新聞中心4K超高清IP化演播室設(shè)計

石磊

【摘要】電視媒體4K業(yè)務(wù)升級，令觀眾體驗(yàn)大幅改善。但是在新聞中心4K演播室的技術(shù)升級方面，勢必需要充分考慮IP化驅(qū)動的組網(wǎng)可能性，進(jìn)而優(yōu)化設(shè)計演播室的運(yùn)維方案。鑒于此，本文分析了基于體驗(yàn)維度的4K超高清優(yōu)勢，探討了IP化驅(qū)動下4K超高清制播技術(shù)，同時解析了新聞中心4K超高清IP化演播室設(shè)計策略。以期全面推動新聞中心演播室制播技術(shù)升級，全面推動4K業(yè)務(wù)的健康發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】新聞中心;4K超高清;IP化;演播室

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.009

在媒體融合迅速發(fā)展的環(huán)境下，伴隨著新媒體技術(shù)、超高清技術(shù)、5G技術(shù)、AR/VR技術(shù)的發(fā)展，新聞中心4K超高清節(jié)目制作的需求逐步擴(kuò)大，相關(guān)設(shè)備的IP化進(jìn)程在不斷加快。如何完善演播室IP化驅(qū)動，如何提高新聞中心4K演播室制播效率，成為當(dāng)前電視媒體業(yè)務(wù)升級的關(guān)注熱點(diǎn)。為此，結(jié)合一線演播室工作經(jīng)驗(yàn)，分析了新聞中心4K超高清IP化演播室設(shè)計策略，現(xiàn)做如下分析。

1. 基于體驗(yàn)維度的4K超高清優(yōu)勢

電視媒體為了更好的增強(qiáng)觀眾的觀看體驗(yàn)，已720P標(biāo)清全面升級到1080P高清，而4K替換升級也在逐步啟動實(shí)行。新聞中心4K超高清節(jié)目較傳統(tǒng)的高清節(jié)目，從多個維度上增強(qiáng)了觀眾體驗(yàn)：分辨率更高、流暢度更快、音效升級、色彩種類延伸、色域空間拓展、動態(tài)范圍更廣。

首先，分辨率更高是4K超高清最為主要的優(yōu)勢，從1920×1080的分辨率升級到3840×2160的分辨率，可以令新聞節(jié)目的畫面更加細(xì)膩。其次，流暢度更快增強(qiáng)了4K節(jié)目的觀看體驗(yàn)，從25/30P升級到50/60P后，新聞節(jié)目畫面更加流暢，不會再出現(xiàn)畫面卡頓問題，尤其運(yùn)動特效場景體驗(yàn)度更佳。再次，音效升級從5.1聲道擴(kuò)大到22.2聲道，令用戶體驗(yàn)到身臨其境的音效。最后，色彩種類延伸對畫面色彩傳輸效果更強(qiáng)，顏色種類從1600萬擴(kuò)大到10.7億種，色彩表達(dá)更為細(xì)膩。同時色域空間也全面拓展，從BT709擴(kuò)大到BT2020令色彩維度更加接近觀眾眼球視覺體驗(yàn)，真實(shí)度更強(qiáng)。此外，色彩動態(tài)范圍更廣，從100：1擴(kuò)大到1000：1，令色彩對比更為明顯。

2. IP化驅(qū)動下4K超高清制播技術(shù)

2.1 高質(zhì)量制播

新聞中心的4K超高清業(yè)務(wù)，在采取了IP架構(gòu)方案后，對于制備質(zhì)量的提升具有明顯支持作用。而IP化的發(fā)展，也必然是演播室技術(shù)升級的重要方向。目前電視臺新聞中心，多少已經(jīng)改造升級為4K超高清系統(tǒng)，而絕大部分也是在IP化的系統(tǒng)架構(gòu)上完成的技術(shù)升級，進(jìn)而滿足了演播室控制系統(tǒng)的簡化操作。IP化驅(qū)動下的制播質(zhì)量提高，主要是遵循了ST2022-6、ST2110、ST2059等多種標(biāo)準(zhǔn)格式，利用IP交換矩陣完成了視頻流的切換，可以最大限度的降低切換畫面時產(chǎn)生靜幀或黑場的問題，同時匹配了PTP操控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了時鐘同步對接，制播質(zhì)量必然全面提升。

2.2 高可靠制播

新聞中心4K業(yè)務(wù)的升級，并非只對畫面?zhèn)鬏斝ЧM(jìn)行改善，而是針對演播室所有終端設(shè)備的全面升級。核心路由器設(shè)備朝向芯片級、設(shè)備級、網(wǎng)絡(luò)級三個方向發(fā)展，以保障演播室制播需求得以滿足。傳統(tǒng)的SDI系統(tǒng)鏈路過于復(fù)雜，鏈接不同端口時也需要終端設(shè)備轉(zhuǎn)接。而拓展了IP驅(qū)動系統(tǒng)后，打破了端對端的單線聯(lián)系操作局限，演播室設(shè)備可以直接通過IP交換機(jī)完成信號傳輸。那么新聞中心演播室則可以隨時完成自由連線，外部設(shè)備也可以同步演播室視頻與音頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)信號的同步性更高，僅依靠同一IP鏈路便可完成信號傳輸，新聞中心演播室后續(xù)的運(yùn)維操作得以簡化，充分的提高了演播室操作便捷性與靈活性，制播保障大幅提升。

2.3 高共享制播

新聞中心4K演播室系統(tǒng)升級完成IP化驅(qū)動后，打破了傳統(tǒng)制播設(shè)備系統(tǒng)單一性問題，不會再出現(xiàn)信息孤島的被動局面。新聞中心演播室多路鏈接、互聯(lián)互通的優(yōu)勢更為突出。依靠IP系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)演播室信息資源的實(shí)時共享，以順應(yīng)媒體融合技術(shù)的發(fā)展趨勢。IP驅(qū)動的最大優(yōu)勢在于演播室設(shè)備的全鏈接，基本上支持了GE/10GE/25GE/40GE/50GE/100GE等全系列網(wǎng)絡(luò)端口的鏈接，可實(shí)現(xiàn)全系列視頻碼流的任意接入。同時也支持第三方媒體集成控制器的信號源對接，那么IP網(wǎng)絡(luò)資源的共享度必然有所提升，統(tǒng)一調(diào)度管理演播室信號資源的技術(shù)條件更為優(yōu)越，真正令新聞中心演播室實(shí)現(xiàn)可視化運(yùn)維、智能化運(yùn)維、共享化運(yùn)維。

3. 新聞中心4K超高清IP化演播室設(shè)計策略

3.1 升級終端設(shè)備

新聞中心4K超高清的業(yè)務(wù)升級，不僅是增強(qiáng)觀眾觀看體驗(yàn)的重要方式，而且對傳輸內(nèi)容的帶寬容量擴(kuò)大也提出了全新要求。3Gbps的非壓縮碼顯然傳輸效率并無法達(dá)到4K要求，故而升級到了12Gbps的數(shù)據(jù)流量。然而SDI總控矩陣的傳統(tǒng)制播方案，顯然已經(jīng)無法服務(wù)于4K業(yè)務(wù)。100米的傳輸距離，令SDI線纜的維護(hù)成本增加，而且3G-SDI傳輸最少需要4根線纜，維護(hù)難度很大。升級終端設(shè)備顯然是4K超高清IP化進(jìn)程的關(guān)鍵，對于演播室設(shè)計起到了至關(guān)重要的作用。在4K制播IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，需要完成4K總控、演播室、轉(zhuǎn)播車、播出、收錄等全業(yè)務(wù)場景的應(yīng)用升級，進(jìn)而滿足新聞中心4K超高清IP化演播室的功能拓展。

3.2 PTP同步鎖相

新聞中心傳輸信號必須時刻同步，混合或切換信號時，也需要同步操作的支持。傳統(tǒng)演播室信號同步技術(shù)，主要是依靠三電平信號和BB黑場信號完成同步。而在IP系統(tǒng)中，則以PTP鎖相技術(shù)完成精準(zhǔn)的同步時間對接。既能夠滿足傳統(tǒng)設(shè)備的同步鎖相需求，也支持IP設(shè)備PTP鎖相需求。PTP主設(shè)備與附屬設(shè)備同步接受和發(fā)送了四個時間段的信號，當(dāng)發(fā)生延遲時各設(shè)備定時協(xié)議啟動，“主-從”設(shè)備同步運(yùn)行降低了網(wǎng)絡(luò)延時產(chǎn)生的信號偏移風(fēng)險，時鐘偏差計算[（t2–t1）-（t4–t3）]/2完成了亞秒級精度，均可在PTP系統(tǒng)支持下完成同步傳輸。

3.3 IP冗余備份

IP格式下的4K信號源，在傳輸速率上要求更高，難免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余問題。那么備份原始信號源的要求也就更高，必須滿足4K信號多重傳輸?shù)幕疽?，也要滿足少數(shù)12GB SDI信號的傳輸需求。那么演播室則需要設(shè)計出雙鏈路冗余備份的系統(tǒng)架構(gòu)，采取主交換機(jī)和備用交換機(jī)的雙鏈路備份方案。所有信號源均需要通過兩臺交換機(jī)進(jìn)行信號傳輸，當(dāng)主交換機(jī)出現(xiàn)突發(fā)故障時，另一臺備用交換機(jī)則可以無縫銜接信號源的輸出。根據(jù)SMPTE2022-7的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)信號源在高碼率傳輸下的穩(wěn)定，提高應(yīng)急切換的信號穩(wěn)定性。

3.4 SDN總控系統(tǒng)

新聞中心SDI技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是仍然難以滿足4K傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)匹配。SDI線纜必須額外匹配終端設(shè)備才能延長傳輸距離，至少4根線纜才能滿足4K業(yè)務(wù)的傳輸需求，維護(hù)成本和復(fù)雜度都更高。而采用SDN總控系統(tǒng)，則能夠提高網(wǎng)絡(luò)銜接的靈活性與操作性。SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)的英文全稱為：Software Defined Network，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的必要條件，可分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)層和控制層，實(shí)現(xiàn)新聞信號傳輸?shù)亩嗤ǖ乐悄芑墶Ｔ谛侣勚行难莶ナ以O(shè)計上，IP化架構(gòu)必須依靠SDN的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)對于各種設(shè)備的資源配置與維護(hù)。同時SDN總控系統(tǒng)具備了預(yù)警和故障分析功能，有效降低設(shè)備負(fù)載，協(xié)助演播室簡化操作流程，提高演播室制播系統(tǒng)提高工作效率。

3.5 IP凈切換

新聞中心演播室的4K業(yè)務(wù)中，IP系統(tǒng)對信號源的切換效率更高，主要是因?yàn)榻K端系統(tǒng)采取了凈切換方案。由于傳統(tǒng)的IP組播技術(shù)中，采取了數(shù)據(jù)信號源的分布發(fā)送模式，在信號接收與流入控制上，對應(yīng)了組播單項(xiàng)選擇的“加入/離開”方式，依據(jù)IGMP協(xié)議完成組播，并不利于信號實(shí)時切換的4K業(yè)務(wù)需求。而在IP驅(qū)動系統(tǒng)下，凈切換鏈接了更多的數(shù)據(jù)包資源，可以令信號源數(shù)據(jù)流量無限擴(kuò)大。因此，IP交換機(jī)并不會受限于視頻幀的數(shù)據(jù)流邊界，反而會在數(shù)據(jù)流增量后形成疊加優(yōu)勢。為了更好的滿足4K演播室凈切換需求，信號接收方案可以采取雙路鏈接，同時接收和推送信號源，令雙路IP信號流實(shí)現(xiàn)充分的互補(bǔ)，在不丟掉任何數(shù)據(jù)包的情況下，完成IP信號流的凈切換。

4. 結(jié)語

綜上所述，新聞節(jié)目4K超高清優(yōu)勢在于：分辨率更高、流暢度更快、音效升級、色彩種類延伸、色域空間拓展、色彩動態(tài)范圍更廣。IP化驅(qū)動下4K超高清制播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量制播、高可靠制播、高共享制播。新聞中心4K超高清IP化演播室設(shè)計策略，需進(jìn)一步升級演播室內(nèi)各種終端設(shè)備，拓展PTP同步鎖相技術(shù)，提高IP冗余備份能力，應(yīng)用SDN總控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)IP凈切換。

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