìn)行連接，在信號接收端接口處就能完成凈切換過程，但是，在切換過程中傳輸碼流數(shù)量變?yōu)閮蓚€，從而使帶寬利用率降低；美國格拉斯瓦利公司采用的是通用IP交換機(jī)，前提是在通用交換機(jī)與設(shè)備之間增加IP接口GV Node，設(shè)備不能與交換機(jī)直接連接，通過這個GV Node精確控制切換時間，從而有效實(shí)現(xiàn)凈切換。

1.3 網(wǎng)絡(luò)冗余備份

Ethernet AVB通過CNT實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸安全備份，就是傳統(tǒng)意義上說的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通過利用該技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時可以使主備鏈路切換時間小于40 ms。而且，如果在路由上采取兩張完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，信源設(shè)備在發(fā)送IP流數(shù)據(jù)包時，兩條線路互不干擾，即使其中一條線路出現(xiàn)故障，出現(xiàn)數(shù)據(jù)包中斷，另一條線路仍然可以繼續(xù)進(jìn)行切換傳輸工作，如圖2所示。

圖1 兩種架構(gòu)同步方式區(qū)別

圖2 網(wǎng)絡(luò)冗余備份

1.4 Software Defined Network軟件定義網(wǎng)絡(luò)

SDN是電視演播室IP化架構(gòu)的核心軟件，它具有控制管理功能。由于SDN具備的控制管理功能，使通用或?qū)Ｓ肐P Switch能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)SDI矩陣的功能，控制層與數(shù)據(jù)層由于Software Defined Network的存在可以分離，從而可以利用傳統(tǒng)的操作方式對信號進(jìn)行管理和分配，還可以并提供設(shè)置、管理以及操作的接口或界面，從而實(shí)現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量和帶寬管理。

2 電視演播室IP化技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成方案

電視演播室系統(tǒng)IP化已成為今后的發(fā)展趨勢，從清晰過渡到高清，再過渡到超高清，這個過程必須以高的網(wǎng)絡(luò)帶寬為前提（3840×2160p508×3840×2160p50；如果換作SDI信號，必須保證1.5G12G），只有保證充裕的帶寬，才能使IP化的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。但是，Ethernet作為普遍采用對象，其帶寬僅為10 GbE，很顯然難以達(dá)到要求。

為構(gòu)建超高清和全I(xiàn)P系統(tǒng)，可以嘗試以下三個方案。

第一，把SMPTE的鏈接與映射作為基礎(chǔ)，通過綁定四個3G-IP鏈路進(jìn)行超高清信號無壓縮傳輸。但該方案使設(shè)備利用率降低，且會顯著增加布線任務(wù)，從而增加走線空間負(fù)擔(dān)。另外，缺乏IP超高清傳輸標(biāo)準(zhǔn)作為參考依據(jù)，從而面臨信號分配和延時等相關(guān)問題。

第二，利用更高速的Ethernet。UHDTV Ecosystem Study Group 2014年研究報告和Ethernet Alliance 2016年度報告中均對大范圍推廣高速Ethernet以及開發(fā)基于IP的超高清無壓縮實(shí)時接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析介紹，從而對云平臺建設(shè)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支撐。

第三，對信號采取輕壓縮的手段，以便適配現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。然而，在前廣播電視行業(yè)中，如果利用此手段實(shí)現(xiàn)實(shí)時直播和切換必須保證高質(zhì)量、低延時以及低壓縮比。同時，在整個傳輸路徑中，各個設(shè)備都必須支持這種壓縮方法，且要想實(shí)現(xiàn)不同壓縮方法的實(shí)際操作，就必須具有各自專用的編解碼器，這就要考慮互操作性問題。

3 結(jié)語

隨著4K超高清技術(shù)的快速發(fā)展，電視演播室IP化技術(shù)的優(yōu)勢得以凸顯，作為媒體技術(shù)人員，必須具備新互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)思維，具備超前的意識，要不斷適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用，只有這樣，才能在信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速迭代發(fā)展中立于不敗之地。

[1]祝晶,薛波.異地新聞后期制作模式探討[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2014(7).