播出傳輸網絡IP化發(fā)展探討

李超鋒

摘 要：隨著新媒體的出現(xiàn)和媒體融合的發(fā)展，傳統(tǒng)電視的傳輸播出模式已經不能適應新時代的要求。因此，從播出IP網絡化傳輸必然性和實現(xiàn)IP化播出的一些關鍵問題出發(fā)，對播出傳輸網絡IP化發(fā)展展開研究。

關鍵詞：IP化播出;傳輸網絡;基帶信號

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0011-03

Absrtact： With the emergence of new media and the development needs of media convergence， the transmission and broadcasting mode of transmission of traditional television， can not meet the requirements of the new era. The inevitability of network transmission of broadcasting IP and some key problems in realizing IP broadcasting were discussed and analysed in this paper.

Keywords： IP broadcasting;transmission network;baseband signal

近年來，新媒體的發(fā)展日新月異，媒體融合勢在必行。當前，4K超高清信號已經在部分電視臺出現(xiàn)，對傳統(tǒng)的電視播出傳輸系統(tǒng)造成了極大壓力。IP技術的發(fā)展日益成熟，若將其應用于傳統(tǒng)的電視播出傳輸系統(tǒng)，那么將大大提高傳輸4K超高清信號的質量和效率，是下一步電視發(fā)展的必然趨勢。因此，下面將簡單分析和探討播出網絡IP化時代的發(fā)展趨勢。

1 電視播出發(fā)展趨勢

1.1 傳統(tǒng)電視的播出傳輸模式

現(xiàn)在的標清和高清電視主要以SDI信號為主要播出傳輸模式，具有一定優(yōu)勢。但是，隨著融媒體技術的發(fā)展以及4K電視和8K電視出現(xiàn)，這種優(yōu)勢越來越不明顯。

1.1.1 系統(tǒng)比較復雜。播出機房有很多設備和布線，其中布線最多的是矩陣系統(tǒng)。1根電纜只能傳輸1路SDI信號，而每一路信號的調度和切換都需要矩陣來實現(xiàn)。所以，在矩陣系統(tǒng)能看到成百上千的電纜，且都已捆綁固定好。這些線路連接著很多設備，如網絡、數(shù)據(jù)庫、存儲和播控臺等設備，所以故障點較多，一旦出現(xiàn)故障，查找比較困難。通常一根線路出現(xiàn)問題，整根線路需要重新布線。此外，SDI信號傳輸距離較短，尤其是傳輸高清信號，超過100 m就可能產生誤碼，影響播出畫面質量。

1.1.2 傳統(tǒng)播出模式帶寬存在局限。傳統(tǒng)的電視傳輸信號帶寬有限，而一根SDI信號傳輸線的最高傳輸速率為3Gb/s，而傳輸超高清4K信號的傳輸速率為12Gb/s，是傳統(tǒng)SDI信號傳輸速率的4倍。隨著融媒體的發(fā)展，4K和8K超高清信號成為一種發(fā)展趨勢，若仍采用普通的SDI信號傳輸，那么一路超高清信號就得用4根1 080P的SDI線纜傳輸帶寬，造成線纜數(shù)量成倍增加，故障隱患增大。

1.1.3 傳統(tǒng)播出模式控制存在局限。傳統(tǒng)電視播出模式中，一個控制臺通常只控制一個頻道或者幾個固定頻道的播出，主要通過點對點的連線控制視頻服務器和周邊的一些相關設備。若播出控制出現(xiàn)問題，將會影響一個或者幾個頻道的播出。

1.2 IP化播出存在的優(yōu)勢

1.2.1 播出網絡IP化架構。IP化播出以虛擬技術為基礎，基于網絡構建的播出云平臺。云平臺主要包括基礎層、服務層和應用層，而基礎層包括基礎網絡、存儲云、計算云和數(shù)據(jù)庫等。除上載工作站之外，云平臺可以統(tǒng)一提供IP化播出系統(tǒng)運行所需的虛擬機、服務器、存儲媒資、切換臺和播控工作站等，可以方便配置和控制物理服務器，從而充分利用物理服務器資源，有效控制硬件運行成本。

播出系統(tǒng)從傳統(tǒng)的SDI模式轉變成全IP化播出模式后，可以按照不同的格式分發(fā)到不同的系統(tǒng)終端，如有線機房、視頻網站IPTV前端、APP平臺和OTT平臺等，如圖1所示[1]。

1.2.2 搭建系統(tǒng)比較方便。IT硬件設備安裝相對容易，IP網絡覆蓋范圍廣，且布線組網比較簡單。系統(tǒng)結構搭建不復雜，周邊所用的設備不多，調試和軟件配置簡單，操作方便，市面上很多硬件通用，花費成本不高，維護成本較低，各方面風險較好控制。

1.2.3 擴展系統(tǒng)靈活。播出系統(tǒng)IP化后，采用模塊化方案設計，系統(tǒng)自動擴容方便，能熱插拔，可以實現(xiàn)即插即用，升級和增補設備也比較方便。此外，隨著播出系統(tǒng)的升級和規(guī)模的擴大，存儲容量和網絡帶寬等擴展都比較方便。

1.2.4 控制設備比較靈便。lP化播出系統(tǒng)搭建好后，所有控制命令都可以通過網絡協(xié)議實現(xiàn)，不需要點對點布線，可以減少故障點。IP化播出系統(tǒng)主要采用集中播出管理模式，一個電視臺往往有幾個播出頻道。采用IP化播出后，可以采用集中管理模式，幾個頻道控制可以在一個控制臺實現(xiàn)。若IP流播出控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以在網絡選擇自動切換模式啟動另一個控制端，保證一個控制端實時在線。

1.2.5 較好的系統(tǒng)兼容性。IP化播出視頻服務器具有良好的系統(tǒng)兼容性，輸入輸出接口相對靈活，支持在本地IP化素材文件與IP化SDI信號之間自動無縫切換播出，支持MPEG-2、H.264、H.265等多種壓縮編碼格式，支持MXF、AVI、MOV等文件封裝格式和VDCP Louth等控制協(xié)議。

2 播出網絡IP化面臨的一些問題和要求

2.1 基帶信號IP化技術要求

數(shù)字視頻信號IP化技術已經成功應用于文件化制播域和壓縮傳輸域。播出分發(fā)環(huán)節(jié)必須從基帶SDI過渡到基帶IP化，IP化后才能實現(xiàn)播出多終端跨屏互動和媒體融合。非壓縮基帶實時視頻、音頻的IP化應用對網絡帶寬要求非常高，要建立非壓縮的4K IP化播出系統(tǒng)，需要100G IP鏈路、IP視頻、音頻碼流調配及其路由[2]。表1為采用專用網絡交換機和專用SDN時，SDI信號路數(shù)和IP以太網帶寬實時承載的關系。

2.2 延時問題

傳統(tǒng)電視系統(tǒng)使用SDI基帶信號傳輸延時相對較小，而使用IP化網絡傳輸后，由于鏈路長度增加，會出現(xiàn)延時問題。如何解決好延時問題，是擺在技術人員面前的一個重要問題。由于IP協(xié)議是雙向協(xié)議，基于SDI基帶視頻信號IP化傳輸方式的封裝和傳輸協(xié)議特性，IP視頻網絡傳輸鏈路在傳輸IP視頻流時會存在抖動和丟包風險。不同的路徑會有不同的延時，從而導致路徑延時，且這種延時量會高于SDI基帶視頻信號的延時量。因此，必須處理好SDI基帶視頻信號IP化后傳輸?shù)难訒r。

2.3 同步問題

電視系統(tǒng)中同步問題也是一個重要的問題。若系統(tǒng)信號不同步，那么播出信號將無法觀看。所以，電視播出系統(tǒng)IP化后必須解決同步問題。傳統(tǒng)的電視系統(tǒng)中，同步信號通常使用專用線纜傳輸同步信號，以保證聲音和圖像信號同步播出。播出系統(tǒng)IP化后，需將同步信息嵌入網絡，在以太網中傳輸。以太網的同步協(xié)議主要精度為毫秒級，由于網絡狀況不確定和交換機延時，在IP網絡環(huán)境中想實現(xiàn)信號同步難度較大。但是，IP化基于SMPTE 2059時間協(xié)議PTP就能消除網絡協(xié)議的誤差，大大提高信號同步的精度，將精度控制在ps量級，從而解決IP化電視系統(tǒng)頻率同步、相位同步和幀、行同步，實現(xiàn)設備的同步無縫切換。

2.4 高可靠性保證

IP化播出系統(tǒng)采用主備熱備份、主備自動熱切換、主從同步、設備集中控制以及網絡主備雙鏈路等技術，可以支持播出系統(tǒng)24h不間斷播出[3]。播出視頻服務器IP化后，為了保證系統(tǒng)的安全性，可以采用網絡節(jié)目單和本地節(jié)目單兩種節(jié)目單模式。若播出控制系統(tǒng)信號存在問題，那么播出系統(tǒng)會自動讀取本地節(jié)目單，以保證節(jié)目信號的正常播出。

2.5 安全問題

傳統(tǒng)電視的信號傳輸主要以SDI為主，整個架構是單向數(shù)據(jù)傳輸網絡，有固定協(xié)議，架構封閉，所以整個播出網絡相對安全。但是，播出實現(xiàn)IP化后，整個網絡架構中各個網絡設備之間能夠互相訪問，會帶來一定的安全問題。所以，要部署好防火墻和防病毒網關，采用私有協(xié)議，保證IP傳輸數(shù)據(jù)的安全性。

3 播出網絡IP化技術

3.1 編碼模式

將傳統(tǒng)電視的整個傳輸架構IP化后，還需要解決4K超高清視頻的編碼壓縮問題。目前，H.265編碼壓縮技術在4K超高清信號的使用中有較好表現(xiàn)。而新一代高效編碼H.265HEVC是目前4K編碼壓縮技術中較好的一種，在相同圖像質量的情況下，實現(xiàn)的編碼壓縮視頻碼流是H.264的60%，能有效減少4K超高清信號的使用帶寬。

3.2 解碼模式

在IP化播出環(huán)節(jié)，需要在節(jié)目播出環(huán)節(jié)對IP流信號疊加臺標字幕，所以要對4K H.265的TS文件解碼再編碼。這一過程需要增加相關技術設備，導致資源占用量增加，成本提高，是下一步需要解決的問題。

3.3 解封裝模式

在IP化播出前將4K素材進行轉碼，形成4K H.265 TS標準格式文件。在播出環(huán)節(jié)，由于需要增加臺標和字幕，所以要將TS文件在傳輸過程中解封裝再封裝，以滿足TS文件的IP化播出要求。這一過程對物理資源占用不大，利用一臺服務器即能完成多頻道播出。但是，解封裝模式對素材要求嚴格。凡是待播的素材都要進行統(tǒng)一編碼，從而形成分辨率一致、格式相同的TS文件。在解封裝過程中，需要嚴密審核素材，統(tǒng)一編碼要播出的素材。素材在播出過程中需要重新解碼，因此在播出過程中無法在IP流信號上在線疊加臺標字幕，只有利用后臺字幕疊加顯示臺標及字幕等。當前，利用解封裝模式進行IP化播出難度不大，僅需要針對播出文件進行解碼后進行二次封裝，就能形成高清、低物理資源占用模式，提高CPU資源性能，減少資源占用。其中，資源占用明顯較大的文件可以采取離線方式運行。

4 結語

在媒體融合的發(fā)展趨勢下，播出網絡IP化已經成為廣播電視創(chuàng)新發(fā)展的必要途徑。從傳統(tǒng)的基帶SDI播出到IP化播出，可以將SD標清和HD高清播出信號轉化成超高清4K播出信號，從而使觀眾獲得更高清、更快捷的收視體驗，也有利于打通傳統(tǒng)媒體與新興媒體之間信息傳輸?shù)谋趬?，加快傳統(tǒng)媒體與新興媒體的融合。

參考文獻：

[1]徐儉，馬春，徐有聰.媒體融合時代電視中心IP化基礎架構技術初探[J].廣播電視信息，2015（3）：64-67.

[2]尹鴻學.高清數(shù)字電視的IP化技術探討[J].新媒體研究，2017（23）：10-11.

[3]陳明培.電視播出技術的IP化變革[J].西部廣播電視，2018（12）：190-191.