电视播出技术的IP化变革

陈明培

随着互联网产业的快速发展，IT技术在各行各业得到广泛应用，并且成为推动国民经济发展的新动力。2010年，国务院制定了三网融合发展的具体方向，广电行业在三网融合的驱动下，必须求新求变才能适应新形势的发展要求。在这样一个变革时期，广电系统既面临着发展机遇，又要应对很多挑战。本文通过对广播电视播出现状及发展进行梳理，引出并阐述了IP化电视播出系统及其在传统播出系统中的技术改造要求，通过对IP化电视播出系统与传统播出系统进行对比分析，揭示出IP化播出系统的优势和面临的问题，最后介绍了实现IP化播出系统运行的思路。

1 广播电视播出现状和发展

随着我国广播电视事业迅猛发展，广播电视设备和信号传输方式等都处于更新换代时期，卫星、有线电视和地面电视广播都迅速步入数字化时代。根据国家统计局发布《2017年国民经济与社会发展统计公报》数据显示，2017年我国广播节目综合人口覆盖率为98.4%，电视节目综合人口覆盖率为98.9%，有线电视用户2.5亿，有线数字电视用户为2.38亿，同比2014年分别增加2.1亿和0.51亿。电视用户的逐年增长，加快了电视事业的快速发展。

随着电视的不断发展，IT技术在电视播出上的应用也愈加广泛。电视播出经历了从模拟到数字，从标清到高清，从传统播出方式到智能化、IP化播出的转变。具体来说，电视播出技术主要经历了三个发展过程。

1.1 电视信号数字化高清化

随着人们对电视质量的要求越来越高，数字信号被广泛采用。数字信号具有抗干扰能力强、图像质量好、易于实现信号实时处理等特点。目前，数字电视已由标清、高清向超高清发展。

1.2 播出系统趋于IT化网络化

随着数字电视快速发展，电视节目的数量和质量也在不断提高，磁带播出逐渐被文件播出所取代，系统的控、管、监要求越来越高，因此需要将电视技术与IT技术、网络技术紧密结合起来，使播出系统达到较高的自动化程度，因系统全程具有非线性，所以整体效率明显提高。另外，通过网络技术可以实现系统互联与资源共享。网络化、IT化播出系统不仅能在很大程度上提升电视播出的质量，还为电视播出系统的智能化奠定了坚实的基础。在广播电视领域网络化发展过程中，广电总局制定了《电视台数字化网络化建设白皮书》，这对行业内系统的网络化建设起到了指导和规范作用。全国广电行业网络化建设步入正轨，极大地提高了节目的制播水平和效率。

1.3 SDI信号IP化传输

2010年，国务院制定了三网融合时间表，在相关部门的共同推进下，互联网视音频技术及新媒体迅速发展，这对广电行业技术系统建设提出了更高要求。为了实现媒体资源的有效融合，电视节目分发平台不仅要把电视信号分发到传统的有线网络和卫星网络，还要通过新媒体接口把信号发布到各个网站、移动软件等平台之中，以便人们可以通过电视机、电脑、手机等不同终端随时随地享受高质量的电视节目。由于新媒体运营基于互联网业务和IP技术体系的平台，传统的广电信号传输方式无法满足其节目传输的需要，所以信号IP化传输自然成为人们关注的重点。另外，随着超高清电视的发展，高码率的电视信号也促进了基带SDI信号的IP化传输。

2 IP化电视播出系统概述

随着电视技术的进步，超高清电视和新媒体技术在电视领域的应用越来越普遍，推动了IP化电视播出技术的发展。IP化电视播出系统指的是采用以高速IP网构架为基础的电视综合网络实现电视视音频信号传送的系统。IP化电视播出系统采用的是基于互联网的新型电视播出技术，其在传统电视播出系统的改造中具有以下三方面的特点。

首先，由于互联网本身的虚拟性、不确定性，所以IP化播出系统在传统系统中的改造上必须保障共享信息与内部信息的安全，要通过建立防火墙、网闸、网络审计引擎、病毒入侵检测引擎及身份认证和终端安全管理系统来保障交互信息的安全，使播出系统在工作中始终处于安全监控状态；其次是操作便捷。IP化电视播出系统的界面要求简洁易操作，在硬件设施和整体布局上要注重简单易行的特点；最后是功能齐全。IP化电视播出系统必须拥有精确的播出控制和IP化信号的净切换功能，要以数据库为支撑，具备各类信息数据的通信功能，能够完成素材整备、管理和稳定的解码播出，能提供广告、节目的接口服务等。

3 传统播出与IP化播出的对比分析

传统播出系统人员参与度较高、自动化程度低、设备功能也较单一，但系统风险小。IT技术发展推动了IP化播出的广泛应用，IP化播出的特点是IT集群化、应用虚拟化和视音频IP化，其强大的技术优势也凸显出IP化播出必将是未来电视播出的主流。

3.1 IP化播出系统与传统播出系统相比所具有的优势

3.1.1 IT资源利用方面

IP化播出是基于虚拟技术的播出系统，它通过对物理服务器配置的有效控制，使物理服务器资源可以得到充分利用。CPU应用效能的不断提高使IT资源在广电播出领域中发挥出应有的作用。根据相关研究数据显示，如果IT资源在广电播出领域得到充分应以后，且IT资源利用率从10%提高到70%，那么广电系统硬件上的运行成本就会得到控制。

3.1.2 资源分配方面

其次，IP化播出能够按照业务需求灵活、专项地制定业务流程，按需进行资源的分配，不同工作站点之间可以通过网络进行资源共享，可以通过软件提高系统的生产效率。

3.1.3 实现控制的方式方面

传统SDI播出视频服务器及周边设备都是通过点对点间的连线来实现控制，而IP化播出中的设备均通过网络协议来实现控制，由于不需要点对点布线，部署上更简单。

3.1.4 采用的方式方面

IP化播出系统采用IP方式，用以太网取代同轴电缆，能够进行双向传输，并可以将音频、视频，同步、控制等接口都被整合到RJ-45或SFP+中，从而简化了系统、降低了成本，便于维护和升级。

3.1.5 监控方面

IP化播出系统有利于对IT及AV设备、网络、软件、业务和信号等实现全域监控，当电视播出信号出现故障时，能自动进行应急处理、迅速恢复播出。

3.2 IP化播出系统与传统播出系统相比存在的不足

尽管IP化播出系统与传统播出系统相比较有很大的优势，但是其本身所存在的不足，所以IP化播出系统在应用上仍有很多地方需要改进。IP化播出系统与传统播出系统相比较，其不足之处体现在三个方面。

首先，IP化播出系统的搭载平台是一个基于虚拟平台的网络化播出系统，而网络所存在的安全风险及诸多不确定因素极易造成IP化播出系统出现虚拟平台瘫痪的问题。其次，在IP化播出模式下，除核心设施外，还有很多周边IT设备的功能被集成到一台计算机中，一台计算机虚拟为多台逻辑计算机，提高了IT资源利用率，但其性能及稳定性还需要通过更多的播出实践来验证。最后，传统的SDI信号传输非常稳定，但IP数据包会产生丢包、网络抖动等问题，电视信号传输实时性要求很严格，实时视音频信号的传输不具备重传能力，一旦网络故障，就会导致传输节目流中断或信号劣化。另外，由于IP化传输方式的封装和传输协议特性，所以其延时要明显高于SDI信号传输。

总而言之，人们运用传统播出系统不管是在技术上，还是在操作上，都已经很娴熟，并且在长期的应用中积累了大量的经验，所以整个系统的稳定性也要高于IP化播出系统。

4 IP化播出系统的实现思路

IP化播出凭借技术优势，必将成为未来电视主要播出方式。但也要看到IP化播出系统存在安全性较低、系统稳定性差等问题。在IP化播出中，为了防范虚拟平台瘫痪和一体机故障，一定要做好网络和设备冗余备份。关于IP化传输的稳定性，SMPTE 2022标准涵盖了压缩、无压缩的视频传输及无中断的保护机制，SMPTE 2059 PTP采用最优主时钟算法实现同步，只要使用符合标准的设备，采用IP化播出的关键技术，就能保证IP化信号的正常播出。IP化播出分为无压缩SDI OVER IP和有压缩TS OVER IP两种方式。TS OVER IP是基带信号经过编码压缩再封装成IP包进行传输，能节省很多带宽，HEVC/H.265 标准是目前公认的4K编码压缩技术，下面以4K H.265 IP化播出为例，介绍解码和解封装两种模式。

4.1 解码模式

以解码技术为基础，在4K H.265 IP化播出中，通过解码、重新编码，完成4K TS的IP化播出。对TS文件进行解码再编码，可在IP流信号中实现台标叠加，但这种模式会增加资源的占用，这也是当前IP化播出面对的一大技术难题。

4.2 解封装模式

对要播出的素材统一转码形成分辨率一致、格式相同的4K H.265 TS标准格式文件。播出时对TS文件进行解封装，再将TS文件封装成IP包以满足IP化播出的要求。这种模式资源占有率较低，可用一台服务器完成多频道播出。不过，由于素材文件不需要重新编码，所以在播出过程中无法实现IP流叠加台标字幕的功能，只能通过后级字幕机完成对台标字幕的叠加。

4K H.265 IP化播出采用解封装模式的实施难度相对要小一些，在解封装模式下只有硬盘和I/O资源占用有所增加，而CPU资源占用不会明显上升。

5 结语

随着互联网技术的快速发展和人们对电视观看及参与要求的提高，传统电视播出模式的改变势在必行，IP化播出系统具有的强大技术优势，虽然电视领域IP化播出还处于初始阶段，要取代现有的播出架构还需要解决不少问题,但是电视播出IP化是大势所趋。现在应该积极推广IP化播出的应用，逐步积累使用经验，储备专业技术人才，为电视播出IP化发展打下坚实的基础。

[1]徐俭.IP化播出技术初探[J].广播电视信息,2017(3).

[2]王宽.IP虚拟化播出和传统播出对比[J].声屏世界,2016(s1).